濱海核電溫排水監測預測技術手冊

《濱海核電溫排水監測預測技術手冊》是2023年6月科學出版社出版的技術手冊類工具書，由李濤、王慶、孫岳等編著。

該書系統總結了當前中國國內外濱海核電溫排水監測預測實踐中的主要技術，在定點垂向剖面水溫實時監測裝備試製、遙感數據規範化反演、背景溫度有效提取技術研發、數值模擬關鍵參數取值最佳化的基礎上，對背景溫度提取、現場監測、衛星遙感監測、航空遙感監測、物理模型試驗、數值模擬及結果核驗等方面進行了規範。

基本介紹

• 中文名：濱海核電溫排水監測預測技術手冊
• 作者：李濤、王慶、孫岳等
• 語言：簡體中文
• 出版時間：2023年6月1日
• 出版社：科學出版社
• 出版地：北京
• 頁數：142 頁
• 字數：179千字
• ISBN：9787030755032
• 類別：技術手冊
• 開本：16 開
• 裝幀：平脊精裝
• CIP核字號：2023080615

成書過程

編寫背景

核電是清潔低碳高效的綠色能源，發展核電是中國最佳化能源結構、實現“雙碳”目標的重要措施。中國濱海核電起步於1985年開始建設的秦山核電站，經過數十年建設和發展，截至2022年3月，在運、在建濱海核電廠址25個、核電機組77台。2011年3月11日，日本福島核泄漏事件發生，在此後整整10年間，中國核電發展政策一直是“安全高效發展”。2021年3月初，李克強總理在《政府工作報告》中提出“在確保全全前提下積極有序發展核電”。時隔僅一年半，2022年10月，習近平總書記在中共二十大報告中明確指出要積極安全有序發展核電，將核電發展政策寫入黨的代表大會報告，而且把“積極”排在“安全”前面，這是一個極大的政策突破，充分反映了以習近平同志為核心的黨中央對中國核電安全、核電科技工作者的高度信任。“十四五”期間，每年將建設10台核電機組，中國濱海核電進入高質量發展新階段。

中國在運、在建、擬建及規劃建設的濱海核電需要利用海水對發電機組進行冷卻，產生的溫排水需要向海洋排放，並占用一定的海域資源。溫排水排放量巨大，單台百萬千瓦核電機組的溫水排放量就達到70m/s。溫排水在海洋動力作用下向周邊海域擴散，利用海水熱容量和海洋動力稀釋熱污染，並通過海面向大氣散熱。海水溫升對海域生態影響較大，溫排水擴散範圍和溫升程度關係到濱海核電海域使用範圍和權屬確定，關係到海洋保護區、生態紅線等海洋功能區的生態影響評估，關係到海洋增養殖等其他開發利用活動、利益關係的協調和補償，關係到海域資源的節約利用和生態保護。其中，4℃以上溫升海域為確定溫排水用海範圍的依據，夏季1℃和冬季2℃以上溫升海域為溫排水資源環境影響的主要範圍。因此，溫排水的準確監測預測是十分必要的。自然資源部對濱海核電溫排水監測預測非常重視，2022年印發的《自然資源部辦公廳關於進一步規範項目用海監管工作的函》（自然資辦函〔2022〕640號）中，專門對濱海核電溫排水監測提出了明確要求。

當前，一般採用數學模型、物理模型試驗或兩者相結合的方法，預測濱海核電廠溫排水擴散範圍和溫升程度。在核電廠選址、方案論證、運行階段，還需要採用定點垂向分層測溫、船舶走航測溫、衛星遙感測溫、航空遙感測溫等原型觀測手段，獲取溫排水排放海域的水溫數據，用於溫排水預測數學模型、物理模型的模型構建、計算試驗、結果驗證和後評估。但在濱海核電溫排水監測預測實踐中，存在背景溫度選取不客觀，監測範圍、流程、站點、斷面、航線、要素、分層、時間及頻次不統一，遙感溫度反演算法選取不規範，預測模型、計算公式和模型參數選取隨意性強，監測預測結果驗證、誤差範圍、成果分析過程與圖表編制缺少統一質量要求等問題，導致溫排水混合區範圍、溫升程度、溫升分布預測不準確，不同單位的預測結果差異較大，不利於合理確定溫排水用海面積、科學評價溫排水環境生態影響。

鑒於此，作者全面梳理、認真分析了現有濱海核電溫排水相關法律法規政策、中國國內外相關技術標準和研究成果，系統總結了中國濱海核電溫排水監測預測技術與實踐現狀，在定點垂向剖面水溫實時監測、遙感數據規範化反演、背景溫度有效提取技術研發、溫排水數值模擬關鍵參數取值最佳化的基礎上，編寫了這本《濱海核電溫排水監測預測技術手冊》，目的是對濱海核電溫排水監測預測基本要求和背景溫度提取、現場監測、衛星遙感監測、航空遙感監測、數值模擬通用技術、數值模擬關鍵參數取值、物理模型試驗等進行系統規範，以滿足當前濱海核電溫排水監測預測需要。

編寫工作

該手冊由魯東大學海岸研究所、自然資源部海洋諮詢中心、中核浙能能源有限公司、煙臺海洋工程安全保障技術創新中心、煙臺石江海洋科技有限公司、煙臺謹越海洋科技有限公司部分專業技術人員編寫。

在該手冊的編撰和研究工作中，得到了中國核能電力股份有限公司副總經理、核能開發事業部總經理陳金星先生的關懷、支持和指導，於開治、賈朋、張浩然、劉明忠、唐丹、劉乃軍、方汝貴、王軼等參加了手冊編撰的項目研究工作。中核浙能能源有限公司針對該手冊編撰和研究專門立項予以經費支持，煙臺市“海洋能源利用工程安全保障技術平台”校地融合發展項目對手冊編輯和出版給予經費支持。

在該手冊的編研過程中，自然資源部第一海洋研究所紀鵬研究員、自然資源部第三海洋研究所吳耀建研究員、中國科學院海洋研究所黃海軍研究員、浙江省水利河口研究院倪勇強研究員、浙江省交通規劃設計研究院陳國森教授級高級工程師、生態環境部核與輻射安全評審中心張愛玲研究員級高級工程師、電力規劃設計總院朱京興研究員級高級工程師、中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司蔣欣慰教授級高級工程師、同濟大學張海平教授、河海大學王義剛教授等專家學者先後給作者提出了意見和建議。

出版工作

2023年6月1日，《濱海核電溫排水監測預測技術手冊》由科學出版社出版發行。

出版工作人員及單位

責任編輯	責任校對	責任印製	封面設計
吳凡潔、馮曉利	王萌萌	師艷茹	無極書裝

內容說明

為了便於讀者使用，該手冊的內容結構按照“篇—部分—章—條—段—列項”的層次組織安排，共分3篇（總體要求、監測技術、預測技術）、9個部分（總則、背景溫度提取、現場監測、衛星遙感監測、航空遙感監測、數值模擬通用技術、數值模擬關鍵參數取值、物理模型試驗、溫排水數值模擬結果核驗），各部分內容既相對獨立，又互為補充、相互支撐，共同構成完備的濱海核電溫排水監測預測技術套用規範體系。

第1篇“總體要求”包括兩部分，對常用監測預測技術套用中的一般要求和基礎內容進行規範。例如，將“監測預測的目的、原則、範圍、質量控制、基本要求、工作成果和成果歸檔”以及“數值模擬通用技術”中“方案論證階段模擬溫升範圍超標則應對取排水方案進行最佳化，並重新開展數值模擬”的要求均放入第1部分“總則”中；將“衛星遙感監測”“航空遙感監測”和“數值模擬通用技術”均涉及的背景溫度提取技術要求予以整合，將其放入第2部分“背景溫度提取”中。第2篇“監測技術”和第3篇“預測技術”包括7部分，對常用監測預測技術套用中的具體要求和內容進行規範。

考慮到各項監測預測內容在核電選址、方案論證、運營期跟蹤監測、後評估等不同階段的具體要求會有不同，為方便使用者查閱，將監測預測在不同階段的要求統一放入了第1部分“總則”里。例如，將“遙感監測”技術套用中的部分共性要求和內容，放在第1部分“總則”的“通則”中分階段予以闡述，其他要求則分別放在第4部分“衛星遙感監測”和第5部分“航空遙感監測”中闡述。考慮到各階段“現場監測”內容較多且要求差異較大，將其放在第3部分“現場監測”中分階段闡述，而在第1部分“總則”的“通則”中則未做詳細闡述。

書籍目錄

前言 第1篇 總體要求 第1部分 總則 3 1 適用範圍 3 2 規範性引用檔案 3 3 術語和定義 3 4 通則 4 4.1 目的 4 4.2 原則 4 4.3 範圍 5 4.4 質量控制 5 5 工作方法 6 5.1 選址階段 6 5.2 方案論證階段 6 5.3 運營跟蹤監測階段 7 5.4 後評估 8 6 工作成果 9 6.1 成果報告 9 6.2 專題圖件 9 6.3 數據集 11 7 成果歸檔 12 7.1 歸檔內容 12 7.2 歸檔要求 12 第2部分 背景溫度提取 13 1 適用範圍 13 2 規範性引用檔案 13 3 術語和定義 13 4 一般規定 14 4.1 目的 14 4.2 原則 14 4.3 質量控制 14 4.4 工作成果 14 5 現場監測背景溫度提取 14 5.1 數據準備 15 5.2 常用方法 15 5.3 方法推薦 16 6 遙感監測背景溫度提取 16 6.1 數據準備 17 6.2 常用方法 17 6.3 方法推薦 19 7 數值模擬背景溫度提取 19 7.1 數據準備 19 7.2 常用方法 19 7.3 方法推薦 20 第2篇 監測技術 第3部分 現場監測 23 1 範圍 23 2 規範性引用檔案 23 3 術語和定義 23 4 一般規定 24 4.1 監測範圍 24 4.2 質量控制 24 4.3 工作成果 24 4.4 資料和成果歸檔 25 5 方案論證階段監測 25 5.1 水溫監測 25 5.2 水文動力監測 27 5.3 氣象要素 29 6 運營期水溫跟蹤監測 30 6.1 監測內容 30 6.2 定點長期監測 31 6.3 連續監測 31 6.4 衛星遙感監測 32 6.5 航空遙感監測 32 7 後評估監測 32 第4部分 衛星遙感監測 33 1 範圍 33 2 規範性引用檔案 33 3 術語和定義 33 4 一般規定 34 4.1 監測目的 34 4.2 監測內容 34 4.3 質量控制 35 4.4 工作成果 35 4.5 資料和成果歸檔 35 5 流程 35 6 資料獲取 36 6.1 遙感影像 36 6.2 輔助數據 36 7 遙感影像預處理 37 7.1 空間裁剪和幾何校正 37 7.2 輻射定標 38 7.3 大氣校正 38 7.4 水陸分離和雲檢測 39 8 海水表面溫度計算 41 8.1 常用計算方法 41 8.2 算法推薦 46 9 反演溫度驗證 46 9.1 現場觀測數據驗證 47 9.2 航空遙感觀測驗證 47 9.3 驗證原則 47 10 成果分析 47 10.1 背景溫度提取 47 10.2 溫升區獲取 47 10.3 專題圖件繪製 48 第5部分 航空遙感監測 49 1 範圍 49 2 規範性引用檔案 49 3 術語和定義 49 4 一般規定 50 4.1 監測目的 50 4.2 監測內容 50 4.3 質量控制 50 4.4 工作成果 50 4.5 資料和成果歸檔 51 5 流程 51 6 監測方案 51 6.1 監測技術 52 6.2 監測計畫與設計 53 7 熱紅外數據預處理 55 7.1 畸變校正 55 7.2 影像鑲嵌 55 7.3 幾何校正 56 8 溫度校正與驗證 56 8.1 觀測數據 56 8.2 溫度校正 56 8.3 溫度驗證 57 9 成果分析 57 9.1 背景溫度提取 57 9.2 專題圖件繪製 57 9.3 結果分析 57 第3篇 預測技術 第6部分 數值模擬通用技術 61 1 範圍 61 2 規範性引用檔案 61 3 術語和定義 61 4 一般規定 62 4.1 數值模擬目的 62

4.2 質量控制 62 4.3 工作成果 62 4.4 資料和成果歸檔 63 5 流程 63 6 資料收集 63 6.1 水下地形 63 6.2 海洋水動力 64 6.3 海水溫度 64 6.4 氣象 64 6.5 其他 64 7 模型選擇 65 7.1 水動力模型 65 7.2 溫度模型 67 7.3 水氣熱交換模型 68 7.4 主要參數的計算和選擇 68 7.5 模型選擇 69 8 模型構建 70 8.1 模型格線 70 8.2 地形數據處理 71 8.3 模型驅動 71 9 模型驗證 74 9.1 模型穩定時間 74 9.2 驗證順序 75 9.3 驗證指標 75 10 計算工況和成果分析 75 10.1 計算工況 75 10.2 成果分析 76 第7部分 數值模擬關鍵參數取值 77 1 範圍 77 2 規範性引用檔案 77 3 術語和定義 77 4 MIKE模型關鍵參數 78 4.1 底摩阻計算公式 78 4.2 水平渦黏係數 80 4.3 水平擴散係數 81 4.4 垂向渦黏係數 82 4.5 垂向擴散係數 84 4.6 熱通量 85 4.7 水面綜合散熱係數 86 4.8 其他 88 5 FVCOM關鍵參數 88 5.1 底摩阻係數 88 5.2 水平渦黏係數 89 5.3 水平擴散係數 89 5.4 垂向渦黏係數 90 5.5 垂向擴散係數 91 5.6 熱通量 91 5.7 參數推薦 92 6 Delft3D模型 92 6.1 底摩阻係數 92 6.2 水平渦黏係數 93 6.3 水平擴散係數 93 6.4 垂向渦黏係數 94 6.5 垂向擴散係數 96 6.6 熱通量 97 第8部分 物理模型試驗 100 1 範圍 100 2 規範性引用檔案 100 3 術語和定義 100 4 一般規定 101 4.1 儀器設備 101 4.2 質量控制 102 4.3 工作成果 104 4.4 資料和成果歸檔 104 5 流程 104 6 資料收集 105 6.1 地形 105 6.2 海洋水文 105 6.3 水溫資料 105 6.4 氣象資料 106 6.5 其他資料 106 7 模型設計 106 7.1 模型試驗相似準則 106 7.2 模型設計 108 8 模型製作 109 8.1 模型試驗設備 109 8.2 模型檢測儀器 110 8.3 模型製作與安裝 110 9 模型試驗 111 9.1 模型驗證試驗及精度控制 111 9.2 不同情景方案試驗 112 10 成果分析 113 10.1 專題圖件繪製 113 10.2 數據分析 113 第9部分 溫排水數值模擬結果核驗 114 1 範圍 114 2 規範性引用檔案 114 3 術語和定義 115 4 一般規定 115 4.1 核驗原則 115 4.2 核驗方法 116 4.3 核驗重點 116 5 核驗路線 116 6 整體規範性 117 6.1 結構完整 117 6.2 圖表規範 117 6.3 數據可靠 117 7 模型設定合理性 118 7.1 模型基本設定 118 7.2 模型構建 118 7.3 模型關鍵參數 118 7.4 模型驗證 118 8 模型工況設定和成果分析 119 8.1 計算工況 119 8.2 數據分析 119 9 核驗結果評價 120 主要參考文獻 121 附錄 附錄A XX溫排水XX報告格式 127 A.1 文本格式 127 A.1.1 文本規格 127 A.1.2 封面格式 127 A.1.3 封里內容 127 A.1.4 內容格式 127 A.2 XX報告編寫大綱 127 附錄B 資料收集及現場監測記錄表 128 附錄C 核電建設各階段現場監測報告編寫大綱 132 C.1 論證階段現場監測報告編寫大綱 132 C.2 運營期跟蹤監測報告大綱 132 C.3 後評估報告大綱 133 附錄D XX項目衛星遙感溫度反演報告編寫大綱 135 附錄E 航空遙感監測記錄表 136 附錄F XX項目航空遙感反演大綱 138 附錄G 核電溫排水數值模擬報告大綱 139 附錄H 物理模型試驗報告大綱 140 附錄I 模型變態率選擇原則 141 附錄J 溫排水數值模擬結果核算報告大綱 143

編寫特點

該手冊按照實用性、系統性、兼容性和適用性的基本原則進行編撰。①實用性原則：考慮常用監測和預測技術套用中的常見問題，涵蓋當前監測預測實踐常用模型；②系統性原則：考慮核電不同階段監測預測需要，補充現有標準中尚未規範的內容，也兼顧手冊的統一性和各篇章獨立性；③兼容性原則：與現有法律法規標準中的相關內容協調，現有標準中有明確要求的按照現有要求，現有標準中不明確地予以細化，同時兼顧常用商業軟體和自編軟體；④適用性原則：考慮中國沿海不同核電場址所處海域的差異性，以及不同監測預測單位技術的差異性和濱海核電不同階段監測預測需求的差異性。當前，手冊內容已經在中國多個代表性濱海核電場址進行了套用示範，涉及中國南北方不同類型的海域，均取得了較好的監測預測和核驗效果，內容較為成熟。

價值意義

2022年11月11日，由魯東大學海岸研究所和海洋工程安全保障技術中心承擔的《濱海核電溫排水監測預測技術手冊》項目，通過了自然資源部專家組評審。《濱海核電溫排水監測預測技術手冊》首次對濱海核電溫排水監測預測常用技術方法的套用進行了系統規範，對溫排水背景溫度場提取、現場監測、衛星遙感監測、航空遙感監測、數值模擬通用技術及關鍵參數取值、物理模型試驗等監測預測技術套用進行了系統歸納總結和研究，內容全面、方法適宜，關鍵技術規範點可操作性強，對規範核電溫排水監測預測工作具有極強的指導意義。此項目的評審通過深入落實了低碳技術研發推廣、綠色發展機制創新的指導思想，是以實際行動落實中共二十大精神的具體表現，也是魯東大學首次對接服務綠色低碳高質量發展先行區。

編寫人員

編委會

職務	姓名	職稱	單位
主編	李濤	研究員	自然資源部海洋諮詢中心
	王慶	教授	魯東大學海岸研究所
	孫岳	研究員	自然資源部海洋諮詢中心
副主編	周萍	高級工程師	中核浙能能源有限公司
	戰超	教授	魯東大學海岸研究所、煙臺海洋工程安全保障技術創新中心
編委	朱君	教授	魯東大學海岸研究所、煙臺海洋工程安全保障技術創新中心
	石洪源	副教授	魯東大學海岸研究所、煙臺海洋工程安全保障技術創新中心
	李國慶	副教授	魯東大學海岸研究所、煙臺海洋工程安全保障技術創新中心
	王紅艷	高級實驗師	魯東大學海岸研究所
	賈存真	高級工程師	中核浙能能源有限公司
	陳堅剛	研究員級高工	中核浙能能源有限公司
	嚴卓奇	高級工程師	中核浙能能源有限公司