福清核電廠廠址區域龍卷風設計基準參數的估算

第 26 卷第 3 期Vol. 26 No. 3

2021 年 5 月May 2021

氣 候 與 環 境 研 究

Climatic and Environmental Rearch

蔡秀華, 呂文忠, 陳龍泉. 2021. 福清核電廠廠址區域龍卷風設計基準參數的估算[J]. 氣候與環境研究, 26(3): 351?358. CAI Xiuhua, Lü

Wenzhong, CHEN Longquan. 2021. Estimation of Design Basis Tornado Parameters for the Zone around the Fuqing Nuclear Power Plant [J]. Climatic

and Environmental Rearch (in Chine), 26 (3): 351?358. doi:10.3878/.1006-9585.2020.20088

福清核電廠廠址區域龍卷風設計基準參數的估算

蔡秀華 呂文忠 陳龍泉

1 中國氣象科學研究院，北京 100081

2 中國氣象局氣象干部培訓學院，北京 100081

3 中國輻射防護研究院，太原 030006

123

摘 要 基于1959～2017年福清核電廠區龍卷風的調查資料，采用Rankine渦模型估算該區域超過某一特定風

速的概率分布，通過概率值導出設計基準龍卷風和基準設計風速，按照壓降模型計算出龍卷風的壓降，研究結果

表明：福清核電評價區域龍卷風的總壓降為4.29 kPa；平移速度13.8 m/s，最大旋轉風速57.6 m/s，最大壓降速

率為1.18 kPa/s，基準設計風速為71.4 m/s，屬于F3級別的龍卷風；在125 kg下落的穿甲彈類和2.5 cm實心鋼

球兩種不同情景下計算出的龍卷風產生的飛射物的最大水平碰撞速度均為24.99 m/s、碰撞動量依次為3123.75 kg m s

?1

和1.615 kg m s。這些計算結果，從龍卷風的角度，為政府相關部門在規劃和建設福清核電廠時提供了可靠的

?1

理論依據。

關鍵詞 龍卷風 核電廠 基準設計參數 碰撞動量

文章編號 1006-9585(2021)03-0351-08 中圖分類號 X321 文獻標識碼 A

doi:10.3878/.1006-9585.2020.20088

Estimation of Design Basis Tornado Parameters for the Zone

around the Fuqing Nuclear Power Plant

CAI Xiuhua, Lü Wenzhong, and CHEN Longquan

123

1 Chine Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081

2 China Meteorological Administration Training Centre, Beijing 100081

3 China Institute for Radiation Protection, Taiyuan 030006

Abstract Bad on the investigation data of tornadoes in the Fuqing Nuclear Power Plant area from 1959 to 2017, the

probability distribution of exceeding a specific wind speed is calculated using the Rankine model. The design basis

tornado wind speeds are derived from the probability values, and the pressure drop of tornadoes is calculated using the

pressure drop model. Results show that the design basis wind speed of an F3 category tornado is 71.4 m/s, with a

probability of 1 × 10. Moreover, the total pressure drop of an F3 category tornado is 4.29 kPa, the translation speed is

?8

13.8 m/s, the maximum rotating wind speed is 57.6 m/s, and the maximum pressure drop rate is 1.18 kPa/s. Furthermore,

the collision velocity and momentum of the projectile produced by the tornado in two different scenarios are calculated.

The two scenarios involve an air penetrator with a weight of 125 kg and a solid steel ball with a radius of 2.5 cm. The

maximum horizontal collision velocity of the projectile caud by the tornado is 24.99 m/s in both scenarios. The collision

momentum is 3123.75 kg m s in the air penetrator with a weight of 125 kg and 1.615 kg m s in the solid steel ball with

?1?1

收稿日期 2020-07-20；網絡預出版日期 2020-10-16

作者簡介 蔡秀華，女，1963年出生，高工，主要從事環境評價、極端氣象和工程氣象的研究。E-mail: **************

通訊作者 呂文忠，Email: **************

資助項目 中國氣象科學研究院科技發展基金項目2020KJ024

Funded by Science and Technology Development Foundation of Chine Academy of Meteorological Sciences (Grant 2020KJ024)

352Climatic and Environmental RearchVol. 26

氣 候 與 環 境 研 究26 卷

a radius of 2.5 cm. From the perspective of the scenarios, the calculations will provide the scientific and theoretical

bas for the planning and construction of the Fuqing Nuclear Power Plant.

Keywords Tornado, Nuclear power plant, Design basis parameters, Collision momentum

1 引言

龍卷風是在核電廠的選址、設計和安全評價中

需要考慮的一種重要外部自然事件。龍卷風沖擊核

電廠等建筑物時，對其設備和構筑物會造成破壞，

嚴重時會引起爆炸。龍卷風是對流風暴產生的最猛

烈的小尺度天氣現象（姚聃, 2018），維持時間僅

有幾分鐘到幾十分鐘，預報準確率十分有限

（ Wurman et al., 2012; Anderson et al., 2016）。即

使采用世界上最先進的移動雷達系統進行觀測，對

于龍卷精細化結構和演變的分析研究仍然十分困難

Wurman et al., 2013）。雖然龍卷風生命史短暫，（

但其破壞力驚人，所到之處造成的災害都是毀滅性

的（俞小鼎等, 2008; 曹治強等, 2008; 王霽吟等,

2015; 杜康云等, 2019）。全球每年大約發生2000

多個龍卷，美國是龍卷發生頻率最高的國家，我國

龍卷風相對少發（范雯杰和俞小鼎, 2015）。通過

對福清核電廠評價區域內龍卷風調查的案例進行初

步的統計分析獲知，龍卷風多發生在午后和春、夏

二季強對流盛行之時，常伴有雷電、暴雨、冰雹、

飛射物等，使災害加重。該區域內，1959～2017

年龍卷風總體有上升趨勢。

為了解龍卷風對建筑結構的影響，國內外學者

們進行了大量研究。1882年Rankine提出了Rankine

渦模型，它是一種二維環流運動，具有模型簡單、

有精確解等優點，且在一定程度能夠反應龍卷風風

場的一般特性（張文娜和錢江, 2016）；目前有關對

龍卷風荷載的規定大多是采用二維Rankine模型表示

龍卷風風速分布（US Nuclear Regulatory Commision，

2007）。Sun et al.（1977）以Navier-Stokes方程

和Hoecker提出的旋轉風方程等為基礎進行理論推

導，提出了適用于核電站風荷載計算的龍卷風通用

簡化模型；Kuo（1971）考慮到軸向流運動的二維

流及黏性作用，提出三維龍卷風理論模型，并給出

了龍卷風風速分布。

中國對涉核工程結構抗龍卷風研究起步較晚，

夏祖諷（1987）年編制了秦山核電廠核安全結構抗

龍卷風設計標準。中國核工業總公司（1989）批準

了《三十萬千瓦壓水堆核電廠安全重要土建結構抗2017年，獲得廠址區域有記錄的龍卷風總數達到

龍卷風設計規定（EJ420-89）》，該規定對抗龍卷

風設計進行了較系統的闡述。并成為之后涉核工程

結構抗龍卷風設計的參考依據。甘文舉和何益斌

（ 2009）等應用Rankine渦模型，結合中國的龍卷

風災害探討了氣流速度和壓力沿平面的分布規律，

對建筑物風壓力、風吸力、扭轉的實用計算進行了

探討。朱好等（2016）等定量分析了設計基準龍卷

風風速對擬合樣本區間和高強度樣本評級的敏感性，

指出高強度級別的龍卷風累積頻數分布是否滿足對

數線性規律決定了設計基準龍卷風風速計算結果的

穩定性。鄭永光等（2016）等給出了風速等級標準；

盡管學者們對于龍卷風的研究投入了大量的精力，

并取得一系列成果。但是，實際的龍卷風風場是非

常復雜的，迄今為止人們對它還不完全了解。從核

安全角度考慮，龍卷風極高風速的沖擊作用、中心

通過時產生的突然壓力降、產生的飛射物對核電廠

設備和構筑物的撞擊可能會對核電廠造成破壞。國

際原子能機構和我國的核安全導則均要求：應評估

龍卷風在區域內發生的可能性，如可能發生，則對

設計基準龍卷風進行評價。福建福清核電廠是我國

政府批準興建的核電廠，為了保障核電廠的絕對安

全性, 在選址和設計階段對龍卷風的設計基準參數

進行科學計算評估是必須要進行的一項工作。

2 資料及算法研究

2.1 資料

根據國家核安全局（1991）制定的核安全導

則HAF101《核電廠廠址選擇的極端氣象事件》中

對外部事件設計基準評價的要求，對廠址區域出現

龍卷風的可能性必須做出評價。如果該地區曾經出

現過龍卷風，則必須收集詳細的歷史資料。按照核

安全導則HAF101中的相關規定，確定以核電站廠

址為中心的龍卷風評價區域（以下簡稱為評價區域），

該區域面積為3°（緯度）×3°（經度）。本文中龍

卷風的樣本資料源于《中國氣象災害大典》、《全

國氣候影響評價》、《中國氣象災害年鑒》，福建

省各縣、市氣象局歷年災情報表，過去已整編和歸

納的科研成果等。龍卷風資料調查年限為1959～

3 期蔡秀華等：福清核電廠廠址區域龍卷風設計基準參數的估算

No. 3353

CAI Xiuhua et al. Estimation of Design Basis Tornado Parameters for the Zone around the Fuqing ...

107例。價著重于劇烈大風、壓降和飛射物的破壞作用，因

由于龍卷風的尺度小、經歷時間短，絕大多數

情況下氣象站不可能定量觀測到其風速大小，更少

有機會測量到旋轉流最強的部位（Davies-Jones,

2015; 王美珍和呂令毅, 2017）。設計基準龍卷風評

此調查落實內容更強調與風有關的災害。根據災害

的程度，按照富士達（F）龍卷風強度等級分類法

（ 表1），由多位專家會商后對各龍卷風案例確定

其級別（表2）。

表 1 富士達龍卷風強度等級及其典型的破壞程度

?1

等級典型的龍卷風破壞程度

估計風速/m s

Table 1 Fuji-level tornado intensity grades and typical damage levels

輕度破壞：損壞煙囪；刮斷樹枝；拔起淺根樹木；毀壞商店招牌。

中度破壞：掀起屋頂磚瓦；刮跑或掀翻移動住房；行駛的汽車被刮離路面。

較嚴重的破壞：刮走屋頂；摧毀活動住房；掀翻火車車廂；連根拔起大樹；空中輕物狂飛；汽車被卷離地。

嚴重破壞：堅固房屋的屋頂和墻壁被刮走；掀翻火車；森林中大多數樹木被連根拔起；重型汽車被卷離地并被拋起。

毀滅性破壞：堅固房屋被夷為平地；基礎不牢的建筑物被刮走；汽車被拋向空中，空中大的物件橫飛。

極度破壞：堅固房屋框架被刮走；汽車大小的物件在空中橫飛超過100 m；飄飛碎片掛樹梢；出現難以置信的現象。117～142

F0

F1

F2

F3

F4

F5

<33

33～50

51～70

71～92

93～116

表 2 1959～2017年福清核電廠評價區域龍卷風富士達等

級次數

Table 2 Number of Fuji-level tornadoes in the Fuqing

Nuclear Power Plant evaluation area during 1959?2017

次數

F0級別

F1級別

F2級別

合計

51

42

14

107

2.2.1 各級龍卷風的出現概率

按照導則的推薦，出現高于某一強度龍卷風的

累積頻數可以用以下的函數式來描述：

lnN

ii

=?AU+B,（1）

其中，U表示i級龍卷風的下限風速；為龍卷風

i

N

i

風速超過U的累積次數；A和B是經驗擬合系數

i

（ A、B均為正值），這正是要通過選擇有代表性

的龍卷風樣本來加以確定的參數。公式（1）則為

通常的經驗指數分布函數：

Ne

i0

=N,（2）

?AU

i

2.2 算法

對于核電工程而言，龍卷風調查與分析的主要

目的是確定設計基準龍卷風和龍卷風風速的設計基

準。然后再進一步延伸到評價在遭到達到設計基準

風速的龍卷襲擊時，地面構筑物等設施可能發生的

破壞。按照導則《核電廠廠址選擇的極端氣象事件》

HAD101/10（1991）的推薦，計算步驟和做法如下：

（ 1）確定評價區域的龍卷風事件；對各次龍卷風

逐一確定富士達（簡稱F）級別；（2）通過分析，

確定供進一步統計計算的樣本年代；（3）建立確

定設計基準龍卷風事件所必須的各項基本關系式和

基本參數，即評價區域達到或超過各富士達級別龍

卷風閾值風速的概率、龍卷風的面積—強度關系及

相應參數；（4）采用蘭金流模型計算廠址位置超

過某一特定風速的概率分布，然后根據規定或借鑒

的概率值確定設計基準龍卷風和基準設計風速；

（ 5）確定設計基準龍卷風襲擊情況下的壓降和發

生的飛射物性質。

其中，是擬合函數外延至=0 的頻數。這

NU

0i

=e

B

里已約定龍卷風的強度以閾值風速，即i級龍卷風

的下限風速來度量。各級別對應的下限風速可用下

式轉化：

U

i

=6.30(i+2)1.5,i=1,2,...,5.（3）

2.2.2 面積—強度關系

為了計算平均破壞面積與龍卷風強度的關系，

要求根據評價區域的資料，建立一個平均破壞面積－

強度關系式。導則推薦的經驗公式的形式是：

()

ˉ

ii

?k,（4）

lg(a=clgV

)

其中，是F等級為i時的龍卷風的平均破壞面積；

a

i

ˉ

i

是F等級為i時的龍卷風中位值風速；c、k是根

V

據最小二乘法線性回歸分析得到的常數。

破壞面積原則上應當從龍卷風的路徑長度和寬

度確定。遺憾的是國內的調查資料，包括本項目的

調查均無法達到足以建立面積－強度函數和確定相

354Climatic and Environmental RearchVol. 26

氣 候 與 環 境 研 究26 卷

應擬合參數的程度。為此，本文應用與富士達皮爾響的面積為

森龍卷風標度有關的面積公式進行計算：

aW

ipipi

=L=1.609×10,i=1,2,...,5,（5）

2i?3

a

ij

aRL

ijjj+1ii

=2?R=33.5a,j?i.（9）

()

V

jj

+1

?V

VV

jj+1

其中，i是龍卷風的級別，L、W分別為i等級龍

pipi

卷風的長度和寬度的下限值，單位：km。

2.2.4 龍卷風的壓降

按照壓降模型，可計算龍卷風的其他有關參數。

壓降速率和總壓降的計算式如下：

dPV

T

2

=ρV,（10）

dtR

m

m

2

?P≈ρV,（11）

m

2.2.3 超過額定風速概率的確定方法

在風險度評價模型中考慮到受破壞面積與風速

大小有關。某一具體地點經受風速等于或大于等級

為i的龍卷風速的概率為

P(V)=P(V),（6）

Eijj+1

n

∑

i

,V

其中，dP/dt是最大壓降速率；是總壓降，是

?P

ρ

空氣密度，V是最大旋轉風速，V是龍卷風的平

mT

移速度，R是最大旋轉風速的位置半徑。

m

其中，是等級為j龍卷風的最低風速，

VP(V)

jjj+1

,V

是風速大于等于j級龍卷風的下限但小于上限的

概率，

P(V)=a

jj+1iij

,Vλ/S,（7）

∑

i

3 模型擬合與參數計算

式中，是強度i等級的龍卷風的年平均出現次數；

λ

i

a是i等級龍卷風出現時風速會處于區間

ij

(V)

jj+1

,V

的面積；S是龍卷風樣本區域的總面積。

為了計算公式中的，要引用龍卷

P(V)a

jj+1ij

,V

風的蘭金渦流模型以便把面積—強度和事件—強度

關系與風速分布結合起來。龍卷風流場的蘭金流模

型假定在最大風速半徑以外的速度分布遵守角動量

守恒V×R=常數。又假定平均破壞面積是由等于或

大于33.5 m/s的風速造成的，于是得 V×R=33.5R，

d

其中R是破壞半徑的最大值。對于一個i等級的

d

龍卷風，在整個破壞路徑長度L上被掃過的破壞

i

面積a=2LR，于是有：

iid

V×R=33.5a

ii

/2L,（8）

3.1 各級龍卷風出現概率的擬合區域、樣本

擬合區域面積是以福清核電廠廠址為中心的3

個經緯度范圍，各級龍卷風的出現次數已在表2中

給出。考慮到樣本級別對累積頻數分布的影響，將

富士達等級進行更細致的分類，F0分為F0.0、

F0.2、F0.4、F0.6、F0.8；F1分為F1.0、F1.2、

F1.4、F1.6、F1.8；F2分為F2.0、F2.2、F2.4、

F2.6、F2.8。分辨率為0.2的由低到高各等級龍卷

風的累積次數見圖1。圖中顯示，F0.0以上級別的

龍卷風共有107次，F1.0以上56次，F2.0以上

14次。其中，達到F2.6級別的有1次，達到F2.4

級別的有4次。總體上看，龍卷風累積次數隨風速

加大或風力等級升高呈減少的趨勢，破壞性較大的

龍卷風最大風力一般都會達到10級以上。

根據表2及公式（1）～（3）推導計算超過各

級龍卷風下限風速的累積次數示于圖2。由圖2可

見，高強度和低強度龍卷風的出現頻數呈現出不同到i級龍卷事件出現過程中受區間風速影

其中，是破壞面積。按照到的幾何權重得

aVV

ijj+1

(V)

jj+1

,V

圖 1 1959～2017年福清核電廠評價區內調查樣本各級龍卷風的累積次數

Fig. 1 Cumulative number of tornadoes by class in the survey sample in the Fuqing Nuclear Power Plant evaluation area during 1959–2017

3 期蔡秀華等：福清核電廠廠址區域龍卷風設計基準參數的估算

No. 3355

CAI Xiuhua et al. Estimation of Design Basis Tornado Parameters for the Zone around the Fuqing ...

規律。龍卷風強度越強則出現的頻數越低，反之，3.3 超過額定風速概率的計算

強度越弱的龍卷風則出現的頻數越高。圖上的點分

別是分辨率為0.2級別龍卷風對應的下限風速，如

F2.0級別的龍卷風出現14次，對應的風力級別下

限為50 m/s，F2.6級別的龍卷風僅出現1次，對應

的下限風速為62 m/s。

在確立了函數關系和參數之后，就能夠計算廠

址所在地點每年經受到某一級風速區間風速的概率

和超過額定風速的概率，這就是龍卷風風險度評價

模型。

基于公式（6）～（9）和擬合參數，可推導出

評價區內每年出現各級龍卷風的平均次數，核電廠

每年遭遇不同區間風速的概率和每年超過龍卷風下

限風速的概率，結果分別圖3、圖4和表3。

由圖3可見，評價區域內每年F1級別（平均

次數為λ）的龍卷風出現概率為0.731，F2級別（

1

平均次數為λ）出現概率為0.214，F3級別（平均

2

次數為λ）出現概率0.00497，其他詳見圖3。

3

圖4說明核電廠每年單位面積區域內出現F1

到F2級別之間（區間風速33～50 m/s）龍卷風的

概率為7.67×10；F2到F3級別之間（區間風速

50～70 m/s）的概率為3.19×10；F3到F4級別

之間（區間風速為70～93 m/s）的概率為4.12×

10，以此類推。

由表4所列結果可知，核電廠每年單位面積區

域出現超過F1級（下限風速33 m/s）龍卷風的概

率為1.13×10；超過F2級(下限風速50 m/s)的

概率為3.64×10；F3級（下限風速70 m/s）為

4.55×10，根據表4給出核電廠區域風速與龍卷

風級別概率圖（圖5）。用于確定10的?7次方時

的風速，該風速就是龍卷風實際計算的設計風速。

?8

?7

?6

?8

?7

?7

3.2 面積－強度關系

利用公式（4）和（5），根據面積與風速的對

應關系，可以分段用經驗指數分布函數來擬合，得

出擬合參數。調查樣本的參數在≥F1.8時，c和k

的擬合值分別為0.1881、12.037。將參數c和k的

()

ˉ

i

?擬合值代入（4）式得log(a) = 0.1881log

i

V

12.037。可見，龍卷風的風速越大，危害的面積也

就越大。

圖 2 1959～2017年福清核電廠廠址評價區內出現和超過各級龍

卷風下限風速的累積次數

Fig. 2 Cumulative number of tornadoes that occurred and exceeded

the lower limit of wind speed at each stage in the Fuqing Nuclear Power

Plant evaluation area during 1959–2017

用于評價設計基準龍卷風的方法應當以指定的

設計基準概率值的概念為根據。對一個確定的廠址

來說，比設計基準龍卷風風速更嚴重的情況每年發

生的概率應小于一個給定的概率水平。我國的安全

圖 3 1959～2017年福清核電廠評價區每年出現各級龍卷風的平均次數

Fig. 3 Average annual number of tornadoes in each level in the evaluation area in the Fuqing Nuclear Power Plant evaluation area during 1959–2017

356Climatic and Environmental RearchVol. 26

氣 候 與 環 境 研 究26 卷

圖 4 1959～2017年福清核電廠評價區每年遭遇不同風速區間風速的概率

Fig. 4 Probability of a nuclear power plant encountering tornadoes with different wind speed ranges each year in the Fuqing Nuclear Power Plant

evaluation area during 1959–2017

表 3 1959～2017年福清核電廠評價區每年超過龍卷風下

限風速的概率

Table 3 Probability of a nuclear power plant encountering

a tornado that exceeds the minimum wind speed limit of

tornado per year in the Fuqing Nuclear Power Plant

evaluation area during 1959–2017

等級下限風速概率

133

250

370

493

5117

1.13×10

-6

3.64×10

?7

4.55×10

?8

4.31×10

-9

3.09×10

?10

表 4 設計基準龍卷風參數

V/m sV/m sV/m s

FTm

-1-1-1

71.413.857.61.184.29

Table 4 Design basis tornado parameters

dP/dt/kPa s

-1

ΔP/kPa

分析多引用美國的有關標準ANSI/ANS-2.3-1983推

薦的10概率水平進行評價。圖5所示結果為實

際計算結果的擬合圖，根據圖中擬合結果，參照國

家核安全局（1991）的核安全導則中對安全余量規

定，龍卷風基準設計風速推薦值為71.4 m/s，出現

概率為1×10，設計基準龍卷風級別屬于F3級。

?7

?8

3.4 設計基準龍卷風的壓降和飛射物的評價

在確定了最大旋轉風速半徑（R）和最大平

m

移速度（V）之后，才能對總壓力降和最大壓降速

T

率評價。遵照國家核安全局（1991）的核安全導則，

強龍卷風的最大旋轉風速V和最大平移速度V

mT

之比為常數，即V=0.24V，富士達級別龍卷風風

Tm

速V=V+V=1.24V，從而可導出V和V。對于龍卷風設計基準等級為F3。上述分析表明，F3級

FTmmmT

強龍卷風設定最大旋轉風速半徑R為50 m，取

m

3

ρ

=1.293 kg/m，由公式（10）和（11）推算得出設

計基準龍卷風風速及dP/dt和ΔP特性列于表4。由表4

可知，福清核電評價區域內的總壓降為4.29 kPa，

最大壓降速率為1.18 kPa/s。

計算龍卷風產生的飛射物的碰撞速度相當困難，

這是因為下列各項的不確定性造成的：（1）飛射

物進入龍卷風場的方式（例如，爆炸的、氣動的或

滑行的）；（2）在龍卷風中被加速物體的空氣動

力學系數；（3）龍卷風場的形狀和速度梯度。

根據核安全導則HAF101中的規定，同時考慮

到福清評價區域內設計基準龍卷風級別為F3，而

F3級龍卷風還不致于使一臺1800 kg的汽車進入飛

射物的狀態，所以，在這里只考慮將一個125 kg

重的20 cm穿甲炮彈和一個2.5 cm實心鋼球作為

龍卷風產生飛射物的情景。

根據核安全導則HAF101中的規定，計算飛射

物的碰撞動量，可把龍卷風設計基準風速71.4 m/s

的35%作為碰撞動量的最大水平速度，得出碰撞

動量的最大水平速度為24.99 m/s。在情景1中，

假定的穿甲彈的質量為已知量125 kg；情景2中

2.5 cm實心鋼球的質量，可以根據質量=密度×體

積計算得出。再根據動量=質量×速度，計算出碰

?1

撞動量。由此得到情景1的碰撞動量為3123.75 kg m s；

?1

情景2的碰撞動量為1.615 kg m s。

根據以上計算，可得福清核電評價區域龍卷風

設計基準參數如下：最大風速71.4 m/s（對應概率

-8

為1×10），平移速度13.8 m/s，最大旋轉風速

57.6 m/s，最大壓降速率為1.18 kPa/s，總壓降4.29 kPa，

3 期蔡秀華等：福清核電廠廠址區域龍卷風設計基準參數的估算

No. 3357

CAI Xiuhua et al. Estimation of Design Basis Tornado Parameters for the Zone around the Fuqing ...

圖 5 1959～2017年福清核電廠評價區每年超過特定風速的概率

Fig. 5 Probability of a nuclear power plant encountering a tornado that exceeds a specified wind speed per year in the Fuqing Nuclear Power Plant

evaluation area during 1959–2017

龍卷風在福清核電評價區域內具有足夠的保守性和

合理性。政府相關部門在福清核電廠以后的建設中，

從龍卷風的角度考慮，可以把F3級作為基準設計

標準。

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4 結論

通過調查和統計，1959～2017年影響福清核

電廠評價區域的龍卷風有107個，整體來看有上升

的趨勢。根據災害的程度，按照富士達（F）龍卷

風強度等級分類法，評定為F2級的有14次，F1

級42次，F0級51次。

基于1959～2017年福清核電廠廠址區域龍卷

風的調查統計資料，采用Rankine渦模型計算福清

核電廠規劃中評價區域超過某一特定風速的概率分

布，通過概率值導出設計基準龍卷風和基準設計風

速，按照壓降模型計算出龍卷風的壓降，估算出符

合福清廠址實際情況的設計基準龍卷風最大風速的

-8

推薦值為71.4 m/s（對應概率為1×10），平移速

度13.8 m/s，最大旋轉風速57.6 m/s，最大壓降速

率為1.18 kPa/s，總壓降4.29 kPa，龍卷風設計基

準等級為F3。事實上廠址地區已在龍卷風少發生

的區域，F3級龍卷風在福清核電評價區域內具有

足夠的保守性和合理性。這些估算結果為政府相關

部門在福清核電廠以后的規劃和建設中，從龍卷風

的角度考慮，提供了科學的理論依據。

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