某核电工程海区水沙条件分析

富丽娟，赵洪波

（1.国核电力规划设计研究院，北京 100095;2.交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津 300456）

某核电工程海区水沙条件分析

富丽娟1，赵洪波2

（1.国核电力规划设计研究院，北京 100095;2.交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津 300456）

为了从宏观上论证某拟建核电取水工程平面布局的合理性，依据大量实测资料，研究了该工程海区的水动力条件、泥沙环境以及岸滩冲淤演变特征。通过研究表明，该工程水域水动力不强、含沙量低、岸滩基本处于稳定状态，外界泥沙来源较少，在合理布置取水工程后不会产生较强的泥沙淤积问题。此外还结合该区的波浪及底质特点讨论了取水口位置，并进一步给出了局部防淤的相关措施。

核电站；取水；泥沙；淤积

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

拟建的核电厂址面临黄海，处在镆铘岛和楮岛咀相连的岸线中部（图1）。厂址北距荣成市约20 km，西南距石岛约13 km，西北距威海市约68 km，西南距青岛市约185 km。该核电取排水平面布置拟在现有养参池围堤基础上建设取、排水明渠，采用浅取深排的方式取海水冷却。其中取水明渠口门拟布置在-8 m等深线（85国家高程基准），排水明渠拟向东延伸约1 km至深水区。

对核电工程而言，取水安全是首要关注的问题，其中水动力条件和泥沙淤积问题也是涉及取水安全的关键［1-2］。因此通过大量实测资料分析核电厂址的水动力条件、泥沙特征及冲淤变化趋势，对于宏观掌握核电取水条件、预判泥沙淤积问题具有重要意义。

图1 核电工程位置Fig.1 Location of the nuclear power plant

1 工程海区水动力条件

1.1 波浪

根据工程水域波浪观测站（水深8.5 m）波浪周年观测资料分析，厂址附近波型以涌浪为主，约占实测数据的31.38%，其次为风浪与涌浪相当的混合浪，约占28.99%，再次为涌浪为主的混合浪，约为16.88%，然后是风涌浪，约为15.41%，海区风浪比例最小，仅为7.34%。该海区常浪向为NE向，出现频率达到16.10%，次常浪向是E和ENE向，出现频率分别达到14.12%和13.98%，强浪向为NE向，其次为ENE、E和NNW向。工程海区十分之一大波97%的波高小于1.5 m。另据工程区北侧成山头海洋站长期观测资料，该海域多年最大波高可达5.9 m。

1.2 潮汐

工程海域潮波运动受到成山角外M2分潮无潮点影响，潮波运动形态复杂［3-5］，潮汐性质属不正规半日潮，日潮不等现象显著。根据工程水域潮位周年观测资料，平均潮差为1.28 m，最大潮差为2.33 m。平均涨潮历时为6 h 20 min，平均落潮历时为6 h 03 min。工程区水域理论深度基准面位于85国家高程基面以下1.51 m。

1.3 潮流

受黄海潮汐影响，该海区潮流较为复杂［6-7］，根据工程海区2006年冬、夏季的大、中、小潮各3次全同步日连续水文泥沙测验资料分析，该海区潮流具有如下特点：

（1）潮流具有明显的往复流性质，涨潮偏南，落潮偏北，在工程区近岸水域则会受到养参池围堰及岛屿的影响，流向随地形和边界有所变化。

（2）从各站的大、中、小潮潮段平均和垂线平均最大流速变化看，不论夏季或冬季，均呈现有大潮流速大、小潮流速小，涨潮流速大于落潮流速的变化规律。同时，靠近深海水域的流速大于湾内水域，近岸站位的流速最小。靠近深海水域的潮段平均流速涨潮为0.51～0.74 m/s，落潮为0.41～0.65 m/s，近岸水域各站的流速仅为0.10 m/s左右。各站的垂线平均最大流速的变化规律与平均流速类似，深水区大潮涨潮流速最大可达1.40 m/s，落潮达1.04 m/s，而近岸水域涨落潮最大流速也仅在0.30 m/s左右。

图2 实测大潮流速矢量图Fig.2 Current vector of spring tide

2 工程海区泥沙环境及冲淤特征

2.1 地形地貌特征

工程区所在海区岸线略呈弧状，拟建核电位于两弧段交接处，工程水域近岸有沙滩、礁石、养殖围堤分布，两端的镆铘岛和楮岛咀有海蚀崖。核电厂址近岸海域海底坡度较平缓，于0～-5 m等深线之间，海底坡度为1/80。

2.2 含沙量

根据工程海区2006年冬、夏季的大、中、小潮各3次全同步日连续水文泥沙测验资料分析，该海区含沙量具有如下特征：

（1）工程海区夏季各站涨、落潮垂线平均含沙量分别介于0.004～0.049 kg/m3、0.003～0.080 kg/m3；冬季各站涨、落潮垂线平均含沙量分别介于0.002～0.029 kg/m3、0.003～0.025 kg/m3；夏冬季平均含沙量约为0.015 kg/m3。夏季各站涨、落潮垂线平均最大含沙量分别介于0.018～0.235 kg/m3、0.013～0.321 kg/m3；冬季各站涨、落潮垂线平均最大含沙量分别介于0.011～0.088 kg/m3、0.008～0.068 kg/m3。其中核电取排水工程附近水域最大含沙量为0.09 kg/m3。总体上该海区正常天气含沙量处于较低量级，其中夏季含沙量略高于冬季与其观测期间波浪略大有关。

（2）从平面分布来看，靠近南北2个岬角（镆铘岛和楮岛）为含沙量最大的区域。在核电取排水工程附近水域夏、冬季平均含沙量为0.008 kg/m3和0.006 kg/m3，仅为海域平均含沙量的一半，说明取排水工程区处于该海区含沙量较低状态。

2.3 悬沙及底质

据2006年夏冬季水文全潮各站的悬沙混合样品分析，该海域悬沙中值粒径介于0.004 3～0.012 8 mm，平均约为0.006 5 mm，悬沙按其组成属于粉砂质粘土和粘土质粉砂。

根据该海域2010年大范围底质取样分析结果，工程海区沉积物组成较复杂，中值粒径在0.009～1.497 7 mm，潮间带和近岸为砂质，外海为淤泥粉砂质；自岸向海，泥沙粒径呈由粗至细的变化特征。按中值粒径的区域分布，石岛湾和桑沟湾处为小于0.04 mm粒径的细颗粒分布区；在桑沟湾出口南，有一处小于0.4 mm和一处面积不大的0.6～1.0 mm粗颗粒分布区。镆铘岛附近沉积物粒径最大，一般在0.5 mm以上；楮岛附近次之，一般在0.2～0.5 mm；核电厂址区最小，近岸介于0.1～0.3 mm，深水区均小于0.05 mm。总体上近岸属沙质海床。

2.4 岸滩冲淤变化及泥沙来源

由1934年、1980年本工程区海图以及2006年和2011年工程及附近水域水深测图比较分析，结合现场踏勘及泥沙来源调查综合判断，本工程岸滩冲淤呈现如下特点：

（1）工程海域岸线长期保持稳定，局部呈缓慢蚀退状态。（2）工程海域海床长期以来有冲有淤，且总体呈微淤状态，经统计平均淤积幅度为0.6 cm/a，与210Pb沉积年代分析得出的平均沉积速率（0.37 cm/a）量级基本一致。（3）除核电取排水所在的养参池南、北两侧-2 m等深线岸侧略有淤积外，近年来工程海域深水区略呈冲刷趋势，平均冲幅2.6 cm/a。（4）位于本工程西南部的石岛湾新港属于人工开挖港池，港池内平均年回淤在0.48 m/a左右，淤积物主要为细颗粒泥沙［8］。（5）核电取排水工程处于岬湾岸段，工程海岸岸线常年稳定，已有人工工程两侧岸滩形态较为对称，沿岸输沙量级很有限。（6）本工程海区外界泥沙来源有限，对本工程而言，除来自随潮流输移的悬沙，泥沙主要来自本地滩面波浪掀沙。

3 讨论与分析

根据上述本工程海区的水动力条件、工程海区泥沙环境及冲淤特征，此处主要针对本核电取水问题进行分析和讨论，宏观判断水沙条件及其对取水明渠淤积的影响。

（1）从本工程海区的水沙条件综合来看，拟建核电工程水域水动力不强、含沙量低、岸滩常年以来处于稳定状态，外界泥沙来源较少。因此，定性判断在合理布置取水工程后不会产生较强的泥沙淤积问题，正常维护应能满足核电正常取水要求。

（2）从核电取水明渠口门布置分析，本工程水域处于已有养参池南北两侧的近岸弱流区内，对于正常海况平均流速0.1 m/s以下的水域，单纯潮流已很难起动自然床面的泥沙。本海区面临黄海，水域开敞，因此波浪是近岸泥沙起动的主要动力条件，尤其在冬季寒潮及夏季台风季节，大浪容易掀动近岸泥沙造成岸滩冲淤。从水动力而言，取水口应尽量布置在该水域波浪破碎带以外区域。

（3）本核电取水明渠处于中细砂到细砂质海床，取水头部受波浪影响可能存在局部紊动，使局部推移质在口门水域淤积，因此，设置拦沙坎或口门局部沉沙池将有利于发挥大风浪下防淤的效果，以进一步降低泥沙淤积对取水的影响，并改善取水明渠清淤条件。

4 结语

本文依据大量现场实测资料对拟建某核电厂址海区的水动力条件、工程海区泥沙环境及冲淤特征进行了分析，结合拟建取排水工程对取水泥沙淤积问题进行了宏观判断和讨论。总体认为，本工程水域水动力不强、含沙量低、岸滩常年以来处于稳定状态，外界泥沙来源较少，在合理布置取水工程后不会产生较强的泥沙淤积问题，正常维护能够满足核电正常取水要求。工程近岸水域以波浪动力为主，取水口应尽量布置在其波浪破碎带以外，另考虑到该工程水域海床底质条件，取水明渠口门段可设置拦沙坎或沉沙池，以进一步降低泥沙淤积对取水的影响，并改善取水明渠清淤条件。

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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

国家科技重大专项科研课题（2011ZX06002-001-011）

富丽娟（1980-），女，江苏省吴江人，工程师，主要从事核电环保研究。