基本介紹
- 中文名：核電廠流出物大氣擴散分析
- 外文名：atmospheric diffusion of effluents from nuclear power plant
高斯煙羽模式,區域模式和全球模式,擴散參數σy和σz,
狹義地可定義為核電廠排入大氣的氣溶膠、蒸汽或氣體形態的放射性物質，因大氣湍流造成的擴散稀釋；廣義定義則還應包括因湍流、吸附、降水等導致乾濕沉積於地表的沉積過程和原先沉積於各類表面的放射性物質因颳風等重新懸浮於空氣中的再懸浮過程。核電廠流出物與普通電廠或化工廠等流出物大氣擴散的規律基本上是相同的，唯一的區別在於，前者應考慮煙羽中污染物的濃度在擴散過程中因放射性衰變造成的耗減。核電廠流出物大氣擴散規律的研究是進行核電廠常規排放環境影響評價，尤其是進行事故後果評價的基礎。大氣擴散規律的研究是沿著野外大氣擴散實驗、室內風洞實驗和數值模擬計算三條途徑發展的。20世紀80年代初以來，對大氣擴散模式的有效性、參數的靈敏度和參數的不確定性的研究受到越來越多的關注。90年代對前蘇聯車諾比核電廠事故後果的評估，大大促進了大尺度大氣擴散規律、實時劑量評價系統、乾濕沉積規律的研究。
擴散模式與參數
大氣擴散模式是沿著兩種基本理論即梯度輸運理論與統計理論發展起來的。梯度輸運理論認為，大氣中某一固定點的擴散與局地濃度梯度成正比。而統計方法則力求確定各單個粒子的徑跡和表征擴散所需的統計特徵。
高斯煙羽模式
這是目前最為廣泛套用的大氣擴散模式，尤其用於估算核電廠常規氣載放射性物質排放的長期平均濃度。在此模式中，假定平均風向恆定不變，污染物在橫截風向(y)和垂直方向(z)上的濃度分布皆遵循常態分配。高斯煙羽模式的最基本形式為：
X(x，y，z)=
式中X(x，y，z)為下風向某點(x，y，z)的空氣中污染物濃度；Q為源強；u為排放高度風速；σy和σz為污染物濃度分布在水平方向和垂直方向的標準偏差，也稱為擴散參數；He為有效排放高度；x、y、z為直角坐標。
事故後果評價模式 對於事故後果預測評價，第一代主要採用考慮了各項修正因子的直線高斯煙羽模式，新的一代推薦採用分段煙羽模式或煙團模式。對於事故後果實時評價，局地範圍推薦採用煙團模式或小室-粒子模式，區域或更大範圍推薦採用三維數值模式。
區域模式和全球模式
目前套用較廣的區域模式主要有兩類：其一為煙羽軌跡模式，在此模式中，或根據大氣壓力數據或根據若干特定位置測得的風速和風向來確定污染物質的運動軌跡；其二為小室-粒子模式，在此模式中，源項由一系列的粒子來表示，污染物濃度則由給定體積中的粒子數表示。目前套用較廣的全球模式主要是箱模式。箱模式的基本概念是，把評價區域分成若干環境庫式，每一個環境庫式用一個箱子代表。在此箱子內，某一給定污染物質迅速均勻混合；污染物在箱間可以互相轉移，轉移率假定正比於源箱中的污染物數量。
近海(水體)大氣擴散模式
核電廠一般都設在大的水體附近，故需考慮兩類特殊空氣污染過程:一種是海陸風環流引起的污染；另一種是內熱邊界層的影響。當局地氣流以海陸風為主時，它對空氣污染的形成有幾種作用:一種是循環作用，如果污染源處在局地環流之中，污染物就可能循環累積達到較高的濃度；另一種是往返作用，原來隨陸風輸向海洋的污染物可能被海風帶回陸地。春末夏初，白天陸地溫度比水溫高得多，當水面上方處於穩定層結構的氣流自水面吹向陸地時，低層空氣很快增溫，轉向超絕熱狀態，而上部氣流仍維持穩定狀態，此分界面則為內熱邊界層，隨著氣流向內陸運動，內熱邊界層頂逐漸加厚。目前較成熟的處理方法是分成三個階段。第一階段是煙羽未受內熱邊界層影響；第三階段是煙羽全部進入內熱邊界層，污染物在垂直方向視為均勻分布；第二階段從煙羽開始進入內熱邊界層到全部進入完畢為止，進入內熱邊界層的那部分污染物在垂直方向視為均勻分布。目前已提出新的濱海核電廠址大氣擴散模型和計算公式，此模型既考慮了向岸流與離岸流的區別，又考慮了混合層與熱內邊界層，混合釋放與擴散參數隨陸距變化等因素的綜合影響。
擴散參數σy和σz
目前最為廣泛套用的仍是帕斯奎爾曲線(也稱P-G曲線)。但它只適用於平坦地區。布里格斯(G.A.Briggs，1973)在帕斯奎爾擴散曲線、布魯克海文(BNL)擴散參數系及美國田納西流域管理局(TVA)擴散曲線基礎上，提出了兩組求各類天氣相應的σy和σz值的內插公式，分別適用於農村田野和城市條件，其適用範圍在10km之內。對於粗糙地形、高架排放源條件，較合宜的擴散參數系是由國際原子能機構(IAEA，1980、1982)根據德國在於利希和卡爾斯魯厄兩個核研究中心的示蹤試驗結果提出的。
