冬季红沿河核电站邻近海域海流特征及其环境响应

发布时间：2020-07-11 08:53

【摘要】：红沿河核电站是我国北方渤海地区唯一的核电站,掌握核电站周边海域流场和温度场变化特征对保障核电冷源取水安全具有重要意义,对排水口物质和能量的输运规律研究也具有一定的价值。本文基于2013年12月—2014年5月在红沿河核电站邻近海域布放的4套海床基系统获取的海流、水位和底层温度等连续观测资料,结合同期遥感风场和海表高分辨率温度场(SST)等数据,分析了该海域余流的垂向分布特征;采用调和分析方法对该海域潮流特征进行研究;讨论了研究海域温度的变化规律,风场与表、中、底层流速的相干关系,并利用小波分析阐明了海流及潮汐能量随时间的变化,从而总结环境变化对水动力场的影响。主要研究结果如下:核电站邻近海域的余流流速基本随深度增加而减小,中层附近余流的垂向变化较小,近底层余流的变化较大。S1站余流流速相对较小,但余流占总流速比例及其随深度的变化程度较大,流向为东北向,余流垂向变化流动能占总动能的17.82%,其平均涡动能量占总涡动动能的66%;S2、S3两站余流所占比例随深度变化较小,流向为西南向,余流垂向变化流动能占总动能的17.82%,其涡动能有96%是正压的;S4站余流所占比例随深度变化较小,流向北偏东,该站余流正压结构较稳定,余流涡动能基本是正压的。潮流属于规则半日潮流,M2分潮流在该海域占主导作用,K1分潮流次之,M2分潮流和K1分潮流基本呈往复流特征。S1站浅水分潮显著,且由于S1站地处取水导流堤所围的港池中,潮流特征的垂向分布与S2—S4站有较大差异。各站M2分潮流和K1分潮流的最大流速均随深度增加而减小,除S1站外,S2—S4三站M2分潮流和K1分潮流的旋转率、最大流速方向值均随深度增大而减小,最大流速发生时间随深度变化较小。2013年底到2014年3月初,研究海域的SST呈逐渐下降的趋势;S1—S4四站海底温度总体呈先减小后增大趋势震荡变动,且随潮汐变化有明显的极大值和极小值,最小值出现在2月。近岸站点受太阳辐射等因素影响造成的温度日变化影响比远岸站点大;S4站中层海水受温排水影响,温度及其变化幅度均略高于底层,但温排水对该站中层以下的温度环境影响较小。核电站邻近海域海表10m风场对周期小于0.5d的高频海流影响较大,近岸补偿流中周期大于1d的低频海流也容易受到风的作用,且冬季大风对流的影响直达海底。S1站没有长期连续的显著潮流信号;S2—S4站均有显著的半日潮流信号,半日分潮流能量随时间振荡变化且在整个观测期内连续,在2月10日左右开始进入结冰期时达到最小值。S1—S4站潮汐能量也随时间振荡变化,能量极大值出现在大潮日附近,极小值出现在小潮日附近,朔日后的能量变化强于望日后的能量变化。海面结冰使潮汐能量变化变快,但能量相对较低,水位变化程度与潮汐能量大小呈正相关。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X145;TM623
【图文】：

压水堆核电站,核电站

图 1-1 压水堆核电站运作原理Fig.1-1 Operation principle of pressurized water reactor nuclear power plant核电站生产运行过程中与海洋环境的相互影响主要体现在两个方面。一方面：核电取水口在取水过程中易受悬浮泥沙、海洋生物、海洋垃圾以及海冰（在我国主要发生于冬季）的淤积阻塞，核电站取水系统的堵塞问题不仅会对核电机组的运行产生影响，导致核电机组被迫降低功率或停堆停机，还可能对核电站最终热阱的可用性构成威胁[1]。另一方面：核电排水口排放的温排水会给海洋输入大量的热能以及余氯等污染物质，并存在放射性污染的风险，这将对局部海域的温度场、流场结构和海洋生态环境造成一定的影响[2，3]。红沿河核电站是我国北方渤海地区唯一的在营核电站。与我国其他沿海核电站不同的是，冬季海冰对核电站取水口安全的影响很大。因此掌握冬季核电站周边海域流场和温度场的变化特征，对保障核电冬季冷源安全具有重要意义，另外对研究排水口物质和能量的输运规律也具有一定的价值。因此，本文将基于冬季实测水动力资料，详细分析红沿河核电站周边海域的海流和温度特征及其环境响

邻近海域,沿河,核电站

辽宁红沿河核电站隶属于中国广东核电集团有限公司，是我国“十一五”期间首个批准开工建设的核电项目，是我国目前百万千瓦级核电机组国产化、自主化程度最高的核电站，同时也是我国东北地区第一个核电站。红沿河核电站分两期规划，共建有 6 台百万千瓦级的压水核电机组。其中，一期工程于 2007 年 8 月开工建设，目前 4 台机组均已投入运营，单台夏季冷却水量约为 50.2m3/s，冬季冷却水量约为 37.6m3/s[32]；二期工程的 2 台机组已全面进入设备安装阶段。为防止冬季取水口的泥沙、浮冰和固体漂浮物阻塞取水口，一期工程采用敞开式明渠取水方案，所有机组共用厂区西侧的 1 个取水口；明渠排水口集中于厂区西侧护岸外，口门朝向西南，呈喇叭式集中排放。核电站建于辽宁省瓦房店市红沿河镇，地处辽东湾东海岸，位于二级海蚀阶地之上，地势高差起伏较小，大部分地段平坦开阔，海岸线大致呈 N—S 走向。厂址西侧面临海，南岸和北岸为浅水海湾所包围，三面临海、一面向陆。厂区附近水深变化较小，等深线大概与海岸线平行。离岸不远处有岛，名为‘温坨子岛’岛岸为基岩砂质岬湾海岸，海岸陡峭，岬角突出，岸边附近水深流急。

表层海流,半日分潮,海流

上海海洋大学硕士学位论文海流旋转谱可分为反映海流顺时针旋转分矢量能量分布情况的顺时针谱，以及反映海流逆时针分矢量能量分布情况的逆时针谱。从图 3-1 可以看出，红沿河核电站取水口附近 S1 站的表层海流具有较强的半日分潮流信号，而全日分潮流信号却不显著，取而代之的是频率在 0.17cph 频率附近的强信号，且此信号强度略低于半日分潮流频率，说明 S1 站处潮流以半日分潮流和浅水分潮为主；各层潮流信号顺时针方向旋转的能量强于逆时针方向，这说明潮流在 S1 处主要为顺时针运动。图 3-1 S1 站表层海流旋转谱Fig.3-1 Rotation spectrum of surface current in S1S2、S3 和 S4 三站位于外海。由图 3-2—图 3-4 可以看出，表层三站在 0.0805cph频率附近的海流波动信号最强

【参考文献】