气象在建造CAP1400型压水堆核电机组工程的应用研究

张守龙，张文峰，王平春

(山东省石岛气象台，山东 荣成 264309)

1 引言

气象预报是气象台通过各种途径将天气情况向社会公布的一种方式，传播天气预报的途径主要有电视、报纸、互联网、手机短信、气象电话等。通过互联网获取气象预报信息将是未来的趋势。

气象预报事关CAP1400型压水堆核电机组的整个建造过程的顺利开展及安全生产，CAP140核电机组建造过程中的重大节点工程进度将根据气象台所提供的气象预报来找准时间窗口，合理安排施工任务。有效利用气象预报信息，合理的组织恶劣天气情况下的应急指挥工作，避免因恶劣天气带来的损失。气象预报是核电建造阶段安全生产、进度管理及重要节点施工的需要,为国家重大专项重点工程服务也是气象台自身发展的需要。

基于此,在分析气象预报对核电建造过程中起到的作用的基础上,指出其存在的问题,并提出应对策略。

2 厂址自然条件地理位置及历史气象特征

2.1 厂址概况

CAP1400型压水堆核电机组工程厂址位于山东省威海市所辖荣成市宁津镇，是由国家核电技术公司与中国华能公司共同投资新建两台额定功率为1400MW(e)级的CAP1400核电机组，厂址中心位置地理坐标为东经122°30′58″、北纬36°57′58″。濒临黄海海域，西北距威海市69 km，北偏西距荣成市23 km，西南距石岛14 km。

2.2 气象条件

厂址位于山东半岛东南部，濒临黄海。该区域属暖温带大陆性季风气候，温度适中，四季分明。

厂址属于山东半岛丘陵气候区，具有“夏热多雨，冬冷干燥”的特点，全年平均气温12 ℃，最高温度36.8 ℃，最低温度-14.6 ℃；在这个区域，中纬度天气系统活动频繁，大风、暴雨较多，年平均风速4.2 m/s，年平均降水量798.7 mm；另外，由于海洋性气候影响明显，还具有大陆性气候向海洋性气候过渡型气候特征。

2.3 气象特征

根据石岛气象台历史资料统计(图1、表1)，当地的气象特征是自2011-01-01到2016-04-01，石岛共出现多云1101 d，雨351 d，晴247 d，雪86 d，阴75 d。

图1 石岛历史天气统计 (2011～2016)

气温降水量风速及风向最大积雪深度极端最高气温/℃极端最低气温/℃平均气温/℃最大降水量为/mm最小降水量为/mm年平均降雨量/mm平均风速/(m/s)主导风向基本风压值/Pa基本雪压/Pa最大冻土深度/m36．8-14．6121300424．6798．74．2西南SW，频率为14%5804000．39

根据石岛海洋站2002～2007年每日24次风速风向观测资料统计，常风向为SW向，次常风向为N向，出现频率分别为22.32%、21.82%，强风向为SW向。全年≤6级风出现的频率为99.85%，≥7级风出现的频率仅为0.15%，风的各向分布见图2，每日观测24次风向频率见表2。

图2 石岛风玫瑰图

3 建造工程中气象服务应用的各种载体和气象分析

为保证气象预报在CAP1400型压水堆核电机组工程建造阶段所面对的天气情千变万化，同时在此期间工程将经历多个重要节点施工，势必需要考虑具体的气候环境对正常施工及重要节点施工的影响。开展气象预报必要的准确率分析，就是为了通过实践来验证预报的准确率、误差点及时修正，找准关键的施工时间窗口。气象准确率分析主要是采取CAP1400型压水堆核电机组工程现场SCC36000A履带式起重机自带风速仪(制高点实测)、便携式风速风向测试仪(地面实测)、网站国内气象预报(石岛区域)、网站国外气象预报(Accuweather威海区域)及石岛气象台气象预报进行实况对比(图3)，选择出较好预测途径，为后续工程重要节点及正常施工任务提供作业环境条件判断标准和依据，确保各项施工任务安全顺利进行。

表2 频率统计(2003～2007年)

图3 实测及预测气象对比示例

3.1 厂区实测气象情况(风速)

厂区实测气象采用SCC36000A履带式起重机自带风速仪测量数据和便携式风速风向测试仪测量数据，在示范项目采用的三一科技产SCC36000A大吊车进行重要节点的大型设备及模块吊装作业，在3600t大吊车吊臂头部安装有风速仪，处于厂区较高位置进行实时监控起重机工作时的风速，起重机组合仪表显示器能够实时显示风速值和风速等级(图4)，当风速值超过13.8m/s时，控制系统将会发出报警。

图4 臂架顶端风速仪及组合仪表显示器

便携式风速风向仪中风的测量部分采用了微机技术，可以同时测量瞬时风速、瞬时风级、平均风速、平均风级和对应浪高等参数，它带有数据锁存功能，便于读数(图5)。在风向部分采用了自动指北装置，测量时无需人工对北，简化测量操作。在厂区定点位置选好时间段进行实际地面测试，通过使用便携式风速风向仪进行地面实际测试来提供相应数据。

图5 便携式风速风向测试仪

根据现场作业情况，SCC36000A履带式起重机自带风速仪测量和便携式风速风向测试仪测量相结合来提供数据，实地测试的数据对厂区施工实时进度能更好的提供参考价值。

3.2 国内外网站预测气象情况

天气预报就是应用大气变化的规律，根据当前及近期的天气形势，对未来一定时期内的天气状况进行预测。它是根据对卫星云图和天气图的分析，结合有关气象资料、地形和季节特点、群众经验等综合研究后作出的。气象预报实测分析中将采取国内(中国气象网)及国外(Accuweather)网站预报信息数据进行多维度参考(图6、图7)，开展对比分析。

图6 国外气象网

3.3 当地气象台预测气象情况

当地气象台预报员根据天气云图、雷达回波，红外图，水汽图等进行实时监测，利用电脑计算结果及自我判断来形成预报数据并定时滚动进行预报(图8)。

图7 中国气象网

经过多次的实时预报分析，厂区实测气象采用SCC36000A履带式起重机自带风速仪测量数据和便携式风速风向测试仪测量数据提供的仅为实时情况，不能预测；国内外网站数据对比，因国内发布的预报太多依靠数值预报设备，所以跟国外比差距必然；当地气象台预测气象可对天气进行实时监测，对灾害性天气能做出提前预警，预测风速为结合气象云图变化情况及实测风速情况给出的小时内最大预测数据，可以提供施工支持。

表8 石岛气象台滚动预报信息示例

4 气象预报的应用及预期达到的效果

CAP1400型压水堆核电机组工程建造阶段所面对的天气情千变万化，同时在此期间工程将经历多个重要节点施工，势必需要考虑具体的气候环境对正常施工及重要节点施工的影响。精细化，精准化天气预报将作为建造施工阶段的有利工具之一，重要节点施工需要每小时的滚动实时预报，这种精细化预报能更好的服务工程。通过大吊车负荷试验及常规岛第一跨大体积混凝土浇筑施工期间精细化气象预报取得的良好效果分析，气象预报起到了很好的作用。气候环境是自然环境的一部分，气候环境与工程建造施工有着密切的联系，日光的照射会使建筑及材料氧化、老化，空气的湿度、温度都会给复杂的建筑装饰过程带来更多的困难。大风、暴雨会对吊装作业、边坡安全造成严重后果，所以对自然气候环境的掌握能够提前对建筑施工做出预防保障计划，减少恶劣气候环境因素对施工进度、对施工人员、对施工材料的损害，避免不必要的经济损失和麻烦。

5 合理的利用气象预报信息、有效建立技防系统

建造施工与天气预报有效结合，可合理利用气象数据信息，其有效的预报系统将会在构建技防体系中逐步显露，后续工程全面使用天气预报的时机已基本成熟，但无误差的天气预报信息问题还是比较突出的，必须采取相应对策。当地气象台将利用整理的历史资料数据和现有气象预报条件，建立适用与该CAP1400核电工程现场有针对性的滚动预报模型，利用现有工作平台，整合各方资源，形成行之有效的预报机制，提供每小时滚动预报及短、中、长预报，再引用现有设备，进行动态跟踪维护，重要阶段或特殊时期由专人跟踪服务。建造阶段现场根据气象台提供的数据信息动态规划合理安排施工及做好应急响应措施。遇到生产任务安排的时间跨度比较大时，需要确定未来更长一段时间的计划，时效为15 d甚至更长的天气预报趋势的作用就比较显著了。比如核岛筏基大体积(15000 m3左右)砼浇筑，施工需要连续作业，用时(150h左右)较长，投入的人类物力、机械设备较多，天气情况尤为重要。所以早一些了解未来会出现的天气情况，通过中长期天预报获知哪个时间段预报信息，合理安排人员、机械、设备到位。反之会造成资源浪费，工期滞后或在施工过程中出现天气不正常的情况将会造成重大损失，这就需要一方面要掌握中长期天气预报情况，同时又要及时掌握短期天气预报。将每小时滚动预报及短、中、长预报天气预报运用于生产施工，工程建设阶段的各节点施工任务将会如期完成，安全生产指数势必增加。切实加强气象预报向气象技术服务建设的转变，通过实战应用，逐步探索总结各种新的工作模式，根据不同情况，充分发挥传统经验和现代科技的优势和长处，采取综合运用、交叉应用、多重应用技术手段、信息手段等有效服务，促使气象预报在核电建造中起到至关重要的作用。

核电建造施工阶段，各重要施工节点需要精细化、精准化的气象预报信息及数据，来合理安排施工任务。气象服务要努力利用各种先进仪器及手段,监视和预测各种天气系统和天气现象的发生，尤其是那些水平范围小、生命期短、发生突然的局地强对流天气,常对周边建设造成很大的危害。运用有效的观测、探测工具和稠密的气象观测网进行严密监视，形成可视化的预报信息或资料，利用多种途径和手段提供给建造方，以便趋利避害。

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