滨海核电厂温排水立体观测与模拟预测关键技术——水利部水工水力学研究所副所长吴修锋

2025年11月13日，水利部水工水力学研究所副所长吴修锋在深圳核博会“海洋高质量发展核力无限论坛”上发表《滨海核电厂温排水立体观测与模拟预测关键技术》主旨报告。

报告围绕滨海核电温排水的立体观测与模拟预测展开，介绍了南京水科院相关研究基础、温排水影响评估的重要性以及原型观测和数学模型结合的技术体系。报告通过台山核电案例说明，经原型观测校验后的模型可更合理评估温排水影响范围，并对项目论证进度和补偿费用产生显著作用。最后强调温排水运动具有复杂性，数学模型和原型观测各有局限，应尽量采用二者结合的方式开展研究。

关键点
1. 报告主题聚焦温排水观测与预测（00:11）
报告主要从温排水的立体观测和模拟预测两方面进行交流，重点服务于核电等滨海工程温排水影响研究。

2. 南京水科院的研究基础（00:31）
南京水科院成立于1935年，是较早成立的综合性水利研究机构，隶属于水利部、交通运输部和国家能源局，长期从事前瞻性、基础性和关键性水利科学研究，并拥有多个研究所、研究中心、研发基地、期刊和创新平台。

3. 核电相关研究方向（02:47）
南京水科院与核电相关的工作包括温排液态等环境生态影响、泥沙冲淤与沙滩修复、水文水资源与水资源论证、水动力以及结构材料等研究，并具备核电相关资质。

4. 沿海能源需求与温排水规模（03:18）
我国沿海地区承载大量人口和电力消耗，沿海在建和在运火电、核电机组数量较多。核电运行中约有较大比例余能以热形式通过温排水进入水域，报告估算火电和核电每年排入海域的水量规模很大。

5. 温排水可能影响生态与运行安全（04:21）
温排水会影响水体物理化学性质、生物群落和原有生态结构，也可能形成上升流并促进浮游生物生长；若温排水影响不利，还可能影响机组运行效率和安全。

6. 温排水影响评估是核电论证关键前置专题（04:55）
由于核电工程重要且海洋环境复杂，工程运行前需开展温排水影响专题评估。该评估会影响项目进度、投资甚至成败，研究方法包括物理模型、二维或三维数值模型以及CFD全三维模型等。

7. 原型观测数据用于校核模型（05:24）
两千年以后核电行业管控趋严，扩建工程要求开展温排水原型观测，并用原型观测数据校核数学模型参数，再用校核后的模型论证温排水对海域水环境的影响。

8. 关键技术体系强调多源协同（05:52）
报告提出温排水原型观测应采用空、天、地、海、工一体化的多要素准同步监测技术，包括雷达遥感、无人机航测、地面水文气象站、海上温排水与水动力观测，以及工程运行资料。数值模拟方面则强调水文、气象等多要素、多时空精细化三维模拟。

9. 原型观测布置原则（06:49）
原型观测应结合规范要求和工程特点，兼顾人员设备安全与可操作性；观测前可先用模型初算温排水范围，以提高测量范围的准确性。布设上应点、线、面结合，近排水口加密、远处适当简化，并兼顾表层、中层和底层以及敏感点加密测量。

10. 数值模型设置要结合工程特征（08:05）
数值模型需耦合水文气象等要素，工程中常采用相关模型工具；垂向分层通常为五层或六层，最小网格按规范约为二十米量级，时间步长约一分钟，地形数据则结合实测地形与大范围海图。

11. 团队承担多项核电温排水研究（09:02）
报告提到团队在两千年以来承担了多个核电项目的温排水专题研究工作，积累了较多工程应用经验。

12. 台山核电案例具有复杂边界条件（09:18）
台山核电二期三、四号项目论证中，场址周边岛屿多、岸线曲折、排水口附近为浅滩且水深较浅，潮流动力较弱；同时位于珠江口附近，受径流、潮汐、咸淡水交汇以及邻近台山火电排水影响，温排水观测和模型预测难度高于一些同类工程。

13. 台山案例采用观测与模型结合校验（10:29）
项目通过原型观测与数学模型结合，对模型进行校验并形成相应参数，用于后续温排水影响论证。

14. 模型校验带来项目与经济效益（10:47）
台山核电项目最终成功立项并获批，从原型观测到校验、环评和海域论证取证约用一年半。经原型观测校验并调整参数后，温排水影响用海范围由约三十平方公里降至约十九平方公里，仅补偿费用在六十年运营期内估计节省约六亿元。

15. 需认识温排水运动的复杂性（11:50）
温排水运动是强非线性的复杂动力过程，属于缓流运动范畴，与湍流模拟密切相关。报告指出，如何合理表征这一过程一直是学术、科研和工程领域的热点与难点。

16. 温排水研究要区分场址个性与共性（13:02）
不同场址在自然条件、取排水布置和管控要求上存在差异，应采用“一场一测”的原则；同时不同场址在水动力和热输运等基本条件上也有共性，可相互借鉴。广东附近处于全日潮和半日潮交界区域，规律性较差，核电论证更具难度。

17. 数学模型有效但存在局限（14:20）
数值模拟是表征温排水影响的重要方法，可服务工程设计、施工和管理，但无法完全真实反映温排水过程。局限包括对复杂动力机理认识不足、离散求解无法完全表达连续运动、建模需舍弃部分次要因素，以及输入参数本身存在不确定性和误差。

18. 原型观测也有局限，应与模型结合（16:40）
原型观测能提供认识温排水运动的宝贵资料，但投入大，时间和空间上不连续，测量精度和分辨率有限。因此报告建议当前温排水研究尽量采用原型观测和数学模型相结合的方式；缺少原型观测数据时，可用物理模型数据对数学模型参数进行率定。

时间线
00:04 - 报告开始，发言人致谢并说明将围绕温排水立体观测和模拟预测展开交流。
00:23 - 发言人介绍南京水科院的历史、定位、研究机构、人才队伍、研发基地、期刊平台以及与核电相关的研究能力。
03:18 - 报告转入温排水专题，说明沿海地区能源需求、火电核电机组规模、温排水排放量及其生态和运行影响。
04:55 - 发言人阐述温排水影响评估在核电工程论证中的前置作用，并介绍原型观测、物理模型和数值模型等主要研究路径。
05:52 - 报告系统介绍关键技术体系，包括空天地海工一体化原型观测、多要素准同步监测以及精细化三维数值模拟。
06:49 - 发言人进一步说明原型观测的布设原则和数值模型的设置要求，包括测点加密、分层观测、敏感点关注、网格尺度和地形资料来源。
09:02 - 报告进入工程应用案例，先概述团队承担的核电专题研究，再重点介绍台山核电二期论证的复杂环境条件。
10:29 - 发言人说明台山核电通过原型观测和数学模型结合开展校验，并介绍项目获批、论证效率提升和用海补偿费用节省等结果。
11:46 - 报告最后总结研究体会，强调温排水运动复杂、场址差异明显，数学模型和原型观测都存在局限。
17:12 - 发言人提出结论性建议：温排水研究应尽量结合原型观测与数学模型，必要时可用物理模型数据辅助率定数学模型参数。

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滨海核电厂温排水立体观测与模拟预测关键技术及工程应用

2025年11月13日，水利部水工水力学研究所副所长吴修锋在深圳核博会“海洋高质量发展核力无限论坛”上作《滨海核电厂温排水立体观测与模拟预测关键技术》主旨报告，围绕滨海核电温排水影响评估的背景、技术体系、工程案例和研究认识进行了系统阐述。报告首先介绍了南京水利科学研究院的科研基础。该院成立于1935年，是我国最早的综合性水利科研机构之一，长期服务于水利、交通、能源等国家重大工程，在水环境、水动力、泥沙、岸滩、水文水资源、工程结构与材料等方面积累了深厚基础，也具备开展核电工程相关专题研究的资质和能力。

温排水研究之所以成为滨海核电项目前期论证中的关键内容，与我国沿海地区能源发展格局密切相关。我国沿海11个省级行政区国土面积占比不高，却承载了近一半人口和四成以上电力消费，是能源需求最集中的区域之一。沿海火电和核电机组数量众多，其中核电机组约80余台。核电站运行过程中，大量余热通过温排水形式进入附近海域，可能改变水体的物理、化学性质，影响生物群落结构和局部生态格局；在特定条件下，温排水还可能形成上升流，促进浮游生物生长，甚至塑造新的局部生态环境。与此同时，如果温排水扩散不畅，还可能抬高电厂取水温度，影响机组运行效率，并带来工程安全风险。

在核电工程建设和扩建过程中，温排水影响评估已经成为重要前置专题。由于核电工程本身安全等级高、投资规模大，且滨海海洋环境复杂，温排水研究结果不仅关系环境影响评价和海域使用论证，也可能影响项目进度、投资规模乃至项目能否顺利落地。2000年以后，核电行业监管要求持续提高，扩建工程通常需要开展温排水原型观测，用实测资料校核数学模型参数，再通过模型预测未来运行条件下的影响范围和强度，从而提高论证的科学性和可信度。

报告梳理了温排水研究的主要技术路径，包括物理模型、二维和三维数学模型、CFD全三维模型以及原型观测体系。物理模型适用于缺乏现场观测资料时对扩散过程进行模拟，也可为数学模型参数预定和验证提供参考；二维模型可解决部分平面扩散问题，三维模型则能更好地反映水温分层、流速分布和复杂水动力过程；CFD全三维模型更适合排水口附近局部精细化模拟，用于分析复杂三维流动特征。不同方法各有优势，也需要根据工程阶段、资料条件、研究尺度和管理需求组合使用。

在原型观测方面，报告提出“空天地海工”一体化观测体系。“空”主要指卫星遥感等手段，可获取大范围表层温度分布，识别温排水扩散的空间格局；“天”指无人机航测，可提供局部高分辨率温度影像，弥补卫星遥感在时间和空间分辨率上的不足；“地”包括岸基水文、气象站等观测资料，为模型提供风速、风向、气温、气压等边界条件和校核资料；“海”是海域现场观测，包括水温、潮流、盐度、水动力等，是识别实际影响和校核模型的核心数据；“工”则是工程运行资料，包括电厂排水流量、排水温度、机组运行状态等，用于还原观测期间真实运行工况。

原型观测的布设需要遵循规范要求，也要结合具体厂址的自然条件、取排水布置和敏感目标分布。观测方案既要保证数据有效，又必须兼顾人员、船舶和仪器设备安全。报告强调，可在正式观测前先通过数学模型初步估算温排水影响范围，再据此优化测量范围和站位密度。观测布设应做到点、线、面结合：固定站位用于连续或准连续观测，走航断面用于获取不同断面的温度分布，无人机和卫星遥感用于获取面状温度信息。同时还要遵循近密远疏、重点加密的原则，在排水口附近、高温升区、生态敏感点、取水口和保护目标周边布设更密集测点，并通过表层、中层、底层分层观测反映温排水在垂向上的扩散和分层特征。

数学模型构建则要求多要素耦合和精细化表达。模型需要综合考虑水文、气象、潮流、温度、盐度、地形、排水流量、排水温度等多类参数，并在不同时间和空间尺度上建立三维模拟体系。近区网格通常需要达到约20米量级，时间步长一般控制在约1分钟量级，以保证计算稳定性和模拟精度；垂向上常采用5层或6层分层，以反映水温、流速和盐度的变化。地形资料则需要把实测地形与大范围海图结合起来，既保证近区精细度，又保证远区边界合理性。由于输入参数数量多且存在不确定性，必须依靠原型观测资料进行校核，才能提升模型预测结果的可靠性。

台山核电二期三、四号机组论证是报告中的典型案例。该项目在一期一、二号机组已经运行的基础上，开展温排水原型观测、数学模型建立与校核，并支撑环境影响评价和海域使用论证。台山场址具有较强复杂性：外侧岛屿较多、岸线曲折，影响潮流结构和温排水输移路径；排水口附近水深较浅，浅滩条件使热量扩散和混合过程更加复杂；区域潮流动力较弱，不利于热量快速扩散；同时还受珠江径流和外海潮汐共同作用，存在径流、潮流、淡水和咸水的交互影响。此外，附近台山火电厂多台机组运行，火电温排水量较大，可能与核电温排水产生叠加效应。

通过原型观测和模型校核，该项目取得了显著应用成效。从原型观测、模型校验到环评和海域论证完成，整个过程约用一年半时间，最终支撑项目成功立项并获批。案例表明，模型参数校核对预测结果具有重要影响。如果采用默认参数，温排水影响范围预测会偏大；经过原型观测资料校核后，预测范围明显缩小，某一特定影响范围由约30平方公里降至约19平方公里。影响范围的合理缩减直接降低了相关运营补偿成本，按60年运营期估算，仅这一项即可节省约6亿元，体现了高质量观测和科学模拟对重大工程决策的经济价值。

报告也对温排水研究的复杂性和局限性作了深入分析。温排水运动本质上是强非线性流体动力过程，涉及湍流、热扩散、浮力、潮流、风场等多因素耦合作用。湍流模拟本身就是流体力学中的基础难题，与纳维—斯托克斯方程求解等深层科学问题相关，因此工程研究必须正视其不确定性。不同厂址的自然条件、取排水布置、监管要求和敏感目标各不相同，温排水研究不能简单套用其他工程结论，应坚持“一场一测”。但不同海域也存在水动力、热扩散和潮汐响应等共性规律，已有工程经验仍可为后续论证提供借鉴。

中国沿海潮汐条件差异明显，也进一步增加了温排水研究的复杂性。渤海、黄海和东海部分区域半日潮特征较明显，南海部分区域则全日潮特征较突出，而广东沿海处于全日潮与半日潮交界地带，潮流规律更复杂，核电温排水论证难度也更高。因此，研究中既要掌握区域共性，也要充分识别厂址个性，在观测设计、模型选型和参数校核中体现差异化处理。

数学模型是温排水影响评价的重要工具，但不能被视为对真实过程的完全复现。数值模拟需要在空间上采用网格离散，在时间上采用步长离散，无法完全还原连续的自然运动过程；建模时还必须抓住主要矛盾、舍弃或简化部分次要因素，例如部分模型会将密度视为常数，这可能对近区细节产生误差，但通常不影响大范围总体规律判断。同时，水文、气象、地形和边界条件本身都可能存在测量误差，这些不确定性会传递到模型结果之中。因此，模型结果应结合观测资料、误差分析和工程经验综合研判。

原型观测同样并非万能。它需要大量人力、设备和经费，对组织协调、现场海况和安全保障要求较高；观测在时间和空间上不可能完全连续，难以覆盖所有位置和全过程变化；仪器设备也存在分辨率和精度限制。正因如此，温排水研究最可靠的方法不是单独依赖观测或模型，而是将二者结合起来。原型观测提供真实资料，数学模型提供时空连续预测能力，两者互补可以显著提高温排水影响评估的科学性。对于缺乏原型观测资料的工程，也可利用物理模型辅助预定数学模型参数，并在专家论证中作为重要技术支撑。