核电站地震与海啸多重灾害下的风险评估方法开发

《Journal of Nuclear Engineering》：Development of a Risk Assessment Method Under the Multi-Hazard of Earthquake and Tsunami for a Nuclear Power Plant

　　

基于2011年东北太平洋地震及其引发的海啸导致福岛第一核电站事故的经验教训，日本公用事业公司一直在升级其海啸应对措施。为了理解超设计基准事件的残余风险，必须独立评估地震和海啸风险，同时认识到当这些事件同时发生时，工厂风险状况的变化。本研究开发了一个多灾害概率风险评估（PRA）框架，以评估地震和海啸事件叠加对核电站（NPPs）造成的风险。该框架假设目标工厂先前已针对地震和海啸进行了单灾害PRA。本研究提出了一种基于单灾害PRA结果定义地震和海啸事件叠加风险评估范围的方法。它提供了一个用于叠加场景分析的解析框架，以及一种利用单灾害评估数据进行多灾害评估的简化方法。此外，还提出了一系列用于地震和海啸叠加事件的多灾害易损性评估步骤，阐明了叠加影响与受损部位和损伤模式之间的关系，并附有示例。

本研究基于福岛第一核电站事故经验，旨在开发一种实用的地震与海啸多重灾害风险评估方法。研究背景在于，现有单灾害概率风险评估（PRA）无法充分捕捉叠加事件对核电站（NPPs）的独特风险，而日本核监管机构（NRA）要求运营商在安全评估报告（SAR）中评估此类多灾害风险。研究人员针对地震和海啸叠加场景，开发了一个完整的评估框架，涵盖危害评估、易损性评估和事故序列评估，并强调利用已有的单灾害PRA数据以减少资源消耗。研究结论表明，该方法能够有效识别叠加事件中的关键风险因素，如地震对海啸防护设备的损伤及灾害依赖性，并通过示例验证了其可行性。该研究发表在《Journal of Nuclear Engineering》，为核电站多灾害风险评估提供了技术基础，有助于提升实际应用中的安全评估效率。

主要关键技术方法包括：基于单灾害概率风险评估（PRA）结果，开发了叠加场景分析流程，通过时序图识别通用叠加事件；提出了利用单灾害地震危险性分析（PSHA）和海啸危险性分析（PTHA）数据的简化多灾害评估方法，通过构建联合概率密度函数（PDF）近似计算叠加危害；建立了多灾害易损性评估步骤，包括确定损伤部位和模式、分析叠加损伤场景、量化叠加损伤概率，并采用蒙特卡洛方法处理依赖关系。示例中使用了假设的日本电厂数据和公开文献信息。

研究结果部分概述如下：

2. 地震和海啸叠加下工厂风险评估框架：研究人员提出了基础方程，将堆芯损坏频率（CDF）表示为地震峰值加速度（PGA）和海啸高度的函数，并明确了叠加事件中需考虑地震对海啸防护设备的影响及灾害依赖性。

3. 叠加场景分析方法：研究人员开发了分析流程，包括定义通用时序场景、识别叠加事件（如地面变形导致海啸防护失效）、筛选并确定场景，并给出了适用于假设日本电厂的通用叠加事件列表。

4. 简化多灾害评估方法：研究人员利用单事件PSHA和PTHA数据，通过联合概率密度函数（PDF）近似计算叠加危害，并提供了多灾害曲面示例，验证了该方法在分离评估时的实用性。

5. 多灾害易损性评估方法：针对相同损伤部位/模式（冷凝水箱），研究人员通过位移叠加法评估叠加损伤概率，基于先前的极限强度测试和响应分析，得出损伤概率随PGA和海啸高度增加的结论；针对不同损伤部位/模式（海水泵），研究人员采用蒙特卡洛方法，考虑海啸防护设备在地震中的损伤状态，展示了损伤概率的评估流程和结果。

总结讨论部分：本研究未将人因可靠性分析（HRA）纳入框架，但强调在实际应用中需HRA专家参与，以识别单灾害PRA中未考虑的人为错误事件。简化多灾害评估方法可广泛用于已进行地震和海啸PRA的电厂，对于风险主导场景需进一步细化。未来需通过结构实验和数值分析扩展不确定性知识，并通过敏感性分析优化评估。研究结论翻译如下：本研究开发了一种强调实用性的地震-海啸概率风险评估（PRA）方法，旨在不消耗过多资源的情况下获得核电站（NPPs）的多灾害风险见解。该方法利用已有的单灾害PRA数据，通过扩展国际常用外部事件PRA方法实现评估。研究阐明了多灾害与单灾害评估的关系，提出了叠加风险评估范围的定义方法，并给出了各环节的框架、流程和示例。所开发的框架和评估方法涵盖危害、易损性和事故序列评估，为PRA分析师和研究人员提供了技术基础。未来通过实际电厂数据的迭代研究，该方法有望成熟到实用水平。