内陆核电厂选址阶段水资源约束条件分析.docx

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内陆核电厂选址阶段水资源约束条件分析

内陆核电厂选址阶段水资源约束条件分析

摘要：

简要介绍了构建内陆核电厂选址阶段水资源约束条件指标体系的原则和基本思路，从水资源配置与管理要求、取水水源条件、退水受纳水域水文条件、水资源安全几个个方面构建了水资源约束条件指标体系。

应用结果表明，该指标体系可作为内陆核电厂厂址选择的约束条件。

Abstract：

Theindexingsystemofessentialwaterresourceconstraintsinthesittingofinlandnuclearpowerplantswasestablishedfromseveralaspects，includingwaterresourcesconfigurationandmanagement，thewaterintakecondition，hydrologicalconditionofwatersintowhichlow-levelradioactivewastewaterdischarges，andwaterresourcessafety，basedonabriefintroductiontothebasicprincipleandframeworkofthesystem．Applicationresultsshowthattheindexingsystemcanbeusedastheconstraintsinthesittingofinlandnuclearpowerplants．

关键词：

内陆核电；取水水源；水资源安全；评价指标

Keywords：

inlandnuclearpowerplants；waterintakesource；waterresourcessafety；evaluationindexes

1.引言：

随着国民经济的发展和资源环境问题的突显，国家提出调整能源结构、加快发展新能源、节能减排的战略，核电因其发电成本低、发电小时数长、电网接入稳定、低碳环保等特性，成为目前最能有效改善我国能源结构的新能源。

又随着滨海核电厂址的日益稀缺和内陆省份经济增长对电力需求的持续增加，我国核电厂址的选址重点逐渐由沿海过渡到内陆地区。

在当前核电建设形势下，如何在满足法规要求的前提下科学合理地开展内陆核电厂选址评价是从事核电厂选址和核安全监管人员共同关注的问题。

当前我国规划的单个内陆核电厂址拟布局4台百万kW级核电机组，采用循环冷却方式后设计年需新水量约达1．6亿m，．水资源条件可以说是内陆核电布局的关键性、颠覆性因素之一。

本文通过对内陆核电厂选址阶段水资源约束条件的初步分析，构建了内陆核电厂选址阶段水资源约束条件指标体系，为指导内陆核电项目的选址与建设、促进内陆核电的合理布局、保障内陆核电建设与运行期的水资源安全提供参考。

2.水资源约束条件指标体系：

当前我国内陆核电厂选址阶段水资源条件面临如下问题：

2010年批准发布的《全国水资源综合规划》并未考虑内陆核电取水，核电取水可能会对区域水资源配置及其他用户取水产生影响；②核电厂取水量大，保证率要求高，面临厂址取水水源断面的来水量能否满足核电取水需求的问题；③核电低放射性废液排放需要大量的水进行稀释，面临受纳水体能否承载低放射性废液排放的问题；④鉴于核电事故的危害性，面临如何保障核电的安全用水以及饮用水安全等问题。

2．1水资源约束条件的定义

内陆核电厂选址阶段需要充分考虑区域水资源配置与管理要求、取水水源条件、低放射性废液排放受纳水域水文条件以及水资源安全等因素，以便为促进核电项目的合理布局、保障核电的用水安全和区域水资源安全以及经济社会的可持续发展提供技术依据。

内陆核电厂选址阶段水资源约束条件的初步定义为HJ：

在确保水资源可持续开发利用、经济社会可持续发展的前提下，保障内陆核电的用水安全和核电厂建成运行后核电所在区域的水资源安全，在选址阶段必须满足的管理规定和技术要求。

2．2水资源约束条件指标体系的构建原则

a．保障核电设计安全原则。

内陆核电近几年才在我国大规模兴起，牵涉面广，敏感要素多，必须坚持核电设计安全为首要原则，严格执行国家现有的相关法律、法规、标准及规程规范。

b．保障核电用水安全原则。

核电发展第一要务为安全，要在保证核电安全的前提下又好又快地发展核电。

当前我国已开工建设或者运行的核电厂均位于滨海地区，可以利用海水进行冷却，水量有保证。

而内陆核电厂布局于内陆，相对来说淡水资源有限，增加了内陆核电用水的调度难度。

考虑到核电的特殊性，有必要优先保障核电用水安全。

C．符合水资源配置与水功能区管理要求原则。

内陆核电取水和低放射性废液排放将会对现有流域、区域水资源配置格局产生较大影响，也会对现有用水户和水资源规划用水户产生影响。

内陆核电建设过程中要符合水资源配置与水功能区管理要求，协调好核电建设取用水后与其他用水户之间的关系，减轻或者降低核电建设对水资源配置和其他用水户的影响。

d．内陆核电布局与水资源条件相适应原则。

我国当前拟规划布局建设的内陆核电均采用APl000核电机组，采用循环冷却方式后4台核电机组设计年需水量约为1．6亿m3，核电在正常运行期问排放的低放射性废液也需要大量水进行稀释。

虽然我国水资源条件较为丰富，但人均占有量较低，南北差异较大，因此内陆核电布局应与水资源条件相适应，充分保障内陆核电取水和低放射性废液排放稀释用水的需求。

e．保障饮用水安全原则。

核电站退水中含有低放射性废液，会对下游水质安全构成影响。

低放射性废液的长期排放会造成在水流交换弱的地区形成放射性元素的富集，通过底泥吸附、食物链传递、地下水侧渗等方式影响下游水质，对水资源的安全构成威胁。

考虑到饮用水安全敏感度高，关注度大，必须保障内陆核电在正常运行工况和非正常工况下的居民饮用水安全。

2．3水资源约束条件指标体系的基本框架

基于目前内陆核电厂选址阶段面临的问题和水资源约束条件指标体系的构建原则，结合水资源约束条件的定义，着重考虑核电突发事故及低放射性废液排放对水资源的影响，根据我国最严格的水资源管理要求和水功能区管理规定，初步建立包括一级指标与二级指标在内的水资源约束条件指标体系（表1）。

一级指标包括4个，即水资源配置与管理要求、取水水源条件、低放射性废液排放受纳水域水文条件和水资源安全。

一级指标是与内陆核电厂选址阶段水资源约束条件有直接关系的指标，它直接反映内陆核电厂在选址过程中所遇到的核电取水对区域水资源配置产生影响的问题、低放射性废液排放对水功能区产生影响的问题、核电运行取水需求问题、受纳水体承载低放射性废液能力的问题、核电突发事故对水资源安全产生影响等问题。

二级指标是在一级指标基础上的细化，将一级指标具体到可操作、可定性和可定量的程度。

需要指出的是，在针对不同区域不同水资源条件下的核电厂选址研究时，应根据当地的水资源条件和面临的主要水资源问题，在采用专家咨询与模型模拟计算分析等方法的基础上，对指标进行筛选，以确定适合不同内陆核电厂选址阶段的水资源约束条件指标体系。

3.水资源配置与管理要求：

3．1我国内陆核电分布与取水水源概况

当前我国滨海核电站的选址已基本完成，内陆核电在抓紧选址中，湖南桃花江、湖北咸宁以及江西彭泽核电厂已开展了大量的相关前期工作。

广东、湖南、湖北、浙江、江西、广西、安徽、河南、重庆、四川等省（自治区、直辖市）均不同程度地开展了核电厂址的比选工作。

拟建内陆核电取水水源涵盖了长江干流、珠江、淮河、富水水库、鸭河口水库等江河、湖泊水库。

据不完全统计，在我国已通过初步可行性研究审查的28个滨河厂址中。

绝大多数在长江、长江支流以及所在省份主要河流的沿岸，取水水源条件较好。

大多数河流97％的枯水流量在100m3／s以上，少数河流97％的枯水流量在40m3／s以上。

个别97％的枯水流量小于20m3／s的厂址，需要通过上游水库调节，使厂址所在河段的枯水流量保持在100m3／s以上。

在5个受纳水体为湖泊（水库）的厂址中，受纳低放射性废水的湖泊均属于大型水库，库容均在10亿m3以上。

3．2我国拟建内陆核电用水原理及用水需求

我国是世界上少数几个拥有较为完整的核工业体系的国家之一。

我国目前现役和拟建核电站机组类型主要包括CPRl000、CNP650、法国M310、加拿大CANU6、俄罗斯AES一91、美国APl000以及欧洲EPRl700等，其中内陆核电主要采用APl000机组。

a．核电厂用水原理

核电站是以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量进行发电．实现核裂变能转变为电能的装置。

其大体可分为一回路和二回路。

一回路是利用核能生产蒸汽的核岛，二回路利用蒸汽发电的常规岛。

一回路将核反应堆的热量带给二回路后将水变为高压蒸汽推动汽轮机做功发电，做功后的乏蒸汽在冷凝器中被河水、湖水冷却水冷凝为水，再补充到蒸汽发生器中。

核电厂的用水系统主要包括厂用水系统、冷却塔循环水系统、生活饮用水系统、化学水预处理系统以及各类杂用水系统等。

b．核电厂用水需求

内陆核电站的用水系统全部采用淡水。

为了避免内陆核电对水资源、生态环境等造成重大影响，从最严格的水资源管理角度出发．内陆核电禁止采用直流冷却方式，禁止取用地下水作为核电冷却水补充水．宜采用循环冷却方式．鼓励使用中水，在北方缺水地区宜采用空冷系统进行冷却。

内陆核电在整个用水结构中，冷却用水比例最大，占核电站总用水量的96％以上。

核电站供水的安全性要求比火电厂高，特别是为核岛服务的安全厂用水系统，在核电站正常运行和发生事故的情况下都要保证供水。

《核电厂水工设计规范（送审讨论稿）》明确规定：

核电厂用水保证率不低于97％，循环供水的厂用水系统应设置两个不同的补水源．一个是正常补水源，一个是备用补水源，当核电厂不设重要厂用蓄水池时，必须经论证在可能最小流量条件下，保证重要厂用水量。

3．3水资源配置与管理要求

a．取水、用水控制指标。

考虑核电拟取水水域其他用户用水以及生态用水等，核电厂应严格遵守取用水总量控制的要求，在选址阶段应充分考虑核电厂建设所在区域取水、用水总量控制要求，是否有取水、用水指标，如果没有，则需考虑取水、用水控制指标是否有条件解决。

b．水资源配置条件。

定性分析厂址与所在区域水资源规划与配置的关系，分析厂址取水与用水总量和水量分配指标的关系，明确提出解决拟建内陆核电厂水资源配置条件或用水总量控制指标的具体措施和方案，并对方案的可行性和实施效果进行评价。

c．水资源管理要求。

根据《水功能区管理办法》"J、GB8978--1996《污水综合排放标准》¨j、EJ／T1127—2001《核电厂厂址选择基本程序》"J，明确规定饮用水源区、饮用水源保护区、缓冲区以及具有饮用水功能的水库（湖泊）内禁止设置核电低放射性废液排放口；设有生活取用水设施的饮用水源区下游1km范围内禁止设置低放射性废液排放口；在重要河流的干流、河流型饮用水水源地保护区、生态湿地上下游一定距离内禁止或限制设置低放射性废液排放口，具体需要结合区域水资源条件、核电厂址实际情况确定。

4.取水水源条件、退水受纳水域水文条件和水资源安全：

4.1取水水源条件分析

选址阶段取水水源条件分析主要解决核电厂址取水水源及供水可靠性。

根据《核电厂初步可行性研究报告内容深度规定》及《核电厂建设标准（征求意见稿）》的要求，分析内陆核电选址阶段的取水水源条件。

a．取水水源条件

根据区域水资源综合规划和水资源公报，分析备选厂址取水、用水与区域水资源配置、取水总量控制与定额管理、用水效率与纳污总量控制的协调性，分析备选厂址建设对水资源配置的影响及调整水资源配置方案的可行性。

b．计算来水量和可供水量

依据具有一致性的实测水文资料、调查收集的用水资料和已有的水资源调查评价与规划等，计算来水量并明确项目取水断面的可供水量。

分析取水水源的来水量、用（需）水量、97%和99%保证率可供水量、连续枯水年可供水量、核事故安全用水水源及水量的保证程度等。

明确备选厂址取水河道湖库的水资源量，包括多年平均年径流量、历史最小流量、不同频率情况下的取水断面来水量、最低水位及相应重现期，尤其需重点考虑核电设计保证率条件下的可供水量。

c．实测年最小流量系列推求设计枯水

分析备选厂址取水河段连续枯水年可供水量和最低水位，初定设计基准低水位的组合事件。

根据核电备选厂址的取水方案和退水方案，估算指定流量或水位历时的保证程度。

d．分析各种组合方案的供水保证率和抗风险能力

对来水量和用水量的可能变化及其各种组合情况进行多方案比较。

估算相当于频率1.00%、0.10%、0.01%年最高洪水位及最高内涝水位。

初步判断洪水泛滥、溃堤、湖涌、假潮、滑坡、水库溃坝等的可能性及其对厂址安全的影响。

搜集与调查厂址附近的波浪特性、最大波高等要素，初估厂址工程点特征波要素。

初估山洪等小流域暴雨洪水对厂址可能的影响，调查泥石流的影响。

e．备选厂址取水应保证河流生态水量和流量的基本要求

定量分析取水对河流生态（基）流量的影响，备选厂址取水不得进一步加剧生态系统的恶化。

4.2退水受纳水域条件分析

目前，我国已运行的核电站主要为二代改进型核电机组，均位于滨海地区，低放废液经处理达标后排放至海域。

滨海厂址濒临大海，退水受纳水域的稀释扩散能力较好，水体扩散对周围居民及土地和水体的利用影响较小。

而内陆厂址，由于水体的局限性和内陆水体的环境特征，退水受纳水域水体容积较小，水流运动缓慢水体交换能力较弱等，稀释扩散能力远小于滨海核电厂，因此必须慎重对待内陆核电退水特别是低放射性废液的排放，分析评估退水受纳水域的稀释扩散条件。

内陆核电退水受纳水域条件分析主要包括水文情势分析、受纳水域稀释扩散能力估算及低放废液排放的可行性评价等。

依据《核动力厂环境辐射防护规定》、《核电厂放射性液态流出物排放技术要求》对内陆核电低放废液排放总量、排放浓度及排放方式的控制要求，通过对河流、河口、湖泊、水库等不同受纳水域水力学特征分析，明确内陆核电退水受纳水域条件技术要点。

a．针对建设项目业主提出的低放废液排放方案,分析评估退水受纳水域的稀释扩散条件、与有关法律法规和水功能区管理要求的符合性。

核电建设项目若存在取水或退水不符合相关规划和水资源管理要求、不符合经批准的水量分配方案（协议）、用水总量控制要求和取水许可总量控制要求、对其他取用水户权益造成重大影响且无法达成一致意见、对重要水生态造成不可补救的不可逆影响、对重要水源尤其是饮用水水源造成重大影响的、缺乏应急保障水源或应急保障水源满足不了要求、核岛距离主要江河水体较近，对水体构成较大潜在威胁且提出的预防措施不可行等问题，备选厂址是不可行的。

b．退水受纳水域为河流时，分析90%、95%和97%设计保证率条件下年内逐日径流过程和连续枯水年的日流量历时曲线。

退水受纳水域为湖、库时应分析推求90%、95%和97%设计保证率条件下年内逐日径流过程和连续枯水年旬水量与水位的历时曲线，并辅以图、表说明。

c．从受纳水域水资源基本条件、水功能区管理、水生态保护及对第三者的影响等方面，简要分析低放废液排放对受纳水域的影响，初步分析评价低放废液排放通过不同途径对人体放射性剂量、居民集体剂量、水生生物辐射等的影响，初步估算沉积物中的放射性核素浓度，并提出减缓和消除不利影响的补救或补偿措施建议。

d．根据备选厂址退水受纳水域的水文条件，分析提出受纳水域满足《核电厂放射性液态流出物排放技术要求》、《核动力厂环境辐射防护规定》规定的“核电厂放射性流出物排放后对公众造成的辐射剂量不超过国家对公众规定的限值（0.25msv）；核电厂排放出口处的放射性流出物中除氚外其他放射性核素浓度不宜超过100Bq/L,排放口下游1km处受纳水体中总β放射性（除氚外）不超过1Bq/L,氚浓度不超过100Bq/L”等的约束性条件。

4.3水资源安全

a．与饮用水源地的安全距离。

考虑内陆核电具有其特殊性以及核事故条件下的区域饮用水安全，有必要定量考虑核电与饮用水源地的安全距离。

具体结合历史上发生的核事故、我国人口现状分布、人口增长潜力以及当前我国新农村规划建设和城镇化进程等方面的因素加以确定。

b．核事故条件下备用饮用水源条件。

核电站发生事故以后将会导致放射性元素外泄，需要考虑设置一个可供当地受影响范围内人口一定时间内饮用水量的备用水源，以保证核电事故应急期的居民用水安全，备用水源水量根据当地人口密度并做适当调整确定。

c．核事故条件下生产用水安全。

在综合APl000安全设计的基础上，建议新建内陆核电厂在“纵深防御”的原则下，备用一定量的事故应急冷却水作为核事故条件下的安全生产用水。

5.资源约束条件指标体系的应用实例：

在内陆核电厂选址阶段水资源约束条件指标体系中，水资源配置与管理要求可以根据核电厂选址所在流域（区域）的取水、用水总量控制指标和水功能区管理规定直接判别；取水水源条件，如97％和99％保证率可供水量、连续枯水年可供水量和核事故安全用水源条件，需要通过分析计算来确定；低放射性废液排放受纳水域水文条件与低放射性废液排放方式关系密切，需要根据设计排放方案专题研究后确定；反之，也可根据受纳水域的水文条件，调整和优化低放射性废液排放方案；水资源安全条件可结合选址阶段开展的水资源安全评估专题，明确内陆核电厂址与饮用水源地的安全距离、核事故条件下备用饮用水源条件以及生产用水安全。

选取桃花江、咸宁、彭泽核电厂进行实例分析，初步分析结果（表2）。

桃花江核电厂拟建于湖南省益阳市桃江县荷叶山，为滨河核电厂，取水水源和退水水域为资水；咸宁核电厂拟建于湖北省咸宁市通山县大畈镇，厂址位于富水水库中部，为滨库核电厂，取水水源和退水水域为富水水库；彭泽核电厂拟建于江西省彭泽县马挡乡境内帽子山，为滨河核电厂，取水水源和退水水域为长江。

通过对桃花江、咸宁、彭泽核电厂水资源约束条件的初步分析可知，核电厂址取水水源条件、低放射性废液排放受纳水域水文条件基本能满足要求，但核电厂尚未开展核电建设对水资源配置的影响研究以及核电突发事故水资源尤其是饮用水安全的专题研究，同时3座核电厂的低放射性废液排放均存在一些与水资源管理要求不协调的问题，需要进一步研究。

6.结语：

从水资源配置与管理要求、取水水源条件、退水受纳水域水文条件、水资源安全几个方面构建了内陆核电厂选址阶段水资源约束条件的指标体系。

应用实例分析结果表明，水资源约束条件指标体系可作为内陆核电厂厂址选择的约束条件，可为选址阶段解决内陆核电建设与运行可能面临的水资源问题提供技术依据。

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