住宅排水管简捷计算初探

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 1 前言?

岭澳核电站(简称二核)位于广东省大亚湾西部、大鹏澳的北岸、大亚湾核电站(简称一核)东 约1000m处。岭澳核电站首期容量为2×1000MW，二期装机容量为2台1000MW级机组，当 电站首期容量为2×1000MW时，循环冷却水量约95m?3/s，当电站达到规划容量时，循环冷 却 水总量为220m?3/s。由于大亚湾核电站未考虑扩建的可能，而岭澳核电站距大亚湾核电站 排水口仅600m，两电站的温排水方案需统筹考虑，两厂温排水总量约315m?3/s，且低放废 水将随冷却水一起排放，其水工布置的好坏直接影响到岭澳核电站的基建投资、两电站的安 全经济运行和环境评价。由于核电厂安全性要求严格，核电厂水工设计和火电厂的水工设计 有其共同点，也有其自身的特点，下面分别加以叙述。?

2 设计标准的确定?

2?1 各类冷却用水系统设计水位的选择?

2?1?1 常规岛循环冷却水设计水位?

常规岛循环冷却水设计水位参照火电厂的规定，但由于岭澳核电站的主要系统基本是大亚 湾核电站的翻版(大亚湾核电站由外国设计)，其设计低水位更低。?

•设计高水位：P＝1%高潮位＝2?89mPRD (PRD:珠江基准面)?

•设计低水位：P＝99%低潮位＝-2?18mPRD?

2?1?2 核岛安全应急水设计基准水位?

核岛安全应急水设计基准水位根据核电厂安全导则确定：?

•设计最高水位：(10%超越概率天文潮高水位＋可能最大风暴潮增水)＝＋6?35mPRD?

•设计最低水位：(10%超越概率天文潮低水位＋可能最大风暴潮减水)＝-3?50mPRD?

2?2 各类冷却水设计水温?

2?2?1 常规岛循环冷却水设计水温?

•循环冷却水设计水温：23℃?

•循环冷却水设计最高水温：33℃?

2?2?2核岛冷却水设计水温?

•设计水温：30?8℃?

•设计最高水温：34?5℃?

•设计最低水温：11?0℃?

2?3 海工建筑物设计标准?

2?3?1 设计波浪标准?

设计波浪的标准通常包括设计波浪的重现期和设计波浪的波列累积频率两个方面。我国交通 部《港口工程技术规范》第三篇《海港水文》中规定，一般港工建筑物设计波浪的重现期标 准为五十年一遇，国外海工建筑物设计波浪的重现期标准一般为五十年一遇至一百年一遇。 根据本工程的重要性，对于其海工建筑物确定采用百年一遇的设计波浪重现期。此设计波浪 重现期的标准与大亚湾核电站防波堤标准一致。对于斜坡式防波堤的设计波高累积频率，《海港水文》中规定为13%，波高H??１3%? 即相当于H??1/3?。根据近年的不规则波试验结果，国外有些规范如英国海工建筑物设计 标准已采用H??１／１０?作为防波堤的设计波高，H??１／１０?即相当于Ｈ??４％ ?。在深水中H??１／１０?＝1?27H??1/3?，本工程海域由于水 深较浅，Ｈ??1/10?与H??1/3?的比值仅 为1?15左右。本次设计中，对于斜坡式防波堤，设计波浪的累积频率确定为H??4%?。对 于直立式防波堤和斜坡式防波堤的胸墙，设计波浪的累积频率均采用H??1%?。?

2?3?2 设计潮位标准?

设计高水位：百年一遇高潮位 2?89mPRD?

设计低水位：百年一遇低潮位 -2?18mPRD?

计算高水位：历时1%高潮位 0?87mPRD?

计算低水位：历时98%低潮位 -1?16mPRD?

校核高水位：最高天文潮＋百年一遇增水 3?70mPRD?

设计基准洪水位DBFL：6?35mPRD?

2?3?3 越浪量标准?

排水渠防波堤在设计情况(设计高水位与设计波浪组合)的允许越浪量标准，参照日本海堤和 护岸的常用标准：当堤的外坡、堤顶和内坡均有护面时，海堤为0?05?m?3／m?.s；护岸 为 0?2?m?３／m?.s。由于防波堤后主要为排水渠，因此确定防波堤顶部的允许越浪量为0 ?2?m?3／m?.s，此外还要求排水渠内由于越浪造成的波高不大于1?0m。排水防波堤在校核情况(校核高水位与百年一遇波浪组合)下不允许有成层水体越过堤顶，对 越浪量未有明确要求。进水渠防波堤在设计情况下的越浪量以保证泵房前取水流态和水面波动的稳定性为标准。?

2?3?4 建筑物等级及抗震标准?

1)建筑物等级 Ⅰ级建筑物?

2)抗震标准 防波堤按Ⅲ类物项进行设计，并按Ⅱ类物项进行校核，检验SL1水准下的抗震 稳定性。进排水交叉口按Ⅱ类抗震物项进行设计，并按Ⅰ类抗震物项进行校核，检验SL2水准下的抗 震稳定性。?

3 水工设计的主要原则?

1) 以核电厂总体规划为基础，结合当地风、浪、流、泥沙等自然条件，远近结合，统筹兼 顾，充分体现安全第一的核电工程设计指导思想。?

2) 水工构筑物的布置须与电厂的布置和海洋水文地质等条件结合起来考虑。由于防波堤既 是防止大海波浪对电厂厂址的威胁，又是排水渠的一侧堤，所以海工布置上不仅要考虑电厂 经济运行的要求，还要兼顾电厂安全和布置的要求。其主要布置原则如下：?

——考虑电厂温排水对大亚湾核电站、岭澳核电站取水口和周围环境的影响，就是寻求冷却 效果好，取水温升低，对周围环境影响小，投资省的最佳布置方案；?

——考虑波浪对电厂安全的影响；?

——满足泵房前水面波动的要求和保证泵房前有一个好的水流流态；?

——考虑到大亚湾核电站已投入正常运行，岭澳核电站的供排水措施应保证维持大亚湾核电 站的正常运行。?

——为防止漂浮物及鱼类进入渠道，取水头部处水流流速接近海流流速。?

3) 尽最大努力把大亚湾核电站已有的供排水措施与新设计的岭澳核电站供排水设施统一考 虑或改造，使两个不同年代的无联系的构思达到相对的统一。?

4) 水工建筑物结构选型合理，满足核安全要求，结构设计稳妥可靠，工程量省，施工方便 ，投资低，管理及维护简便。?

根据以上原则，结合水文、地质条件，通过波浪物理模型试验和冷却水工程等试验研究，最 终确定的水工建构筑物布置图见图。?

4 水工布置优化研究?

4?1 取水头部及进水明渠波浪模型试验?

4?1?1 取水头部及进水明渠根据以下原则设计：?

1)满足泵房前水面波动H??1/3?≤0?3m的要求和保证泵房有一个好的水流流态；?

2)为防止漂浮物及鱼类进入渠道，取水头部处水流流速接近海流流速，理论断面(相应于百 年一遇低水位-2?18mPRD)处渠道平均流速不大于0?2m/s。?

为满足以上要求，委托天津港湾研究所做了取水明渠波浪物理模型试验。?

4?1?2 试验目的?

1)验证原设计的取水头部及进水明渠布置方案是否满足波浪扰动要求；?

2)在满足取水头部理论断面处流速不大于0?2m/s的情况下，推荐取水口和进水明渠合理的 布置型式(配合冷却水试验)，优化取水口防波堤和北导堤的长度以及是否需要双堤等，以节 省工程投资。?

3)为安全分析报告的编写提供依据。?

4?1?3 试验结果?

经过多种不同布置方案的试验比较和分析，得出如下结论：?

1)无论在小风区S向、百年一遇波浪作用下，还是在SE向、百年一遇大浪作用下，泵房前池 与原始波周期相应的短周期波浪的H??１／３?波高均小于0?3m。?

2)取水头部底宽为150m以上，均可满足取水头部处水流平均流速不大于0?2m／s。?

3)受一核防波堤和二核取排水总体布置的局限及取水头口门流速不大于0?2m／s的条件限制 ，SE向浪作用时，无论取水头部及进水明渠的布置如何变化，泵房前池均存在较大幅度的长 周期水面升降，并波及到整个进水明渠，取水头口门处受其影响很小，取排水交叉口附近及 交叉口内部水域受长周期波动的影响较大。泵房前池水面表现为长周期缓慢升降的同时，又 有很少的短周期波浪的干扰。其长周期波动的平均周期在100s左右，最大周期在200～300s 之间。这是我们起初未预见到的，根据专家分析，这是由于一核防波堤绕射波的影响以及进 水 渠道内自震频率与原始波二阶波频率接近的缘故造成的，这就决定了SE向浪作用下的试验结 果是方案比选的依据，其中泵房前池长周期水面波动状况则是方案比选最关键的因素之一。 ?

泵房前池水面长周期波动幅度随水位的增高和波浪的增大而增加；随取排水交叉口内部水域 面积的扩大而减小；交叉口为箱涵式结构时，前池长周期水面波动略小于倒虹吸式交叉口时 的波动值。一期工程，取排水交叉口为箱涵式结构时，当水位为＋3?70m、＋2?89和＋0?87mPRD时， 百年一遇的SE向大浪作用下，在交叉口内部进水明渠底宽为50m时，泵房前池水面长周期升 降幅 度的平均值为1?0m、0?9m和不足0?9m，最大值分别为2?0m、1?8m和1?5m；而交叉口内 部渠道拓宽为100m后，其平均值分别减小为0?8m、0?7m和不足0?7m，最大值减小为1?6m 、1?5m和1?2m。增加二期工程后，上述值均减小0?1～0?2m。?

由于泵房前池水面长周期波动的振幅较大，在循环水泵选型时要加以考虑；同时在DBFL＋6 ?35mPRD时，若加上长周期的波幅，则有水溢上厂区的危险(厂址地坪标高为＋7?00mPRD) 。必须采取工程措施以减轻长周期波动的影响，初步设计审查之后，专家建议以排水箱涵取 代排水明渠为主在下阶段进行重点研究，于是我们请天津港湾研究所进行了取水头部及进水 明渠波浪物模的补充试验，试验发现，当加宽进水渠尺寸时，进水渠内长周期波动有减小的 趋势，当进水渠宽度由原50m扩展至100m，同时进水明 渠尾部作一标高为＋6?40mPRD的溢流坝，使长周期波动的涌水部分越过溢流坝，从而有效 地减小了长周期波动幅度，在DBFL＋6?35mPRD时，泵房处进水渠内最大上水标高为＋7?15 mPRD，在护岸角线上做一高约1m的岸墙，既可防止长周期波动涌水对厂区的影响，又可阻止 防波堤越浪在进水明渠内引起的再生波浸入厂区。?