大型海水冷却塔环境影响的预测方法及应用

李超

摘 要：该文采用SACTI程序，建立冷却塔数学模型，以某核电厂大型海水冷却塔为例，模拟计算海水冷却塔产生的雾羽和荫屏，分析太陽辐射损失对环境的影响范围与程度，此评价结果可作为项目海水冷却塔环境影响评价的依据。

关键词：核电厂 海水冷却塔 雾羽

中图分类号：TU528.33 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（a）-0031-02

根据《“十三五”核工业发展规划》，核电厂规模将不断扩大、场地日趋集中。因此，讨论海水冷却塔的雾羽和荫屏造成的太阳辐射损失对环境影响的预测方法具有重要意义[1]。

该文根据美国核管理委员会推荐的SACTI程序的水汽扩散物理原理[2-3]，以某核电厂为例，结合该厂址一年的气象观测数据，建立冷却塔数学模型，模拟计算冷却塔的雾羽和荫屏的范围，进而评价太阳辐射损失对环境的影响。

1 建立雾羽计算模型

雾羽的范围主要包括可见雾羽的长度、抬升高度与可见雾羽的范围。雾羽模型截面分为动量、温度、湿度三层，分别对应不同的动量、温度、湿度值。雾羽抬升过程中，雾羽薄层?s与周围空气?m混合，同时满足质量、水平动量、垂直动量、热焓和总水量守恒约束条件。结合一定的气象条件，通过求解常微分流量函数方程组从而得到雾羽抬升形态和分布预测。

假定质量为?m的空气与长度为?s的雾羽混合，混合期间，雾羽的饱和状态不发生改变，夹带速率常数和雾羽夹带速率通过以下公式定义：

2 预测分析

该文以某核电厂大型海水冷却塔为例，预测分析冷却塔造成的太阳辐射损失对环境的影响。

2.1 气象条件

根据该核电厂冷却塔基本参数和厂址一年的气象资料，通过雾羽计算模型预测冷却塔对局地大气环境的影响。该厂址代表性气象站多年平均降水量567.4 mm，多年平均气温为12.5 ℃，多年平均相对湿度为63%。图1为该厂址年风向玫瑰图。

2.2 预测结果

通过模型计算在全年正常工况下冷却塔雾羽和荫屏造成的太阳辐射损失量。图2给出了全年中雾羽造成冷却塔周围地面“荫屏”小时数，图3给出了冷却塔周围各距离上全年太阳辐射累积损失量及其分布。

根据雾羽模型计算结果，该核电厂正常运行时，在冷却塔附近：

最大的阴影时间位于冷却塔中心位置N方位约200 m处，全年最大阴影时间约为461 h，相应减少的太阳辐射能量约为1 024.7 MJ/m2，约占总太阳辐射损失的11.78%。

在1 000 m处，平均太阳辐射损失为71.8 MJ/m2，约占太阳总辐射损失的0.83%。

在5 000 m处，平均太阳辐射损失约为8.0 MJ/m2，约占太阳总辐射能的0.11%。

根据预测结果对冷却塔雾羽和荫屏带来的影响进行分析发现，该核电厂冷却塔正常运行时雾羽的扩散与主要风向一致，W、NE及N方向受影响；雾羽扩散范围主要集中在厂区内的有限范围。全年最长荫屏时间为461 h，位于冷却塔中心位置N方位约200 m处，461 h相应引起太阳辐射能量损失仅为太阳辐射量的11.78%，该值略超出太阳辐射量的自然年际波动范围（1%～10%）内。但雾羽主要的扩散范围、荫屏引起太阳辐射能量损失基本处于厂区的内部。因此，该核电厂大型海水冷却塔形成的雾羽和荫屏不会对周围环境产生明显影响。

3 结语

该文利用SACTI模型模拟计算了某核电厂大型海水冷却塔的雾羽和荫屏造成的太阳辐射损失影响。预测结果显示，冷却塔的荫屏引起太阳辐射能量损失基本处于厂区的内部，太阳辐射损失不会对周围环境产生明显影响。

利用SACTI模型，可以根据气象观测站提供的逐时气象数据，定量计算核电厂冷却塔产生的雾羽、荫屏的影响。由于国内缺乏海水冷却塔的实测数据，模型计算结果可以作为核电厂环境影响评价的依据。

参考文献

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

[2] 上官志洪，张启明，陶云良.内陆核电厂冷却塔的环境影响预测计算[J].辐射防护，2009（4）：211-218.

[3] 王炫，杜风雷.SACTI模型在核电厂大型自然通风冷却塔对局地环境影响预测评价中的应用[J].辐射防护，2013（4）：199-205.