内陆核电厂取水构筑物防洪标准探讨

郭 有，葛小玲，陈文辉，韩 刚

（国核电力规划设计研究院，北京 100094）

0 引言

目前国内规划和即将开工建设的内陆核电厂均采用AP1000堆型，厂址规划容量通常为4×1250MW，常规岛循环水系统采用带自然通风冷却塔的二次循环供水系统，厂用水系统采用带机力通风冷却塔的二次循环供水系统。 内陆核电厂取水水源多为大江（河）或大型水库，傍河（或水库）设置取水构筑物向核电厂供水，满足常规岛循环水系统和核岛厂用水系统补水、化学水处理用水、生活杂用水等用水需求。

内陆核电厂是耗水大户，据测算，其耗水量约为同容量火电厂的1.5倍左右。4台核电机组日最大耗水量约为50×104t，相当于一座百万人口城市的日耗水量［1］。

防洪标准的高低，与防洪保护对象的重要性、洪水灾害的严重性及其影响直接有关。一般情况下，当实际发生的洪水不大于设计防洪标准时，通过防洪系统的正确运用，可保证防洪对象的防洪安全。

内陆核电厂取水构筑物虽为非核安全相关物相，但其初投资较高，一旦遭遇超标洪水导致取水构筑物不可用，将对核电厂安全、经济运行产生重大影响。随着越来越多的内陆核电厂规划、建设，科学合理地确定内陆核电厂取水构筑物的防洪标准，以确保核电厂安全、稳定、经济运行，降低核电厂寿命周期成本，已变得越来越必要和迫切。

1 规程、规范中关于防洪标准的有关规定

1.1 取水构筑物防洪标准

文献［2］规定特别重要的工业、城镇供水泵站，其主要建筑物的防洪标准（重现期）设计为100年，校核为300年。

文献［1］规定江河取水构筑物的防洪标准不应低于城市防洪标准，其设计洪水重现期不得低于100年。水库取水构筑物的防洪标准应与水库大坝等主要建筑物的防洪标准相同，并应采用设计和校核二级标准。

文献［3］规定岸边水泵房±0.00 m层标高应为频率1% 洪水位+频率2%浪高+超高0.5 m，且不应低于频率1‰洪水位，否则水泵房应有防洪措施；非淹没式取水构筑物±0.00 m层标高宜按频率1%洪水位设计。

1.2 水利水电工程的防洪标准

我国现行的《防洪标准》和《水利水电工程等级划分及防洪标准》规定，水利水电工程永久性水工建筑物的防洪标准，应按山区、丘陵区、平原区、滨海区，分别确定，如表1所示。

表1 水库工程水工建筑物的防洪标准

水利水电工程永久性水工建筑物的级别应根据其所在工程的等别和建筑物的重要性，按表2确定。

表2 永久性水工建筑物级别

水利水电工程的等别应根据其工程规模、效益及在国民经济中的重要性，按表3确定。对兼有多种功能的综合利用水利水电工程，当按各综合利用项目的分等指标确定的等别不同时，其工程等别应按其中最高等别确定。

文献［4］给出了城镇和工矿企业分等表，见表4。

表4 城镇和工矿企业分等表

2 内陆核电取水构筑物防洪标准选取时应考虑的因素

2.1 内陆核电厂特点和重要性分等

与常规火电厂相比，内陆核电厂具有以下特点：投资高，总装机容量大；现阶段通常担任基荷，年运行时间长；设计使用年限长（AP1000设计使用年限60年）；机组的换料周期为18个月，减负荷乃至短时间停运并不会相应减少年燃料费用，但会降低核电机组运行的安全性和经济性。

内陆核电厂4台AP1000核电机组年售电收入约130亿元，资产总额约700亿元，均远高于50亿元，可参照表4，确定其重要性分等为特别重要（与超大、特大城市等同）。

表3 水利水电工程分等指标

2.2 取水构筑物的设置地点

取水构筑物自上游无水库的天然河道取水。当核电厂自上游无水库（或不受上游水库溃坝影响）的天然河道取水时，取水构筑物防洪标准确定主要考虑遭遇超标洪水，取水泵房水淹导致的核电厂发电损失。

取水泵房设于水库库区。当核电厂在水库库区设取水泵房取水时，取水构筑物防洪标准应根据取水河段枯水期天然径流情况、遭遇超标洪水取水泵房水淹导致的核电厂发电损失、洪水漫坝导致的水库不可用对核电厂取水的影响程度确定。

取水泵房设于水库下游。当自水库下游取水时，取水构筑物防洪标准应根据取水河段枯水期天然径流情况、遭遇超标洪水取水泵房水淹导致的核电厂发电损失、溃坝洪水导致的泵房水淹带来的核电厂发电损失、洪水漫坝导致的水库不可用对核电厂取水的影响程度确定。

2.3 取水构筑物丧失取水功能导致的核电厂经济损失

遭遇超标洪水时，取水构筑物可能因水淹等原因，在一段时间内丧失取水功能，由此产生的核电厂经济损失主要体现在发电损失。基于下面的假定条件，来评估内火电厂和核电厂取水泵房因外部水淹导致的发电损失。

假定火电厂年利用小时数为6 000 h，燃料成本0.22元/kWh，核电厂年利用小时数为7 000 h；电厂装机容量均为5 000 MW，厂用电率均为6%，不含税上网电价均为0.34元/kWh，取水构筑物修复期间机组停运时间为10天。

按上述假定数据计算出机组停运期间：

火电厂年经济损失=5 000×103×240×（1-6%）×（0.34-0.22）/108=1.35 亿元。

核电厂年经济损失=5 000×103×240×（1-6%）×0.34/108=3.84亿元。

也就是说同样是由于取水构筑物丧失取水功能导致的机组停运，内陆核电厂经济损失远大于同容量的火电厂。

2.4 提高防洪标准对取水构筑物造价影响

对于直接或间接自水库取水的核电厂，取水构筑物选取较高的防洪标准，可能会导致水库大坝等水工建筑物建造（或改造）费用的大幅增加；对于自天然河道取水的核电厂，选取较高的防洪标准也会导致取水泵房造价的增加。

3 取水构筑物防洪标准的选取

3.1 取水构筑物自上游无水库的天然河道取水

当自上游无水库（或不受上游水库溃坝影响）的天然河道取水时，核电厂取水构筑物防洪标准选取，建议参考相关规范，其设计洪水重现期不得低于100年，校核洪水重现期不得低于1 000年，必要时通过利益—代价分析确定。

3.2 取水泵房设于水库库区

取水河段枯水期天然径流量较大。当遭遇漫坝洪水后，水库可能会在一段时间内丧失供水功能，恢复到天然河道状态。若届时取水构筑物在枯水期仍可自天然河道正常取水，且基本能够满足核电厂供水要求，则水库与取水构筑物关联度低，洪水漫坝对核电厂运行经济性影响有限，取水构筑物防洪标准建议采用天然河道取水的防洪标准；若届时取水构筑物在枯水期因为设置位置和进水口标高等原因无法正常取水，这种情况下，洪水漫坝对核电厂运行经济性影响很大，应将水库大坝等主要水工建筑物看作是取水构筑物的一部分，取水构筑物和水库大坝等主要水工建筑物级别应根据其供水功能要求确定为1级，其防洪标准建议根据坝型、坝高、上下游水头等参数，参考表1选取，必要时通过利益—代价分析确定。

取水河段枯水期天然径流量较小。当遭遇漫坝洪水后，水库可能会在一段时间内基本丧失蓄水、调节能力，枯水期可供核电厂的水量可能会大幅减少。若届时取水泵房虽仍可自天然河道取水，但在枯水年难以满足核电厂用水要求，对核电厂运行经济性将产生较大影响；若届时取水泵房因为设置位置和进水口标高等原因无法正常取水，可能无法向核电厂正常供水，对核电厂运行经济性将产生很大影响。这种情况下，应将水库大坝等主要水工建筑物看作是核电厂取水构筑物的一部分，取水构筑物和水库大坝等主要水工建筑物级别应根据其供水功能要求确定为1级，其防洪标准建议参考坝型、坝高、上下游水头等参考表1选取，必要时通过利益—代价分析确定。

3.3 取水泵房设于水库下游

利用坝体内取水管涵取水再经升压泵房升压供水。当遭遇漫坝洪水后，水库可能会在一段时间内丧失功能，应将水库大坝看作是核电厂取水构筑物的一部分，建议升压泵房防洪标准采用天然河道取水的取水构筑物防洪标准；水库大坝等主要水工建筑物级别按1级，其防洪标准建议根据水库坝型、坝高、上下游水头等参数，参考表1选取，必要时通过利益—代价分析确定。

水库下游天然河道设取水泵房取水。当遭遇漫坝洪水后，水库可能会在一段时间内丧失功能。若取水河段枯水期天然径流量较大，且基本能够满足核电厂供水要求，则水库与取水构筑物关联度低，建议取水构筑物防洪标准采用天然河道取水的防洪标准（若上游水库防洪标准较低，尚应考虑溃坝洪水影响）；若取水河段枯水期天然径流量较小，无法满足核电厂供水要求，则水库与取水构筑物关联度高，这种情况下，应将水库大坝看作是取水构筑物的一部分，取水构筑物和水库大坝等主要水工建筑物级别应根据其供水功能要求确定为1级，其防洪标准建议根据坝型、坝高、上下游水头等等参数，考表1选取，必要时通过利益—代价分析确定。

3.4 利益一代价分析

以上分析可见，内陆核电厂取水构筑物防洪标准选取需考虑的因素很多，对核电厂寿命周期成本影响较大，目前尚无法直接引用相关规范确定防洪标准。为保证防洪标准选取的科学性和合理性，建议在参考相关规范的基础上，根据工程具体情况，通过利益—代价分析来确定取水构筑物防洪标准。

基于某内陆核电厂相关参数和3.3节中的假定，举例说明取水构筑物（自天然河道取水）防洪标准选取所开展的利益—代价分析方法和步骤。自水库库区和水库下游取水的内陆核电厂取水构筑物防洪标准的选取，可参照开展相关工作。

核电厂运营期间，取水构筑物不可用期间的期望损失可表示为［5］：

式中：X为取水构筑物不可用时，核电机组发电损失；P（x）为核电厂运营期间每年取水构筑物不可用的概率；〔（1+i）n-1〕/〔i（1+i）n〕为年期望损失折现系数。

各重现期对应的期望损失现值见表5。

表5 不同重现期核电厂期望损失一览表

从表5可见，对于该案例，校核洪水重现期采用2 000年较为合理。

4 结语

取水构筑物防洪标准是内陆核电厂重要的设计参数，对核电厂初投资和运行经济性影响较大，选取不当可能会大幅增加核电厂寿命周期成本。

内陆核电厂取水构筑物防洪标准选取需考虑的因素很多，对核电厂寿命周期成本影响较大，目前尚无法直接引用相关规范确定防洪标准。为保证防洪标准选取的科学性和合理性，建议在参考国内现行相关规范的基础上，根据工程具体情况，通过利益—代价分析来确定取水构筑物防洪标准。