核电厂温排水监测系统法规标准适应性分析

凌 君 范寅娣 周新建

(深圳中广核工程设计有限公司，广东 深圳 518172)

0 引言

随着我国核电事业的迅速发展以及公众环境保护意识的加强，温排水热污染已成为我国核电建设过程中面临的主要环境问题之一。对于采取直流冷却的滨海核电厂，其热转换效率一般为30% ～35%［1］，剩余大量的余热经冷却进入海洋环境，不仅使附近的海水温度持续升高，加速向周围扩散，还会对温排水影响区域范围内的生物群落产生不同程度的影响。

1 相关环境保护法规标准

核电厂温排水对环境影响的问题，在国内外已引起政府管理部门的充分重视。分别制定相应的法规、标准、导则等，以指导开展核电厂温排水监测，为核电厂的环境影响后评价提供数据，贯彻落实核电厂的环境管理制度。

1.1 国内相关法规标准

《中华人民共和国水污染防治法(2008 修订)》规定:“向水体排放含热废水，应当采取措施，保证水体的水温符合水环境质量标准。”

《海水水质标准》规定:“对于第一、二类海域海水水质，人为造成的海水温升夏季不超过当时当地1 K，其他季节不超过2 K;对于第三、四类海域海水水质，人为造成的海水温升不超过当时当地4 K。”

《核动力厂温排水环境影响审评原则(征求意见稿)》中规定:“核动力厂运行后，应对排放口处温排水的流量和水温进行监测，在排水混合区内设置适当的监测点并进行定期检查，以确保温排水混合区的大小满足要求。”

《核电厂温排水环境影响评价技术规范》规定:核电厂的温排水环境影响评价应根据核电厂的不同阶段开展工作。

①建造阶段，依据厂址水域详细的实测水文气象资料、水下地形资料、生态资料等以及与温排水相关的核电厂工艺参数及布置资料，通过数值模拟计算［2］和物理模型试验研究［3］得出温排水影响范围预测成果;而后开展详细的温排水环境影响评价，并提出满足环境保护要求的措施。

②运行阶段，根据已实施的工程方案评价温排水环境影响，确认其是否满足环境保护的要求，提出运行阶段温排水监测的方案。

其中，运行阶段温排水监测方案主要有遥感监测［4］和连续定点监测［5］。《核电厂温排水卫星遥感监测应用技术标准(征求意见稿)》规定了滨海核电厂温排水卫星遥感监测的技术内容、程序和方法。

1.2 国外相关法规标准

由于建设项目排污特征、环境功能区、敏感保护目标等不同，国外温排水的要求与国内的不同。

法国环境管理当局根据敏感保护目标提出温度限值要求:在鲑鱼水域取排水温差＜1. 5 K，混合后温度≤25 ℃;在鲤鱼水域取排水温差≤3 K，混合后温度≤28 ℃;在饮用水处取排水温差≤3 K，混合后温度≤25 ℃。

国外(部分)温排水的相关要求如表1 所示。

表1 国外(部分)温排水的相关要求［6］Tab. 1 Related domestic requirements of thermal discharge

1.3 环境影响评价要求

《环境影响评价技术导则 总纲》中要求:“结合建设项目影响特征，制定相应的环境质量、污染、生态以及社会环境影响等方面的监测计划”。

《环境影响评价技术导则-地面水环境》中，将地面水环境影响评价分为三个阶段:第一阶段包括工程概况、环境现状调查、工程分析等;第二阶段包括环境影响预测、评估等;第三阶段包括环保建议和措施、小结等。导则中明确将热污染(以温度表征)定义为污染物，温度属于常规水质参数的基础项，同时属于火电、热电建设项目的特征水质参数;规定了海湾取样监测点的原则、方法和数目;提出海水温度及温度场分布，可按特征理论温度模式进行预测。

《海洋监测规范 第1 部分:总则》中:“监测范围内，以最少数量监测站满足监测目的的需要;近密远疏;尽可能沿用历史监测站，适当利用海洋断面调查监测站，考虑监测站分布的均匀性等”。

《海洋监测规范 第4 部分:海水分析》中规定:“表层水温表法用于测量表层水温度;颠倒温度表法用于测量表层以下水温。”

《近岸海域环境监测规范》中要求:“以排污口为放射中心，按扇形布设;环境功能区达标，面积在5 km2以上环境功能区，至少布设1 个监测站;每年2 ～3 次，根据水深确定采样层次等。”

《小型海洋环境监测浮标》中规定了“浮标体的工作环境条件、基本要求、锚系要求、供电要求等”内容。

2 核电厂温排水监测系统

核电厂正常运行期间排放的温排水对海洋环境的影响监测，主要有海面定点测量和热红外遥感数据测量两种方法。虽然热红外遥感数据测量能够快速获取大面积温度场的特征数据信息，但受限于空间分辨率、天气条件等因素［3］，并不能满足实时监测需求。为了满足开展温排水对海洋环境影响评价的需要，亟须开展温排水定点连续监测，但国内在建和在役核电厂以及火电厂等均未开展温排水定点连续监测工作。

2.1 国外核电厂温排水监测系统应用介绍

根据近岸浅排或离岸深排的温排水方式、热交换条件不同的海洋环境现状，分别介绍法国Gravelines核电厂和Blayais 核电厂的温排水监测系统。

Gravelines 核电厂根据法国管理当局的要求设置了连续监测装置。其在冷却水引水渠、排水渠出水口以及离排放口1 000 m 处各设置了一个监测点，编号分别为10 号、11 号和7 号。其中，10 号和11 号两个点有双重监测设备，冗余的温度记录仪可以保证水温的连续测量;海上的7 号没有冗余温度记录仪，一旦发生故障需要向法国管理当局报告。每个监测点测量3层水温(海底以上1 m、中间层、海面下1 m)，连续测量，每月抄录数据，并每月定期向政府部门报告。同时，定期将温度记录仪的监测数据与通过模型计算得到的模拟数据进行比较。

Blayais 核电厂位于入海口上游70 km，附近水体约4.5 km 宽，潮汐影响明显，有一些与岸平行的岛屿和沙洲，靠近左岸有一条水深在基准海平面下7 ～10 m的主航道。为了利于冷却水的扩散，循环冷却水采用近取远排(离岸深排)，从距离岸边400 m 处取水，排水垂直于岸边约3 km。4 台机组共2 个排放管，每个排放管长约200 m 的扩散段，在两个沙洲中间排放。温排水监测点设置在排放点附近，从1978 年起，开始连续温度监测，到1989 年3 月，将测温点从17 个减少到8 个。每4 年做一次温度航测。按照中潮、高潮位后3 h 的模拟结果，2 ℃等温线的包络面积不到2 000 m2，最远距离5 km。

2.2 核电厂温排水监测系统总体设计

核电厂温排水监测系统由监测站(浮标体系统)、信号接收站、中央服务器组成。核电厂温排水监测系统总体结构图如图1 所示。

图1 核电厂温排水监测系统总体结构图Fig.1 Overall structure of thermal discharge monitoring system in NPP

2.2.1 监测站(浮标体系统)

监测站(浮标体系统)由浮标体、温度传感器、集成系统和其他定位、防护等装置共四部分组成。

监测站的基本功能为:温排水相关常规和特征水质参数的监测;信号处理、传输;接收中央服务器的控制指令，并执行相应的操作。监测站目前应用较为广泛的有温度链浮标体系统和剖面浮标体系统，如图2和图3 所示。其中，温度链浮标体系统适用于近海区域和海水潮位变化较小的区域;剖面浮标体系统适用于所有区域，但需辅以定位系统。

图2 温度链浮标系统示意图Fig.2 Schematic diagram of temperature chain body system

图3 剖面浮标体系统图Fig.3 Profiling float body system

2.2.2 信号接收站

信号接收站接收监测站的监测信号和中央服务器的控制指令。

2.2.3 中央服务器

中央服务器接收监测站的监测信号，分析水质监测参数，判断是否符合海洋环境管理要求。当监测参数不满足海洋环境管理要求时，发出报警，提示运行人员执行相应的操作。运行人员通过中央服务器发出控制指令，如维修、标定指令等。

2.3 核电厂温排水监测系统的相关设计要求

为保证核电厂温排水监测系统的功能需求，需要满足以下设计要求。

2.3.1 监测参数要求

依据温排水环境影响的水质参数监测需求，温排水监测系统实现相应的监测功能。温排水监测系统至少包括监测点坐标参数、监测不同温度层的温度和温度场分布。在温度超过标准限值时，可考虑监测影响温度和温度场分布的相关参数(如流场分布、热交换条件等)以及海洋生态受温排水的影响。

2.3.2 运行、维护要求

浮标体系统位于海面上，应充分考虑供电需求和通信方式的可行性。

(1)供电需求:能够实现电缆供电的区域，可考虑电缆和UPS 双重供电;其他区域应提供足够容量的UPS 电源，条件允许时应辅以太阳能等供电方式。

(2)通信方式选择:优先考虑电缆通信，并考虑无线通信进行冗余设计。

(3)浮标体承载:为便于就地维修，条件允许时，浮标体至少能承载500 kg 的质量(2 人身体质量+维修工具质量)，并有一定的操作空间。岸上维修应考虑浮标体满足环境条件下定位要求，浮标体应尽量轻。

2.3.3 其他要求

浮标体系统布置在海面上，易受海水腐蚀，应进行防腐蚀、防水、防雨、防寄生处理;对航道、渔业作业有一定程度的影响，应设置警示灯、防撞设计。

3 适应性分析

目前，国内外环境管理结构或组织从环境保护方面提出水污染(包括热污染)的监测原则、方法、频次等要求，但大部分针对取样监测，在连续定点监测方面没有相关指导意见。

《核动力厂温排水环境影响审评原则(征求意见稿)》、《核电厂温排水环境影响评价技术规范》、《环境影响评价技术导则 总纲》等要求开展核电厂温排水监测，核电厂温排水监测系统属于定点连续监测，借鉴取样监测的相关要求，以III 类海洋功能区为例，进行适应性分析。

3.1 监测范围及监测站布置分析

(1)根据《海水水质标准》要求、III 类海洋环境功能区要求，温升不得超过4 K。

(2)根据《环境影响评价技术导则-地面水环境》要求，环境影响现状调查确定海水本底温度;由特征理论温度模式预测海洋温度及温度场分布，温升为4 K的等温线为监测范围边界。

(3)根据《环境影响评价技术导则-地面水环境》要求，若等温线穿越其他功能区，应根据功能区进行调整监测范围。

(4)根据《环境影响评价技术导则-地面水环境》要求，监测站布置在入水口(参考点)、出水口(初始值)、监测范围边界(热污染影响范围)。若监测范围边界处有环境保护敏感目标，应考虑增加监测站。

3.2 监测内容分析

(1)核电厂热效率比火电厂低，水温作为常规、特殊水质参数(《环境影响评价技术导则- 地面水环境》)，核电厂温排水监测系统至少应监测水温参数，可兼顾pH 值、溶解氧含量等参数。

(2)根据《近岸海域环境监测规范》要求，最多监测3 层水温。为了掌握海水温度场分布，核电厂温排水监测系统监测海面下1 m、海底上1 m 和中间层的海水温度。

(3)根据《海洋监测规范 第1 部分:总则》要求，监测站应尽可能包括其他水质监测功能，核电厂温排水监测系统采用功能模块，具备其他水质监测功能扩展能力。

4 结束语

核电厂温排水监测系统监测核电厂运行时排放的废热对周边海洋环境的影响，通过监测温升和温度场分布，可确保热污染排放满足海洋环境功能区达标要求。

(1)按照相关法规标准的要求，核电厂温排水监测系统的设置是必要的。

(2)核电厂温排水监测系统的设计满足相关法规标准、技术导则的要求。

(3)核电厂温排水监测系统是创新性设计，在设计中预留功能扩展空间。

(4)核电厂温排水监测系统为核电厂运行中的环境管理提供数据，为环境影响跟踪评价提供依据。

鉴于国内法规标准仅提出混合区的概念，没有明确混合区边缘的温升限值以及合理的混合区范围等信息，使得法规标准缺乏可操作性。因此，后续建议以某一核电厂为研究对象，设置一套温排水监测系统，由点及线地开展温排水监测工作，为设置合理的温排水混合区及温升限值等监管指标提供数据支持。

［1］ 朱晓翔，刘建琳，王凤英.核电站温排水环境影响研究方法调查评价［J］.电力科技与环保，2010，26(1):8 -10.

［2］陈丕翔，倪培桐，黄健东.台山核电厂一期工程EPR 机组温排水数值模拟研究［J］.广东水利水电，2013(11):15 -18.

［3］ 黄健东，罗岸，付波，等.大亚湾核电基地温排水物理模型试验研究［J］.广东水利水电，2011(9):6 -8.

［4］ 孙恋君，王凤英，朱晓翔. 田湾核电站温排水环境影响遥感调查［J］.辐射环境，2011，20(3):330 -332.

［5］ 王冠琳，熊学军.田湾海域温排水分布及变化规律分析［J］. 海洋科学进展，2013，31(1):69 -74.

［6］ 於凡，张永兴，杨东.滨海核电站温排水的混合区设置［J］.水资源保护，2010，26(1):53 -56.

［7］ 石继香，官云兰，赵利民，等.国内外温排水热影响监测与评价研究方法探讨［J］.江西科学，2014，32(1):73 -77.