芮泰德
1 引言
3月11日，日本东北部海域的9级强烈地震和由之引发的超高海啸，直接导致了日本福岛第一核电厂发生世界核电发展史上第三次严重事故，对日本和世界核电的发展造成了极大的负面影响。核电厂厂址选择随即引起了我国广大公众的极大关注。许多人迫切想知道我国核电厂的厂址选择是如何进行的，我国会不会发生日本那样的极端自然灾害叠加的情况，等等。本文试图探讨核电厂厂址选择中必须认真考虑的主要因素，以及我国核电厂厂址选择通行的做法。
2 厂址选择中需考虑的主要因素
核电厂厂址选择需认真考虑的主要因素包括地质、地震、气象、水文和人口分布等。现分述如下：
2.1 地质
所谓地质，是指地球或地球某一部分的性质和特征。核电厂厂址选择中，地质方面主要考虑的内容为：①评价潜在的地质灾害，包括地表断裂，地面塌陷、沉降或隆起，断层蠕动，斜坡不稳定性和基土液化等；②评价基土特性，以便获得合理的基土分类；③评价在工程设计中所采用的土工参数。其基础工作是地质调查。
地质调查通常分为区域、近区域、厂址附近和厂址地区四种范围。
2.1.1 区域调查
调查范围半径一般为150km，主要目的是提供区域地质和构造格架及总的地球动力学的背景资料，以及鉴定那些可能影响厂址地震安全性有关的地质特征。主要工作是收集分析文献资料，并将其中有代表性的地质特征表示在比例尺不小于1:1000000的地图上。
2.1.2 厂址近区域调查
调查范围的半径一般为25km，其主要目的是鉴定近区域范围内的地震构造特征，为建立区域地震构造模型和评定厂址地区的地震安全性提供基础资料。此项工作需要进一步收集分析较小范围内更为详细的资料，同时要进行新构造研究以确定近区域范围内断层的最新运动时代；在必要时需对重点地段进行地质填图，以鉴定该地段内的地层、构造地质和构造历史。这些地质特征需代表性地表示在比例尺不小于1:200000的地图上。
2.1.3 厂址附近调查
调查范围的半径一般为5km，其主要目的是查证这个直接环绕厂址的地区中是否存在包括地表断裂在内的潜在永久性地面变形。此项工作需要进行较大比例尺的地质填图和断裂活动性调查。通过调查应提供下列资料：是否存在能动断层，斜坡、基土和地层的稳定性，潜在地质灾害(如差异剥蚀、岩溶、破裂、断层蠕动和类似膨胀土的不稳定地基材料)地段的特征，以及由人类活动引起的潜在地质灾害地段的特征。这些地质特征需代表性地表示在比例尺不小于1:25000的地质图上。
确定厂址附近地区内的断层是否为能动断层，是核电厂厂址选择中一个关键又易引起争议的地质问题。例如，目前可以把一条晚更新世Q3(约10万年)以来没有过运动的断层视为非能动断层，但需证明另一条邻近的已知能动断层的运动不会引起该断层运动。为此，在调查工作中必须采用适当的和公认的技术方法，保证能鉴别出长度为300m以上的断层，并对勘察到的任何断层的活动性及其错动历史做出全面评价；评价与断层(包括可能的次生地表断裂)有关地带的范围大小。
2.1.4 厂址地区调查
调查范围的面积为1km或更大一些，其主要目的是对潜在永久性地面变形作进一步的详细了解，并提供地基材料的土工特征。此项工作除进行大比例尺地质填图外，还需利用钻探、坑探、地球物理勘察和实验室试验进行调查研究。通过调查应提供下列资料：厂址地区的地层和构造，确定工程所需要的不同下卧层的厚度、深度、界面倾角和静态及动态参数；厂址地区所有蓄水层的物理、化学性质和均衡动态，确定蓄水层和地基如何相互作用；厂址地区地基材料在地震荷载条件下的稳定性和反应。这些地质特征需代表性地表示在比例尺不小于1:2000的地图上，数据应列表表示。
一般而言，在我国进行核电厂选址时，当地质工作成果确证厂址地区存在潜在永久性地面变形的地质现象时，由于难以证明设计所采用的工程措施能减轻永久性地面变形现象所产生的影响，较为慎重的做法是另选厂址，更不用说遇到能动断裂带了。
2.2 地震
核电厂厂址选择中，必须研究地震活动及其有关现象，评价厂址所在地区的地震安全性，确定厂址地区由地震引起的预期地面运动和确定地震引起洪水的可能性，以确定相应的工程设计基准。
2.2.1 地面运动参数的确定
核电厂抗震设计所需要的地面运动参数为厂址地区的设计基准地面运动，它包括地面水平峰值加速度、反应谱及相应的地震运动的时程曲线。设计基准地面运动的定义为场地平整后的地面处、地基标高处或在基岩上的自由场条件下的运动。对安全设计而言，现今主要考虑安全停堆地震(SSE)，又称SL-2，而不再考虑取值只有SL-2一半的运行基准地震（OBE），又称SL-1。
SL-2直接对应于极限安全要求，它代表设计中拟采用的最大地面运动水平，超过这种地面运动水平的概率是非常低的(通常为10-4)。当发生地面运动达到SL-2的地震或地震后，所设计的与安全停堆及维持其安全停堆状态有关的所有构筑物、系统及部件应维持其正常功能，并保证：①反应堆压力边界的完整性；②安全停堆并具有维持安全停堆状态的能力；③防止可能造成放射性对环境的过量释放事故或具有减轻事故后果的能力。SL-2值必须根据与特定大地构造有关的最大潜在地震和与地震构造区有关的最大弥散地震来推导，通常采用确定论方法确定，并采用概率论法予以校核。
我国核安全法规规定，不论厂址的地质、地震资料表明厂址地区的地震安全性如何高，核电厂采用的与SL-2对应的设计基准地面运动的水平峰值加速度不得低于0.15g（设计反应谱取零周期）。由于我国地域广阔，地质、地震情况区别较大，现在的设计趋势是统一选取一种包络性更大的水平地面峰值加速度，然后就按此进行标准设计，以增大设计的厂址适应性，降低设计成本，加快设计速度。
2.2.2 海啸和湖涌
地震可能引起海啸和湖涌，也可能引起水坝溃决，形成洪水泛滥。
海啸是一种由地震、火山爆发或海底滑坡导致的海底突然变形引起的长周期海浪波；湖涌是在湖泊、水库或海湾等有限水域中，由地震、火山爆发或岸坡滑坡的振动效应所引起的水体振荡运动。需要收集厂址所在沿岸区域产生海啸与湖涌的历史资料，并鉴别其可靠性及其与厂址的关系；同时依据已知的地震记录资料及地震构造特征，评价由当地的离岸地震活动引起海啸和湖涌的可能性。根据上述资料与曾对该自然现象作过很好研究的类似地区进行比较，估算出厂址所在区域的海啸或湖涌的强度，并应把因厂址沿岸地形特征而使这种自然现象的影响扩大的因素考虑在内，以确定设计基准海啸或湖涌。有关海啸和湖涌的设计基准应包括对厂址可能产生物理效应的水位爬高和下降。
众所周知，日本是一个地震多发国家。福岛第一核电厂在设计中已考虑了地震与海啸。但据媒体报道，这次日本东北北部大地震在福岛第一核电厂厂址引发的地面水平峰值加速度高达0.56g，引发的海啸高达14m，远远高于电厂涉及围墙的5.7m。海啸完全淹没了应急柴油机房，全部应急柴油机失效，造成长时间全厂断电，导致反应堆堆芯熔化，酿成严重事故。
我国沿海核电厂址不在地壳板块边缘，也不在断裂带上，大陆架延伸较远，近海海水不深，厂址所在地历史上未发生过浅表强震，不具备出现大海啸的前提条件。例如，秦山地区历史最大海啸仅有半米高。倒是附近的钱塘江潮可达5m左右，已在设计考虑之中。
2.3 气象
核电厂厂址选择中，需要考虑的气象因素有：①与核电厂安全有关的极端气象；②与气载放射性流出物弥散有关的气象；③与堆芯排热有关的气象。
2.3.1 与核电产安全有关的极端气象
为了确定设计基准，极端气象分为极端气象参数和极端气象现象两类。
与核电厂安全有关的极端气象参数主要是极端风、极端降水、极端积雪和极端气温。为了确定极端气象参数的设计基准，需要：①收集（或进行厂址现场观测）代表厂址条件的气象数据；②对获取的数据进行统计分析；③选定一个参照时间间隔（通常为30年或更长），以及在该参照时间间隔内设计基准将被超过的容许概率。
与核电厂安全有关的极端气象现象主要是龙卷风和热带气旋。
龙卷风是一种强烈旋转的空气柱，常伴有风暴，风速约为30 -140m/s以上。通常按龙卷风对灌木丛、树木和构筑物的最大破坏程度进行分类。例如按照富士达的F等级，龙卷风可分为F0、F1、F2级等。
厂址所在区域是否存在发生龙卷风的可能性，可根据以往的资料分析确定。龙卷风的设计基准参数是根据龙卷风对核电厂造成危害的主要因素确定的。这些参数是：龙卷风的最大风速、龙卷风通过时产生的突然压力降和龙卷风造成的飞射物的撞击。
热带气旋是一种巨大而旋转着的湿热空气团，其直径约为100km或更大。按照发生的区域和最大持续风速，热带气旋具有种种名称。例如，在北太平洋西部，最大持续风速在17~32m/s的热带气旋称之为热带风暴和强热带风暴，而最大持续风速在33m/s以上的热带气旋则称之为台风。热带气旋对核电厂造成的危害，主要是暴雨和(或)涌浪引起的洪水、狂风的猛烈冲击作用和气旋造成的飞射物的撞击。
用以作为设计基准的热带气旋是可能最大热带气旋。这是一种假想的平稳状态的热带气旋。确定这种气旋风场，所需的气象因素是：气旋的最大风速、最大风速半径、风眼压力和流入角，以及气旋相对于海岸线的运动方向和平移速度。可能最大热带气旋的设计基准参数是推导设计基准涌浪和设计基准风的输入参数。
2.3.2 与气载放射性流出物弥散有关的气象
这主要是用以估算大气弥散因子和地面沉积因子，并进而估算核电厂周围公众受到的环境辐射剂量的有关气象资料。在内陆核电厂厂址选择时，这个问题更值得关注。
估算大气弥散因子和地面沉积因子所需的气象资料，因核电厂气载放射性流出物的释放类别而异：
①对用于常规释放的长期(年平均)大气弥散因子和地面沉积因子，需要得到不同风向(16个方位)、风速、大气稳定度和降水情况的四维联合频率分布，或地面以上10m和排放口高度处至少连续1年的逐时风向、风速和降水量，以及中性和不稳定天气条件下混合层高度的平均值；
②对于事故释放，需要由整年的逐时风向、风速、大气稳定度和降水资料计算出不同时间间隔、不同距离的短期大气弥散因子和地面沉积因子。
在某些内陆厂址的气象调查中，发现有较长的“静风期”，这对核电厂的气态流出物的扩散排放和常规岛冷却塔的自然循环冷却都非常不利，极易引起局部小气候环境的改变，必须慎重对待。
2.3.3 与堆芯排热有关的气象
对于内陆核电厂，常规岛采用间接循环冷却方式，特别需要注意这个问题。其最终热阱系统的设计要考虑环境参数，主要包括干球和湿球空气温度、风速、太阳辐射、水汽压和冰冻(包括潜冰)等气象因素。用于建立最终热阱系统模型的这些气象因素，均应为厂址所在区域有代表性气候期间(通常为30年)出现的最坏情况值。
2.4 水文
核电厂的厂址选择需掌握有关径流、洪水、泥沙、潮汐、海流和波浪等方面的水文数据，以判定厂址的适宜性并确定工程设计基准。在选择厂址时，应调查厂址区域天然水体、人工水体和地下水文的主要水文特征，分析可能对核电厂有严重影响的极端水文事件，分析水体的弥散特征以估算核电厂温排水和低放射性废水在受纳水体中的分布。
2.4.1 水文条件
电厂厂址所在地区均有其特定的水文条件。对内陆的滨河核电厂，以分析陆地水文条件为主。对滨海核电厂，以分析海洋水文条件为主。
（1）水源：核电厂非核安全相关设施的供水保证率标准为97%；对核安全有关的供水，需按在任何条件下均能保证反应堆连续30天维持安全停堆所需的水量，来确定设计标准。
（2）洪水：需确定厂址地区的设计基准洪水，对厂址受洪水淹没的可能性提出明确的结论。对滨河（或湖）核电厂，应考虑可能的最大洪水、溃坝洪水和冰堵(坝)、泥石流、滑坡、飘浮物堵塞等潜在自然因素以及人类活动引发的洪水的不利组合；对滨海厂址，应考虑风暴潮增水、海啸等各种严重洪水事件和基准水位、风浪作用等的不利组合。
（3）低水位：应分析可能最严重干旱事件、风暴潮减水、海啸(湖涌)减水和挡水建筑物被破坏以及区域内水量利用规划等自然事件和人类活动对于安全相关的冷却水源的可能影响，考虑其不利组合，以确定厂址设计基准低水位。这对于保证内陆核电厂的安全运行与液态流出物的排放控制尤为重要。偶与我国内陆地区的水系大都承担着水系流域人口的饮用水和农田灌溉职能，所以笔者认为，内陆核电厂应尽可能做到少排放，甚至零排放。
（4）厂址岸段、滩槽稳定性：应对核电厂寿期内的变化趋势进行调查和分析，包括设计岸段、滩槽演变的周期性与非周期性变化，年内、年际冲淤变化，水流及河(海)床的自动调整作用，天然演变与人类活动影响的演变等。
（5）其他水文参数：对内陆核电厂址，与核电厂设计安全有关的其他水文现象，如暴雨、泥石流、积雪和冰冻等，必须确定有关这些事件的设计基准。
2.4.2 设计基准的确定
为此，需对厂址水文事件及其特性有影响的所有地区开展研究，研究方法是收集厂址所在区域内的历史资料，分析其可靠性、准确性和完整性。当厂址所在区域无资料时，应建立合适的水文气象模型或可采用与该厂址所在区域相类似的其他区域的适用数据。确定设计基准应采用概率论法与确定论法，并将两种方法的计算成果综合论证分析后确定。
概率论法是对历史事件序列资料的统计分析，依据样本系列确定其分布函数，以研究水文变量出现不同数值的可能性。在推求罕见设计洪水(低水位)时，为确保安全，应在结果上附加安全保证值。
确定论法是利用经验模型或描述系统的物理关系为基础的模型，用以确定洪水(低水位)可能的上(下)限值而不考虑其发生概率。为了得到“保守”的估算，输入参数必须采用合理的极值或保守值，并应考虑区域的特征和做出工程判断。
当厂址地区水文特征的设计基准外部事件不是由外界条件所形成的单一严重事件时，必须考虑多种事件的不利组合，以及组合概率、各种次要事件对设计基准外部事件严重程度的相对影响。在选择组合时，需要做出工程判断。
我国核电厂厂址选择要求厂址按“干厂址”设计，即场地平面不会积水。在考虑该厂址所在地历史上发生过的千年一遇最大洪水、天文潮、台风、龙卷风、海啸等分别引起的水位增高的叠加后，再加上一定的余量（1m左右），作为该厂址的零标高超过当地海平面的高程。这种考虑也是合理、保守的。加上前述的地震、海啸方面的考虑，在我国沿海核电厂址附近同时出现福岛那样的强震加超高海啸的可能性极其低微，由此引发所有安全级应急柴油发电机组同时失效几乎不可能。尽管如此，中核集团在安全自查中，仍然决定采取在秦山地区考虑适当加高厂址防波堤，在厂内高处再设置一台总备用的应急柴油机组等多种超保险安全措施。
2.5 人口分布
人口分布是核电厂厂址选择中需要考虑的一个重要因素。核电厂拟选厂址周围地区人口分布应符合下列原则：①使核电厂在正常运行期间对周围公众造成的辐射剂量保持在可合理达到的尽量低的水平。②将核电厂事故条件下对周围公众造成的辐射风险限制在可以接受的水平，并使得在需要执行核事故应急计划时，厂址附近的公众较易实施隐蔽、撤离等防护措施。核电厂应尽可能建在人口密度较低、地区平均人口密度相对较小的地点。核电厂距10万人口以上的中、小城市和距100万人口以上的大城市应有足够的距离。
在厂址选择时，为了筛选和评价各候选厂址，必须收集厂址周围区域的人口分布资料，在筛选厂址阶段，只需要简单的人口资料，而为了推荐厂址和进行核电厂放射性环境影响评价，则需要更详细和更准确的人口资料。
2.5.1 人口资料调查
调查范围涉及厂址周围80km区域，包括：①常住人口，即常住在该地区的人数(说明居住区类型，如城市、农村或工矿区)；②暂住人口，即流动人口，如旅游者、打工者、临时经商人员和学生等；③为预测核电厂投产首年和寿期内每隔10年的规划人口，应收集该地区的人口增长率、迁移趋势和可能的发展规划；④厂址附近地区在执行事故应急计划中难以隐蔽或撤离的人群，如医院、监狱等应单独调查。
2.5.2 人口资料统计
应给出与厂址不同距离和方位的有关的人口分布资料：包括：①以厂址为中心，以1、2、3、5、10、20、30、40、50、60、70、80km为半径画同心圆，辐向取罗盘方位为扇形区中心线，形成16个扇形区，共192个扇形子区，按子区统计人口数；②按与厂址间的距离和方位给出各人口中心的人口，在厂址周围15km以内可以村、镇为区划对人口进行统计，在15km以外可以县、市为区划进行人口统计；③对厂址周围半径2、5、10、20、80km的环形区，以罗盘方位为中心线划分扇形区，分别对各区域陆地人口密度进行统计计算。从人口分布的观点对厂址的评价，可以采用人口分布资料或采用人口分布资料并结合厂址气象、辐射剂量估算等资料对核电厂厂址进行筛选和评价，主要方法包括人口密度法、固定区域法、累计人口曲线法、厂址和扇形因子法、厂址人口和大气弥散法、归一化集体剂量法等。
至于厂址附近社会、经济发展现状和发展规划对核电厂厂址选择的其它影响，如大型化工设施、港口、机场，以及监狱、军事基地等均必须仔细调查、分析后综合考虑。
总之，核电厂厂址选择是一项牵涉面极广的基础性工程研究，往往要花费数年时间和大量的人力物力。鉴于其对核电厂运行和事故处理的重要性，核电业主单位必须以公众的生命、财产，以及社会和生态环境为重，严格按照国家有关法规认真实施厂址选择。对内陆厂址的选择与审批，更要慎之又慎，确保我国核电又好又快、安全发展。