一种放射性核素滨海实时迁移扩散计算方法及系统与流程

1.本发明属于水体辐射防护及核事故后果评价领域，具体涉及一种放射性核素滨海实时迁移扩散计算方法及系统。


背景技术：

2.作为清洁能源的一种，近几十年核能技术得到了快速发展，随着核能技术的快速发展，建立的核设施逐渐增多，核设施的正常运行不可避免的会向滨海水环境中排放放射性物质，随着放射性物质的逐步累积，对周围环境造成了核污染。其中核事故的发生危害巨大，一旦核事故发生，放射性核素迅速泄露，进入海洋的放射性核素通过海水迁移扩散，生物摄食、食物链传递和颗粒沉降等方式在海洋各介质中发生迁移，核事故的发生会给大气和水体造成核污染，甚至对周围整个生态环境构成严重的危害，影响巨大长远。
3.核事故后果评价是核设施应急计划和应急准备、应急防护行动决策的先决条件。为了更好地应对常规排放和突发事故排放，需要实时预测滨海水环境中放射性核素的迁移扩散行为，以便及时科学地采取相应防护措施，降低放射性物质在滨海水中排放给生态环境造成的危害。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种放射性核素滨海实时迁移扩散计算方法及系统，通过对现有的实时流场计算模型进行优化，利用优化后的实时流场计算模型开展实时流场计算，将计算得到的实时流场数据输入优化后的放射性核素迁移扩散方程，实现放射性核素在滨海水环境的实时数值模拟计算，可提高放射性核素迁移扩散数值模拟精度，同时考虑到利用优化后的实时流场计算模型进行流场计算需要输入充裕的数据，在实时流场计算模型输入条件不充裕的情况下，引入外部现有实时流场数据，根据引入的外部实时流场数据进行实时数值模拟计算。能够实时高效地模拟预测滨海环境中放射性核素迁移扩散行为规律，同时可应用于核事故后果评价，为核事故不同阶段的应急决策提供技术依据和支撑，具有一定的实用和应用价值。
5.为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种放射性核素滨海实时迁移扩散计算方法，所述方法包括如下步骤：
6.s1、向实时流场计算模型输入充裕的输入参数，利用所述实时流场计算模型开展实时流场计算；
7.s2、根据步骤s1中计算的实时流场数据，基于放射性核素迁移固有特性,对放射性核素迁移扩散方程进行调整，开展放射性核素在目标滨海水域环境迁移扩散数值实时模拟计算工作；
8.所述对放射性核素迁移扩散方程进行调整包括增加核素特有系数k和源项调整后的所述放射性核素迁移扩散方程为
[0009][0010]
其中：h为水深，m；t为时间，s；，液态流出物浓度；排放浓度；dx，dy为x，y方向扩散系数，m2/s；k为核素特有系数(衰变、吸附沉降)，d-1
；q为排放量，m3/s。
[0011]
进一步，步骤s2中所述核素特有系数k通过以下公式进行计算，k＝k
decay
+k
lm
,其中衰变作用t为核素半衰期，s；吸附沉降作用a
悬浮/颗粒-放射性核素a在悬浮物/颗粒物上的平衡浓度；a
水-放射性核素a在流体水中的平衡浓度。
[0012]
进一步，步骤s1中所述实时流场计算模型为经过优化的模型，经过优化后的实时流场计算模型涉及到的控制方程包括
[0013]
连续性方程：
[0014][0015]
水流运动方程：
[0016][0017][0018]
其中：为相对基准面水位，m；h为水深，m；t为时间，s；ρ为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；c为谢才系数，m1/2/s；f为柯氏力系数，s-1；τ
sx
,τ
sy
为风生应力；ex，ey为x，y方向广义的涡粘性系数，m2/s；u，v分别为x，y方向水深平均流速，m/s。
[0019]
进一步，所述充裕的输入参数为能够使所述实时流场计算模型进行实时流场计算的输入参数。
[0020]
进一步，所述充裕的输入参数包括需要输入模型开边界条件、实时风场、实时流速、水下地形、水动力计算参数、模型初始条件-水位。
[0021]
进一步，在步骤s1之前还包括判断针对目标滨海水域环境实时流场计算模型展开计算的条件是否充裕，若充裕则利用实时流场计算模型开展实时流场计算；若不充裕，则获取外部实时流场数据，并将获取的实时流场数据处理成预设输入格式。
[0022]
进一步，通过从有外部实时流场数据的网站获取所述实时流场数据。
[0023]
进一步，所述有外部实时流场数据的网站包括国家海洋预报中心以及noaa。
[0024]
一种放射性核素滨海实时迁移参数计算系统，所述系统包括实时流场计算模块，用于向实时流场计算模型输入充裕的输入参数，利用所述实时流场计算模型开展实时流场计算；
[0025]
核素迁移扩散数值计算模块，用于根据所述实时流场计算模块中计算的实时流场数据，基于放射性核素迁移固有特性,对放射性核素对流扩散方程进行调整，开展放射性核素在目标滨海水域环境迁移扩散数值实时模拟计算工作；
[0026]
所述对放射性核素迁移扩散方程进行调整包括增加核素特性项k和源项调整
后的所述放射性核素迁移扩散方程为
[0027][0028]
其中：h为水深，m；t为时间，s；，液态流出物浓度；排放浓度；dx，dy为x，y方向扩散系数，m2/s；k为核素特有系数(衰变、吸附沉降)，d-1
；q为排放量，m3/s。
[0029]
进一步，所述核素迁移扩散数值计算模块中所述核素特有系数k通过以下公式进行计算，k＝k
decay
+k
lm
,其中衰变作用t为核素半衰期，s；吸附沉降作用a
悬浮/颗粒-放射性核素a在悬浮物/颗粒物上的平衡浓度；a
水-放射性核素a在流体水中的平衡浓度。
[0030]
进一步，所述实时流场计算模块中所述实时流场计算模型为经过优化的模型，经过优化后的实时流场计算模型涉及到的控制方程包括
[0031]
连续性方程：
[0032][0033]
水流运动方程：
[0034][0035][0036]
其中：为相对基准面水位，m；h为水深，m；t为时间，s；ρ为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；c为谢才系数，m
1/2
/s；f为柯氏力系数，s-1
；τ
sx
,τ
sy
为风生应力；ex，ey为x，y方向广义的涡粘性系数，m2/s；u，v分别为x，y方向水深平均流速，m/s。
[0037]
本发明的效果在于：采用本发明所公开的一种放射性核素滨海实时迁移扩散计算方法及系统，实时性高，精确度高，水域环境适用性广，能实时精确地反应滨海水环境中放射性核素的迁移扩散行为规律，同时可应用于核事故后果评价，为核事故不同阶段的应急决策提供技术依据和支撑，具有一定的实用和应用价值。
附图说明
[0038]
图1是本发明实施例一公开的一种放射性核素滨海实时迁移扩散计算方法的方法流程图；
[0039]
图2是本发明实施例二公开的一种放射性核素滨海实时迁移扩散计算方法的方法流程图。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
[0041]
实施例一
[0042]
如图1所示，本发明所公开的一种放射性核素滨海实时迁移扩散计算方法，包括以下步骤：
[0043]
s1、向实时流场计算模型输入充裕的输入参数，利用所述实时流场计算模型开展实时流场计算；
[0044]
s2、根据步骤s1中计算的实时流场数据，基于放射性核素迁移固有特性,对放射性核素迁移扩散方程进行调整，开展放射性核素在目标滨海水域环境迁移扩散数值实时模拟计算工作；
[0045]
所述对放射性核素迁移扩散方程进行调整包括增加核素特有系数k和源项调整后的所述放射性核素迁移扩散方程为
[0046][0047]
其中：h为水深，m；t为时间，s；，液态流出物浓度；排放浓度；dx，dy为x，y方向扩散系数，m2/s；k为核素特有系数(衰变、吸附沉降)，d-1
；q为排放量，m3/s。
[0048]
实施例二
[0049]
如图2所示，本发明所公开的一种放射性核素滨海实时迁移扩散计算方法，包括以下步骤：
[0050]
s101:判断针对目标滨海水域环境实时流场计算模型展开计算的条件是否充裕；
[0051]
s102a:若充裕则利用实时流场计算模型开展实时计算；
[0052]
s102b:若不充裕，则获取外部实时流场数据，并将获取的实时流场数据处理成预设输入格式。
[0053]
实时流场计算模型展开计算的条件包括需要输入模型开边界条件、实时风场、实时流速、水下地形、水动力计算参数、模型初始条件-水位等。
[0054]
实时流场计算模型展开计算的条件充裕时，采用流场计算模型展开计算的条件开展实时流场计算；条件不充裕时，可直接从有外部实时流场数据的网站获取实时流场数据，有外部实时流场数据的网站包括国家海洋预报中心以及noaa，对获取的外部实时流场数据进行处理，处理成预设输入格式。
[0055]
放射性核素在滨海水环境中迁移行为涉及到的控制方程主要包括水动力运动方程和物质输运方程，其中水动力运动方程采用通用的平面二维数学模型，从不可压缩流体运动的基本方程忽略物理量沿水深方向的变化，沿水深方向积分，即求得深度平均的平面二维水流运动方程。
[0056]
实时流场计算模型涉及到的控制方程包括
[0057]
连续性方程：
[0058][0059]
水流运动方程：
[0060][0061][0062]
其中：为相对基准面水位，m；h为水深，m；t为时间，s；ρ为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；c为谢才系数，m
1/2
/s；f为柯氏力系数，s-1
；τ
sx
,τ
sy
为风生应力；ex，ey为x，y方向广义的涡粘性系数，m2/s；u，v分别为x，y方向水深平均流速，m/s。
[0063]
s103:根据计算或获取的实时流场数据，基于放射性核素迁移固有特性,对核素迁移过程涉及到的控制方程进行调整，开展放射性核素在目标滨海水域环境迁移扩散数值实时模拟计算工作。
[0064]
基于可溶性物质浓度迁移扩散方程，考虑放射性核素迁固有特性(衰变作用、吸附沉降等)，调整可溶性物质浓度迁移扩散方程，增加核素特性项和源项，建立放射性核素迁移扩散方程。
[0065][0066]
其中：h为水深，m；t为时间，s；，液态流出物浓度；排放浓度；dx，dy为x，y方向扩散系数，m2/s；k为核素特有系数(衰变、吸附沉降)，d-1
；q为排放量，m3/s。
[0067]
源项为其中核素特有系数k通过以下公式进行计算，k＝k
decay
+k
lm
,其中衰变作用t为核素半衰期，s；吸附沉降作用a
悬浮/颗粒-放射性核素a在悬浮物/颗粒物上的平衡浓度；a
水-放射性核素a在流体水中的平衡浓度。
[0068]
对核素迁移过程涉及到的控制方程进行调整，开展放射性核素在研究海域迁移扩散数值实时模拟计算工作，给出实时计算流场和核素浓度场分布范围。
[0069]
实施例三
[0070]
本发明所公开的一种放射性核素滨海实时迁移参数计算系统，包括以下模块
[0071]
目标滨海水域环境实时流场数据获取模块，用于判断针对目标滨海水域环境实时流场计算模型展开计算的条件是否充裕，若充裕则利用实时流场计算模型开展实时计算；若不充裕，则获取外部实时流场数据，并将获取的实时流场数据处理成预设输入格式。
[0072]
核素迁移扩散数值计算模块，用于根据目标滨海水域环境实时流场数据获取模块计算或获取的实时流场数据，基于放射性核素迁移固有特性,对核素迁移过程涉及到的控制方程进行调整，开展放射性核素在目标滨海水域环境迁移扩散数值实时模拟计算工作。
[0073]
实时流场计算模型展开计算的条件包括需要输入模型开边界条件、实时风场、实时流速、水下地形、水动力计算参数、模型初始条件-水位等。
[0074]
实时流场计算模型展开计算的条件充裕时，采用流场计算模型展开计算的条件开展实时流场计算；条件不充裕时，可直接从有外部实时流场数据的网站获取实时流畅数据，有外部实时流场数据的网站包括如国家海洋预报中心以及noaa，对获取的外部实时流场数据进行处理，处理成预设输入格式。
[0075]
放射性核素在滨海水环境中迁移行为涉及到的控制方程主要包括水动力运动方程和物质输运方程，其中水动力运动方程采用通用的平面二维数学模型，从不可压缩流体运动的基本方程忽略物理量沿水深方向的变化，沿水深方向积分，即求得深度平均的平面二维水流运动方程。
[0076]
实时流场计算模型涉及到的控制方程包括
[0077]
连续性方程：
[0078][0079]
水流运动方程：
[0080][0081][0082]
基于可溶性物质浓度迁移扩散方程，考虑放射性核素迁固有特性(衰变作用、吸附沉降等)，调整可溶性物质浓度迁移扩散方程，增加核素特性项和源项，建立放射性核素迁移扩散方程。
[0083][0084]
其中：为相对基准面水位，m；h为水深，m；t为时间，s；ρ为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；c为谢才系数，m
1/2
/s；f为柯氏力系数，s-1
；τ
sx
,τ
sy
为风生应力；ex，ey为x，y方向广义的涡粘性系数，m2/s；，液态流出物浓度；排放浓度；dx，dy为x，y方向扩散系数，m2/s；u，v为水深平均流速，m/s；k为核素特有系数(衰变、吸附沉降)，d-1
；q为排放量，m3/s。
[0085]
源项为其中核素特有系数k通过以下公式进行计算，k＝k
decay
+k
lm
,其中衰变作用t为核素半衰期，s；吸附沉降作用a
悬浮/颗粒-放射性核素a在悬浮物/颗粒物上的平衡浓度；a
水-放射性核素a在流体水中的平衡浓度。
[0086]
通过上述实施例可以看出，本发明公开的一种放射性核素滨海实时迁移扩散计算方法及系统，通过对现有的实时流场计算模型进行优化，利用优化后的实时流场计算模型开展实时流场计算，将计算得到的实时流场数据输入优化后的放射性核素迁移扩散方程，实现放射性核素在滨海水环境的实时数值模拟计算，可提高放射性核素迁移扩散数值模拟精度，同时考虑到利用优化后的实时流场计算模型进行流场计算需要输入充裕的数据，在实时流场计算模型输入条件不充裕的情况下，引入外部现有实时流场数据，根据引入的外部实时流场数据进行实时数值模拟计算。采用本发明所述的方法，实时性高，精确度高，水域环境适用性广，能实时精确地反应滨海水环境中放射性核素的迁移扩散规律，同时可应用于核事故后果评价，为核事故不同阶段的应急决策提供技术依据和支撑，具有一定的实用和应用价值。
[0087]
本发明所述的系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。