大型海水冷卻塔環境影響的預測方法及應用

李超

摘 要：該文采用SACTI程序，建立冷卻塔數學模型，以某核電廠大型海水冷卻塔為例，模擬計算海水冷卻塔產生的霧羽和蔭屏，分析太陽輻射損失對環境的影響范圍與程度，此評價結果可作為項目海水冷卻塔環境影響評價的依據。

關鍵詞：核電廠 海水冷卻塔 霧羽

中圖分類號：TU528.33 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0031-02

根據《“十三五”核工業發展規劃》，核電廠規模將不斷擴大、場地日趨集中。因此，討論海水冷卻塔的霧羽和蔭屏造成的太陽輻射損失對環境影響的預測方法具有重要意義[1]。

該文根據美國核管理委員會推薦的SACTI程序的水汽擴散物理原理[2-3]，以某核電廠為例，結合該廠址一年的氣象觀測數據，建立冷卻塔數學模型，模擬計算冷卻塔的霧羽和蔭屏的范圍，進而評價太陽輻射損失對環境的影響。

1 建立霧羽計算模型

霧羽的范圍主要包括可見霧羽的長度、抬升高度與可見霧羽的范圍。霧羽模型截面分為動量、溫度、濕度三層，分別對應不同的動量、溫度、濕度值。霧羽抬升過程中，霧羽薄層?s與周圍空氣?m混合，同時滿足質量、水平動量、垂直動量、熱焓和總水量守恒約束條件。結合一定的氣象條件，通過求解常微分流量函數方程組從而得到霧羽抬升形態和分布預測。

假定質量為?m的空氣與長度為?s的霧羽混合，混合期間，霧羽的飽和狀態不發生改變，夾帶速率常數和霧羽夾帶速率通過以下公式定義：

2 預測分析

該文以某核電廠大型海水冷卻塔為例，預測分析冷卻塔造成的太陽輻射損失對環境的影響。

2.1 氣象條件

根據該核電廠冷卻塔基本參數和廠址一年的氣象資料，通過霧羽計算模型預測冷卻塔對局地大氣環境的影響。該廠址代表性氣象站多年平均降水量567.4 mm，多年平均氣溫為12.5 ℃，多年平均相對濕度為63%。圖1為該廠址年風向玫瑰圖。

2.2 預測結果

通過模型計算在全年正常工況下冷卻塔霧羽和蔭屏造成的太陽輻射損失量。圖2給出了全年中霧羽造成冷卻塔周圍地面“蔭屏”小時數，圖3給出了冷卻塔周圍各距離上全年太陽輻射累積損失量及其分布。

根據霧羽模型計算結果，該核電廠正常運行時，在冷卻塔附近：

最大的陰影時間位于冷卻塔中心位置N方位約200 m處，全年最大陰影時間約為461 h，相應減少的太陽輻射能量約為1 024.7 MJ/m2，約占總太陽輻射損失的11.78%。

在1 000 m處，平均太陽輻射損失為71.8 MJ/m2，約占太陽總輻射損失的0.83%。

在5 000 m處，平均太陽輻射損失約為8.0 MJ/m2，約占太陽總輻射能的0.11%。

根據預測結果對冷卻塔霧羽和蔭屏帶來的影響進行分析發現，該核電廠冷卻塔正常運行時霧羽的擴散與主要風向一致，W、NE及N方向受影響；霧羽擴散范圍主要集中在廠區內的有限范圍。全年最長蔭屏時間為461 h，位于冷卻塔中心位置N方位約200 m處，461 h相應引起太陽輻射能量損失僅為太陽輻射量的11.78%，該值略超出太陽輻射量的自然年際波動范圍（1%～10%）內。但霧羽主要的擴散范圍、蔭屏引起太陽輻射能量損失基本處于廠區的內部。因此，該核電廠大型海水冷卻塔形成的霧羽和蔭屏不會對周圍環境產生明顯影響。

3 結語

該文利用SACTI模型模擬計算了某核電廠大型海水冷卻塔的霧羽和蔭屏造成的太陽輻射損失影響。預測結果顯示，冷卻塔的蔭屏引起太陽輻射能量損失基本處于廠區的內部，太陽輻射損失不會對周圍環境產生明顯影響。

利用SACTI模型，可以根據氣象觀測站提供的逐時氣象數據，定量計算核電廠冷卻塔產生的霧羽、蔭屏的影響。由于國內缺乏海水冷卻塔的實測數據，模型計算結果可以作為核電廠環境影響評價的依據。

參考文獻

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

[2] 上官志洪，張啟明，陶云良.內陸核電廠冷卻塔的環境影響預測計算[J].輻射防護，2009（4）：211-218.

[3] 王炫，杜風雷.SACTI模型在核電廠大型自然通風冷卻塔對局地環境影響預測評價中的應用[J].輻射防護，2013（4）：199-205.