美國濱海核電廠溫排水混合區的設置及啟示

魏新渝, 張 琨, 王韶偉, 徐海峰, 方 圓, 楊端節

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美國濱海核電廠溫排水混合區的設置及啟示

魏新渝, 張 琨, 王韶偉, 徐海峰, 方 圓, 楊端節

(環境保護部核與輻射安全中心, 北京 100082)

系統調研美國溫排水法規標準體系、混合區政策以及濱海核電廠混合區的設置, 并與我國現狀進行比較。可以看出, 美國清潔水法和聯邦法規給出溫排水和水質標準的一般要求, 各個州的水質標準給出水質準則、混合區政策以及對水生生物保護的要求。水質準則給出各種類型水體溫度限值(包括溫升限值和/或溫度上限值); 混合區政策給出混合區的位置、尺寸、形狀以及混合區內水質要求; 具體廠址應基于“一事一議”的方式確定混合區范圍, 并滿足混合區最小化要求, 大部分美國濱海核電廠混合區范圍滿足州的混合區政策要求; 少數核電廠混合區范圍超過了州混合區政策要求, 這些電廠需進行廠址特性熱影響研究, 以證明當前的溫排水限值能夠確保受納水體中結構穩定的土著貝類、魚類和其他野生生物種群的生長和繁育。我國當前沒有地區差異的水質準則, 無溫排水混合區政策、設置方法或導則。美國溫排水混合區設置方法和實踐有助于我國濱海核電廠溫排水混合區的設置和優化, 以減小對水生生物的影響。

核電廠; 溫排水; 混合區; 水質標準; 水生生物

直流冷卻水系統核電廠從海洋、湖泊和河流中取用大量冷卻水(對于一臺1 000 MW核電機組, 冷卻水的取水量約為50 m3/s), 冷卻水經冷凝器后溫度升高7~15℃, 而后大量溫排水回到受納水體中。我國當前所有濱海核電廠均采用直流冷卻水系統, 這些電廠規模大, 機組數量多, 溫排水量大, 可能的影響范圍較大[1-6]。

我國當前核電廠溫排水混合區的設置一般基于數學模型和物理模型相結合的方式確定, 高溫升區域(一般≥4℃)常采用物理模型模擬, 而低溫升區域(一般大于等于1℃)使用數學模型[1-4]。我國大部分核電廠混合區均設置在《海水水質標準》(GB 3097- 1997)中的三或四類水體中, 即人為造成的海水溫升不超過當時當地水溫4℃[5]。有些核電廠溫排水量大, 影響范圍大, 往往需要調整近岸海域環境功能區的要求, 而將水體功能降級[3-6]。我國當前尚未有溫排水混合區設置導則或標準規定[7-9]。本文系統調研美國溫排水法規標準體系、混合區政策以及濱海核電廠混合區的設置, 并與我國現狀進行比較, 為我國濱海核電廠混合區導則的制定奠定基礎。

1 美國溫排水法規標準體系

美國清潔水法(Clean Water Act, CWA)316(a)條規定, 設施溫排水限值(溫度上限值max以及溫升上限值Dmax)應確保受納水體中結構穩定的土著貝類、魚類和其他野生生物種群的生長和繁育[10]; 美國聯邦法規40CFR125條H部分給出了316(a)的具體實施方法和要求[11]; 溫排水限值是基于最佳適用技術、州水質標準或者廠址特定熱影響研究制定的。若能證明給出的溫排水限值能夠維持受納水體中結構穩定的土著貝類、魚類和其他野生生物種群的生長和繁育, 并且已考慮了溫排水與所有其他對物種重要影響(包括殺菌劑的影響、取水卷吸效應的影響、過度捕撈、其他污染源的排放等)的累積影響, 則可認為滿足316(a)的要求; 設立的溫排水限值可松于現有水質標準中溫度限值的要求。

美國國家環境保護署(EPA)和各個州環境保護部門的水質標準包括水質準則、混合區政策以及對水生生物保護的要求。水質準則給出不同區域水體的溫升限值和/或溫度上限值; 混合區政策給出混合區的位置、尺寸、形狀以及混合區內水質要求; 對水生生物保護的要求即316(a)的要求: 若具體廠址的溫度限值不滿足水質準則和混合區政策要求, 通過廠址特性熱影響研究, 仍能確保受納水體中結構穩定的土著貝類、魚類和其他野生生物種群的生長和繁育, 則滿足316(a)的要求。國家污染物排放削減系統(National Pollutant Discharge Elimination System, NPDES)許可證書寫手冊[12]給出了基于水質準則確定溫排水溫度限值的方法。NPDES許可證給出具體的溫排水排放限值及監測要求, 可能的影響范圍, 該許可證每五年需更新一次[13]。EPA給出了水質基準和混合區政策的一般要求, 各個州則根據一般要求設置具體的水質準則和混合區政策。以下分別介紹EPA的水質基準和混合區政策以及擁有直流冷卻水系統核電廠的濱海各州水質準則及混合區政策。第2節討論美國濱海直流冷卻水系統核電廠如何執行溫排水法規標準要求。

1.1 海水水質的溫度要求

基于CWA304(a)(1)要求即EPA階段性出版并更新環境水質基準, 當前有效版本為1986年版的水質基準[14]。該基準反映了水生生物和人類健康的最新科學知識, 該基準不是規章, 無法律效力。各州環保部門基于該基準確定水質標準中水質準則。1986年版的水質基準規定: 對于海洋生物, 當夏季溫度不超過最大溫度限值時, 全年由人工熱源導致的最大的可接受周平均溫升為1℃。并且不應在任何幅度或頻率改變每日水體溫度循環特點。夏天最大溫度限值是指排放區域生物群落的耐受的最高溫度, 是基于廠址特點建立的。現有研究給出如下區域溫度基準:

亞熱帶區域(Florida州Cape Canaveral和Tampa 灣的南部以及Hawaii): 短期水溫最大值為32.2℃, 真實每日平均水溫最大值為29.4℃。

North Carolina州的Cape Hatteras 至Florida州的Cape Canaveral: 短期水溫最大值為32.2℃, 真實每日平均水溫最大值為29.4℃。

NewYork州的Long Island(南部海岸)至Cape Hatteras: 短期水溫最大值為30.6℃, 真實每日平均水溫最大值為27.8℃。

上述真實每日平均水溫是指24 h水溫的平均值。

在1986年的水質基準基礎上, 濱海各州根據海域水生生物特點給出了具體的溫度準則, 海水水質根據其認定的功能進行分類, 以Massathusetts州為例, 分成SA、SB和SC三類。SA類海域被認定為水生生物很好的棲息地, 包括具有生物繁殖、遷移、生長和其他重要功能, 并可作為一級和二級接觸娛樂用水, 水域無需凈化就適合貝類養殖, 有很好的美學價值; SB類海域被認定為是水生生物的棲息地, 并為一級和二級接觸娛樂用水, 水域凈化后適合貝類養殖, 有良好的美學價值; SC類被認定為水生生物的棲息地, 并為二級接觸娛樂用水, 適合工業冷卻用水和過程用水, 有好的美學價值[15]。美國濱海核電廠混合區一般設置在SB和SC類中, 各州對應區域的溫度要求見表1。可以看出, 大部分州規定, 夏季(6~8月)水溫溫升不應超過0.8℃(但Florida州Dmax=1.1℃), 并給出了溫度上限值; 非夏季受納水體溫升不應超過2.2℃, 且不得改變水溫日循環特點。

在夏季自然水溫最大值期間, 海洋生態系統承受較大的熱壓力, 有些物種能夠繼續生活, 而熱敏感物種則消失, 這在熱帶和溫帶區域尤其常見。溫度上限值可作為在最大自然溫度期間添加人工熱源是否有害的判據。在非夏季(晚秋、冬天和春天), 海域自然水溫一般是遠低于大部分生物的臨界溫度值上限。在這些季節, 人工熱量對水生生物群體有較多微妙的影響。一些海洋物種包括冬季比目魚和鱈魚要求周期性冷水溫度以維持生理活動, 包括生長、繁殖以及魚卵和仔魚的成活和生長。推薦的海水溫升限值為2.2℃, 該值約是混合良好的河口水體晝夜溫差變化值的50%。允許的溫升值應滿足冷水型物種的環境要求, 該值恰好落在大部分遷移性海洋生物通過熱不連續區域的耐受范圍內, 并且在受到潮汐循環導致的熱沖擊時保護底棲或潮間帶物種[16]。

河口和海岸的水生生物群體一般經歷晝夜和潮汐的水體溫度變化。當動物在晝夜水溫度變化區域而不是在一個穩定的溫度時, 其熱耐受性較強; 同時, 溫度的晝夜循環變化有助于減小單次暴露在超過最佳溫度的持續時間。該現象在潮間帶的貽貝中發現。若貽貝間歇被較冷潮水淹沒, 夏季低潮其短暫的可耐受暴露溫度為29~30℃。在實驗室穩定暴露到在30℃水溫中導致貽貝在9~12 h內死亡, 而每日6 h從30~25℃之間循環暴露, 貽貝可存活40 d[16]。

可見, 美國各個州水質標準中溫度準則是基于水體自然每年及每日溫度循環得到的, 若溫排水滿足州水質準則的要求, 則滿足對結構穩定的土著貝類、魚類和其他野生生物種群生長和繁育的保護, 即滿足316(a)的要求[16-17]。當具體廠址所在海域環境熱容量可能被超越時, 應基于區域水質準則, 通過環境容量分析確定流出物溫度限值, 并進行實地研究和水質模型以確定溫排水混合區的范圍和尺度, 還要與1.2節的混合區政策要求進行比較, 若滿足要求, 則滿足316(a)的要求, 如表2中的Pilgrim和Millstone核電廠。

可見, 美國海水水質標準有大區域的要求, 各個州則根據州內水體保護目標有具體要求。我國僅在《海水水質標準》(GB3097-1997)中規定“第一類和第二類水體, 夏季人為溫升不得超過1℃, 其他季節不得超過2℃; 符合第三類和第四類水質標準的水體, 人為溫升不得超過4℃”。我國當前水體質量標準中溫度要求沒有區域差異, 沒有地方標準, 也沒有溫度上限值要求。然而, 我國海域橫跨暖溫帶、亞熱帶和熱帶, 統一的海水水質標準無法確保不同受納水體中生物種群的生長和繁育。為了有效控制溫排水的影響, 我國當前應借鑒美國的經驗, 結合代表性生物的生物學和生態學參數研究不同區域各類別水體的溫度接受準則。

美國濱海各州海水水質準則中的溫度要求與我國海水水質標準中的第一類和第二類水體的要求基本相當。我國當前核電廠溫排水混合區范圍常被定義為4℃溫升包絡范圍[5], 對1℃溫升影響范圍常進行近岸環境功能區劃的調整, 而使其滿足三類環境功能區的要求[6]。由美國水質準則要求可知, 在滿足混合區最小化的前提下, 在不降低該水域整體功能的情況下, 混合區范圍可以設置在符合二類水質標準的水體而無需調整近岸海域環境功能區劃。

1.2 混合區政策

混合區是指在水體中設定有限的區域, 在該區域對排入的污水進行初始稀釋, 其水質允許超過水質標準中的水質準則。在美國, 混合區應滿足美國CWA303頒布的水質標準以及CWA316(a)條款的要求[10]。

1.2.1 混合區的一般要求

為了指導州或部落制定混合區政策, EPA提供了混合區政策的一般要求, 包括: (1)混合區不破壞整個水體認定的功能; (2)混合區內溫升不會導致通過混合區生物的死亡; (3)考慮到可能的暴露方式, 在混合區中溫升不會導致嚴重的人類健康風險; (4)混合區不得使重要區域例如生物索餌場、產卵場、瀕危物種的棲息地、含敏感生物區域、貝類棲息地、漁業水域、飲用水水源、濱海娛樂區域受到威脅。在不破壞整個水體認定的功能方面, 應確保不同類型混合區不重疊(防止不同類型污染物的協同效應), 并且避免抱岸熱羽。近岸水域一般是水體中生物生產力最高和最敏感的區域, 并且這些區域常常被用作娛樂用途。抱岸熱羽一般不與受納水體混合, 而維持近岸底棲區域或濱海娛樂區域較高的水溫, 從而對水體認定的用途產生負面影響[18]。

溫排水在水體中實際物理混合過程可分為2個截然不同的區, 即近區和遠區。近區是指溫排水初始噴射動量、浮力和排水口的特點起主導作用的混合區域, 該區域常被認為是初始稀釋區域。擴散器和排放口的設計者通常努力使近區的初始混合和稀釋最大。當排出流遇到諸如表面、底部或內部環境密度分層的邊界條件后, 近區中止并過渡到遠區。遠區是指周圍環境主導混合過程的區域。在遠區中排出流的初始動量和浮力均為零, 混合主要是周圍環境條件的作用。總之, 近區是初始排出流特征和浮力控制的典型區域, 而遠區是由周圍環境條件控制的區域[7]。

對于水生生物準則的制定, 近區對應于急性效應, 遠區對應于慢性效應, 如圖1所示。在近區, 急性和慢性準則可能都會被超越, 但在該區域邊界滿足急性準則。劃定急性混合區以防止通過的生物死亡。下一個混合區常被稱為慢性混合區, 慢性準則可能被超越, 但滿足急性準則, 在慢性混合區邊界處滿足慢性準則。劃定慢性混合區以保護整個水體的認定的用途[18]。

表1中各個州水質標準的溫度要求即慢性溫度準則。有些州規定了急性混合區的范圍和要求, 例如Oregon州溫排水混合區要求是魚暴露到32℃或更高溫度的時間應低于2 s, 以防止魚的急性損傷或瞬時致死[19]; Florida州規定, 當排放口(POD)處D≥9.4℃溫排水通過明渠或封閉管道排入開放水體時, 受納水體表層溫升不應超過36℃[20]。我國研究者結合廠址代表性物種的溫度耐受性能研究給出了特定廠址的急性混合區邊界的溫度限值要求, 即典型北方和南方濱海核電廠溫排水混合區邊緣溫升限值的推薦值分別為3.6和3.06℃[21-22]。急性混合區范圍和邊界處溫度限值可由區域水生生物特點(游泳能力、溫度耐受能力)以及水文條件(流速)確定。

圖1 急性和慢性水生生物準則對應的混合區[18]

1.2.2 州溫排水混合區政策

表1總結了美國擁有直流冷卻水系統核電廠的濱海各州, 包括Massachusetts[15, 23]、Connecticut[24]、New York[25]、New Jersey[26]、Virginia[27]、North Carolina[28]、Florida[20]和California[29]的混合區政策。可以看出, 對于河口和海灣, 溫排水混合區有相對尺度要求, 對于開放海域, 大部分州無混合區大小的限制。

對于河口和海灣, 任何時間溫排水混合區不超過斷面和/或水體體積的1/4至1/2; 或者任何時間不超過岸與岸之間表面1/2至2/3。Virginia州則規定: 溫排水混合區任何方向不超過從排放點至對岸之間1/3處的平均深度的5倍。建議采用淹沒式擴散器, 使得初始稀釋區域外滿足水質準則[27]。

對于開放海域, 大部分州沒有規定溫排水混合區范圍要求。New Jersey州規定: 溫排水混合區禁止在距海岸線457.2 m范圍內[26]; California州規定: 離岸排放, 并且最大排放溫升Dmax=11℃; 不得導致海岸線附近、任何海洋底質表面自然水體溫升超過2.2℃,或者表層2.2℃等溫升線超過自排放系統往外304.8 m范圍。表層溫度限制應確保在任何一個完整潮汐周期至少50%的時間滿足要求[29]。

由上述可知, 美國有較完善的溫排水混合區管理要求; 而我國當前尚無混合區政策、管理規定或設置導則, 為了有效控制溫排水影響, 應借鑒美國經驗并結合我國特點盡快制定混合區管理規定或設置導則, 以約束混合區的位置、尺寸、形狀以及混合區內水質要求, 使混合區對水生生物的影響最小化。

1.2.3 具體廠址溫排水混合區的確定

具體廠址溫排水混合區范圍應基于“一事一議”方式確定。首先基于現有可行的控制溫排水排放的技術給出排放口溫排水溫度限值, 通過水質模型和實地測量研究分析熱羽影響范圍及混合區范圍; 若廠址溫排水可能超過區域環境容量, 則應基于水質準則通過環境容量分析反推廠址的溫排水限值, 進而通過水質模型和實地測量研究分析熱羽影響范圍及混合區范圍[12]。上述方法確定的混合區范圍若滿足混合區政策的要求, 則滿足CWA316(a)的要求; 若不滿足則應通過廠址特性熱影響研究, 證明確定的溫排水混合區仍能確保受納水體中結構穩定的土著貝類、魚類和其他野生生物種群的生長和繁育, 則也滿足CWA316(a)的要求[17]。

在確定具體廠址溫排水混合區的實際范圍時, 混合區尺寸應遵循最小化原則, 即, 應用可獲得的技術優化排放口的位置、設計和運行, 將混合區限制在一個盡可能小的區域, 以使其不干擾認定用途, 或不干擾認定用途的水體段內的水生生物群落。溫排水混合區最小化原則根據其邊界落在實際混合近區還是遠區, 分為近區準則和和遠區準則, 具體要求如下[23]。

近區準則: 對于淹沒式排放, 即溫排水從接近海底的排放口排放, 在近區邊界處溫排水滿足水質準則, 并且沒有違反混合區的其他限制, 則可認為混合區是最小化的。

遠區準則——反降級準則: 使用溫排水遠區作為混合區, 需核實以滿足如下反降級要求: (a)是否有更小環境影響的合理可用或可行的替代廠址、冷卻方式或排放方式; (b)在設計和運行上是否已最大程度降低混合區的影響范圍; (c)混合區是否會破壞水體整體性功能(包括現有和認定的功能)。

當具體廠址的混合區范圍不滿足1.2.2節的要求, 則申請者可提交申請混合區的專題論證報告, 建立替代混合區, 替代混合區應確保受納水體中結構穩定的土著貝類、魚類和其他野生生物生長和繁育[17]。

可見, 在美國的溫排水法規標準體系中, 州規定的混合區政策是可以被超越的, 但溫排水必須滿足對水生生物保護的要求, 即確保受納水體中結構穩定土著的貝類、魚類和其他野生生物生長和繁育, 例如Oyster Creek核電廠溫排水混合區不滿足州混合區政策要求, 但滿足對水生生物保護的要求, 詳見第2節。

2 美國濱海核電廠溫排水混合區的設置

表2給出了濱海核電廠Pilgrim[30]、Millstone[31]、Indian Point[32]、Oyster Creek[33]、Salem[34]、Carvert Cliff[35]、Surry[36]、Brunswick[37]、St. Luice[38]、Crystal River[39]和San Onofre[40]核電廠的流量、排放方式、排放口溫升和溫度的最大值(即Dmax和max)、熱羽范圍的預測和實測方法以及混合區范圍。

由表2可知, 美國核電廠廠址機組數量較小, 溫排水流量較小, 一般低于150 m3/s; 東北部瀕臨大西洋的核電廠的排放口Dmax和max最大值較高, 分別在18℃和40℃左右, 例如Pilgrim、Millstone、Indian Point和Oyster Creek核電廠。這主要是由于這些區域水生生物豐富, 是很多重要經濟魚類(如冬季比目魚、鮭魚)的產卵場和索餌場, 這些地區水生生物的受到取水的卷載影響比溫排水更為顯著[30-33], 故核電廠采取降低取水量, 提高排水溫度, 以對水生生物的整體影響最小化。運行期間, 核電廠需監測排放口處的Dmax和max的日均值、瞬時值或滾動平均值; Brunswick核電廠每半年監測一次混合區邊界溫度[37]。

核電廠一般使用水質模型和實地測量研究分析熱羽的影響范圍。使用近區(COMIX模型)和遠區模型(MIT、RMA-10)相結合的方式模擬漲潮和落潮(落急、低平潮、漲急、高平潮)熱羽影響范圍。根據水質準則或水生生物耐溫特點, 混合區的范圍取模擬結果的小時均值、日均值或月均值。實地測量研究方法包括貼在浮標上固定點表層溫度記錄器、拖曳式熱敏電阻(船測)、紅外熱攝像飛行等。

由表2可知美國濱海核電廠溫排水混合區有如下特點: (1)在河口區域溫排水導致的表面溫升和橫截面溫升影響范圍滿足相應的混合區政策要求, 超出混合區政策要求, 則需證明滿足對水生生物保護的要求, 如Indian Point、Oyster Creek核電廠; (2)對于溫排水可能影響重要底棲生物的區域, 需預測底部溫升影響范圍; (3)由于有夏季和非夏季水質準則要求, 因此有些核電廠給出不同季節的(夏季和非夏季)的混合區范圍; (4)混合區沒有固定的形狀, 有些以排放口為圓心的圓形, 有些則為矩形或不規則圖形; (5)對于離岸深排的核電廠如St. Luice和San Onofre核電廠, 表層水溫能滿足水質準則要求, 混合區范圍滿足最小化的要求(即近區準則); (6)對于近岸排放的核電廠, 混合區外滿足水質準則, 混合區的設置沒有導致水體功能降級, 對水生生物的影響小, 滿足混合區最小化的要求(即遠區準則), 例如Millstone核電廠2號和3號機組(電功率共為2116 MW)混合區范圍(溫升0.8℃熱羽范圍)是排放口外半徑為2 438 m區域, 混合區的設置沒有降低水體功能并且對水生生物的影響小[31]。

我國當前具體核電廠混合區的設置是基于“一事一議”的原則[1-3, 5], 我們的前期工作[41]已經對當前運行和在建的核電廠混合區的設置情況進行了統計, 我國核電廠兩臺機組運行時溫排水4℃溫升影響范圍為1.76×10–4~2.72×10–3km2/MW之間[41]。美國Millstone核電廠4℃溫升影響范圍為排放口外半徑約為609.6 m區域, 面積約為0.57 km2, 即2.7×10–4km2/MW[32],該值在我國兩臺機組溫升影響范圍內, 可見, 雖然我國核電廠使用的預測模型和方法(物理模型和數學模型耦合的方法)與美國(使用數學模型和實地測量研究相結合的方法)不同, 但結果較為接近。然而, 我國在混合區位置的最優化、尺寸的最小化等方面仍然有很大的優化空間, 急需參考美國的混合區政策并結合我國國情制定出混合區政策或管理辦法, 以優化混合區的設置, 使對水生生物的影響最小化。

3 結語

美國清潔水法以及聯邦法規給出溫排水和水質標準的一般要求, 各個州的水質標準給出水質準則、混合區政策以及對水生生物保護的要求。水質準則給出各種類型水體溫度限值(包括溫升限值和/或溫度上限值)要求; 混合區政策給出混合區的位置、尺寸、形狀以及混合區內水質要求; 具體廠址應基于“一事一議”的方式確定混合區范圍, 并滿足混合區最小化的準則要求, 大部分美國濱海核電廠混合區范圍滿足州的混合區政策要求; 少數核電廠混合區范圍超過了州混合區政策要求, 這些電廠需進行廠址特性熱影響研究, 若能證明當前的溫排水限值仍能確保受納水體中結構穩定的土著貝類、魚類和其他野生生物種群的生長和繁育, 則也滿足清潔水法的要求。

美國核電廠溫排水可滿足水質準則、混合區政策和水生生物保護三個層次或任一層次的要求, 不同層次有具體的實施方法和導則, 以確保對水生生物的保護, 又不影響核電事業的發展。

我國當前水體質量標準中溫度要求沒有地方標準, 也沒有區域差異的具體要求。為了有效控制溫排水的影響, 我國當前應借鑒美國的經驗, 結合代表性生物的生物學和生態學參數研究不同區域各類別水體的溫度接受準則。

我國當前尚無溫排水混合區政策及其實施方法和導則, 應參考美國濱海核電廠混合區設置的實踐經驗并結合我國廠址的特點, 給出濱海核電廠溫排水混合區的設置導則, 約束混合區位置、尺寸、形狀以及混合區內的水質, 滿足混合區最小化的要求, 防止水體功能降級, 維持受納水體中結構穩定的土著貝類、魚類和其他野生生物種群的生長和繁育。

[1] 蘇州熱工研究院有限公司. 廣東太平嶺核電廠一期工程環境影響報告書[R/OL].[2015-10-12]. http: //www. zhb.gov.cn/xxgk/gs/wqgs_1/201510/W020151019504005345046.pdf. Suzhou Nuclear Power Research Institute (SNPI). Environmental Impact assessment report for Taipingling Nuclear Power Plant In Guangdong[R/OL]. [2015-10-12]. http: //www.zhb.gov.cn/xxgk/gs/wqgs_1/201510/W020 151019504005345046.pdf.

[2] 蘇州熱工研究院有限公司.浙江三澳核電廠一期工程環境影響報告書(選址階段)[R/OL]. [2016-11-04]. http: //www.zhb.gov.cn/xxgk/gs/wqgs_1/201611/W020161107405009026642.pdf. SNPI. Environmental Impact assessment report for the First phase project of Sanao Nuclear Power Plant (sitting phase) [R/OL]. [2016-11-04]. http: //www.zhb.gov. cn/xxgk/gs/wqgs_1/201611/W020161107405009026642.pdf.

[3] 蘇州熱工研究院有限公司, 上海核工程研究設計院. 三門核電廠3、4號機組環境影響報告書(建造階段)[R/OL]. [2016-11-09]. http: //www.zhb.gov.cn/ xxgk/gs/wqgs_1/201611/W020161114377644106977.pdf.SNPI, Shanghai Nuclear Engineering Research Design Institute. Environmental Impact assessment report for Sanmen Nuclear Power Plant Units 3 and 4 (construction phase)[R/OL]. [2016-11-09]. http: //www.zhb.gov. cn/xxgk/gs/wqgs_1/201611/W020161114377644106977.pdf.

[4] 丁躍平, 郭遠明, 李鐵軍, 等. 三門灣春季溫排水增溫效應數值模擬研究[J]. 海洋科學, 2015, 39(4): 101- 107. Ding Yueping, GuoYuanming, Li Tiejun, et al. The numerical simulation studies of the effect of increasing temperature on warmly discharged water in SanmenBay[J]. Marine Sciences, 2015, 39(4): 101-107.

[5] 國家能源局. 核電廠溫排水環境影響評價技術規范[S]. NB/T20299-2014. National Energy Administration.Technical specifications for environmental impact assessment of thermal discharge in nuclear power plants [S].NB/T20299-2014.

[6] 李立立, 郭佩芳, 于寧. 濱海核電廠環境功能區調整問題分析[J]. 海岸工程, 2010, 29(3): 28-36.Li Lili, GuoPeifang, Yu Ning. Analysis on Re-adjustment of Coastal Functioning Zone for Constructing a Nuclear Power Station[J]. Coastal Engineering, 2010, 29(3): 28-36.

[7] 陳曉秋, 商照榮. 核電廠環境影響審查中的溫排水問題[J]. 核安全, 2007, (2): 46-50. Chen Xiaoqiu, Shang Zhaorong. The Issue of Thermal Discharge in Reviewing the Environmental Impacts Report for Nuclear Power Plant[J]. Nuclear Safety, 2007, (2): 46-50.

[8] 於凡, 張永興, 楊東. 濱海核電站溫排水的混合區設置[J]. 水資源保護, 2010, 26(1): 53-56. Yu Fan, Zhang Yongxing, Yang dong. An exploratory study on setting up mixing zone of thermal discharge from nuclear power plant[J]. Water Resources Protection, 2010, 26(1): 53-56.

[9] 劉永葉, 楊陽, 王亮, 等. 核動力廣溫排水混合區范圍的可接受性論證的初步研究[J]. 原子能科學技術, 2012, 46(11): 1402-1408. Liu Yong-ye, Yang Yang, Wang Liang, et al. Preliminary Study on Acceptability of Scope of Thermal Discharge Mixing Zone for Nuclear Power Plant[J].Atomic Energy Science and Technology, 2012, 46(11): 1402- 1408.

[10] United States Congress. Federal Water Pollution Control Act (Clean Water Art) [S]. [2002-11-27]. http: //www. epw.senate.gov/water.pdf.

[11] United States Environmental Protection Agency (U.S. EPA). Criteria for Determining Alternative Effluent Limitations under Section 316(a) of the Act [R].Federal Register, 1979, 44 FR 32948.

[12] U.S. EPA. NPDES Permit Writers’ Manual [R/OL]. 2010, https: //www.epa.gov/sites/production/files/2015-09/ documents/pwm_2010.pdf.

[13] U.S.EPA. NPDES Home, Overview[R/OL]. http: //water. epa.gov/polwaste/npdes/.

[14] U.S. EPA. Quality criteria for water (gold book) [S]. 1986, https: //nepis.epa.gov/EPA/html/DLwait.htm?url=/ Exe/ZyPDF.cgi/00001MGA.PDF?Dockey=00001MGA.PDF.

[15] Massachusetts Department of Environmental Protection. 314 CMR 4.00: MASSACHUSETTS SURFACE WATER QUALITY STANDARDS, 2006, http: //www.mass.gov/ eea/docs/dep/service/regulations/314cmr04.pdf.

[16] U.S. EPA. 316(a) Technical Guidance—Thermal Discharges, DRAFT[R/OL]. 1974-09. https: //nepis.epa. gov/Exe/ZyPDF.cgi/9100POG8.PDF?Dockey=9100POG8.PDF.

[17] U.S. EPA.Interagency 316(a) Technical Guidance Manual and Guide for Thermal Effects Sections of Nuclear Facilities Environmental Impact Statements, DRAFT[R/OL]. [1977-05-01]. https: //nepis.epa.gov/Exe/ ZyPDF.cgi/9100QPG9.PDF?Dockey=9100QPG9.PDF.

[18] U.S. EPA.Water Quality Standards Handbook Chapter 5: General Policies, Office of Water Office of Water [S]. https: //www.epa.gov/sites/production/files/2014-09/ documents/handbook-chapter5.pdf.

[19] State of Oregon Department of Environmental Quality. Regulatory Mixing Zone Internal Management Directive, Part One: Allocating Regulatory Mixing Zones[R/OL]. 2012.5, http: //www.deq.state.or.us/wq/ pubs/imds/draft/mixingzone1.pdf.

[20] Florida Department of Environmental Protection. Surface water quality standards [S]. [2015-05-19]. https: //www.epa.gov/sites/production/files/2014-12/documents/fl_section62-302.pdf.

[21] 李靜晶, 張永興, 劉永葉, 等. 核電廠溫排水混合區邊緣的溫升限值研究——以某核電廠為例[J]. 海洋環境科學, 2011, 30(3): 414-417. Li Jingjing, Zhang Yongxing, Liu Yongye, et alTemperature rise limits in the edge of mixing zone forthermal discharged from nuclear power plants—A case of nuclearpower plant[J]. Marine Environmental Science, 2011, 30(3): 414-417.

[22] 劉永葉, 陳魯, 喬亞華, 等. 典型北方濱海核電廠溫排水混合區邊緣溫升限值研究[J]. 環境工程, 2016, (11): 60-63. Liu Yongye, Chen Lu, QiaoYahua, et al. Study on temperature rise limits on the edge of the mixing zone ofthermal discharge from a typical coastal npp in northern China[J]. Environmental Engineering, 2016, (11): 60- 63.

[23] Massachusetts Department of Environmental Protection. Massachusetts surface water quality standards implementation policy for mixing zones [S]. [1993-01-08]. https: //www.epa.gov/sites/production/files/2014-12/ documents/mawqs-mixing-zone.pdf.

[24] Connecticut Department of Energy and Environmental Protection. Water Quality Standards [S]. https: //www.epa. gov/sites/production/files/2014-12/documents/ctwqs.pdf.

[25] New York State Department of Environmental Conservation. Part 704 Criteria Governing Thermal Discharges[S]. https: //govt.westlaw.com/nycrr/Browse/Home/New York/NewYorkCodesRulesandRegulations?guid=I0a173c 80b5a111dda0a4e17826ebc834&originationContext= documenttoc&transitionType=Default&contextData= (sc.Default).

[26] New Jersey Department of Environmental Protection. Water Quality Standards [S]. 2014-12, https: //www.epa. gov/sites/production/files/2014-12/documents/njwqs.pdf.

[27] Virginia State Water Control Board. Water Quality Standards[S].[2010-12-28]. https: //www.epa.gov/sites/ production/files/2014-12/documents/vawqs.pdf.

[28] North Carolina Department of Environment and Natural ResourcesSections. Classifications and Water Quality Standards Applicable to Surface Waters and Wetlands of North Carolina [S].https: //www.epa.gov/ sites/production/files/2014-12/documents/nc-classifications-wqs.pdf.

[29] California State Water Resources Control Board. Water Quality Control Plan for Control of Temperature in the Coastal and interstate Waters and Enclosed Bays and Estuaries of California [S]. http: //www.waterboards. ca.gov/water_issues/programs/tmdl/records/state_board/2008/ref2501.pdf.

[30] U.S. NRC. Generic Environmental Impact Statement for License Renewal of Nuclear Plants Supplement 29 Regarding Pilgrim Nuclear Power Station Final Report [R/OL]. 2007, https: //www.nrc.gov/docs/ML0719/ ML071990020.pdf.

[31] U.S. NRC. Generic Environmental Impact Statement for License Renewal of Nuclear Plants Supplement 22 Regarding Millstone Power Station, Units 2 and 3 Final Report [R/OL]. 2005, https: //www.nrc.gov/docs/ML0519/ ML051960295.pdf.

[32] U.S. NRC. Generic Environmental Impact Statement for License Renewal of Nuclear Plants Supplement 38 Regarding Indian Point Nuclear Generating Unit Nos. 2 and 3 Final Report Main Report and Comment Responses [R/OL]. 2010, https://www.nrc.gov/docs/ ML1033/ ML103350405.pdf.

[33] U.S. NRC. Generic Environmental Impact Statement for License Renewal of Nuclear Plants Supplement 28 Regarding Oyster Creek Nuclear Generating Station Final Report - Main Report [R/OL]. 2007, https: //www. nrc.gov/docs/ML0701/ML070100234.pdf.

[34] U.S. NRC. Generic Environmental Impact Statement for License Renewal of Nuclear Plants Supplement 45 Regarding Hope Creek Generating Station and Salem Nuclear Generating Station, Units 1 and 2, Final Report [R/OL]. 2011, https://www.nrc.gov/docs/ML1108/ML 11089A021.pdf.

[35] U.S. NRC. Generic Environmental Impact Statement for License Renewal of Nuclear Plants: Regarding Calvert Cliffs Nuclear Power Plant - Final Report [R/OL]. 1999, https: //www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/ nuregs/staff/sr1437/supplement1/.

[36] U.S. NRC. Generic Environmental Impact Statement for License Renewal of Nuclear Plants Supplement 6 Regarding Surry Power Station, Units 1 and 2, Final Report [R/OL]. 2002, https: //www.nrc.gov/docs/ ML0233/ML023310717.pdf.

[37] U.S. NRC. Generic Environmental Impact Statement for License Renewal of Nuclear Plants Supplement 25 Regarding Brunswick Steam Electric Plant, Units 1 and 2, Final Report [R/OL]. 2006, https: //www.nrc.gov/ docs/ML0609/ML060900480.pdf.

[38] U.S. NRC. Generic Environmental Impact Statement for License Renewal of Nuclear Plants Supplement 11 Regarding St. Lucie Units I and 2, Final Report [R/OL]. 2003, https: //www.nrc.gov/docs/ML0313/ML031360705.pdf.

[39] U.S. NRC. Generic Environmental Impact Statement for License Renewal of Nuclear Plants Supplement 44 Regarding Crystal River Unit 3 Nuclear Generating Plant, Draft Report for Comment [R/OL]. 2011, https: //www.nrc.gov/docs/ML1113/ML11139A153.pdf.

[40] U.S. NRC. GEIS Appendix F: Methodology for Assessing Impacts to Aquatic Ecology and Water Resources [R/OL]. https: //www.nrc.gov/reading-rm/doc- collections/nuregs/staff/sr1437/v2/.

[41] 魏新渝, 商照榮, 楊端節, 等. 核電廠直流冷卻和閉式循環冷卻方案比選調研報告[R]. 2015, NNSA-189. Wei Xin-yu, Shang Zhao-rong, Yang Duan-jie, et al. Investigation report on nuclear power plants with once-through cooling system compared with closed-circuitcooling system[R]. 2015, NNSA-189.

(本文編輯: 康亦兼)

Insights on the development of thermal discharge mixing zones from U.S. nuclear power plants in coastal regions

WEI Xin-yu, ZHANG Kun, WANG Shao-wei, XU Hai-feng, FANG Yuan, YANG Duan-jie

(Nuclear and Radiation Safety Center, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100082, China)

In this study, we investigated U.S. acts, regulations, standards, and policies with respect to thermal discharge and mixing zones and their applications to U.S. nuclear power plants in coastal regions, which we then compared with current Chinese situations. We found that general requirements regarding thermal discharge are provided by the U.S. Clean Water Act and the Code ofaquatic biota.include temperature limits (temperature increases and/or maximum temperatures) for various types of water. U.S. state mixing zone policies describe mixing zones in terms of location, maximum size, shape, and in-zone water quality. Individual mixing zones for specific discharges are defined on a case-by-case basis using the state mixing zone policies, and must ensure that the mixing zone size is minimized. Most thermal discharge mixing zones from U.S. nuclear power plants in coastal regions meet their respective mixing zone policies. For those unable to meet the mixing zone standards, site specific studies are conducted to determine the impacts of the thermal discharges to ensure the projection and propagation of balanced, indigenous populations of shellfish, fish, and wildlife in and on the body of water into which the discharge occurs. In China, there are no regional differences in water quality criteria and there are no policies, implementation methods, or guidelines for mixing zones. Therefore, the U.S. development of methods and practical experiences for thermal discharge mixing zones can help in the development and optimization of strategies for the thermal discharge mixing zones of Chinese nuclear power plants, thereby reducing the impacts on aquatic biota.

Nuclear power plant; Thermal discharge; Mixing zone; Water quality standard; Aquatic biota

Feb. 22, 2017

X22

A

1000-3096(2017)08-0053-11

10.11759/hykx20170222001

2017-02-22;

207-07-23

魏新渝(1982-), 女, 福建古田人, 高級工程師, 博士, 主要從事電廠取排水環境影響研究, 電話: 010-82205711, E-mail: weixinyu2004@163.com; 方圓, 通信作者, 工程師, 研究方向為核電廠環境影響, E-mail: fangyuan1014@126.com