安全评价中不确定性分析参数的选取方法、安全评价方法

摘要

本发明提供一种放射性废物处置安全评价中不确定性分析参数的选取方法，包括：根据确定性模型的输出结果获取放射性废物处置过程中各关键位置的关键时间节点；从确定性模型的第一参数集合中获取所述各关键位置的关键时间节点处的主要影响参数，以形成第二参数集合；统计第二参数集合中各参数在所有的关键位置出现的频次，并根据预设的参数筛选标准，从所述第二参数集合中选取出第三参数集合。进一步地，还提供一种安全评价方法。该选取方法可提高不确定性分析参数的选取客观性、准确性和代表性，并能够减少所开展不确定性分析的参数数量。

说明书

技术领域

本发明涉及核工业领域，具体涉及一种放射性废物处置安全评价中不确定性分析参数的选取方法及安全评价方法。

背景技术

近地表放射性废物处置为一个复杂的系统，为保证近地表放射性废物安全处置需开展安全评价，评价周期通常几百至数十万年。长时间序列下受自然环境的演变及科学技术发展水平的限制，安全评价存在诸多的不确定性，其中参数不确定性占重要地位，安全评价过程涉及几十至数百个参数，随着评价系统复杂性及详细程度的增加而增加，可能会达数千个参数。

而现有近地表放射性废物安全评价技术在处理不确定性时多采用保守假设的方法，保守假设有时会表现为一种与实际严重不符的情景，不便于沟通和理解。故对近地表放射性废物安全评价进行参数不确定性分析，现有技术多对“相关参数”赋予概率密度函数，从而进行不确定性计算。“相关参数”选取的好坏将直接影响不确定性分析结果，参数选取不足，会给出错误的引导，影响近地表处置设施安全评价的可信程度；参数选取过多，往往会造成计算量过大，同时稀释重点参数的影响。

目前，近地表放射性废物处置安全评价中不确定性参数的选取方法有：一种方法是通过主观选取“相关参数”，但这种方法过于主观，受不同的评价者影响较大；另一种方法是通过释放后对公众产生的剂量进行灵敏度分析，但在长时间的评价周期内参数的灵敏度随时间动态变化，某些参数在评价初期灵敏，而评价后期不灵敏，不便于确定用于不确定性分析的参数，且不便于理解整个近地表放射性废物处置系统的不确定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足，提供一种放射性废物处置安全评价中不确定性分析参数的选取方法及安全评价方法。通过该选取方法得到的参数具有客观性、准确性和代表性，并能够减少后续开展不确定性分析的参数的数量。

本发明提供一种放射性废物处置安全评价中不确定性分析参数的选取方法，包括：根据确定性模型的输出结果获取放射性废物处置过程中各关键位置的关键时间节点，输出结果包括各核素的释放率/浓度与时间的对应关系；从确定性模型的第一参数集合中获取各关键位置的关键时间节点处具有主要影响的参数，以形成第二参数集合，其中，第一参数集合包括多个待进行不确定分析的输入参数；统计第二参数集合中各参数在所有的关键位置出现的频次，并根据预设的参数筛选标准，从所述第二参数集合中选取出第三参数集合，以作为放射性废物处置安全评价中的不确定性分析参数。

优选地，所述从确定性模型的第一参数集合中获取各关键位置的关键时间节点处具有主要影响的参数，以形成第二参数集合，具体是：采用局部灵敏度分析方法从确定性模型的第一参数集合中选取出各关键位置的关键时间节点处具有主要影响的参数，以形成第二参数集合。

优选地，所述采用局部灵敏度分析方法从确定性模型的第一参数集合中选取出各关键位置的关键时间节点处具有主要影响的参数，以形成第二参数集合，具体包括：逐次分别对确定性模型所输入的第一参数集合中的各参数进行数值调整，数值调整的范围小于第一比例与参数的初始数值的乘积；获取数值调整后确定性模型在各关键位置的关键时间节点处的输出结果；根据输出结果与数值调整的参数的相关系数，选取出局部灵敏度指数绝对值大于第一阈值的参数，将之确定为关键位置的关键时间节点处具有主要影响的参数，以形成第二参数集合。

优选地，所述统计第二参数集合中各参数在所有的关键位置出现的频次，并根据预设的参数筛选标准，从所述第二参数集合中选取出第三参数集合，具体包括：根据第二参数集合中各参数在各关键位置的关键时间节点处的局部灵敏度指数的绝对值大于第一阈值时参数出现的频次，统计各参数分别在各关键位置出现的频次；对统计的各参数的频次分别求和，得到各参数在所有的关键位置出现的累计频次；根据预设的参数筛选标准和累计频次，从所述第二参数集合中选取出第三参数集合，其中，预设的参数筛选标准包括放射性废物处置过程中各关键位置分别与关键时间节点、释出的核素数量、选取标准之间的对应关系，选取标准包括累计频次大于或等于第二比例与释出的核素数量之和的乘积。

优选地，所述根据确定性模型的输出结果获取放射性废物处置过程中各关键位置的关键时间节点，具体包括：根据安全评价的确定性模型的输出结果，统计放射性废物处置过程中各关键位置的各核素的释放率/浓度的峰值对应的时间节点，其中，关键位置包括处置单元/库底部释放界面、核素由非饱和带进入饱和带界面、地下水出露点；将释放率/浓度的峰值对应的时间节点确定为各关键位置的关键时间节点，其中，关键时间节点包括处置单元/库底部释放界面的所有核素的总释放率峰值对应的时间节点，核素由非饱和带进入饱和带界面处的释放核素峰值对应的时间节点，地下水出露点处核素浓度峰值对应的时间节点。

进一步地，本发明还提供一种安全评价方法，包括：根据如上所述的放射性废物处置安全评价中不确定性分析参数的选取方法得到第三参数集合；对第三参数集合中各参数分别赋予相应的概率密度函数，且对第一参数集合中不与第三参数集合中的参数重叠的各参数分别赋予相应的定值；将各概率密度函数和各定值输入安全评价模型进行不确定性分析计算，得到放射性废物处置过程中对人类的照射剂量的分布区间；根据所述分布区间计算受污染对象接收到的照射剂量，以得到对所述受污染对象的安全评价。

本发明的放射性废物处置安全评价中不确定性分析参数的选取方法及安全评价方法，通过获取关键位置及其关键时间节点，以及获取各关键时间节点处具有主要影响的参数，进一步根据主要影响的参数在各关键位置出现的频次筛选出后续进行不确定性分析的参数集合。通过以上选取方法得到的参数集合，能减少安全评价中进行不确定性分析的参数的数量，从而减少不确定性分析的计算量；且客观准确地筛选出在关键位置的关键时间节点处具有代表性影响的参数，从而保证所选取的参数具有客观性、准确性和代表性。

附图说明

图1a：为本发明实施例提供的一种近地表放射性废物处置安全评价核素迁移路径及关键位置示意图(处置单元/库顶板高于地表)；

图1b：为本发明实施例提供的一种近地表放射性废物处置安全评价核素迁移路径及关键位置示意图(处置单元/库顶板高于地表，底板低于地表)；

图1c：为本发明实施例提供的一种近地表放射性废物处置安全评价核素迁移路径及关键位置示意图(处置单元/库顶板低于地表)；

图2：为本发明实施例提供的一种放射性废物处置安全评价中不确定性分析参数的选取方法的流程图；

图3：为本发明实施例提供的某处置单元/库底部(第一关键位置)7种核素释放率曲线；

图4：为本发明实施例提供的非饱和带与饱和带界面(第二关键位置)核素释放率曲线；

图5：为本发明实施例提供的地下水出露点(第三关键位置)释出核素浓度曲线；

图6：为本发明实施例提供的第一关键位置的关键时间节点t

图7：为本发明实施例提供的第二关键位置的关键时间节点t

图8：为本发明实施例提供的第三关键位置的关键时间节点t

图中：1-放射性废物处置单元/库，包括但不限于建于地表的图1a及浅埋在地下的图1b放射性废物处置设施；2-处置单元/库底部释放界面；3-核素由非饱和带进入饱和带界面；4-打井饮水、灌溉；5-地下水出露点，包括但不限于泉、河渠等；6-地表；7-地下水水位；8-非饱和带；9-饱和带，包括但不限于潜水和承压水；10-地下水底板，包括但不限于弱透水层、下部的其他含水层结构；11-地下水流向；12-核素迁移路径示意。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

以某近地表处置设施处置单元/库的安全评价不确定性分析的参数选取为例。假设处置单元/库中含有7种核素(分别标注核素1-7)，处置单元/库位于地表6(如图1a所示)或处置单元/库顶板位于地表6以上，处置单元/库底板位于地表6以下(如图1b所示)或处置单元/库位于地表6以下(如图1c所示)，释放核素经由处置单元1→处置单元/库底部释放界面2→非饱和带8→核素由非饱和带进入饱和带界面3→饱和带9→随地下水流向11及核素迁移路径示意12到地下水出露点5释出。其中，地下水水位7与地下水出露点5处于同一水平面，地下水底板10位于饱和带9之下，打井饮水4也可以有核素释出。本实施例中以16个待进行不确定性分析的参数(即确定性模型的输入为16个参数)进行详细说明。

如图2所示，本实施例提供一种放射性废物处置安全评价中不确定性分析参数的选取方法，包括：

步骤101，根据确定性模型的输出结果获取放射性废物处置过程中各关键位置的关键时间节点，输出结果包括各核素的释放率/浓度与时间的对应关系。

可选地，步骤101具体包括步骤1011-步骤1012：

步骤1011，根据安全评价的确定性模型的输出结果，统计放射性废物处置过程中各关键位置的各核素的释放率/浓度的峰值对应的时间节点，其中，关键位置包括处置单元/库底部释放界面、核素由非饱和带进入饱和带界面、地下水出露点。

步骤1012，将释放率/浓度的峰值对应的时间节点确定为各关键位置的关键时间节点，其中，关键时间节点包括处置单元/库底部释放界面的所有核素的总释放率峰值对应的时间节点，核素由非饱和带进入饱和带界面处的释放核素峰值对应的时间节点，地下水出露点处核素浓度峰值对应的时间节点。

本实施例中，确定性模型的输入为参数(例如16个待进行不确定性分析的参数)，输出为随着时间推移产生的核素的释放率/浓度(例如图3-图5所示)、对人类产生的照射剂量。需要说明的是，确定性模型中输入的参数为一组具有初始数值(或定值)的参数。本实施例中的参数包括密度(涉及密度的物质包括放射性废物桶、水泥砂浆、混凝土单元墙、地质圈的岩土体)、孔隙度、放射性废物的初始活度、混凝土有效扩散系数、混凝土中核素分配系数、混凝土屏障厚度、地质圈的迁移距离、地下水流速、人类食用受照射的鱼类质量或人类饮用受核素污染的水体的体积、处置单元(可理解为存放放射性废物的水泥房子)的体积等，通常放射性废物处置安全评价中确定性模型中输入的参数的数量众多。

为减少后续进行不确定性分析的参数的数量且避免过多的参数会稀释重点的参数对评价结果的影响，故获取关键位置的关键时间节点，以便于后续处理过程中获取上述关键时间节点处的主要影响参数，以提高选取参数的准确性、代表性。本实施例中的关键位置包括第一关键位置：处置单元/库底部释放界面2；第二关键位置：核素由非饱和带进入饱和带界面3；第三关键位置：地下水出露点5或打井饮水4。本实施例中的关键时间节点包括第一关键位置的关键时间节点t

例如，向确定性模型中输入16个参数的初始数值，并开展确定性模型计算，获取各关键位置释放率/浓度的“峰值”对应的时间节点。如图3所示，为7种核素在第一关键位置(处置单元/库底部)的释放率及总释放率(各核素释放率的总和)。如表1所示，统计各核素释放率峰值及峰值出现时间，得到第一关键位置的关键时间节点t

表1处置单元/库底部核素释放率峰值及出现时间

如图4所示，为核素在第二关键位置(非饱和带进入饱和带)的释放率，因非饱和带的吸附阻滞作用，使大部分核素被吸附，如核素1、4、6、7均被吸附，对于释放率小于10

表2非饱和带核素释放率峰值及出现时间

如图5所示，为核素在第三关键位置(地下水出露点)的浓度峰值及其出现时间。统计核素的浓度峰值及出现时间如表3所示，得到第三关键位置的关键时间节点t

表3地下水出露点中核素浓度及浓度峰值出现时间

步骤102，从确定性模型的第一参数集合中获取各关键位置的关键时间节点处具有主要影响的参数，以形成第二参数集合，其中，第一参数集合包括多个待进行不确定分析的输入参数。

可选地，通过灵敏度分析方法或其他数学分析方法从第一参数集合中获取第二参数集合，其中，第二参数集合中的参数数量少于第一参数集合中的参数数量。灵敏度分析方法包括局部灵敏度分析和全局灵敏度分析，本实施例中优选采用局部灵敏度分析方法从确定性模型的第一参数集合中选取出各关键位置的关键时间节点处具有主要影响的参数，以形成第二参数集合。

可选地，采用局部灵敏度分析方法从第一参数集合中选取出第二参数集合，具体包括步骤1021-步骤1023：

步骤1021，逐次分别对确定性模型所输入的第一参数集合中的各参数进行数值调整，数值调整的范围小于第一比例(如±5％)与参数的初始数值的乘积。

步骤1022，获取数值调整后确定性模型在各关键位置的关键时间节点处的输出结果。

步骤1023，根据输出结果与数值调整的参数的相关系数，选取出局部灵敏度指数绝对值大于第一阈值的参数，将之确定为关键位置的关键时间节点处具有主要影响的参数，以形成第二参数集合。

本实施例中，由于长时间的评价周期内参数的灵敏度具有随时间动态变化的特性，且避免所获取的某些参数在评价初期灵敏，而评价后期不灵敏的情况而最终影响不确定性分析的准确性，故通过局部灵敏度分析方法筛选出对确定性模型的输出结果影响较大的参数，即对确定性模型中所有待分析的不确定性参数(如16个参数)的取值分别进行±5％变化(例如：参数A在确定性模型中初始数值为10，则单次参数变化时分别取值为5和15)，进行确定性模型计算，获取该参数单次变化时各关键位置的关键时间节点处对应的输出结果。需要说明的是，单次计算仅改变单一参数，其他参数保持确定性模型中的初始数值。具体地，对确定性模型的16个输入参数按数值调整范围(±5％*初始数值)分别进行数值调整后，获取数值调整后确定性模型在各关键位置的关键时间节点处(即第一关键位置的第172年、第二关键位置的第443、1720、221年、第三关键位置的第802、4238、274年)的输出结果。根据各时间节点处的输出结果与数值调整的参数的相关系数，选取出局部灵敏度参数绝对值大于第一阈值(如0.001)的参数，并将之确定为关键时间节点处具有主要影响的参数，其中，局部灵敏度参数正负表示正相关与负相关。经过确定性模型计算分析得到，第一关键位置的t

步骤103，统计第二参数集合中各参数在所有的关键位置出现的频次，并根据预设的参数筛选标准，从所述第二参数集合中选取出第三参数集合，以作为放射性废物处置安全评价中的不确定性分析参数。

本实施例中，由于经过步骤102得到的第二参数集合中参数的数量较多，需进一步从第二参数集合中获取准确性和代表性的参数集合，以作为放射性废物处置安全评价中的不确定性分析参数。其中，预设的参数筛选标准可便于进一步地选取更具代表性和准确性的参数。预设的参数筛选标准包括放射性废物处置过程中各关键位置分别与关键时间节点、释出的核素数量、选取标准之间的对应关系。选取标准包括累计频次大于或等于第二比例与释出的核素数量之和的乘积。具体地，如表4所示，包含三个关键位置的核素选取方法、关键时间节点选取方法、参考指标计算方法、选取标准及累计频次。用户可根据实际需要选取相应的参数选取方法，此表可辅助完成近地表放射性废物处置安全评价不确定性分析参数选取。

表4参数筛选标准参照表

可选地，步骤103具体包括步骤1031-步骤1033：

步骤1031，根据第二参数集合中各参数在各关键位置的关键时间节点处的局部灵敏度指数的绝对值大于第一阈值(如0.001)时参数出现的频次，统计各参数分别在各关键位置出现的频次。

步骤1032，对统计的各参数的频次分别求和，得到各参数在所有的关键位置出现的累计频次。

步骤1033，根据预设的参数筛选标准和累计频次，从所述第二参数集合中选取出第三参数集合。

本实施例中，对各关键位置的关键时间节点处具有主要影响的参数进行汇总统计。统计各参数在不同关键位置及关键时间节点处作为主要影响参数出现的频次。根据图6、图7、图8中所示，统计出各参数出现频次如表5所示。根据本实施例提出的筛选标准参照表(表4)中的累计频次的选取标准进行参数选取。即第一关键位置选取了7种核素N1＝7，第二关键位置选取了3种核素N2＝3，第三关键位置选取了3种核素N3＝3，总累计频次指标N4＝N1+N2+N3。30％×N4＝30％×13＝3.9次，由表5统计结果得到累计频次大于3.9次的参数有：参数1、2、3、4、5、8。此6个参数为本实施例选取出用于不确定性分析的参数(即第三参数集合)。将用于不确定性分析的参数由15个减少为6个，同时通过累计频次给出不确定性分析的重点参数排序，参数1、2、3的参数频次远高于其他参数，在使用中应受到安全评价人员的重点关注。由于给出了不确定性分析的重点参数排序，方便放射性废物处置设施安全评价工作人员使用开展相关工作。

表5重要影响参数频次表

注：-表示局部灵敏度指数绝对值小于0.001需要说明的是，预设的参数筛选标准(如表4)中对于各关键位置具有相应的选取标准(如参数频次≥50％N1)，该选取标准可用于验证通过累计频次进行筛选后的结果是否正确或者通过累计频次进行筛选后推导出前期在各关键位置如何协助选取参数。换言之，当某参数在所有的关键位置作为主要影响的参数的出现频次均超过第三比例(如50％)与关键位置处释放的核素数量的乘积，则说明该参数需要被选取出来作为后续的不确定性分析的参数。

本实施例的放射性废物处置安全评价中不确定性分析参数的选取方法，通过在关键位置的关键时间节点处选取出具有主要影响的参数，以保证所筛选的参数在重要时刻具有敏感性。进一步地，在局部灵敏度分析结果的基础上根据预设的参数筛选标准获得第三参数集合，以作为放射性废物处置安全评价中的不确定性分析参数，以使得到的参数为对安全影响产生重要作用的参数，且数量合理。该方法可提高选取参数的客观性、准确性和代表性，能够减少所开展不确定性分析的参数数量，该参数筛选标准可帮助用户进行参数选取。

实施例2：

本实施例提供一种安全评价方法，包括：

步骤201，根据实施例1所述的放射性废物处置安全评价中不确定分析参数的选取方法得到第三参数集合。

步骤202，对第三参数集合中各参数分别赋予相应的概率密度函数，且对第一参数集合中不与第三参数集合中的参数重叠的各参数分别赋予相应的定值。

步骤203，将各概率密度函数和各定值输入安全评价模型进行不确定性分析计算，得到放射性废物处置过程中对人类的照射剂量的分布区间。

步骤204，根据所述分布区间计算受污染对象接收到的照射剂量，以得到对所述受污染对象的安全评价。

通过基于实施例1选取出的参数进行不确定性分析的安全评价，获取不确定性参数在所有可能性的情况下，确定安全评价结果的可信程度，即知悉哪种结果的可能性最大。此外，还可用于判断确定性模型评价的结果是否可行。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。