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《中国原子能科学研究院》 2000年
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多堆厂址大气弥漫问题及大气排放限值的优化规划问题研究

姚仁太  
【摘要】:随着秦山地区核电事业的不断发展,该地区将成为一址多堆的核电基地。 针对在一个地区出现多个核电厂反应堆厂址的情形,为了加强核电管理,国家 环保总局提出“四个统一”的思想,即排放限值统一管理、环境流出物监测统 一、应急管理统一、放射性废物管理统一。本论文以秦山核电工程多堆厂址为 研究对象,通过现场观测资料、风洞模拟实验以及应用数学模拟进行计算与分 析,探讨秦山厂址地区大气弥散问题及多堆厂址气态放射性流出物排放限值的 优化规划问题。 多堆厂址气象要素相关性研究是核电厂环境影响评价中一个非常关心的课 题。本文以现场气象观测和风洞模拟实验数据为基础,通过对时间序列进行的 统计分析,计算和比较了各个厂址风速、风向的概率分布、概率密度、时间序 列线性相关分析、条件概率密度等,还对它们随高度的变化情况、观测时段代 表性等问题进行了讨论。结果表明,复杂地形的实际风场是在盛行风背景下迭 加局地地形引起的扰动风场而构成的,宏观上背景风场决定了一个地区的基本 特征,诀定相关程度的好坏主要取决于局地地形扰动的程度。复杂地形不同点 之间的气象要素(如风速和风向)不经过系统的相关性分析是不能直接引用的。 另外,在复杂地形不同位置的厂址间的大气稳定度类存在一定差异,应当予以 考虑。 通过开展新建堆址与已建堆址同步气象观测建立两个厂址间的气象要素(风 向、风速和大气稳定度)的相关矩阵,可以较好地解诀由已建厂址联合频率估算 新建厂址联合频率,进而估算新建厂址年均大气扩散因子。结果表明,在计算 联合频率中应用风向和风速概率矩阵比应用频率矩阵更准确、可靠。如果根据 厂址年风频或风速组频率分布对概率矩阵进行修正,那么就可以用较短时间的 气象观测资料构成概率矩阵,从而较好地估算联合频率和年均大气扩散因子。 复杂地形和建筑物近场流动与弥散问题始终是国内外非常关注的课题。本 文以风洞模拟实验为基础,研究和探讨了复杂地形的流动特征。根据流动特征, 将山体的尾流结构划分为:尾流阴影区、强湍流区和回流区。山体扰动产生的 畸变场随着距山体的距离的增加而衰减。根据实验测量结果拟合得到归一化最 大速度亏损和湍流强度扰动在尾流中的衰减关系。虽然复杂地形对流动所产生 的扰动明显不同于“规则”的锥形山体时的情形,但是在宏观上扰动的衰减还 是表现出一致的变化规律。此外,在复杂地形近地层,风速廓线的形式变化很 大,用通常的对数、指数形式的廓线来描述它会出现很大的偏差,特别是在山 体尾流中。 将风洞模拟实验与粒子随机行走模拟相结合研究复杂条件下大气弥散规 律。实验结果表明,复杂地形使得湍流强度和湍流尺度增加,对污染物的扩散 产生较大的影响。一方面,使得扩散参数显著增大;另一方面,由于其空间分 布的不均匀性,破坏了烟羽的正态分布形式,也将影响污染物烟流的运行轨迹。 对于位于山体附近的污染源,复杂地形影响污染物弥散的总体趋势是使地面最 大浓度增大。 根据风洞实验结果,初步建立了估算复杂地形扩散参数的经验方法,并经 其它厂址数据所验证。同时,还给出一个估算复杂地形大气扩散的模式,该模 式预测结果与现场实验数据相吻合。 风洞模拟实验和随机行走模拟均发现建筑物引起的扩散显著增强和明显的 空气动力学下洗效应。因此,这两个特征在进行扩散计算时是不容忽视的。当 民们/1.5时m为有效排放高度;民为建筑物的高度),污染物烟羽被夹卷到空 腔区中的份额较大,此时按照地面源排放处理,同时考虑扩散增强特征。当 *川J1.5时,只有少部分污染物被夹卷到空腔区中,烟羽迁移和扩散的主体行 为还是属于高架排放特征,但是在扩散计算时应当考虑*扩散增强;O)下洗效 应引起的烟羽轴线下倾。 针对秦山多堆厂址多源、各个堆址有其局地污染气象特征等特点,通过对 影响污染物在大气中物理弥散过程的诸因素(涉及排放条件、气象条件、下垫面 条件以及污染物性质等方面)进行充分地分析,确定有关参数及修正方法对年均 大气弥散因子的影响范围和程度,建立多堆厂址年均大气弥散因子估算模式与 参数体系。在模式和参数体系的建立过程中,考虑多源浓度迭加、局地污染气 象参数的修正、大气相关性研究结果的应用等方面。然后,将该方法应用于秦 山多堆厂址气态放射性流出物排放限值的优化规划中。 通过大量的调研、计算和分析工作,应用辐射防护最优化原则对秦山多堆 厂址气态放射性流出物排放上限值进行了优化规划,并对相应的优化排放限值 进行了合理分析。另外,针对秦山三期工程放射性气态流出物排放对环境造成 较大影响的原因进行了分析,初步提出了几种处理方案,采用代价-利益方法对 其进行分析。本研究方法和结果对核电厂多堆厂址放射性废物排放的优化管理 提供了科学的依据。 此外,在环境风洞中,应用多种探测手段相结合的方法来研究复杂地形和 复杂建筑物周围的流动和弥散特征是一个行之有效的方法。在本项研究
【学位授予单位】:中国原子能科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:TM623.8;X169

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