近年来, 随着我国核电事业的飞速发展和整个社会环境保护意识的不断增强, 核电站温排水对其受纳水域环境造成的热污染"也越来越成为人们关注的焦点。江苏省作为拥有核电的省份, 其环境保护主管部门对辖区内的田湾核电站温排水环境影响问题十分重视。为了全面掌握田湾核电站温排水热污染的范围和程度, 保障核电站的安全运行和发展, 建立健全核电辐射环境监管机制, 促进社会的稳定与和谐, 江苏省辐射环境监测管理站于2008年底自筹经费开展了田湾核电站温排水环境影响调查研究工作。

笔者通过对田湾核电站附近海域环境背景资料进行分析, 对航天遥感测量、航空遥感测量和海面实地测量方法进行介绍, 给出田湾核电站排放口附近海域海面温度场分布遥感调查结果, 并对田湾核电站温排水环境影响范围和程度进行分析讨论。本次调查结果为田湾电站温排水环境影响评价以及扩建工程取排水系统设计提供了翔实可靠的依据。

1 田湾核电站附近海域环境背景

田湾核电站厂址所在海域属黄海北部的海州湾。排水口附近区域呈半圆形向东开放。取水口水域在羊山岛南, 水域比较开阔, 水深比排水口附近略深, 更有利于海水置换交流, 田湾核电站周围环境地形见图 1。田湾核电站从排水口到湾口外海, 水深达到20m左右。排水口附近海域仅为2m深, 而且是淤泥分布区, 呈半圆形状态, 并且北岸为海水封闭区域, 相对来说不利于海水置换, 故而提供冷却的海水相对要少一些, 温排水影响区域也就会相应增加。

田湾核电站厂址地区属温带半湿润季风气候区, 季风气候特征显著, 冬冷夏热, 四季分明, 具有海洋性气候与大陆性气候双重特点。根据厂址附近气象站多年的资料统计, 厂址所在地区年平均气温14.3℃, 年平均相对湿度69%, 年平均降水872.4mm, 年平均降水日数87.6d, 年平均日照数2 434.0h, 年平均蒸发量1 905.1mm, 年平均风速5.7m/s。由厂址气象铁塔观测得到的10m高处年主导风向为NE, 次主导风向为NNE。厂址有台风影响的可能, 但影响几率不是很大。田湾核电站附近海域温度受气温影响, 季节变化显著。因此, 对于核电温排水测量, 开展不同季节温度场测量非常必要。

田湾核电站厂址附近海域潮汐为不规则浅海半日潮。一天之中有两次涨潮, 两次落潮。实测最低潮位-0.45m, 实测最高潮位6.5m, 平均涨潮历时5.62h, 平均落潮历时6.8h。流量一般是大潮最大, 中潮次之, 小潮最小。而且根据实测数据, 多数测量站表现为涨潮流速较大, 落潮流速小的特征。田湾核电站冷却水排放口所在的高公岛至羊山岛近岸海域, 实测洋流为往复流, 流向基本上与岸线走向一致, 红外遥感测量区域为三面闭合一面向东开敞的缺口环状港湾, 涨潮时潮流向西流入湾内, 落潮时向东泄出。但在排水口区域, 涨潮和落潮还是呈现往复流的特征, 沿岸流动, 这必然存在温排水羽迹跟随潮流摆动的规律。

由于航天遥感测量卫星每16天才过境一次, 并且在卫星正常工作过程中必须没有云层遮挡才能获取有效的航天遥感数据; 同时航空遥感测量受天气影响也很大, 而且近海面实地测量要尽可能与航天遥感测量保持同步; 此外, 本次调查要求尽可能在田湾核电站一期工程2台机组满功率运行状态下实施。因此, 受气象、水文、卫星和机组工况的限制, 在2008~ 2010年的整个测量过程中, 一共成功获取了冬夏两季4个时相的航天遥感测量数据、3个时相的航空遥感测量数据和5次近海面实地测量数据, 此外, 还获取了田湾核电站运行前4个时相的本底航天遥感测量数据。

2 调查方法

田湾核电站附近海域温度场遥感测量和解译的方法原理是建立在热红外波段遥感数据能够客观地反映地(海)面辐射温度的基础上的^{[1, 2]}。本次调查采用的航天遥感和航空遥感测量仪器的主要热红外波段在8~14μm范围内。航天遥感数据源采用美国陆地卫星Landsat5提供的TM6热红外波段遥感数据, 航空遥感数据由中科院上海技术物理研究所研制的直升机机载红外十通道扫描仪采集, 海面温度实地测量数据由美国YSI多参数水质分析仪采集。基于热红外遥感理论和海面温度反演方法研究, 本次航天遥感测量数据是采用单通道直接反演方法, 利用ENVI软件提供的相关模块, 进行热红外数据反演海面温度计算的; 同时利用经过几何校正后的航空遥感测量数据以及海面温度实地测量数据进行解译验证和标定; 最后经过去噪、增强、彩色编码、等值线提取以及边界解译等处理, 绘制出田湾核电站排放口附近海域海面温度场特征分布成果图件^[3-5]。

3 调查结果分析

通过对田湾核电站附近海域地形、气象、潮汐以及运行工况等环境背景资料、运行前海面温度场本底遥感测量结果和运行后海面温度场遥感测量结果的综合分析和处理, 获得了2008 ~2010年田湾核电站一期工程2台机组满功率运行条件下田湾核电站排水口附近海域海面温度场特征分布。

图 2为田湾核电站附近海域海面温度场特征分布图; 图 3为田湾核电站附近海域海面温升区包络图; 表 1为田湾核电站附近海域海面温升区展布规模对比表; 图 4为田湾核电站附近海域海面温升区展布规模对比图; 图 5为田湾核电站附近海域海面温升区包络面积柱状图。从这些图表中可以看出, 田湾核电站附近海域海面温升包络区域向排水口东部展布, 展布方向范围为60°~212°(正北方向为0°); > 0.5℃温升包络区域展布方向为136°, 离岸距离为5.47km, 最远延伸距离为7.52km, 面积为35.92km²; > 4℃温升包络区域展布方向为161°, 离岸距离为2.07km, 最远延伸距离为2.80km, 面积为7.46km²; > 9℃温升包络区域展布方向为212°, 离岸距离为0.64km, 最远延伸距离为1.16km, 面积为0.87km²。

图 6为田湾核电站附近海域海面温度场2000年9月16日航天热红外遥感彩色编码图像。从图中可以看出, 核电机组装料运行前, 核电站附近海域没有明显的温升区。对比图 2和图 6可以看出, 田湾核电站一期工程2台机组建成投入运行后, 其温排水对排放口附近海域环境影响明显, 近岸区海面温升已经超过9℃, 取水口附近的海面温升已经接近2℃。田湾核电站厂址按8台百万千瓦机组设计规划, 随着机组扩建, 其温排水对排放口附近海域温度场的影响有继续扩大的趋势; 此外, 厂址北部港口堤岸带的建设, 使得附近潮流向NEE方向流动, 进而会影响温度场的展布特征, 不利于海水置换, 加剧温排水的环境影响。

因此, 核电站自身对温排水环境影响问题要高度重视, 积极采取措施, 优化取排水口设计, 减少温排水对受纳水体的热污染。同时, 建议国家能够出台相关政策法规, 将核电站运行前及运行过程中温排水受纳水体的温度场特征分布纳入到常规辐射环境监督性监测的范围之内, 以便各级环境保护部门能够对核电温排水环境影响进行有效控制。

4 结论

目前, 我国为了应对能源结构调整和节能减排的需求, 已经步入了核电大发展的快车道。控制并减少核电站温排水环境影响也逐渐提上核电环境监管的重要日程。采用航天遥感测量、航空遥感测量和海面实测相结合的方式, 是目前除数模和物模试验外最有效、最准确的核电站温排水环境影响调查手段。此次调查结果为田湾核电站温排水环境影响评价以及扩建工程取排水系统设计提供了翔实可靠的参考依据。