赵丽平 邢西刚 刘希琛 何晓燕 任明磊

（1.中国水利水电科学研究院，北京1 00038；2.水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心（水旱灾害防御中心），北京1 00038；3.水利部水利水电规划设计总院，北京 100120）

0 引 言

根据核安全法规和导则《核电厂厂址选择安全规定》（HAF101）的要求，必须评价核电厂厂址所在区域由降雨引起的影响核电厂安全的洪水泛滥的可能性，以保障核电站的安全，防止可能最大降雨（Probable Maximum Precipitation，PMP）对核电厂产生潜在的严重威胁。PMP是核电厂选址阶段评价厂址安全性的重要参数[1]，可为核电厂厂址防洪和安全论证提供重要依据，为厂区排水系统设计等提供可靠参数。本文以山东省某滨海核电厂为例，分别采用当地暴雨放大法[2-4]、暴雨移置放大法[2-4]推求厂址24 h PMP。当地暴雨放大法依据暴雨是否为高效暴雨分别采用水汽放大法或水汽效率放大法进行推求，所选暴雨包括烟台莱阳市石河头“1958.8”暴雨、青岛崂山区北九水“2005.9”暴雨、威海荣成市成山头“2006.7”暴雨等历史上较大的9场暴雨；暴雨移置放大法选择河南驻马店市林庄村“1975.8”暴雨和江苏盐城市响水口镇“2000.8”暴雨进行移置，移置改正采用最大雨湿比法进行放大推求24 h PMP。

1 PMP计算方法[1，3]

1.1 当地暴雨放大法

1.1.1 水汽放大法

当选取的典型暴雨是高效暴雨时，即雨湿比较大的暴雨，可用水汽放大法推求PMP：

式中：ηi、ηm分别为典型暴雨效率系数和最大暴雨效率系数；Wi、Wm分别为典型暴雨的可降雨量和最大可降雨量，此数值可用典型暴雨代表性露点和当地可能最大露点求得，mm；Pi、Pm分别为典型暴雨的24 h 降雨量和可能最大24 h点降雨量，mm。

1.1.2 水汽效率放大法

若选取的典型暴雨达不到高效暴雨，用水汽效率放大法推求PMP：

1.2 暴雨移置放大法

当设计流域（地区）缺乏特大暴雨资料时，可移用邻近流域（地区）的特大暴雨资料作为设计流域（地区）的典型暴雨，称为暴雨移置法。

（1）移置的步骤。①查明移置暴雨发生的时间、地点及天气成因，绘制等雨量线图（或历时—面积—雨深曲线）和普通的天气图；②由气候条件初步拟定气象一致区；③考虑地形、地理条件的限制，确定移置界限；④进行改正与调整，其中需要考虑改正的因素包括流域形状改正、地理改正、地形和障碍调整改正等，改正公式如下：

式中：PA、PB分别为移置前和移置后暴雨降雨量，mm；K为改正因子。

（2）移置暴雨放大。利用改正后的移置暴雨降雨量与移置暴雨的露点对应的可降雨量，算出最大雨湿比，然后将其移置到设计区，与设计区最大露点对应的可降雨量相乘，可得设计区可能最大降雨，计算公式如下：

式中：PBm为移置后可能最大24 h 点降雨量，mm；( )P∕W m为最大雨湿比。

2 应用案例

2.1 流域概况

某滨海核电厂位于山东胶东半岛、三面环海的岬角东端，厂址周围区域总体呈北高南低，北部由海拔200～400 m的低山丘陵及其间的冲沟、洼地组成。厂址所在的地区属温带大陆季风气候区，冬季受西伯利亚变性冷气团控制，天气寒冷，干旱少雨。夏季主要受西太平洋副热带高压和大陆热低压控制，并经常受热带海洋气团影响，高温多雨，多年平均降水量为600～900 mm。受地形影响，年降水量的地区分布由东南向西北递减，降水主要集中在6—8月，尤其集中在7—8月。

2.2 资料选择

推求PMP 不仅需要流域水汽入流方向的地面露点资料，还需要本流域及周边流域特大暴雨资料和典型大暴雨资料。在充分收集本地区及邻近地区水文、气象资料和历年发生的大暴雨普查的基础上，分析了众多测站的雨量资料，选取山东省、江苏省、河南省24 h降雨量大于250 mm的11 次暴雨作为典型暴雨（表1），根据暴雨地理位置分布情况分别选用当地暴雨放大法和暴雨移置放大法推求厂址24 h PMP。

表1 典型暴雨过程统计表

2.3 PMP推求

2.3.1 当地暴雨放大法推求

由各典型暴雨的雨湿比计算结果（表2）可知，烟台莱阳市石河头“1958.8”暴雨、青岛崂山区北九水“2005.9”暴雨的雨湿比较大，属于高效暴雨，故采用水汽放大法推求PMP，其他非高效暴雨则采用水汽效率放大法推求PMP。

表2 山东地区特大暴雨雨湿比计算表

（1）水汽放大法。石河头村“1958.8”暴雨：24 h 降雨量Pi=740.0 mm；其可降雨量Wi由入流代表站最大12 h 持续露点来计算，因1958 年气象站很少，仅有莱阳站可作为入流代表站，采用该站当年8 月2—5 日地面温度气压、湿度等原始观测资料来推算露点，求出最大12 h 持续露点为24℃，然后通过《水利水电工程设计洪水计算手册》[3]附表7—9查得对应的Wi=74.0 mm；历史最大露点为28℃，然后通过查表得到对应Wm=105.0 mm；代入式（1），经水汽放大求得PMP 为1 050.0 mm。北九水“2005.9”暴雨：24 h 降雨量Pi=516.5 mm；其可降雨量Wi由入流代表站最大12 h 持续露点来计算，以附近的崂山站作为入流代表站，采用该站2005年9月10—14日的露点资料，得出最大12 h持续露点为22.8℃，然后通过查表得到对应的Wi=67 mm；历史最大露点为28℃，然后通过专用表查得相应Wm=105 mm；代入式（1），经水汽放大求得PMP为809.4 mm。

（2）水汽效率放大法。以威海荣成市成山头“2006.7”暴雨为例：24 h 降雨量Pi=263.6 mm，最大12 h 持续露点为22.3℃，然后通过专用表查得对应的Wi=65 mm，其暴雨效率系数为ηi=16.9%；经资料收集整理，最高降雨效率ηm=29.7%；将上述数据代入式（2），经水汽效率放大求得PMP=751.6 mm。其他暴雨采用水汽效率放大法，计算结果如表3 所示，各场暴雨经水汽效率放大得到PMP 最大值为751.6 mm，最小值为746.4 mm，平均值为748.0 mm，可见采用水汽效率放大法计算得到的PMP 值相差不大，原因在于：①表3 中的暴雨皆位于山东省近海地区，式（2）中采用的历史最高降雨效率和最大可降雨值皆一致；②表3 中的各场次暴雨降雨量级相差不大。此外，表3中各场暴雨实测值不大，效率也明显偏低，因此即使把效率提高一级，所得成果仍然比其他方法的计算结果偏低，只能用作参考。

表3 水汽效率放大法计算结果统计表

2.3.2 移置暴雨放大法推求

（1）暴雨移置论证。对于驻马店市林庄村“1975.8”暴雨，由于河南省与山东省是邻省，地理位置相近，都在相近的纬度带，而且环流形势一致，特大暴雨东移的可能性较大，山东省更近海洋，水汽条件优于河南省，山东省历史上也曾发生过类似“1975.8”的特大暴雨洪水；对于江苏盐城市响水口镇“2000.8”暴雨，其发生在江苏省苏北沿海，主要是由台风雨形成，距厂址较近，属同一气候区，暴雨中心也发生在沿海，且与厂址高程相近。因此这2场暴雨具备移置条件，只要通过移置改正，即可考虑将暴雨中心移置到厂址中心。

（2）暴雨移置改正。移置改正是针对设计流域和暴雨移置区由于区域的几何形状、地理、地形等条件的差异而造成的降雨量的改变而作定量的估算。移置改正一般包括流域形状改正、地理改正和地形改正3项。

①流域形状改正。流域面积大小相等的两个流域，若其几何形状不同，在一定的暴雨天气形势下，它们所承受的雨量大小也随之而异。但本次计算仅推求厂址点暴雨PMP，因此无需进行流域形状的修正。

②地理改正。地理改正又称位移改正或位移水汽改正，不考虑高程差异，仅考虑位移距离，即因地理位置（经纬度）上差异而造成的水汽条件不同所作的改正。改正系数由设计地区和移置区的最大露点计算。如因两地高差不大，但距离较远，致使水汽条件不同所作的改正，其计算公式如下：

式中：K1为位移水汽改正系数；WAm、WBm为移置区和设计地区最大可降雨量，mm；ZA为移置区地面高程。

本次选择的河南驻马店市林庄村“1975.8”暴雨和江苏盐城市响水口镇“2000.8”暴雨因移置地较远，需进行地理改正。两场暴雨所在区的最大露点分别为28.0℃和28.1℃。而厂址设计区可能最大露点为28.0℃，然后通过查表得到对应的最大可降雨量，代入式（5）可得地理改正系数K1，计算结果见表4。

表4 暴雨移置法计算结果统计表

③地形改正。地形改正即地形对水汽影响的改正，指移置区和设计区地面平均高程不同或水汽入流方向障碍高程差异使入流水汽增减而作的改正。地形改正计算公式如下：

式中：K2为地形改正系数；ZB为设计区地面或障碍高程。

河南驻马店市林庄村“1975.8”暴雨，因暴雨本身受地形抬升影响，需做地形改正，地形改正系数见表4；江苏盐城市响水口镇“2000.8”暴雨高程与海平面相近，而设计区位于沿海，移置区与设计区高差无几，因此所移置的江苏盐城市响水口镇“2000.8”暴雨无需进行地形改正。

（3）暴雨移置放大将河南驻马店市林庄村“1975.8”暴雨和江苏盐城市响水口镇“2000.8”暴雨经移置改正后代入式（4），即得可能最大降雨，分别为1 100.0 mm 和1 068.0 mm（表4）。

2.3.3 PMP计算成果汇总

采用水汽放大法、水汽效率放大法、移置暴雨放大法计算得到的该核电厂厂址的24 h PMP 成果如表5 所示。PMP最小值为746.4 mm，最大值为1 100.0 mm，从核安全的角度出发，该滨海核电厂24 h PMP推荐值为1 100.0 mm。

表5 各种方法可能最大24 h点降雨量PMP估算成果汇总表

2.4 成果合理性分析

从以下几个方面分析该滨海核电厂24 h 可能最大降雨量采用1 100.0 mm的合理性。

（1）水汽放大法估算成果偏小，但烟台莱阳市石河头村“1958.8”暴雨是一场典型的高效暴雨，点降雨量之大为全山东省所罕见，在全国短历时暴雨中也排在前列，其计算的24 h PMP为1 050.0 mm，可以作为很好的依据。

（2）采用水汽效率放大法的暴雨量级均值为355 mm，相比于水汽效率放大法的烟台莱阳市石河头村“1958.8”暴雨（740 mm）及移置暴雨放大法的河南驻马店市林庄村“1975.8”暴雨（1 060.3 mm）和江苏盐城市响水口镇“2000.8”暴雨（825.0 mm）其降雨量级明显偏小，且效率也明显偏低，因此即使把效率提高一级，所得成果仍然比其他方法偏低，只能用作参考。

（3）河南驻马店市林庄村“1975.8”暴雨和江苏盐城市响水口镇“2000.8”暴雨位置虽然较远，但经过气象、水文部门的多次论证，在厂址地区进行移置是有根据的，加之进行了地形改正和地理改正，所以移置成果是合理的。

（4）从山东省可能最大24 h点降雨量等值线图[5-6]中得到厂址地区可能最大24 h 点降雨量为1 050.0 mm，本次厂址地区24 h PMP 推荐值为1 100.0 mm，略高于等值线图上的查图值，其原因是把河南驻马店市林庄村“1975.8”特大暴雨和江苏盐城市响水口镇“2000.8”特大暴雨进行了必要的改正，同时也考虑到厂址附近发生过青岛崂山区北九水“2005.9”暴雨为高效暴雨的事实。因此，设计值较厂址PMP查图值略有抬高是合理的，同时也符合核安全导则的要求。

（5）本文收集了近几年国内正在运行、施工和设计中几个核电站的24 h PMP 值，与本项目相应数据进行比较，对比结果见表6。

表6 各核电工程PMP采用值成果[7]

从表6 可以看出，本次计算的核电厂24 h PMP 值整体上与处于同一位置区域的核电厂保持一致，与比该核电厂位置水汽丰富的地区相比计算值偏小，与比该核电厂位置水汽条件差的地区相比计算值偏大，这与中国PMP 地域分布的规律是一致的。具体来说，与山东省红石顶厂址的计算结果一致，由于同处一个气候区，极端暴雨形成条件相似，所以PMP 成果也是相近的；与江苏省田湾核电厂的24 h PMP 也一致，是由于两者地理位置邻近、气候条件相似；与广东省的大亚湾和阳江核电站的24 h PMP 相比，本文核电厂的24 h PMP估值偏小，这与两地的地理位置、水汽条件的差别是对应的，广东省的水汽条件比山东省沿海更丰富一些。综上，本文计算的该滨海核电厂的24 h PMP结果是合理可信的。

3 结 语

本文在充分分析厂址区域暴雨特性和天气成因的基础上，分别采用当地暴雨放大方法和移置暴雨放大法推求厂址24 h PMP。其中当地暴雨放大法又包括水汽放大法和水汽效率放大方法，放大对象为烟台莱阳市石河头村“1958.8”暴雨、青岛崂山区北九水“2005.9”暴雨、威海荣成市成山头“2006.7”暴雨等历史上较大的9 场暴雨。暴雨移置放大法的移置对象为河南驻马店市林庄村“1975.8”暴雨和江苏盐城市响水口镇“2000.8”暴雨，暴雨移置改正采用地理改正和地形改正，放大方法采用最大雨湿比法进行放大推求24 h PMP。最后对计算方案进行成果合理性分析，对比山东省可能最大24 h点降雨量等值线图和其他核电厂工程24 h PMP 成果，经综合分析确定该核电厂厂址24 h PMP 为1 100.0 mm，可为该核电厂厂址防洪和安全论证提供依据，同时对全国类似流域的PMP研究具有很好地借鉴和参考意义。