一种核设施短期释放情形下大气弥散预测评价方法

摘要

本发明涉及一种核设施短期释放情形下大气弥散预测评价方法，通过计算全年逐时的大气弥散因子、干湿沉积因子，进一步计算关键居民组在考虑的短期释放时长下所受剂量，将各种气象条件序列下关键居民组所受剂量按照数值大小升序排列，每个剂量值对应一个百分位值，根据保守性考虑，选择某一百分位所对应的剂量作为关键居民组本次短期释放所受剂量的合理预测值，该百分位所对应的气象序列可作为评价本次短期释放的代表性天气条件。该方法能够更加合理保守地评价核设施短期释放的辐射影响，能够广泛地应用于不同释放时段的单一短期释放的辐射影响评价，从而对全年连续均匀排放的核设施运行状态下气载流出物的辐射影响评价方法进行合理的补充和完善。

说明书

技术领域

本发明属于辐射环境影响评价技术领域，具体涉及一种核设施短期释放情形下大气弥散预测评价方法。

背景技术

在评价核设施运行状态下排放的气液态流出物的辐射环境影响时，通常会假设排放过程是在全年均匀且连续发生的。然而在实际运行状态下的放射性核素排放不一定是均匀连续的，短期内较大量的排放是可能的，如停堆或例行维修操作时的集中扫气、废气衰变箱罐的集中排放、设施某些工艺过程的排放波动以及某些状态下的操作失误等造成的短期排放升高等。短期排放的辐射影响如采用均匀连续排放的假设进行评价，其评估结果与实际影响相比可能存在不保守的情况。因此，核设施在运行状态下气载流出物向大气环境的短期排放是需要考虑短期排放辐射影响的主要场景。

我国的法规标准中对运行状态下的短期排放辐射影响评价没有做出要求，通常只考虑全年均匀连续排放假设下的辐射影响，将关键居民组通过各途径接受的辐射剂量与剂量约束值进行比较，检验是否满足法规标准的要求。GB6249-2011中对核动力厂规定了0.25mSv/a的剂量约束值，各反应堆或有关子项(如配套的环保设施等)采用分配的方式，由审管部门批准执行对应的剂量约束值。排放量方面，GB6249-2011的6.6条规定：“核动力厂的年排放总量应按季度和月控制，每个季度的排放总量不应超过所批准的年排放总量的二分之一，每个月的排放总量不应超过所批准的年排放总量的五分之一。若超过，则必须迅速查明原因，采取有效措施。”尽管对排放量做了限定，短期排放作为运行状态下存在的一种可能出现的排放方式，我国目前尚未在法规标准或导则上对其评价模式或剂量验收准则进行明确，所以在核设施运行状态辐射影响评价中尚未开展短期排放相关内容的评价工作。

由于正常运行短期排放相当于对长期均匀连续排放源项的一种修正，故正常运行短期排放的辐射影响评价是对正常运行连续排放辐射影响评价的补充，相当于关键居民组辐射剂量不确定性的补充评价。同时，对于某些核设施而言，短期排放的评价可能更为关键。

国外开展正常运行短期排放辐射影响评价工作的国家也较少。英国环保署在其NRPB-W54号报告中给出了一种短期大气释放的剂量评价方法，但其考虑的短期释放时间较短(30分钟和12小时)，评价过程中所采用的一些假定过于保守，如假设风直接吹向关键居民组，所有食物均来自关键居民组所处位置等，通过找出一套单一的气象条件能够使得对于大多数放射性核素关键居民组剂量(主要考虑食入和吸入途径)在剂量分布的上半部。上述假定对于短期释放的剂量评价过于保守，对于持续若干小时的短期释放，释放和烟羽扩散期间的风向变化需要考虑，且对于关键居民组，在辐射影响评价前，通常已经获得了其食物来源、食谱和生活习性的调查数据，在进行短期释放关键居民组剂量评价时，应借鉴正常运行的辐射影响评价经验，在尽量现实合理的基础上，给予一定的保守性考虑。

核设施在正常运行中，由于常规运行维护或运行的某些特征，可能存在放射性核素向大气的短期加强释放。对于运行状态下的连续释放，可以假定释放可发生在某一厂址的各种气象条件下。对于一年或更多年内大量的短期释放，由于可能发生在不同的气象条件(如风向风速条件)下，采用全年连续释放正常评价的平均假设是适宜的。然而对于单一短期释放，一方面其发生的时间通常并不确定，另一方面其扩散的烟羽所经历的气象条件是有限的，这会导致预测的空气浓度与采用平均气象条件的预测结果显著不同，短期释放所致剂量可能会高于或低于连续释放剂量，因而有必要对其进行针对性的评价。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑短期释放期间气象条件变化、关键居民组食物来源、食谱和生活习性的核设施短期释放情形下大气弥散预测评价的方法，从而对目前所采用的基于全年连续均匀排放假定的核设施运行状态下气载流出物的辐射影响评价方法进行合理的补充和完善。

本发明的技术方案如下：一种核设施短期释放情形下大气弥散预测评价方法，包括如下步骤：

(1)给出核设施短期释放的情景假设，包括释放方式、释放时长、释放核素种类、活度；

(2)根据释放方式和厂址的环境特征，选择可输入逐时气象数据的大气扩散模式(如ADMS、AERMOD、CALPUFF等)，根据厂址的逐时气象数据计算全年逐时网格大气弥散因子和干湿沉积因子；

(3)根据释放时长，计算全年X小时滑动平均的网格大气弥散因子和干湿沉积因子，得到若干气象序列对应的网格滑动平均值，其中X可设为释放时长；

(4)利用面积平均方法，将滑动平均的网格大气弥散因子和干湿沉积因子转化为扇区平均的大气弥散因子和干湿沉积因子；

(5)根据释放核素种类、活度，以及若干气象序列下的扇区平均的大气弥散因子和干湿沉积因子，采用模拟核素在环境中迁移的模型，计算食物中的核素浓度，并结合关键居民组的食物来源、食物消费量、生活习性调查数据，采用辐射剂量评价模型，计算短期排放通过食入内照射、吸入内照射、烟羽浸没外照射和地面沉积外照射途径对关键居民组的剂量；

(6)对关键居民组受照剂量按照数值大小升序排列，绘制剂量-百分位图，取一偏保守百分位值对应的剂量作为关键居民组的短期释放受照剂量，对应的气象序列作为典型气象条件。

进一步，如上所述的核设施短期释放情形下大气弥散预测评价方法，步骤(1)中所述的释放方式包括地面排放或高架排放、点源释放或面源释放，对于点源释放应给出释放高度、出口速度、出口内径等排放源的基本参数，对于面源释放应给出释放高度、面源各个节点的位置坐标。

进一步，如上所述的核设施短期释放情形下大气弥散预测评价方法，步骤(2)中所述的厂址的逐时气象数据包括厂址实测或代表性气象站的全年逐时(M小时，M＝8760)气象数据，计算网格的选取应综合考虑关键居民组距排放源的距离和计算耗时来确定。

进一步，如上所述的核设施短期释放情形下大气弥散预测评价方法，步骤(3)中共得到(M-X+1)种气象序列对应的网格滑动平均值。

进一步，如上所述的核设施短期释放情形下大气弥散预测评价方法，步骤(4)中扇区的划分可根据核设施辐射影响评价范围，与核设施正常运行辐射影响评价的扇区划分保持一致。

进一步，如上所述的核设施短期释放情形下大气弥散预测评价方法，步骤(6)中对(M-X+1)种气象序列对应的(M-X+1)组关键居民组受照剂量按照数值大小升序排列。

进一步，如上所述的核设施短期释放情形下大气弥散预测评价方法，步骤(6)中所述百分位值取70％。

本发明的有益效果如下：本发明给出的核设施短期释放情形下大气弥散预测评价方法通过计算全年滑动平均的扇区平均大气弥散因子和干湿沉积因子，进一步计算关键居民组在考虑的短期释放情景下通过各种受照途径的剂量，将全年各种气象条件序列下关键居民组所受剂量升序排列，选取某一保守百分位值所对应的剂量作为短期释放对关键居民组辐射影响的合理估计值，对应的气象序列作为该短期释放的典型气象条件。本方法能够更加合理保守地评价核设施短期释放的辐射影响，能够广泛地应用于不同释放时段(几小时至几天)的单一短期释放的辐射影响评价，填补了目前在核设施短期释放辐射影响评价方面的空白，也能为评估核设施正常运行对关键居民组辐射剂量的不确定性提供支持。

附图说明

图1为本发明具体实施例提供的一种核设施短期释放情形下大气弥散预测评价方法流程图；

图2为本发明具体实施例中网格值与扇区平均值转化示意图，图中扇区对应的径向距离分别为1、2、3、5、10km，方位为16个风向方位角；

图3为本发明具体实施例中关键居民组剂量-百分位示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明通过计算全年逐时的大气弥散因子、干湿沉积因子，进一步计算关键居民组在考虑的短期释放时长下所受剂量，将各种气象条件序列下关键居民组所受剂量按照数值大小升序排列，每个剂量值对应一个百分位值，根据保守性考虑，选择某一百分位所对应的剂量作为关键居民组本次短期释放所受剂量的合理预测值，该百分位所对应的气象序列可作为评价本次短期释放的代表性天气条件。

如图1所示，本实施例所提供的一种核设施短期释放情形下大气弥散预测评价方法，包括如下步骤：

(1)首先给出某核设施某次短期释放的情景假定，包括可能的释放方式(点源释放或面源释放)、释放时长、释放核素种类和活度等。如为点源释放，还应给出可能的释放高度、出口速度、出口内径等排放源的基本参数，如为无组织面源释放，应给出释放高度、面源各个节点的位置坐标。为了简化计算，假定在短期释放持续时间内，释放率是恒定不变的。

(2)根据释放方式和厂址的地形地貌等环境特征，选择适宜的大气扩散模式，若关键居民组与释放源之间的地形平坦，可选择ADMS、AERMOD等高斯烟流模式，对于复杂地形可选择CALPUFF等能反映气象场时空变化的高斯烟团模式，大气扩散模式应能接受逐时气象输入，即不能选择以联合频率作为输入的大气扩散模式。根据所选择的大气扩散模式的气象输入要求，输入厂址实测或代表性气象站的全年逐时(8760小时)气象数据，计算全年逐时网格大气弥散因子和干湿沉积因子。计算网格的选取应综合考虑关键居民组距排放源的距离和计算耗时，若关键居民组距离排放源较近(如2km范围内)，计算网格可设置较密(50m或100m网格)，若关键居民组距离排放源较远(大于2km)，计算网格可设置较粗(200m或更粗)。

(3)根据释放时长，计算全年X小时(X可设为释放时长)滑动平均的网格大气弥散因子和干湿沉积因子。例如，假定释放时长约为24小时，输入的气象数据为2018年1月1日0:00至2018年12月31日23:00，共8760个小时，对8760小时的逐时网格大气弥散因子和干湿沉积因子做24小时滑动平均，即：第一组滑动平均时段为2018年1月1日0:00至2018年1月2日0:00，第二组滑动平均时段为2018年1月1日1:00至2018年1月2日1:00，以此类推，最后一组滑动平均时段为2018年12月30日23:00至2018年12月31日23:00，共得到(8760-24+1＝8737)组24小时滑动平均的大气弥散因子和干湿沉积因子。

(4)对步骤(3)中得到的8737组24小时滑动平均的网格大气弥散因子和干湿沉积因子，利用公知的面积加权平均的方法，转化为扇区平均值。其中，扇区的划分可根据核设施辐射影响评价范围，与正常运行辐射影响评价的扇区划分保持一致。如图2给出了厂址半径10公里范围内扇区与网格的对应关系，扇区对应的径向距离分别为1、2、3、5、10km，方位为16个风向方位角。对每个扇区中的网格浓度相加除以该扇区中的网格数，得到该扇区的平均浓度。从而得到8737组扇区平均的24小时平均大气弥散因子和干湿沉积因子。

(5)根据释放核素种类、活度，和8737组扇区平均的24小时平均大气弥散因子和干湿沉积因子，采用模拟核素在环境中迁移的模型，类似长期连续排放的模型，但部分参数需做出针对性调整，如假设短期排放发生在庄稼的最快生长期，土壤中核素向农作物转移的时间假设为农作物生长时间，土壤地面沉积的核素随时间发生衰减，衰减时间取1年，居留因子和生活习性与一年中这段时间一致(如夏季更高的居留因子)，分别计算每组大气弥散因子和干湿沉积因子(即每组气象条件)对应的空气中、各类农产品中、饲料作物中、奶、肉等动物产品中的放射性核素浓度。

进一步结合关键居民组的食物来源、食物消费量、生活习性等调查数据，采用公知的辐射剂量评价模型，计算短期排放通过食入内照射、吸入内照射、烟羽浸没外照射和地面沉积外照射等途径对关键居民组的剂量。其中，短期释放烟羽浸没外照射、吸入内照射途径的剂量计算方法与长期释放的方法一致，地面沉积外照射、食入内照射途径需要考虑核素在地面沉积后随时间发生的衰减作用，衰减时间取短期释放发生后的第一年。

(6)根据步骤(5)计算的8737组关键居民组的受照剂量，将其按照数值大小升序排列，计算每个剂量值对应的百分位数，如排位第m位的剂量值，对应的百分位为

对于本领域技术人员而言，显然本发明方法不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明方法。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明方法的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明方法内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。