住宅排水管簡(jiǎn)捷計(jì)算初探

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 1 前言?

嶺澳核電站(簡(jiǎn)稱(chēng)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(jiǎn)稱(chēng)一核)東 約1000m處。嶺澳核電站首期容量為2×1000MW，二期裝機(jī)容量為2臺(tái)1000MW級(jí)機(jī)組，當(dāng) 電站首期容量為2×1000MW時(shí)，循環(huán)冷卻水量約95m?3/s，當(dāng)電站達(dá)到規(guī)劃容量時(shí)，循環(huán)冷 卻 水總量為220m?3/s。由于大亞灣核電站未考慮擴(kuò)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(chǎng)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(jì)運(yùn)行和環(huán)境評(píng)價(jià)。由于核電廠(chǎng)安全性要求嚴(yán)格，核電廠(chǎng)水工設(shè)計(jì)和火電廠(chǎng)的水工設(shè)計(jì) 有其共同點(diǎn)，也有其自身的特點(diǎn)，下面分別加以敘述。?

2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定?

2?1 各類(lèi)冷卻用水系統(tǒng)設(shè)計(jì)水位的選擇?

2?1?1 常規(guī)島循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)水位?

常規(guī)島循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)水位參照火電廠(chǎng)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(guó)設(shè)計(jì))，其設(shè)計(jì)低水位更低。?

•設(shè)計(jì)高水位：P＝1%高潮位＝2?89mPRD (PRD:珠江基準(zhǔn)面)?

•設(shè)計(jì)低水位：P＝99%低潮位＝-2?18mPRD?

2?1?2 核島安全應(yīng)急水設(shè)計(jì)基準(zhǔn)水位?

核島安全應(yīng)急水設(shè)計(jì)基準(zhǔn)水位根據(jù)核電廠(chǎng)安全導(dǎo)則確定：?

•設(shè)計(jì)最高水位：(10%超越概率天文潮高水位＋可能最大風(fēng)暴潮增水)＝＋6?35mPRD?

•設(shè)計(jì)最低水位：(10%超越概率天文潮低水位＋可能最大風(fēng)暴潮減水)＝-3?50mPRD?

2?2 各類(lèi)冷卻水設(shè)計(jì)水溫?

2?2?1 常規(guī)島循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)水溫?

•循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)水溫：23℃?

•循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)最高水溫：33℃?

2?2?2核島冷卻水設(shè)計(jì)水溫?

•設(shè)計(jì)水溫：30?8℃?

•設(shè)計(jì)最高水溫：34?5℃?

•設(shè)計(jì)最低水溫：11?0℃?

2?3 海工建筑物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?

2?3?1 設(shè)計(jì)波浪標(biāo)準(zhǔn)?

設(shè)計(jì)波浪的標(biāo)準(zhǔn)通常包括設(shè)計(jì)波浪的重現(xiàn)期和設(shè)計(jì)波浪的波列累積頻率兩個(gè)方面。我國(guó)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(shè)計(jì)波浪的重現(xiàn)期標(biāo) 準(zhǔn)為五十年一遇，國(guó)外海工建筑物設(shè)計(jì)波浪的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)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(duì)于其海工建筑物確定采用百年一遇的設(shè)計(jì)波浪重現(xiàn)期。此設(shè)計(jì)波浪 重現(xiàn)期的標(biāo)準(zhǔn)與大亞灣核電站防波堤標(biāo)準(zhǔn)一致。對(duì)于斜坡式防波堤的設(shè)計(jì)波高累積頻率，《海港水文》中規(guī)定為13%，波高H??１3%? 即相當(dāng)于H??1/3?。根據(jù)近年的不規(guī)則波試驗(yàn)結(jié)果，國(guó)外有些規(guī)范如英國(guó)海工建筑物設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)已采用H??１／１０?作為防波堤的設(shè)計(jì)波高，H??１／１０?即相當(dāng)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(shè)計(jì)中，對(duì)于斜坡式防波堤，設(shè)計(jì)波浪的累積頻率確定為H??4%?。對(duì) 于直立式防波堤和斜坡式防波堤的胸墻，設(shè)計(jì)波浪的累積頻率均采用H??1%?。?

2?3?2 設(shè)計(jì)潮位標(biāo)準(zhǔn)?

設(shè)計(jì)高水位：百年一遇高潮位 2?89mPRD?

設(shè)計(jì)低水位：百年一遇低潮位 -2?18mPRD?

計(jì)算高水位：歷時(shí)1%高潮位 0?87mPRD?

計(jì)算低水位：歷時(shí)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(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位DBFL：6?35mPRD?

2?3?3 越浪量標(biāo)準(zhǔn)?

排水渠防波堤在設(shè)計(jì)情況(設(shè)計(jì)高水位與設(shè)計(jì)波浪組合)的允許越浪量標(biāo)準(zhǔn)，參照日本海堤和 護(hù)岸的常用標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)?shù)痰耐馄隆⒌添敽蛢?nèi)坡均有護(hù)面時(shí)，海堤為0?05?m?3／m?.s；護(hù)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(guò)堤頂，對(duì) 越浪量未有明確要求。進(jìn)水渠防波堤在設(shè)計(jì)情況下的越浪量以保證泵房前取水流態(tài)和水面波動(dòng)的穩(wěn)定性為標(biāo)準(zhǔn)。?

2?3?4 建筑物等級(jí)及抗震標(biāo)準(zhǔn)?

1)建筑物等級(jí) Ⅰ級(jí)建筑物?

2)抗震標(biāo)準(zhǔn) 防波堤按Ⅲ類(lèi)物項(xiàng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并按Ⅱ類(lèi)物項(xiàng)進(jìn)行校核，檢驗(yàn)SL1水準(zhǔn)下的抗震 穩(wěn)定性。進(jìn)排水交叉口按Ⅱ類(lèi)抗震物項(xiàng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并按Ⅰ類(lèi)抗震物項(xiàng)進(jìn)行校核，檢驗(yàn)SL2水準(zhǔn)下的抗 震穩(wěn)定性。?

3 水工設(shè)計(jì)的主要原則?

1) 以核電廠(chǎng)總體規(guī)劃為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)、浪、流、泥沙等自然條件，遠(yuǎn)近結(jié)合，統(tǒng)籌兼 顧，充分體現(xiàn)安全第一的核電工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想。?

2) 水工構(gòu)筑物的布置須與電廠(chǎng)的布置和海洋水文地質(zhì)等條件結(jié)合起來(lái)考慮。由于防波堤既 是防止大海波浪對(duì)電廠(chǎng)廠(chǎng)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(chǎng) 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，還要兼顧電廠(chǎng)安全和布置的要求。其主要布置原則如下：?

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

——考慮波浪對(duì)電廠(chǎng)安全的影響；?

——滿(mǎn)足泵房前水面波動(dòng)的要求和保證泵房前有一個(gè)好的水流流態(tài)；?

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

——為防止漂浮物及魚(yú)類(lèi)進(jìn)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(shè)計(jì)的嶺澳核電站供排水設(shè)施統(tǒng)一考 慮或改造，使兩個(gè)不同年代的無(wú)聯(lián)系的構(gòu)思達(dá)到相對(duì)的統(tǒng)一。?

4) 水工建筑物結(jié)構(gòu)選型合理，滿(mǎn)足核安全要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)妥可靠，工程量省，施工方便 ，投資低，管理及維護(hù)簡(jiǎn)便。?

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

4 水工布置優(yōu)化研究?

4?1 取水頭部及進(jìn)水明渠波浪模型試驗(yàn)?

4?1?1 取水頭部及進(jìn)水明渠根據(jù)以下原則設(shè)計(jì)：?

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

2)為防止漂浮物及魚(yú)類(lèi)進(jìn)入渠道，取水頭部處水流流速接近海流流速，理論斷面(相應(yīng)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(mǎn)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(yàn)。?

4?1?2 試驗(yàn)?zāi)康?

1)驗(yàn)證原設(shè)計(jì)的取水頭部及進(jìn)水明渠布置方案是否滿(mǎn)足波浪擾動(dòng)要求；?

2)在滿(mǎn)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(jìn)水明渠合理的 布置型式(配合冷卻水試驗(yàn))，優(yōu)化取水口防波堤和北導(dǎo)堤的長(zhǎng)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(bào)告的編寫(xiě)提供依據(jù)。?

4?1?3 試驗(yàn)結(jié)果?

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

1)無(wú)論在小風(fēng)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(yīng)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(mǎn)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(mén)流速不大于0?2m／s的條件限制 ，SE向浪作用時(shí)，無(wú)論取水頭部及進(jìn)水明渠的布置如何變化，泵房前池均存在較大幅度的長(zhǎng) 周期水面升降，并波及到整個(gè)進(jìn)水明渠，取水頭口門(mén)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(zhǎng)周期波動(dòng)的影響較大。泵房前池水面表現(xiàn)為長(zhǎng)周期緩慢升降的同時(shí)，又 有很少的短周期波浪的干擾。其長(zhǎng)周期波動(dòng)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(yù)見(jiàn)到的，根據(jù)專(zhuān)家分析，這是由于一核防波堤繞射波的影響以及進(jìn) 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(yàn)結(jié) 果是方案比選的依據(jù)，其中泵房前池長(zhǎng)周期水面波動(dòng)狀況則是方案比選最關(guān)鍵的因素之一。 ?

泵房前池水面長(zhǎng)周期波動(dòng)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(kuò)大而減?。唤徊婵跒橄浜浇Y(jié)構(gòu)時(shí)，前池長(zhǎng)周期水面波動(dòng)略小于倒虹吸式交叉口時(shí) 的波動(dòng)值。一期工程，取排水交叉口為箱涵式結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)水位為＋3?70m、＋2?89和＋0?87mPRD時(shí)， 百年一遇的SE向大浪作用下，在交叉口內(nèi)部進(jìn)水明渠底寬為50m時(shí)，泵房前池水面長(zhǎng)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(zhǎng)周期波動(dòng)的振幅較大，在循環(huán)水泵選型時(shí)要加以考慮；同時(shí)在DBFL＋6 ?35mPRD時(shí)，若加上長(zhǎng)周期的波幅，則有水溢上廠(chǎng)區(qū)的危險(xiǎn)(廠(chǎng)址地坪標(biāo)高為＋7?00mPRD) 。必須采取工程措施以減輕長(zhǎng)周期波動(dòng)的影響，初步設(shè)計(jì)審查之后，專(zhuān)家建議以排水箱涵取 代排水明渠為主在下階段進(jìn)行重點(diǎn)研究，于是我們請(qǐng)?zhí)旖蚋蹫逞芯克M(jìn)行了取水頭部及進(jìn)水 明渠波浪物模的補(bǔ)充試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加寬進(jìn)水渠尺寸時(shí)，進(jìn)水渠內(nèi)長(zhǎng)周期波動(dòng)有減小的 趨勢(shì)，當(dāng)進(jìn)水渠寬度由原50m擴(kuò)展至100m，同時(shí)進(jìn)水明 渠尾部作一標(biāo)高為＋6?40mPRD的溢流壩，使長(zhǎng)周期波動(dòng)的涌水部分越過(guò)溢流壩，從而有效 地減小了長(zhǎng)周期波動(dòng)幅度，在DBFL＋6?35mPRD時(shí)，泵房處進(jìn)水渠內(nèi)最大上水標(biāo)高為＋7?15 mPRD，在護(hù)岸角線(xiàn)上做一高約1m的岸墻，既可防止長(zhǎng)周期波動(dòng)涌水對(duì)廠(chǎng)區(qū)的影響，又可阻止 防波堤越浪在進(jìn)水明渠內(nèi)引起的再生波浸入廠(chǎng)區(qū)。?