住宅排水管簡捷計算初探

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 1 前言?

嶺澳核電站(簡稱二核)位于廣東省大亞灣西部、大鵬澳的北岸、大亞灣核電站(簡稱一核)東 約1000m處。嶺澳核電站首期容量為2×1000MW，二期裝機容量為2臺1000MW級機組，當 電站首期容量為2×1000MW時，循環(huán)冷卻水量約95m?3/s，當電站達到規(guī)劃容量時，循環(huán)冷 卻 水總量為220m?3/s。由于大亞灣核電站未考慮擴建的可能，而嶺澳核電站距大亞灣核電站 排水口僅600m，兩電站的溫排水方案需統(tǒng)籌考慮，兩廠溫排水總量約315m?3/s，且低放廢 水將隨冷卻水一起排放，其水工布置的好壞直接影響到嶺澳核電站的基建投資、兩電站的安 全經(jīng)濟運行和環(huán)境評價。由于核電廠安全性要求嚴格，核電廠水工設計和火電廠的水工設計 有其共同點，也有其自身的特點，下面分別加以敘述。?

2 設計標準的確定?

2?1 各類冷卻用水系統(tǒng)設計水位的選擇?

2?1?1 常規(guī)島循環(huán)冷卻水設計水位?

常規(guī)島循環(huán)冷卻水設計水位參照火電廠的規(guī)定，但由于嶺澳核電站的主要系統(tǒng)基本是大亞 灣核電站的翻版(大亞灣核電站由外國設計)，其設計低水位更低。?

•設計高水位：P＝1%高潮位＝2?89mPRD (PRD:珠江基準面)?

•設計低水位：P＝99%低潮位＝-2?18mPRD?

2?1?2 核島安全應急水設計基準水位?

核島安全應急水設計基準水位根據(jù)核電廠安全導則確定：?

•設計最高水位：(10%超越概率天文潮高水位＋可能最大風暴潮增水)＝＋6?35mPRD?

•設計最低水位：(10%超越概率天文潮低水位＋可能最大風暴潮減水)＝-3?50mPRD?

2?2 各類冷卻水設計水溫?

2?2?1 常規(guī)島循環(huán)冷卻水設計水溫?

•循環(huán)冷卻水設計水溫：23℃?

•循環(huán)冷卻水設計最高水溫：33℃?

2?2?2核島冷卻水設計水溫?

•設計水溫：30?8℃?

•設計最高水溫：34?5℃?

•設計最低水溫：11?0℃?

2?3 海工建筑物設計標準?

2?3?1 設計波浪標準?

設計波浪的標準通常包括設計波浪的重現(xiàn)期和設計波浪的波列累積頻率兩個方面。我國交通 部《港口工程技術(shù)規(guī)范》第三篇《海港水文》中規(guī)定，一般港工建筑物設計波浪的重現(xiàn)期標 準為五十年一遇，國外海工建筑物設計波浪的重現(xiàn)期標準一般為五十年一遇至一百年一遇。 根據(jù)本工程的重要性，對于其海工建筑物確定采用百年一遇的設計波浪重現(xiàn)期。此設計波浪 重現(xiàn)期的標準與大亞灣核電站防波堤標準一致。對于斜坡式防波堤的設計波高累積頻率，《海港水文》中規(guī)定為13%，波高H??１3%? 即相當于H??1/3?。根據(jù)近年的不規(guī)則波試驗結(jié)果，國外有些規(guī)范如英國海工建筑物設計 標準已采用H??１／１０?作為防波堤的設計波高，H??１／１０?即相當于Ｈ??４％ ?。在深水中H??１／１０?＝1?27H??1/3?，本工程海域由于水 深較淺，Ｈ??1/10?與H??1/3?的比值僅 為1?15左右。本次設計中，對于斜坡式防波堤，設計波浪的累積頻率確定為H??4%?。對 于直立式防波堤和斜坡式防波堤的胸墻，設計波浪的累積頻率均采用H??1%?。?

2?3?2 設計潮位標準?

設計高水位：百年一遇高潮位 2?89mPRD?

設計低水位：百年一遇低潮位 -2?18mPRD?

計算高水位：歷時1%高潮位 0?87mPRD?

計算低水位：歷時98%低潮位 -1?16mPRD?

校核高水位：最高天文潮＋百年一遇增水 3?70mPRD?

設計基準洪水位DBFL：6?35mPRD?

2?3?3 越浪量標準?

排水渠防波堤在設計情況(設計高水位與設計波浪組合)的允許越浪量標準，參照日本海堤和 護岸的常用標準：當?shù)痰耐馄?、堤頂和?nèi)坡均有護面時，海堤為0?05?m?3／m?.s；護岸 為 0?2?m?３／m?.s。由于防波堤后主要為排水渠，因此確定防波堤頂部的允許越浪量為0 ?2?m?3／m?.s，此外還要求排水渠內(nèi)由于越浪造成的波高不大于1?0m。排水防波堤在校核情況(校核高水位與百年一遇波浪組合)下不允許有成層水體越過堤頂，對 越浪量未有明確要求。進水渠防波堤在設計情況下的越浪量以保證泵房前取水流態(tài)和水面波動的穩(wěn)定性為標準。?

2?3?4 建筑物等級及抗震標準?

1)建筑物等級 Ⅰ級建筑物?

2)抗震標準 防波堤按Ⅲ類物項進行設計，并按Ⅱ類物項進行校核，檢驗SL1水準下的抗震 穩(wěn)定性。進排水交叉口按Ⅱ類抗震物項進行設計，并按Ⅰ類抗震物項進行校核，檢驗SL2水準下的抗 震穩(wěn)定性。?

3 水工設計的主要原則?

1) 以核電廠總體規(guī)劃為基礎，結(jié)合當?shù)仫L、浪、流、泥沙等自然條件，遠近結(jié)合，統(tǒng)籌兼 顧，充分體現(xiàn)安全第一的核電工程設計指導思想。?

2) 水工構(gòu)筑物的布置須與電廠的布置和海洋水文地質(zhì)等條件結(jié)合起來考慮。由于防波堤既 是防止大海波浪對電廠廠址的威脅，又是排水渠的一側(cè)堤，所以海工布置上不僅要考慮電廠 經(jīng)濟運行的要求，還要兼顧電廠安全和布置的要求。其主要布置原則如下：?

——考慮電廠溫排水對大亞灣核電站、嶺澳核電站取水口和周圍環(huán)境的影響，就是尋求冷卻 效果好，取水溫升低，對周圍環(huán)境影響小，投資省的最佳布置方案；?

——考慮波浪對電廠安全的影響；?

——滿足泵房前水面波動的要求和保證泵房前有一個好的水流流態(tài)；?

——考慮到大亞灣核電站已投入正常運行，嶺澳核電站的供排水措施應保證維持大亞灣核電 站的正常運行。?

——為防止漂浮物及魚類進入渠道，取水頭部處水流流速接近海流流速。?

3) 盡最大努力把大亞灣核電站已有的供排水措施與新設計的嶺澳核電站供排水設施統(tǒng)一考 慮或改造，使兩個不同年代的無聯(lián)系的構(gòu)思達到相對的統(tǒng)一。?

4) 水工建筑物結(jié)構(gòu)選型合理，滿足核安全要求，結(jié)構(gòu)設計穩(wěn)妥可靠，工程量省，施工方便 ，投資低，管理及維護簡便。?

根據(jù)以上原則，結(jié)合水文、地質(zhì)條件，通過波浪物理模型試驗和冷卻水工程等試驗研究，最 終確定的水工建構(gòu)筑物布置圖見圖。?

4 水工布置優(yōu)化研究?

4?1 取水頭部及進水明渠波浪模型試驗?

4?1?1 取水頭部及進水明渠根據(jù)以下原則設計：?

1)滿足泵房前水面波動H??1/3?≤0?3m的要求和保證泵房有一個好的水流流態(tài)；?

2)為防止漂浮物及魚類進入渠道，取水頭部處水流流速接近海流流速，理論斷面(相應于百 年一遇低水位-2?18mPRD)處渠道平均流速不大于0?2m/s。?

為滿足以上要求，委托天津港灣研究所做了取水明渠波浪物理模型試驗。?

4?1?2 試驗目的?

1)驗證原設計的取水頭部及進水明渠布置方案是否滿足波浪擾動要求；?

2)在滿足取水頭部理論斷面處流速不大于0?2m/s的情況下，推薦取水口和進水明渠合理的 布置型式(配合冷卻水試驗)，優(yōu)化取水口防波堤和北導堤的長度以及是否需要雙堤等，以節(jié) 省工程投資。?

3)為安全分析報告的編寫提供依據(jù)。?

4?1?3 試驗結(jié)果?

經(jīng)過多種不同布置方案的試驗比較和分析，得出如下結(jié)論：?

1)無論在小風區(qū)S向、百年一遇波浪作用下，還是在SE向、百年一遇大浪作用下，泵房前池 與原始波周期相應的短周期波浪的H??１／３?波高均小于0?3m。?

2)取水頭部底寬為150m以上，均可滿足取水頭部處水流平均流速不大于0?2m／s。?

3)受一核防波堤和二核取排水總體布置的局限及取水頭口門流速不大于0?2m／s的條件限制 ，SE向浪作用時，無論取水頭部及進水明渠的布置如何變化，泵房前池均存在較大幅度的長 周期水面升降，并波及到整個進水明渠，取水頭口門處受其影響很小，取排水交叉口附近及 交叉口內(nèi)部水域受長周期波動的影響較大。泵房前池水面表現(xiàn)為長周期緩慢升降的同時，又 有很少的短周期波浪的干擾。其長周期波動的平均周期在100s左右，最大周期在200～300s 之間。這是我們起初未預見到的，根據(jù)專家分析，這是由于一核防波堤繞射波的影響以及進 水 渠道內(nèi)自震頻率與原始波二階波頻率接近的緣故造成的，這就決定了SE向浪作用下的試驗結(jié) 果是方案比選的依據(jù)，其中泵房前池長周期水面波動狀況則是方案比選最關鍵的因素之一。 ?

泵房前池水面長周期波動幅度隨水位的增高和波浪的增大而增加；隨取排水交叉口內(nèi)部水域 面積的擴大而減小；交叉口為箱涵式結(jié)構(gòu)時，前池長周期水面波動略小于倒虹吸式交叉口時 的波動值。一期工程，取排水交叉口為箱涵式結(jié)構(gòu)時，當水位為＋3?70m、＋2?89和＋0?87mPRD時， 百年一遇的SE向大浪作用下，在交叉口內(nèi)部進水明渠底寬為50m時，泵房前池水面長周期升 降幅 度的平均值為1?0m、0?9m和不足0?9m，最大值分別為2?0m、1?8m和1?5m；而交叉口內(nèi) 部渠道拓寬為100m后，其平均值分別減小為0?8m、0?7m和不足0?7m，最大值減小為1?6m 、1?5m和1?2m。增加二期工程后，上述值均減小0?1～0?2m。?

由于泵房前池水面長周期波動的振幅較大，在循環(huán)水泵選型時要加以考慮；同時在DBFL＋6 ?35mPRD時，若加上長周期的波幅，則有水溢上廠區(qū)的危險(廠址地坪標高為＋7?00mPRD) 。必須采取工程措施以減輕長周期波動的影響，初步設計審查之后，專家建議以排水箱涵取 代排水明渠為主在下階段進行重點研究，于是我們請?zhí)旖蚋蹫逞芯克M行了取水頭部及進水 明渠波浪物模的補充試驗，試驗發(fā)現(xiàn)，當加寬進水渠尺寸時，進水渠內(nèi)長周期波動有減小的 趨勢，當進水渠寬度由原50m擴展至100m，同時進水明 渠尾部作一標高為＋6?40mPRD的溢流壩，使長周期波動的涌水部分越過溢流壩，從而有效 地減小了長周期波動幅度，在DBFL＋6?35mPRD時，泵房處進水渠內(nèi)最大上水標高為＋7?15 mPRD，在護岸角線上做一高約1m的岸墻，既可防止長周期波動涌水對廠區(qū)的影響，又可阻止 防波堤越浪在進水明渠內(nèi)引起的再生波浸入廠區(qū)。?