氣象在建造CAP1400型壓水堆核電機(jī)組工程的應(yīng)用研究

張守龍，張文峰，王平春

(山東省石島氣象臺，山東 榮成 264309)

1 引言

氣象預(yù)報是氣象臺通過各種途徑將天氣情況向社會公布的一種方式，傳播天氣預(yù)報的途徑主要有電視、報紙、互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)短信、氣象電話等。通過互聯(lián)網(wǎng)獲取氣象預(yù)報信息將是未來的趨勢。

氣象預(yù)報事關(guān)CAP1400型壓水堆核電機(jī)組的整個建造過程的順利開展及安全生產(chǎn)，CAP140核電機(jī)組建造過程中的重大節(jié)點(diǎn)工程進(jìn)度將根據(jù)氣象臺所提供的氣象預(yù)報來找準(zhǔn)時間窗口，合理安排施工任務(wù)。有效利用氣象預(yù)報信息，合理的組織惡劣天氣情況下的應(yīng)急指揮工作，避免因惡劣天氣帶來的損失。氣象預(yù)報是核電建造階段安全生產(chǎn)、進(jìn)度管理及重要節(jié)點(diǎn)施工的需要,為國家重大專項重點(diǎn)工程服務(wù)也是氣象臺自身發(fā)展的需要。

基于此,在分析氣象預(yù)報對核電建造過程中起到的作用的基礎(chǔ)上,指出其存在的問題,并提出應(yīng)對策略。

2 廠址自然條件地理位置及歷史氣象特征

2.1 廠址概況

CAP1400型壓水堆核電機(jī)組工程廠址位于山東省威海市所轄榮成市寧津鎮(zhèn)，是由國家核電技術(shù)公司與中國華能公司共同投資新建兩臺額定功率為1400MW(e)級的CAP1400核電機(jī)組，廠址中心位置地理坐標(biāo)為東經(jīng)122°30′58″、北緯36°57′58″。瀕臨黃海海域，西北距威海市69 km，北偏西距榮成市23 km，西南距石島14 km。

2.2 氣象條件

廠址位于山東半島東南部，瀕臨黃海。該區(qū)域?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，溫度適中，四季分明。

廠址屬于山東半島丘陵氣候區(qū)，具有“夏熱多雨，冬冷干燥”的特點(diǎn)，全年平均氣溫12 ℃，最高溫度36.8 ℃，最低溫度-14.6 ℃；在這個區(qū)域，中緯度天氣系統(tǒng)活動頻繁，大風(fēng)、暴雨較多，年平均風(fēng)速4.2 m/s，年平均降水量798.7 mm；另外，由于海洋性氣候影響明顯，還具有大陸性氣候向海洋性氣候過渡型氣候特征。

2.3 氣象特征

根據(jù)石島氣象臺歷史資料統(tǒng)計(圖1、表1)，當(dāng)?shù)氐臍庀筇卣魇亲?011-01-01到2016-04-01，石島共出現(xiàn)多云1101 d，雨351 d，晴247 d，雪86 d，陰75 d。

圖1 石島歷史天氣統(tǒng)計 (2011～2016)

氣溫降水量風(fēng)速及風(fēng)向最大積雪深度極端最高氣溫/℃極端最低氣溫/℃平均氣溫/℃最大降水量為/mm最小降水量為/mm年平均降雨量/mm平均風(fēng)速/(m/s)主導(dǎo)風(fēng)向基本風(fēng)壓值/Pa基本雪壓/Pa最大凍土深度/m36．8-14．6121300424．6798．74．2西南SW，頻率為14%5804000．39

根據(jù)石島海洋站2002～2007年每日24次風(fēng)速風(fēng)向觀測資料統(tǒng)計，常風(fēng)向為SW向，次常風(fēng)向為N向，出現(xiàn)頻率分別為22.32%、21.82%，強(qiáng)風(fēng)向為SW向。全年≤6級風(fēng)出現(xiàn)的頻率為99.85%，≥7級風(fēng)出現(xiàn)的頻率僅為0.15%，風(fēng)的各向分布見圖2，每日觀測24次風(fēng)向頻率見表2。

圖2 石島風(fēng)玫瑰圖

3 建造工程中氣象服務(wù)應(yīng)用的各種載體和氣象分析

為保證氣象預(yù)報在CAP1400型壓水堆核電機(jī)組工程建造階段所面對的天氣情千變?nèi)f化，同時在此期間工程將經(jīng)歷多個重要節(jié)點(diǎn)施工，勢必需要考慮具體的氣候環(huán)境對正常施工及重要節(jié)點(diǎn)施工的影響。開展氣象預(yù)報必要的準(zhǔn)確率分析，就是為了通過實踐來驗證預(yù)報的準(zhǔn)確率、誤差點(diǎn)及時修正，找準(zhǔn)關(guān)鍵的施工時間窗口。氣象準(zhǔn)確率分析主要是采取CAP1400型壓水堆核電機(jī)組工程現(xiàn)場SCC36000A履帶式起重機(jī)自帶風(fēng)速儀(制高點(diǎn)實測)、便攜式風(fēng)速風(fēng)向測試儀(地面實測)、網(wǎng)站國內(nèi)氣象預(yù)報(石島區(qū)域)、網(wǎng)站國外氣象預(yù)報(Accuweather威海區(qū)域)及石島氣象臺氣象預(yù)報進(jìn)行實況對比(圖3)，選擇出較好預(yù)測途徑，為后續(xù)工程重要節(jié)點(diǎn)及正常施工任務(wù)提供作業(yè)環(huán)境條件判斷標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，確保各項施工任務(wù)安全順利進(jìn)行。

表2 頻率統(tǒng)計(2003～2007年)

圖3 實測及預(yù)測氣象對比示例

3.1 廠區(qū)實測氣象情況(風(fēng)速)

廠區(qū)實測氣象采用SCC36000A履帶式起重機(jī)自帶風(fēng)速儀測量數(shù)據(jù)和便攜式風(fēng)速風(fēng)向測試儀測量數(shù)據(jù)，在示范項目采用的三一科技產(chǎn)SCC36000A大吊車進(jìn)行重要節(jié)點(diǎn)的大型設(shè)備及模塊吊裝作業(yè)，在3600t大吊車吊臂頭部安裝有風(fēng)速儀，處于廠區(qū)較高位置進(jìn)行實時監(jiān)控起重機(jī)工作時的風(fēng)速，起重機(jī)組合儀表顯示器能夠?qū)崟r顯示風(fēng)速值和風(fēng)速等級(圖4)，當(dāng)風(fēng)速值超過13.8m/s時，控制系統(tǒng)將會發(fā)出報警。

圖4 臂架頂端風(fēng)速儀及組合儀表顯示器

便攜式風(fēng)速風(fēng)向儀中風(fēng)的測量部分采用了微機(jī)技術(shù)，可以同時測量瞬時風(fēng)速、瞬時風(fēng)級、平均風(fēng)速、平均風(fēng)級和對應(yīng)浪高等參數(shù)，它帶有數(shù)據(jù)鎖存功能，便于讀數(shù)(圖5)。在風(fēng)向部分采用了自動指北裝置，測量時無需人工對北，簡化測量操作。在廠區(qū)定點(diǎn)位置選好時間段進(jìn)行實際地面測試，通過使用便攜式風(fēng)速風(fēng)向儀進(jìn)行地面實際測試來提供相應(yīng)數(shù)據(jù)。

圖5 便攜式風(fēng)速風(fēng)向測試儀

根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)情況，SCC36000A履帶式起重機(jī)自帶風(fēng)速儀測量和便攜式風(fēng)速風(fēng)向測試儀測量相結(jié)合來提供數(shù)據(jù)，實地測試的數(shù)據(jù)對廠區(qū)施工實時進(jìn)度能更好的提供參考價值。

3.2 國內(nèi)外網(wǎng)站預(yù)測氣象情況

天氣預(yù)報就是應(yīng)用大氣變化的規(guī)律，根據(jù)當(dāng)前及近期的天氣形勢，對未來一定時期內(nèi)的天氣狀況進(jìn)行預(yù)測。它是根據(jù)對衛(wèi)星云圖和天氣圖的分析，結(jié)合有關(guān)氣象資料、地形和季節(jié)特點(diǎn)、群眾經(jīng)驗等綜合研究后作出的。氣象預(yù)報實測分析中將采取國內(nèi)(中國氣象網(wǎng))及國外(Accuweather)網(wǎng)站預(yù)報信息數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度參考(圖6、圖7)，開展對比分析。

圖6 國外氣象網(wǎng)

3.3 當(dāng)?shù)貧庀笈_預(yù)測氣象情況

當(dāng)?shù)貧庀笈_預(yù)報員根據(jù)天氣云圖、雷達(dá)回波，紅外圖，水汽圖等進(jìn)行實時監(jiān)測，利用電腦計算結(jié)果及自我判斷來形成預(yù)報數(shù)據(jù)并定時滾動進(jìn)行預(yù)報(圖8)。

圖7 中國氣象網(wǎng)

經(jīng)過多次的實時預(yù)報分析，廠區(qū)實測氣象采用SCC36000A履帶式起重機(jī)自帶風(fēng)速儀測量數(shù)據(jù)和便攜式風(fēng)速風(fēng)向測試儀測量數(shù)據(jù)提供的僅為實時情況，不能預(yù)測；國內(nèi)外網(wǎng)站數(shù)據(jù)對比，因國內(nèi)發(fā)布的預(yù)報太多依靠數(shù)值預(yù)報設(shè)備，所以跟國外比差距必然；當(dāng)?shù)貧庀笈_預(yù)測氣象可對天氣進(jìn)行實時監(jiān)測，對災(zāi)害性天氣能做出提前預(yù)警，預(yù)測風(fēng)速為結(jié)合氣象云圖變化情況及實測風(fēng)速情況給出的小時內(nèi)最大預(yù)測數(shù)據(jù)，可以提供施工支持。

表8 石島氣象臺滾動預(yù)報信息示例

4 氣象預(yù)報的應(yīng)用及預(yù)期達(dá)到的效果

CAP1400型壓水堆核電機(jī)組工程建造階段所面對的天氣情千變?nèi)f化，同時在此期間工程將經(jīng)歷多個重要節(jié)點(diǎn)施工，勢必需要考慮具體的氣候環(huán)境對正常施工及重要節(jié)點(diǎn)施工的影響。精細(xì)化，精準(zhǔn)化天氣預(yù)報將作為建造施工階段的有利工具之一，重要節(jié)點(diǎn)施工需要每小時的滾動實時預(yù)報，這種精細(xì)化預(yù)報能更好的服務(wù)工程。通過大吊車負(fù)荷試驗及常規(guī)島第一跨大體積混凝土澆筑施工期間精細(xì)化氣象預(yù)報取得的良好效果分析，氣象預(yù)報起到了很好的作用。氣候環(huán)境是自然環(huán)境的一部分，氣候環(huán)境與工程建造施工有著密切的聯(lián)系，日光的照射會使建筑及材料氧化、老化，空氣的濕度、溫度都會給復(fù)雜的建筑裝飾過程帶來更多的困難。大風(fēng)、暴雨會對吊裝作業(yè)、邊坡安全造成嚴(yán)重后果，所以對自然氣候環(huán)境的掌握能夠提前對建筑施工做出預(yù)防保障計劃，減少惡劣氣候環(huán)境因素對施工進(jìn)度、對施工人員、對施工材料的損害，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失和麻煩。

5 合理的利用氣象預(yù)報信息、有效建立技防系統(tǒng)

建造施工與天氣預(yù)報有效結(jié)合，可合理利用氣象數(shù)據(jù)信息，其有效的預(yù)報系統(tǒng)將會在構(gòu)建技防體系中逐步顯露，后續(xù)工程全面使用天氣預(yù)報的時機(jī)已基本成熟，但無誤差的天氣預(yù)報信息問題還是比較突出的，必須采取相應(yīng)對策。當(dāng)?shù)貧庀笈_將利用整理的歷史資料數(shù)據(jù)和現(xiàn)有氣象預(yù)報條件，建立適用與該CAP1400核電工程現(xiàn)場有針對性的滾動預(yù)報模型，利用現(xiàn)有工作平臺，整合各方資源，形成行之有效的預(yù)報機(jī)制，提供每小時滾動預(yù)報及短、中、長預(yù)報，再引用現(xiàn)有設(shè)備，進(jìn)行動態(tài)跟蹤維護(hù)，重要階段或特殊時期由專人跟蹤服務(wù)。建造階段現(xiàn)場根據(jù)氣象臺提供的數(shù)據(jù)信息動態(tài)規(guī)劃合理安排施工及做好應(yīng)急響應(yīng)措施。遇到生產(chǎn)任務(wù)安排的時間跨度比較大時，需要確定未來更長一段時間的計劃，時效為15 d甚至更長的天氣預(yù)報趨勢的作用就比較顯著了。比如核島筏基大體積(15000 m3左右)砼澆筑，施工需要連續(xù)作業(yè)，用時(150h左右)較長，投入的人類物力、機(jī)械設(shè)備較多，天氣情況尤為重要。所以早一些了解未來會出現(xiàn)的天氣情況，通過中長期天預(yù)報獲知哪個時間段預(yù)報信息，合理安排人員、機(jī)械、設(shè)備到位。反之會造成資源浪費(fèi)，工期滯后或在施工過程中出現(xiàn)天氣不正常的情況將會造成重大損失，這就需要一方面要掌握中長期天氣預(yù)報情況，同時又要及時掌握短期天氣預(yù)報。將每小時滾動預(yù)報及短、中、長預(yù)報天氣預(yù)報運(yùn)用于生產(chǎn)施工，工程建設(shè)階段的各節(jié)點(diǎn)施工任務(wù)將會如期完成，安全生產(chǎn)指數(shù)勢必增加。切實加強(qiáng)氣象預(yù)報向氣象技術(shù)服務(wù)建設(shè)的轉(zhuǎn)變，通過實戰(zhàn)應(yīng)用，逐步探索總結(jié)各種新的工作模式，根據(jù)不同情況，充分發(fā)揮傳統(tǒng)經(jīng)驗和現(xiàn)代科技的優(yōu)勢和長處，采取綜合運(yùn)用、交叉應(yīng)用、多重應(yīng)用技術(shù)手段、信息手段等有效服務(wù)，促使氣象預(yù)報在核電建造中起到至關(guān)重要的作用。

核電建造施工階段，各重要施工節(jié)點(diǎn)需要精細(xì)化、精準(zhǔn)化的氣象預(yù)報信息及數(shù)據(jù)，來合理安排施工任務(wù)。氣象服務(wù)要努力利用各種先進(jìn)儀器及手段,監(jiān)視和預(yù)測各種天氣系統(tǒng)和天氣現(xiàn)象的發(fā)生，尤其是那些水平范圍小、生命期短、發(fā)生突然的局地強(qiáng)對流天氣,常對周邊建設(shè)造成很大的危害。運(yùn)用有效的觀測、探測工具和稠密的氣象觀測網(wǎng)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)視，形成可視化的預(yù)報信息或資料，利用多種途徑和手段提供給建造方，以便趨利避害。

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