大型海水冷卻塔環(huán)境影響的預(yù)測(cè)方法及應(yīng)用

李超

摘 要：該文采用SACTI程序，建立冷卻塔數(shù)學(xué)模型，以某核電廠大型海水冷卻塔為例，模擬計(jì)算海水冷卻塔產(chǎn)生的霧羽和蔭屏，分析太陽(yáng)輻射損失對(duì)環(huán)境的影響范圍與程度，此評(píng)價(jià)結(jié)果可作為項(xiàng)目海水冷卻塔環(huán)境影響評(píng)價(jià)的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：核電廠 海水冷卻塔 霧羽

中圖分類號(hào)：TU528.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（a）-0031-02

根據(jù)《“十三五”核工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，核電廠規(guī)模將不斷擴(kuò)大、場(chǎng)地日趨集中。因此，討論海水冷卻塔的霧羽和蔭屏造成的太陽(yáng)輻射損失對(duì)環(huán)境影響的預(yù)測(cè)方法具有重要意義[1]。

該文根據(jù)美國(guó)核管理委員會(huì)推薦的SACTI程序的水汽擴(kuò)散物理原理[2-3]，以某核電廠為例，結(jié)合該廠址一年的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，建立冷卻塔數(shù)學(xué)模型，模擬計(jì)算冷卻塔的霧羽和蔭屏的范圍，進(jìn)而評(píng)價(jià)太陽(yáng)輻射損失對(duì)環(huán)境的影響。

1 建立霧羽計(jì)算模型

霧羽的范圍主要包括可見(jiàn)霧羽的長(zhǎng)度、抬升高度與可見(jiàn)霧羽的范圍。霧羽模型截面分為動(dòng)量、溫度、濕度三層，分別對(duì)應(yīng)不同的動(dòng)量、溫度、濕度值。霧羽抬升過(guò)程中，霧羽薄層?s與周圍空氣?m混合，同時(shí)滿足質(zhì)量、水平動(dòng)量、垂直動(dòng)量、熱焓和總水量守恒約束條件。結(jié)合一定的氣象條件，通過(guò)求解常微分流量函數(shù)方程組從而得到霧羽抬升形態(tài)和分布預(yù)測(cè)。

假定質(zhì)量為?m的空氣與長(zhǎng)度為?s的霧羽混合，混合期間，霧羽的飽和狀態(tài)不發(fā)生改變，夾帶速率常數(shù)和霧羽夾帶速率通過(guò)以下公式定義：

2 預(yù)測(cè)分析

該文以某核電廠大型海水冷卻塔為例，預(yù)測(cè)分析冷卻塔造成的太陽(yáng)輻射損失對(duì)環(huán)境的影響。

2.1 氣象條件

根據(jù)該核電廠冷卻塔基本參數(shù)和廠址一年的氣象資料，通過(guò)霧羽計(jì)算模型預(yù)測(cè)冷卻塔對(duì)局地大氣環(huán)境的影響。該廠址代表性氣象站多年平均降水量567.4 mm，多年平均氣溫為12.5 ℃，多年平均相對(duì)濕度為63%。圖1為該廠址年風(fēng)向玫瑰圖。

2.2 預(yù)測(cè)結(jié)果

通過(guò)模型計(jì)算在全年正常工況下冷卻塔霧羽和蔭屏造成的太陽(yáng)輻射損失量。圖2給出了全年中霧羽造成冷卻塔周圍地面“蔭屏”小時(shí)數(shù)，圖3給出了冷卻塔周圍各距離上全年太陽(yáng)輻射累積損失量及其分布。

根據(jù)霧羽模型計(jì)算結(jié)果，該核電廠正常運(yùn)行時(shí)，在冷卻塔附近：

最大的陰影時(shí)間位于冷卻塔中心位置N方位約200 m處，全年最大陰影時(shí)間約為461 h，相應(yīng)減少的太陽(yáng)輻射能量約為1 024.7 MJ/m2，約占總太陽(yáng)輻射損失的11.78%。

在1 000 m處，平均太陽(yáng)輻射損失為71.8 MJ/m2，約占太陽(yáng)總輻射損失的0.83%。

在5 000 m處，平均太陽(yáng)輻射損失約為8.0 MJ/m2，約占太陽(yáng)總輻射能的0.11%。

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)冷卻塔霧羽和蔭屏帶來(lái)的影響進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該核電廠冷卻塔正常運(yùn)行時(shí)霧羽的擴(kuò)散與主要風(fēng)向一致，W、NE及N方向受影響；霧羽擴(kuò)散范圍主要集中在廠區(qū)內(nèi)的有限范圍。全年最長(zhǎng)蔭屏?xí)r間為461 h，位于冷卻塔中心位置N方位約200 m處，461 h相應(yīng)引起太陽(yáng)輻射能量損失僅為太陽(yáng)輻射量的11.78%，該值略超出太陽(yáng)輻射量的自然年際波動(dòng)范圍（1%～10%）內(nèi)。但霧羽主要的擴(kuò)散范圍、蔭屏引起太陽(yáng)輻射能量損失基本處于廠區(qū)的內(nèi)部。因此，該核電廠大型海水冷卻塔形成的霧羽和蔭屏不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生明顯影響。

3 結(jié)語(yǔ)

該文利用SACTI模型模擬計(jì)算了某核電廠大型海水冷卻塔的霧羽和蔭屏造成的太陽(yáng)輻射損失影響。預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，冷卻塔的蔭屏引起太陽(yáng)輻射能量損失基本處于廠區(qū)的內(nèi)部，太陽(yáng)輻射損失不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生明顯影響。

利用SACTI模型，可以根據(jù)氣象觀測(cè)站提供的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)，定量計(jì)算核電廠冷卻塔產(chǎn)生的霧羽、蔭屏的影響。由于國(guó)內(nèi)缺乏海水冷卻塔的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，模型計(jì)算結(jié)果可以作為核電廠環(huán)境影響評(píng)價(jià)的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] USNRC.Standard review plans for environment reviews for nuclear power plants.NUREG-1555[S].October，1999.

[2] 上官志洪，張啟明，陶云良.內(nèi)陸核電廠冷卻塔的環(huán)境影響預(yù)測(cè)計(jì)算[J].輻射防護(hù)，2009（4）：211-218.

[3] 王炫，杜風(fēng)雷.SACTI模型在核電廠大型自然通風(fēng)冷卻塔對(duì)局地環(huán)境影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].輻射防護(hù)，2013（4）：199-205.