海嘯對(duì)我國濱海核電廠廠坪標(biāo)高的影響

摘 要：敘述了確定濱海核電廠廠坪標(biāo)高時(shí)所考慮的要素，基于海嘯增水和與構(gòu)筑物爬高特性，提出一些關(guān)于我國濱海核電廠廠坪標(biāo)高設(shè)計(jì)時(shí)如何考慮海嘯影響的見解和技術(shù)探討。

關(guān)鍵詞：海嘯 核電廠 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水 波浪爬高 廠坪標(biāo)高

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（b）-0097-02

Abstract：This paper introduces the elements about nuclear power platform elevation， based on the tsunami surge and wave run-up characteristics.It makes some suggestions of technique study and review opinion in platform elevation design.

Key Words：Tsunami；Nuclear power plant；Design basis flood level；Wave run-up；Platform elevation

我國濱海核電廠防洪設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的因素為可能最大風(fēng)暴潮增水和波浪，原因是我國沿海地區(qū)大陸板塊和海域地形特點(diǎn)不具備發(fā)生大規(guī)模海嘯條件，且從以往核電廠在防洪分析時(shí)得出的可能最大海嘯數(shù)值來看，也確實(shí)遠(yuǎn)小于風(fēng)暴潮的增水[1]。日本福島核事故后按國務(wù)院要求進(jìn)行全國核設(shè)施安全檢查過程中，國家海洋局進(jìn)一步復(fù)核了我國沿海核電廠地震海嘯風(fēng)險(xiǎn)，從成果上看風(fēng)暴潮增水和波浪還是遠(yuǎn)大于海嘯影響[2]，但同時(shí)認(rèn)為海嘯洪水特性不同于風(fēng)暴潮，應(yīng)落實(shí)海嘯爬高和對(duì)防洪構(gòu)筑物沖擊力可能給核電廠防洪帶來的影響。

文中依據(jù)海嘯洪水的爬高特性，分析了海嘯對(duì)廠坪標(biāo)高和防洪堤頂標(biāo)高的影響，給出了一些設(shè)計(jì)建議。為我國濱海在建、在役核電廠的海嘯防洪評(píng)價(jià)和新建核電廠廠坪標(biāo)高的選定提供參考。

1 廠坪標(biāo)高的影響要素

我國濱海核電廠決定廠坪標(biāo)高的主要因素有以下幾個(gè)方面：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水、地質(zhì)條件、年運(yùn)行費(fèi)及土石方平衡[3]。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水和地質(zhì)條件是最主要的因素。出于防洪目的，我國核電廠的安全重要物項(xiàng)都建造在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位以上，并考慮風(fēng)浪以及潛冰和雜物堆積作用的影響，決定了廠坪標(biāo)高的下限。而地質(zhì)條件決定了廠坪標(biāo)高的上限，主要是因?yàn)槟壳拔覈穗姀S核島都要求坐落在基巖上。目前在我國濱海核電廠，循環(huán)冷卻水都采用直流方式，如果廠坪過高將直接導(dǎo)致核電廠運(yùn)行費(fèi)用的升高。土石方平衡主要與廠址的原地形有關(guān)，場(chǎng)地平整后土石方如有過多剩余或缺少都可能導(dǎo)致投資和工期的增加。

2 海嘯洪水特性

海嘯是由于海底地震、火山爆發(fā)、海底沉陷或海岸崩坍對(duì)水體沖擊擾動(dòng)所產(chǎn)生的一種波。深海以長周期波的形式傳播，與風(fēng)暴潮形成的波浪在傳播和對(duì)構(gòu)筑物作用方面都有很大不同。

2.1 海嘯傳播特性

海嘯波長可達(dá)幾百千米，繞射能力非常強(qiáng)，按風(fēng)暴潮進(jìn)行設(shè)計(jì)的防波堤對(duì)海嘯消波作用通常較差。并且由于海嘯的持續(xù)性強(qiáng)，在由寬變窄、水深變淺的半封閉海灣，入射波增強(qiáng)的可能非常快。所以設(shè)計(jì)人員不能套用常規(guī)風(fēng)浪傳播的經(jīng)驗(yàn)去判斷，而應(yīng)充分收集廠址區(qū)域海域地形等基礎(chǔ)資料，通過數(shù)值模擬得出準(zhǔn)確的海嘯到達(dá)波幅。

在海嘯的傳播方面國內(nèi)外已經(jīng)有非常廣泛的研究，通常是深海傳播采用線性淺水方程，近岸傳播采用基于非線性淺水方程和Boussinesq方程的數(shù)值模型進(jìn)行模擬[4-5]。

2.2 海嘯爬高特性

波浪爬高是一種消耗能量的方式，海嘯或者風(fēng)暴潮波浪會(huì)在近岸遇到沙灘和防洪堤后會(huì)發(fā)生破碎和爬高現(xiàn)象，爬高高度取決于波幅、構(gòu)筑物坡度和粗糙度、構(gòu)筑物前水深以及入射方向等因素。國外很多學(xué)者通過試驗(yàn)室水力模型試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬等方法，用孤立波模擬海嘯進(jìn)行了研究，Synolakis在1987年就提出了孤立波爬高公式[6]，Hsiao在2008年提出了孤立波模擬海嘯破碎形態(tài)下的爬高公式[7]，國內(nèi)學(xué)者還提出了孤立波對(duì)直墻的爬高[8]。在成果中大致可以看出，由于海嘯波長和能量較大，相同波幅的海嘯爬高能力遠(yuǎn)強(qiáng)于風(fēng)暴潮產(chǎn)生的波浪。設(shè)計(jì)時(shí)如果未能考慮到這點(diǎn)，超過預(yù)期的海嘯爬高可能會(huì)直接越過防洪構(gòu)筑物產(chǎn)生漫頂或越浪等現(xiàn)象，對(duì)核電廠區(qū)中的設(shè)施產(chǎn)生水淹威脅[9]。海嘯與常規(guī)波浪的爬高和越浪對(duì)比如圖1、圖2。

3 我國濱海核電廠防洪設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)

我國濱海核電廠防洪設(shè)計(jì)及防護(hù)措施主要遵循的現(xiàn)行有效的安全法規(guī)和導(dǎo)則是《核電廠廠址選擇安全規(guī)定》（HAF101-1991）和《濱海核電廠設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位的確定》HAD101/09。導(dǎo)則中規(guī)定[10]：濱海廠址的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水是一個(gè)核電廠設(shè)計(jì)應(yīng)經(jīng)受的洪水。它是下列洪水類型中最嚴(yán)重的：

（1）可能最大風(fēng)暴潮引起的洪水。

（2）可能最大海嘯引起的洪水（如果存在時(shí)）。

（3）可能最大假潮引起的洪水（如果存在時(shí)）。

（4）由上述3項(xiàng)嚴(yán)重事件的組合所引起的洪水。

風(fēng)浪的作用必須單獨(dú)地考慮或者與上述洪水組合在一起考慮。并給出了確定基準(zhǔn)洪水的一組洪水起因事件和基準(zhǔn)水位的組合實(shí)例：

（1）可能最大風(fēng)暴潮或可能最大假潮風(fēng)—浪活動(dòng)；10%超越概率高潮位；25年一遇的江、河洪水位（當(dāng)合適時(shí)）。

（2）可能最大海嘯；風(fēng)浪一般活動(dòng)（幾年重現(xiàn)期）；10%超越概率高潮位；25年一遇的江、河洪水位（當(dāng)合適時(shí)）。

4 關(guān)于廠坪和防洪堤頂標(biāo)高的建議

我國濱海核電廠廠坪標(biāo)高和防洪堤（擋浪墻）頂標(biāo)高確定時(shí)，首先應(yīng)滿足高于風(fēng)暴潮確定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位（DBF）的靜水位要求[11-12]。綜合考慮地質(zhì)、土石方平衡和營運(yùn)問題確定廠坪高程后，再按以下方法復(fù)核海嘯影響。

（1）首先，確定海嘯參與組合的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位（DBF′）=可能最大海嘯+10%超越概率天文高潮位+核電廠預(yù)壽期內(nèi)平均海面異常值+25年一遇的江、河洪水位（如有）。

廠坪標(biāo)高（H）≥海嘯引起的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位（DBF′）+富裕高度（可取0.5m）。

（2）然后，計(jì)算或通過模型試驗(yàn)獲取可能最大海嘯與構(gòu)筑物作用后產(chǎn)生的爬高（R）。

防洪堤（擋浪墻）標(biāo)高（H’）≥海嘯引起的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位（DBF′）+爬高（R）。

以上復(fù)核如不滿足，則建議相應(yīng)提高廠坪或防洪堤（擋浪墻）的標(biāo)高。

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