某核電工程海區(qū)水沙條件分析

富麗娟，趙洪波

（1.國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100095;2.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456）

某核電工程海區(qū)水沙條件分析

富麗娟1，趙洪波2

（1.國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100095;2.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456）

為了從宏觀上論證某擬建核電取水工程平面布局的合理性，依據(jù)大量實(shí)測(cè)資料，研究了該工程海區(qū)的水動(dòng)力條件、泥沙環(huán)境以及岸灘沖淤演變特征。通過研究表明，該工程水域水動(dòng)力不強(qiáng)、含沙量低、岸灘基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，外界泥沙來源較少，在合理布置取水工程后不會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的泥沙淤積問題。此外還結(jié)合該區(qū)的波浪及底質(zhì)特點(diǎn)討論了取水口位置，并進(jìn)一步給出了局部防淤的相關(guān)措施。

核電站；取水；泥沙；淤積

Biography：FU Li-juan（1980-），female，engineer.

擬建的核電廠址面臨黃海，處在鏌铘島和楮島咀相連的岸線中部（圖1）。廠址北距榮成市約20 km，西南距石島約13 km，西北距威海市約68 km，西南距青島市約185 km。該核電取排水平面布置擬在現(xiàn)有養(yǎng)參池圍堤基礎(chǔ)上建設(shè)取、排水明渠，采用淺取深排的方式取海水冷卻。其中取水明渠口門擬布置在-8 m等深線（85國家高程基準(zhǔn)），排水明渠擬向東延伸約1 km至深水區(qū)。

對(duì)核電工程而言，取水安全是首要關(guān)注的問題，其中水動(dòng)力條件和泥沙淤積問題也是涉及取水安全的關(guān)鍵［1-2］。因此通過大量實(shí)測(cè)資料分析核電廠址的水動(dòng)力條件、泥沙特征及沖淤變化趨勢(shì)，對(duì)于宏觀掌握核電取水條件、預(yù)判泥沙淤積問題具有重要意義。

圖1 核電工程位置Fig.1 Location of the nuclear power plant

1 工程海區(qū)水動(dòng)力條件

1.1 波浪

根據(jù)工程水域波浪觀測(cè)站（水深8.5 m）波浪周年觀測(cè)資料分析，廠址附近波型以涌浪為主，約占實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的31.38%，其次為風(fēng)浪與涌浪相當(dāng)?shù)幕旌侠?，約占28.99%，再次為涌浪為主的混合浪，約為16.88%，然后是風(fēng)涌浪，約為15.41%，海區(qū)風(fēng)浪比例最小，僅為7.34%。該海區(qū)常浪向?yàn)镹E向，出現(xiàn)頻率達(dá)到16.10%，次常浪向是E和ENE向，出現(xiàn)頻率分別達(dá)到14.12%和13.98%，強(qiáng)浪向?yàn)镹E向，其次為ENE、E和NNW向。工程海區(qū)十分之一大波97%的波高小于1.5 m。另據(jù)工程區(qū)北側(cè)成山頭海洋站長期觀測(cè)資料，該海域多年最大波高可達(dá)5.9 m。

1.2 潮汐

工程海域潮波運(yùn)動(dòng)受到成山角外M2分潮無潮點(diǎn)影響，潮波運(yùn)動(dòng)形態(tài)復(fù)雜［3-5］，潮汐性質(zhì)屬不正規(guī)半日潮，日潮不等現(xiàn)象顯著。根據(jù)工程水域潮位周年觀測(cè)資料，平均潮差為1.28 m，最大潮差為2.33 m。平均漲潮歷時(shí)為6 h 20 min，平均落潮歷時(shí)為6 h 03 min。工程區(qū)水域理論深度基準(zhǔn)面位于85國家高程基面以下1.51 m。

1.3 潮流

受黃海潮汐影響，該海區(qū)潮流較為復(fù)雜［6-7］，根據(jù)工程海區(qū)2006年冬、夏季的大、中、小潮各3次全同步日連續(xù)水文泥沙測(cè)驗(yàn)資料分析，該海區(qū)潮流具有如下特點(diǎn)：

（1）潮流具有明顯的往復(fù)流性質(zhì)，漲潮偏南，落潮偏北，在工程區(qū)近岸水域則會(huì)受到養(yǎng)參池圍堰及島嶼的影響，流向隨地形和邊界有所變化。

（2）從各站的大、中、小潮潮段平均和垂線平均最大流速變化看，不論夏季或冬季，均呈現(xiàn)有大潮流速大、小潮流速小，漲潮流速大于落潮流速的變化規(guī)律。同時(shí)，靠近深海水域的流速大于灣內(nèi)水域，近岸站位的流速最小?？拷詈Ｋ虻某倍纹骄魉贊q潮為0.51～0.74 m/s，落潮為0.41～0.65 m/s，近岸水域各站的流速僅為0.10 m/s左右。各站的垂線平均最大流速的變化規(guī)律與平均流速類似，深水區(qū)大潮漲潮流速最大可達(dá)1.40 m/s，落潮達(dá)1.04 m/s，而近岸水域漲落潮最大流速也僅在0.30 m/s左右。

圖2 實(shí)測(cè)大潮流速矢量圖Fig.2 Current vector of spring tide

2 工程海區(qū)泥沙環(huán)境及沖淤特征

2.1 地形地貌特征

工程區(qū)所在海區(qū)岸線略呈弧狀，擬建核電位于兩弧段交接處，工程水域近岸有沙灘、礁石、養(yǎng)殖圍堤分布，兩端的鏌铘島和楮島咀有海蝕崖。核電廠址近岸海域海底坡度較平緩，于0～-5 m等深線之間，海底坡度為1/80。

2.2 含沙量

根據(jù)工程海區(qū)2006年冬、夏季的大、中、小潮各3次全同步日連續(xù)水文泥沙測(cè)驗(yàn)資料分析，該海區(qū)含沙量具有如下特征：

（1）工程海區(qū)夏季各站漲、落潮垂線平均含沙量分別介于0.004～0.049 kg/m3、0.003～0.080 kg/m3；冬季各站漲、落潮垂線平均含沙量分別介于0.002～0.029 kg/m3、0.003～0.025 kg/m3；夏冬季平均含沙量約為0.015 kg/m3。夏季各站漲、落潮垂線平均最大含沙量分別介于0.018～0.235 kg/m3、0.013～0.321 kg/m3；冬季各站漲、落潮垂線平均最大含沙量分別介于0.011～0.088 kg/m3、0.008～0.068 kg/m3。其中核電取排水工程附近水域最大含沙量為0.09 kg/m3?？傮w上該海區(qū)正常天氣含沙量處于較低量級(jí)，其中夏季含沙量略高于冬季與其觀測(cè)期間波浪略大有關(guān)。

（2）從平面分布來看，靠近南北2個(gè)岬角（鏌铘島和楮島）為含沙量最大的區(qū)域。在核電取排水工程附近水域夏、冬季平均含沙量為0.008 kg/m3和0.006 kg/m3，僅為海域平均含沙量的一半，說明取排水工程區(qū)處于該海區(qū)含沙量較低狀態(tài)。

2.3 懸沙及底質(zhì)

據(jù)2006年夏冬季水文全潮各站的懸沙混合樣品分析，該海域懸沙中值粒徑介于0.004 3～0.012 8 mm，平均約為0.006 5 mm，懸沙按其組成屬于粉砂質(zhì)粘土和粘土質(zhì)粉砂。

根據(jù)該海域2010年大范圍底質(zhì)取樣分析結(jié)果，工程海區(qū)沉積物組成較復(fù)雜，中值粒徑在0.009～1.497 7 mm，潮間帶和近岸為砂質(zhì)，外海為淤泥粉砂質(zhì)；自岸向海，泥沙粒徑呈由粗至細(xì)的變化特征。按中值粒徑的區(qū)域分布，石島灣和桑溝灣處為小于0.04 mm粒徑的細(xì)顆粒分布區(qū)；在桑溝灣出口南，有一處小于0.4 mm和一處面積不大的0.6～1.0 mm粗顆粒分布區(qū)。鏌铘島附近沉積物粒徑最大，一般在0.5 mm以上；楮島附近次之，一般在0.2～0.5 mm；核電廠址區(qū)最小，近岸介于0.1～0.3 mm，深水區(qū)均小于0.05 mm?？傮w上近岸屬沙質(zhì)海床。

2.4 岸灘沖淤變化及泥沙來源

由1934年、1980年本工程區(qū)海圖以及2006年和2011年工程及附近水域水深測(cè)圖比較分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘及泥沙來源調(diào)查綜合判斷，本工程岸灘沖淤呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：

（1）工程海域岸線長期保持穩(wěn)定，局部呈緩慢蝕退狀態(tài)。（2）工程海域海床長期以來有沖有淤，且總體呈微淤狀態(tài)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)平均淤積幅度為0.6 cm/a，與210Pb沉積年代分析得出的平均沉積速率（0.37 cm/a）量級(jí)基本一致。（3）除核電取排水所在的養(yǎng)參池南、北兩側(cè)-2 m等深線岸側(cè)略有淤積外，近年來工程海域深水區(qū)略呈沖刷趨勢(shì)，平均沖幅2.6 cm/a。（4）位于本工程西南部的石島灣新港屬于人工開挖港池，港池內(nèi)平均年回淤在0.48 m/a左右，淤積物主要為細(xì)顆粒泥沙［8］。（5）核電取排水工程處于岬灣岸段，工程海岸岸線常年穩(wěn)定，已有人工工程兩側(cè)岸灘形態(tài)較為對(duì)稱，沿岸輸沙量級(jí)很有限。（6）本工程海區(qū)外界泥沙來源有限，對(duì)本工程而言，除來自隨潮流輸移的懸沙，泥沙主要來自本地灘面波浪掀沙。

3 討論與分析

根據(jù)上述本工程海區(qū)的水動(dòng)力條件、工程海區(qū)泥沙環(huán)境及沖淤特征，此處主要針對(duì)本核電取水問題進(jìn)行分析和討論，宏觀判斷水沙條件及其對(duì)取水明渠淤積的影響。

（1）從本工程海區(qū)的水沙條件綜合來看，擬建核電工程水域水動(dòng)力不強(qiáng)、含沙量低、岸灘常年以來處于穩(wěn)定狀態(tài)，外界泥沙來源較少。因此，定性判斷在合理布置取水工程后不會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的泥沙淤積問題，正常維護(hù)應(yīng)能滿足核電正常取水要求。

（2）從核電取水明渠口門布置分析，本工程水域處于已有養(yǎng)參池南北兩側(cè)的近岸弱流區(qū)內(nèi)，對(duì)于正常海況平均流速0.1 m/s以下的水域，單純潮流已很難起動(dòng)自然床面的泥沙。本海區(qū)面臨黃海，水域開敞，因此波浪是近岸泥沙起動(dòng)的主要?jiǎng)恿l件，尤其在冬季寒潮及夏季臺(tái)風(fēng)季節(jié)，大浪容易掀動(dòng)近岸泥沙造成岸灘沖淤。從水動(dòng)力而言，取水口應(yīng)盡量布置在該水域波浪破碎帶以外區(qū)域。

（3）本核電取水明渠處于中細(xì)砂到細(xì)砂質(zhì)海床，取水頭部受波浪影響可能存在局部紊動(dòng)，使局部推移質(zhì)在口門水域淤積，因此，設(shè)置攔沙坎或口門局部沉沙池將有利于發(fā)揮大風(fēng)浪下防淤的效果，以進(jìn)一步降低泥沙淤積對(duì)取水的影響，并改善取水明渠清淤條件。

4 結(jié)語

本文依據(jù)大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料對(duì)擬建某核電廠址海區(qū)的水動(dòng)力條件、工程海區(qū)泥沙環(huán)境及沖淤特征進(jìn)行了分析，結(jié)合擬建取排水工程對(duì)取水泥沙淤積問題進(jìn)行了宏觀判斷和討論?？傮w認(rèn)為，本工程水域水動(dòng)力不強(qiáng)、含沙量低、岸灘常年以來處于穩(wěn)定狀態(tài)，外界泥沙來源較少，在合理布置取水工程后不會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的泥沙淤積問題，正常維護(hù)能夠滿足核電正常取水要求。工程近岸水域以波浪動(dòng)力為主，取水口應(yīng)盡量布置在其波浪破碎帶以外，另考慮到該工程水域海床底質(zhì)條件，取水明渠口門段可設(shè)置攔沙坎或沉沙池，以進(jìn)一步降低泥沙淤積對(duì)取水的影響，并改善取水明渠清淤條件。

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Analysis on hydrology and sediment condition of a nuclear power plant project sea area

FU Li-juan1，ZHAO Hong-bo2
（1.State Nuclear Electric Power Planning Design&Research Institute，Beijing100095，China;2.Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering，Key Laboratory of Engineering Sediment，Ministry of Transport，Tianjin300456，China）

In order to demonstrate the rationality of the water intake project layout design of a nuclear power plant，the characteristics of hydrodynamic condition，sediment environment and coastal evolution were studied according to abundant survey data.The research indicates that the weak hydrodynamic force，low sediment concentration，stable seabed in long term and absent sediment source are advantages to the power plant intake.Therefore，the serious siltation will not occur in the intake of nuclear power plant with reasonable layout.Moreover，the location of intake was discussed considering the wave and seabed sediment，and some measures for preventing siltation were suggested.

nuclear power plant;water intake;sediment;siltation

TV 143；O 242.1

A

1005-8443（2013）03-0204-04

2012-11-15；

2013-02-18

國家科技重大專項(xiàng)科研課題（2011ZX06002-001-011）

富麗娟（1980-），女，江蘇省吳江人，工程師，主要從事核電環(huán)保研究。