王秉昌
摘 要：核电厂建设前期阶段，海洋环保政策相对较松，随着近期海洋环保政策的收紧，环境影响和用海用岛专题逐步上升至更重要的地位，甚至成为决定性因素。该文有针对性地对核电厂海域排水工程自身的特点，对其工艺、现状、设计流程、方案技术特点等进行系统的总结分析，并根据目前国家相关的海洋环保政策提出核电厂排水工程的未来发展趋势，为后期核电厂排水工程设计思路提供参考。
关键词：核电厂 排水工程 海洋环保政策 适应性 发展趋势
中图分类号：TM62 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）04（b）-0080-04
Development Trend of Drainage Works in Nuclear Power Plant under the Strict Marine Environmental
Protection Policy
WANG Bingchang
（CCCC-FHDI Engineering Co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong Province， 510230 China）
Abstract： In the early stage of nuclear power plant construction， marine environmental protection policies are relatively loose. With the recent tightening of marine environmental protection policies， the topic of environmental impact and the use of sea islands has gradually risen to a more important position and even a decisive factor. This paper systematically summarizes and analyses the drainage technology， current situation， design process and technical characteristics in nuclear power plant， puts forward the development trend of drainage works in nuclear power plant under the strict marine environmental protection policy， and can provide reference for the design of power plant drainage engineering.
Key Words： Nuclear power plant; Drainage works; Marine environmental policy; Adaptability; Development trend
1 核电厂排水现状
核电作为清洁能源，其基本特性决定了在应对能源挑战中有能力发挥无可替代的重要作用，我国在现阶段发展核电也是调整能源布局的有效途径。中国核电己形成规模化批量化发展格局。经过30余年的发展，中国核电取得了举世瞩目的成就，不仅建成了一批技术先进、安全性好、运行业绩优良的核电厂 ，实现了从二代核电向三代核电的技术跨越，而且形成了核电发展完整的产业链和保障体系[1]。国内在运行和在建的核电厂主要有20座，包括辽宁省红沿河、徐大堡，山东省海阳、石岛湾，江苏省田湾，浙江省秦山、方家山、三门，福建省宁德、霞浦、福清、漳州，广东省大亚湾、岭澳、台山、阳江、陆丰、太平岭，广西省防城港，以及海南省昌江等核电厂 。所有核电厂全部分布在东南沿海地区，均采用以海水为最终热阱的一次循环冷却方式。因此，在海域取排水工程领域国内众多学者专家进行了大量的研究工作。其中，针对取排水总体方案方面，张俊等研究者研究了不同取排水方式的優缺点和适应性，取排水构筑物常用的平面布置方式及所考虑的取水安全、温排水、潮流、泥沙和波浪等因素;吴庆旺[2]则给出了滨海核电厂取排水方案研究的逻辑，同时提出海洋生态红线制度、环境影响评价、通航条件影响评价、核电标杆电价等新的形势下取排水方案新要求。而在结构方面，针对暗排方案制定并发布了《核电厂取排水隧洞结构设计规范》。从节能减排方面，张爱玲等研究者强调了环境保护因素尤其是减少热污染影响对设计的重要性，说明了通过合理设计取排水工程可以达到的节能减排效果。核电厂建设前期阶段，海洋环保政策相对较松，建设因素中工程费用为主导因素，随着近期海洋环保政策的收紧，环境影响和用海用岛专题逐步上升至更重要的地位，甚至决定性因素。前人的研究多数基于取排水方案的内容，由于取水安全的重要性，设计中也出现“重取水，轻排水”现象。该文有针对性地对核电厂海域排水工程自身的特点，对其工艺、现状、设计流程、方案技术特点等进行系统的总结分析，并结合目前国家相关的海洋环保政策提出核电厂排水工程的未来发展趋势，为后期核电厂排水工程设计思路提供参考。
2 核电厂排水工艺
国内核电厂项目排水工程可大致分为暗管排水方式和明渠排水方式两种型式。这两种方式均是由厂区虹吸井通过暗管穿堤至海域，不同的是穿堤出来后，暗管排水方式则将暗管继续延伸至排水点通过排水头部排出（包括近岸直接排出的方式）;而明渠排水方式则是再通过单边堤或者双堤导流至排水点处，排水流程工艺如图1所示。这两种排放方式应用均很广泛。经统计，20座核电厂中有9座采用暗管排水（其中红沿河、秦山、三门、宁德和阳江核电厂采用短暗管近岸排放;昌江核电厂 一期工程采用长约2.2 km沉管排水;方家山、陆丰一期工程和太平岭一期工程分别采用1.1 km、3.5 km和2×3.5 km盾构隧洞排水），其余11座采用明渠排水。从统计结果可以看出核电厂建设前期阶段，海洋环保政策相对较松，建设因素中工程费用为主导因素，排水工程多为明渠排水方式或者短暗管近岸排放（共16家）。
3 排水方案设计流程
根据《核电厂可行性研究报告内容深度规定》（NB/T 20034—2010），核电厂新建、扩建工程均应开展可行性研究，编制工程可行性研究报告，为项目决策提供科学研究。为完成可研报告的编制以及获取有关论证结论等，在可行性研究阶段，开展单项、专篇或专题研究工作，以及国家政府职能部分规定的工程建设需开展的其他相关专题或专项工作。这些专题中波浪模型试验、潮流泥沙试验、海陆域地形测量和地质勘查主要为排水方案的研究提供基础数据，温排水试验、通航安全影响评价、环境影响评价、排水工程方案报告主要为排水方案研究提供评价方法和标准。海域使用论证主要为排水方案提供实施载体。各专题之间相互配合和相互迭代共同研究出推荐排水方案。随着近期海洋环保政策的收紧，环境影响和用海用岛专题逐步上升至更重要的地位，环境影响贯穿于设计施工运行整个电厂的生命周期。在选址阶段就要对环境敏感点进行初步的筛选，在设计施工过程中环境影响成为方案是否可行的决定性因素之一，环境影响评价结果将直接影响到用海用岛的申请进而影响到项目的立废[3]。
4 海洋环保政策收紧形势下排水工程发展趋势
4.1 明渠排水方案技术特点
排水明渠由排水导流堤联合排水内护岸（厂区护岸）围成。目前，所建核电排水导流堤均采用斜坡堤形式，导流堤的设计施工技术十分成熟。该结构型式对沉降及变形适应性强，较适用于水深不大、石料价格较低或有大量石方来源的工程项目。明渠排水方案对于环境的影响较大，首先，明渠排水方案需要建设不透水的实体堤，堤体的建设将对近岸的流态产生影响，进而影响近岸海环境;其次，建设不透水堤占用部分用海空间，对底栖生物的原始生活场所造成不可逆的破坏;最后，堤体建设时抛石施工和地基处理时会造成水体浑浊，水环境影响较大。对于地基处理方案，常用的地基处理方法主要有爆破挤淤法、排水固结法、挤密砂桩法和开挖换填法等方式。其中爆破挤淤法与开挖换填法所需石方量较大，对海洋环境影响也较大;挤密砂桩和排水固结法，对环境影响较小[4]。
4.2 暗管排水方案技术要点
暗管排水根据施工方式不同又分为明挖法暗管排水和暗挖法暗管排水，明挖法例如沉管排水、HDPE管排水等，暗挖法则如矿山法隧洞排水和盾构法隧洞排水。
明挖法暗管排水方式中，沉管排水在现阶段核电厂海域排水工程中有应用，成功运用于海南昌江一期排水工程中。沉管排水中的关键技术：沉管基础设计[5]，连接型式、接头设计、沉管安装，以及结构计算[6]等方面，均有相关的研究，技术成熟。但是，由于沉管自重较大，对地基的要求高，适用于地基承载力较好的地质条件，以免后期发生不均匀沉降导致泄漏。
暗挖法暗管排水中，矿山法采用人工开挖，支护封闭前，安全性差，在核电厂海域排水工程应用较少;盾构法隧洞法具有机械化程度高、施工速度快、安全性好等优点，盾构隧道衬砌采用预制管片，现场拼装，防水效果好、质量可靠。陆丰核电厂海域排水工程采用的是盾构隧洞方案。盾构隧洞中从盾构机的回收和最大限度利用，提出灯泡线方案;隧洞转弯半径、管片宽度和厚度、管片楔形量、拼装方式等方面，以及排水头部的设计参照已有的规范和已建工程，技术较成熟。
对于暗管排水方案，隧洞排水方案实施绝大部分位于原泥面以下，只有排水头部实施时对周边海域环境产生影响。相比之下，沉管排水方案实施时需要进行沿线开挖，对周边环境影响较大，施工完成后，沿线基本恢复至原泥面，因此影响是暂时的、可恢復的。
4.3 新形势下排水方案发展趋势分析
4.3.1 明渠排水方案需同步进行生态保护修复方案编制工作
新形势下，明渠排水方案需同时进行生态保护修复方案编制工作。首先，针对排水堤对近岸潮流泥沙的影响，需要通过潮流泥沙专题试验，尽量优化排水导流堤的轴线位置和走向，尽量做到顺流，减少冲淤影响。其次，对于排水堤建成后对自然岸线和水域空间的永久占用形成对底栖生物生活空间的侵占的情况，排水堤建筑材料应体现生态重建和景观建设方面的需求，采用绿色水泥、生态混凝土等绿色环保、适宜海域生态系统重建的无害化建筑材料，以利于植物生长和藻类、贝类附着，形成新的底栖生物生活空间，促进恢复生物多样性。因地制宜地采用生态格栅、生态护面（含生态袋、植物砌块、生态溢水砖、箱式绿化挡墙等）等生态设计措施，构建海堤生态带建设的有利条件。最后，对于施工期影响，选用对环境影响较小的施工方案，针对施工期的悬沙影响，条件允许的情况下，设置拦污屏，减小影响范围。当前正在实施的霞浦核电厂包括明渠排水工程在内的厂区填海造地和明渠取水工程均对环境影响较大，目前正在开展生态保护修复方案编制工作。
4.3.2 暗排方案环境影响优势日益凸显
2017年以来，国家出台了一系列严控围填海和破坏自然岸线等保护海洋生态政策，受其影响排水堤的用海申请难度加大。为遵循“项目排水口设置应当体现离岸深水的原则”，暗排方案更能体现出离岸深水排放的优势。在暗管排水方案中，以沉管排水为代表的明挖法暗管方案，在施工期对工程海域的环境影响较大，施工完成后，工程海域地形基本恢复至原泥面，对海流和泥沙冲淤影响较小，海域生态环境也能够更好地进行自我修复。而以盾构隧洞为代表的暗挖法暗管方案，对工程海域的影响更小，仅排水头部实施时对周边海域环境产生局部较小影响。对比明排方案，暗管排水方案不仅占用岸线和海域空间小，对海域环境影响小，逐步在核电厂排水工艺中成为主导。例如：徐大堡核电厂和海阳核电厂后续工程，受生态环境影响，不再利用已建的排水明渠，而是采用新建暗管排水方案。
4.3.3 暗管排水新工艺发展
暗管排水方案，盾构排水工程费用高，施工周期长，安全性较低。沉管排水方案对地基承载力有一定要求，对于像宁德、霞浦等软土层厚的厂址而言，沉管排水方案的适用性较差，需要进行地基处理，避免其运行期间发生不均匀沉降导致泄漏影响环境。从而对于宁德、霞浦等软土层厚的厂址，HDPE管（高密度聚乙烯管）和HMPP管（高模量聚丙烯管）排水工艺有更优的适用性。HDPE管（高密度聚乙烯管）和HMPP管（高模量聚丙烯管）在市政排水工程中应用广泛，这些材料具有高韧性、化学性能稳定、使用寿命长、耐腐蚀性强、对地基承载力要求低等优点。目前，在国外某些海域排水工程已有实际应用，比如：HDPE大口径缠绕管在菲律宾某燃煤电厂取排水工程中有应用[7]、HDPE缠绕管（DN3000）在秘鲁首都利马污水处理厂中被用于深海排水、HMPP缠绕管（DN3000和ND2000）应用于阿联酋布扎比炼油公司冷却水排海项目中等。尽管这两种材料在核电厂排水工程中应用尚存在相关问题：（1）核电厂取排水量大，目前这两种管材直径最大能做到4.5 m，需要进一步进行提升内径;（2）管段之间的连接方式，尤其是水下连接的方式，和接口的耐久性;（3）管段配重形式;（4）大直径管段的运输和安装;（5）管道运行过程中对地基不均匀沉降所产生的应力的承受能力;（6）管道损坏的维修和更换问题。但是其应用前景还是值得期待的。
5 结语
核电厂建设前期阶段，海洋环保政策相对较松，建设因素中工程费用为主导因素，排水工程多为明渠排水方式或者短暗管近岸排放。2017年以来，国家出台了一系列严控围填海和破坏自然岸线等保护海洋生态政策，随着用海政策的收紧，方案设计中更注重对环境的影响。暗排方案环境影响小的优势日益凸显，后续核电厂建设中，更多是考虑暗排方案。明渠排水方案即便是同步进行生态保护修复方案编制工作，在用海审批中也存在较大的难度。暗管排水工艺中，HDPE管（高密度聚乙烯管）和HMPP管（高模量聚丙烯管）等材料的应用，使暗排方案有更好的发展和应用空间。
参考文献
[1] 赵成昆.中国核电发展现状与展望[J].核动力工程，2018，39（5）：5-7.
[2] 吴庆旺.新形势下滨海核电厂取排水方案研究[J].给水排水，2017，53（10）：68-71.
[3] 中华人民共和国交通运输部.防波堤与护岸设计规范：JTS154-2018[S].北京：人民交通出版社，2018.
[4] 张海元，罗会文.沿海拦污屏环保工程施工技术[J].施工技术，2017（S1）：1222-1224.
[5] 戈龙仔，刘针，陈汉宝.海底取排水工程玻璃钢管受力特性试验研究[J].中国港湾建设，2020，40（1）：26-31.
[6] 刘毅，刘晗晗.核电厂取排水暗涵结构计算方法研究[J].港工技术，2018，55（3）：102-105.
[7] 洪丰，李舜坤.大型HDPE管在电厂取排水工程中的应用[J].中国水运，2020，18（9）：178-179.
