一种内陆核电厂放射性液态流出物动态控制排放方法与流程

本发明涉及一种内陆核电厂放射性液态流出物动态控制排放方法，是一种排放过程优化的方法，是一种适用于内陆核电厂放射性液态流出物排放过程优化的方法。

背景技术：

内陆核电厂运行产生的放射性液态流出物将排放进入内陆地表水域，由于涉及到饮用水和农业灌溉，排放水域浓度控制要求十分严格，我国内陆水域普遍存在流量季节性差异，按全年等量均匀排放在枯水季浓度很难达标，而丰水季大流量稀释能力利用不充分。核电厂液态流出物排放总量很小，一般采取选择性排放，通过增加设置储存罐，可以避开在极端枯水时排放，以控制枯水期出现过高浓度。以往研究在已知年总来水量基础上按环境流量过程等比排放动态分配排放量，可以较为理想的实现充分利用水体稀释能力，但在局部大流量时段由于排量大可能出现高浓度风险。在实际运行排放中年流量过程是未知的，水体稀释能力利用很难达到已知流量过程水平。目前缺少实际流量过程下合理的放射性液态流出物动态控制排放方法。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的问题，本发明提出了一种放射性液态流出物动态控制排放方法。所述的方法针对放射性液态流出物排放水域浓度控制的研究对象，提出了排放上限控制和流量等比分配排放量结合的动态控制排放方法，解决了液态流出物排放受纳水域浓度控制问题。

本发明的目的是这样实现的：一种内陆核电厂放射性液态流出物动态控制排放方法，所述方法的步骤如下：

收集信息的步骤：收集信息的步骤：用于收集核电站排放信息和核电站下游水域基本信息，核电站下游水域基本信息包括：日均流量、年平均流量、总来水量，实时来流量，下游饮水水质标准控制浓度；核电站排放信息包括：年排放量、有害物体种类、排放污染物浓度；

稀释基准水平确定的步骤：用于选取典型不利基准年总来水量V₀，根据年放射性液态流出物排放总量M和V₀计算稀释基准浓度c₀：

c₀=M/V₀；

放射性液态流出物排放量与实际环境流量等比分配的步骤：用于获取实时来流量Q，计算放射性液态流出物流量等比实时排放量q：

q= c₀·Q；

最大排放量上限控制实施的步骤：用于选取排放量上限值q_max，对实时排放量q进行判定，当q>q_max时，q=q_max，否则q维持原值。

本发明产生的有益效果是：提高受纳水体动态稀释能力的利用率，降低高浓度出现时长并控制瞬时超高浓度。为内陆核电厂放射性液态流出物排放设计提供了有用的科学依据。本发明通过计算水域浓度变化过程，得到的排放口下游控制断面平均浓度过程，统计了下游断面平均浓度值出现时间概率及最大浓度峰值，可以看出动态控制排放方式相比等量平均排放方式高浓度出现时间明显缩短，且最大峰值浓度更低，能更有效利用水体的动态稀释能力，并可实现对大流量出现时段过高瞬时浓度峰值合理控制，用以作为液态流出物排放设计的重要依据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的实施例一所述方法的流程图；

图2是本发明的实施例一所述应用实例的核电站下游水库的2012-2014年实际流量过程；

图3是本发明的实施例一所述应用实例的核电站³H动态控制排放量过程；

图4是本发明的实施例一所述应用实例的等量均匀排放(C_1-0)与动态控制排放(C_1-3)下游1km断面平均³H浓度比较。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种内陆核电厂放射性液态流出物动态控制排放方法，流程如图1所示。

本实施例的基本思路是：以设计基准年来水量作为稀释基准水平，将放射性液态流出物排放量与实际环境流量等比分配，并将最大排放量限制在确定的上限值以内进行控制。

本实施例所述方法的步骤如下：

（一）收集信息的步骤：用于收集核电站排放信息和核电站下游水域基本信息，包括：排放水域的历史来流资料包括日均流量、年平均流量、总来水量，实时来流量等资料，下游饮水水质标准控制浓度。获取核电站排放的基本信息，包括：年排放量、有害物体种类、排放污染物浓度等。

（二）稀释基准水平确定的步骤：用于选取典型不利基准年总来水量V₀，根据年放射性液态流出物排放总量M和V₀计算稀释基准浓度c₀：

c₀=M/V₀。

其中典型不利基准年总来水量V₀是指典型代表性枯水年的总来水体积，典型代表性一般按历史多年来流资料进行频率分析，选取特定发生频率的枯水年，例如90%频率年总来水量即是指将历史上每年的来水量按从大大小排频，选取90%发生概率的来水量，以此作为基准年则在90%的年份内来水量会大于该水量，90%的年份总的稀释能力强于基准年。基准浓度是指假定基准年的总来水量来稀释一年的物放射性排放总量所达到的浓度，可以看做是一年的平均稀释水平。基准浓度的作用是作为优化排放的浓度参考水平，应不大于水域水质控制浓度标准。排放优化的目的是在实际发生的年来流过程下，水域断面稀释均匀后的浓度尽可能不超过参考浓度。

收集排放水域不同发生频率的的年总来水量值（或年平均流量值），或者根据历史上发生的年总来水量资料，按从大到小进行排频分析计算得到水量频率曲线；根据选定的典型不利来流频率得到基准年的年总来水量V₀；

获取核电站排放的基本信息，包括：年排放量、排放核素种类等，收集下游饮水水质标准控制浓度，计算其液态总排放量，根据浓度控制标准确定最不易达标的核素类别，并以此为作为控制核素。

根据控制核素的年总排放量为M，按照c₀=M/V₀计算得到基准年来流频率的稀释浓度c₀。

（三）放射性液态流出物排放量与实际环境流量等比分配的步骤：用于获取实时来流量Q，计算放射性液态流出物流量等比实时排放量q：

q= c₀·Q。

q为流量Q发生时的控制核素的设定排放放射性量，即根据实际测到的流量Q，反馈给核电厂排放系统的排放量设定值，随着水文流量Q的变化，电厂排放系统实时调整排放速率，如此实现动态排放控制。

可以将受纳水域的全年的日均流量，作为动态排放分配采用的环境流量Q。按照q=c₀·Q计算放射性液态流出物流量等比实时排放量q。

以日为优化基本时间单位，忽略一日内的流量变化，一年内每日的流量为Q₁，Q₂，……，Q₃₆₅，在第i天（i=1，2，……，365），根据得到的Q_i，计算得到控制核素的放射性排放量为q_i=c₀·Q_i

（四）最大排放量上限控制实施的步骤：用于选取排放量上限值q_max，对实时排放量q进行判定，当q>q_max时，q=q_max，否则q维持原值。

按照液态总排放量，计算可以得到液态流出物中核素年平均排放速率q₀=M/T，M为核素年总放射性排放量，T为1年时长 。按照IAEA（国际原子能机构）安全导则中提出了防止不利环境弥散条件下高于正常水平排放影响的情况，分别视情况将年限值50%确定为季度排放限制水平，年限值20%作为月限制水平，年限值10%作为周限制水平，据此可以得到排放速率的季度平均最大限值为2q₀，月均最大限值为2.4q₀，周均最大限值为5q₀，考虑到洪水过程一般以周为时长单位，同时为了防止流量不均匀造成浓度过高峰，排放量上限设定在月均上限周周均上限值之间，取为q_max=3q₀。

仍以日为优化基本时间单位，忽略一日内的流量变化，一年内每日的实际流量为Q₁，Q₂，。。。，Q₃₆₅，在第i天（i=1，2，……，365），根据实际得到的Q_i，计算得到控制核素的排放放射性量值为q_i=c₀·Q_i；对实时排放量q_i进行判定，当q_i>q_max时，q_i=q_max，否则q_i维持原值。

根据上述计算得到对应于任意时刻环境流量Q的控制核素排放量值q的函数，

q=MAX(c₀·Q，q_max)

按照上述控制核素放射性排放量值q，以及核电站废液中该核素的放射性浓度值，可以计算得到对应时刻的废液排放流量Q_排，由此则建立了废液排放量Q_排与环境来流量Q之间的函数，电厂排放可以设置可变流量泵，并将Q_排与Q的函数作为控制排放泵流量的函数，建立排放控制系统。

在排放口附近断面设置监测流量断面，实际排放时根据实测的流量Q输入到排放控制系统，对排放流量进行实时调整，调整的时间间隔可以以天为单位，也可以根据具体季节变幅设定更长或更短一些的时间间隔。

采用动态排放过程废液的排放量不是按产生量多少按时排放的，因此需要配置一定量的存贮罐进行预存，具体根据废液的产量过程进行测算。

对于年总来流量小于基准年的情况，以及年总来流量虽然大于基准年，但由于年来流极不均匀的情况，可能存在当年废液无法正常排完的情况，此时可以采用计划外排放申请予以解决。

应用实例：

收集数据：案例厂址排放受纳水域90%频率年均流量；2012-2014年上游控制水文站日均流量资料；核电厂的放射性液态流出物中排放量最大且最不易达标的核素³H年液态排放量、排放水域浓度标准限制值。

稀释基准水平确定：

(1)案例核电厂址受纳水库设计基准年选取90%频率年来流过程，年平均流量为41.85m³/s，年总来水量V₀=1.32E+09m³，如图2所示。

(2)以内陆核电厂放射性液态流出物排放中影响最大且最难控制的核素³H作为代表性核素进行水域浓度分析，GB14587-2011中对排放口下游1km处按饮用水水质标准控制浓度，其中³H的浓度限值为100Bq/L。按建设2台AP1000机组，³H年总排放量为7.4E+13Bq，其中以液态形式排放按87.5%计，液态总排放量M=6.48E+13Bq，按照c₀=M/V₀计算得到c₀=49.09Bq/L，如图3所示。

放射性液态流出物排放量与实际环境流量等比分配：

(1)案例核电厂址受纳水库2012-2014年日均流量过程见图2所示，以此作为动态排放分配采用的环境流量Q。

(2)按照q= c₀·Q计算放射性液态流出物流量等比实时排放量q，计算得到的排放过程见图3中所示C_1-1。

最大排放量上限控制实施：

(1)按照液态总排放量M=6.48E+13Bq，计算可以得到液态流出物年平均排放速率q₀=2.05E+06Bq/s。IAEA安全导则中提出了防止不利环境弥散条件下高于正常水平排放影响的情况，作为一种实例，提出了分别视情况将年限值50%确定为季度排放限制水平，年限值20%作为月限制水平，年限值10%作为周限制水平，据此可以得到排放速率的季度平均最大限值为2q₀，月均最大限值为2.4q₀，周均最大限值为5q₀，考虑到洪水过程一般以周为时长单位，同时为了防止流量不均匀造成浓度过高峰，排放量上限设定设定在月均上限周周均上限值之间，取为q_max=3q₀。

(2)对实时排放量q进行判定，当q>3q₀时，q=3q₀。经过调整计算后得到的排放过程见图3中所示C_1-3。图4中给出了设定上限后瞬时排放量(C_1-3)过程与未设上限前瞬时排放量(C_1-1)，以及等量均匀排放过程(C_1-0)的对比，可以看出方案C_1-3与方案C_1-1在中低瞬时排放量时段排放量相同，但在高排放量时段排放量降低，等量均匀排放过程(C_1-0)排放量为恒定值q₀。

可以采用环境流体计算软件（EFDC、Delft3D、Mike21 等）可以计算水域浓度变化过程。本实施例采用EFDC软件进行了计算，得到的排放口下游1km控制断面平均浓度过程见图3所示，表1中统计了下游1km断面平均浓度值出现时间概率及最大浓度峰值，可以看出动态控制排放方式(C_1-3)相比等量平均排放方式(C_1-0)高浓度出现时间明显缩短，且最大峰值浓度更低，能更有效利用水体的动态稀释能力，并可实现对大流量出现时段过高瞬时浓度峰值合理控制，该方法可作为液态流出物排放设计的重要依据。

表1

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如各种公式的运用、步骤的先后顺序等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。