核電廠流出物水體擴散

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核電廠釋放的液態(tài)放射性流出物在受納水體中的輸運與擴散。核電廠常規(guī)排放到環(huán)境中的液態(tài)流出物包括冷卻水、實驗室廢水、地板沖洗水以及經廢液處理系統(tǒng)凈化后的廢水等，其放射性濃度屬于或小于放射性液體廢物分級中的低放廢液。

中文名稱

核電廠流出物水體擴散

英文名稱

diffusion in water body of effluent from nuclear power plant

定　　義

核電廠產生的液態(tài)放射性物質經過凈化處理并在符合國家規(guī)定的條件下通過槽(罐)排入接納水體進行輸運與擴散的過程。

應用學科

電力（一級學科），核電（二級學科）

按流出物進入受納水體后各階段稀釋混合的特點，可以分成近場混合和遠場混合。近場混合的效果決定于排放器的結構和位置(表面式或浸沒式)、流出物動能(射流作用)、流出物和受納水體的溫度和密度、水體的深淺、橫向流強弱等因素。近場范圍的典型值為10~100倍排放特征尺度(排放特征尺度定義為排放截面面積的平方根)。迅速強烈的射流混合，可在近場邊界達到一兩個數(shù)量級的稀釋度。對于不同排放器設計及不同水體條件，已有相應的經驗公式或圖表用于估計近場混合范圍和稀釋度。在各種水體中，遠場核素遷移方程大同小異，基本方程為對流-擴散方程：

=div(DgradC)-div(CV)-λt s

式中C為t時刻空間某處一種核素在水中的濃度，D為彌散系數(shù)，V為流速，λ為核素衰變常數(shù)。方程右邊第一、二項分別表示水動彌散作用和對流作用引起的核素遷移；s表示源匯項，描述了除核素衰變外各種機制引起的核素在水中濃度的變化率，包括吸附和解析、沉淀和溶解等。

對河流而言，不同條件下的對流-擴散方程的解析解能給出滿足需要的結果。對大湖、河口和海灣則應采用數(shù)值計算求解流場方程和核素遷移方程。在各種受納水體的核素遷移計算中，彌散系數(shù)是一個主要參數(shù)，現(xiàn)在已經有許多經驗公式用于從流場參數(shù)確定彌散系數(shù)。但在缺乏必要的資料，或者具體條件不符合經驗公式的適用條件時，則應該采用現(xiàn)場實測流場參數(shù)，并進行示蹤實驗，確定彌散系數(shù)。

核電廠冷卻水排放會使受納水體溫度升高，導致水中化學反應和生化反應速度加快，溶解氧減少，影響魚類生存和繁殖。水溫還會使氰化物和重金屬離子等毒物的毒性增加。中國國家標準GB3097-82《海水水質標準》規(guī)定:廢熱水進入水體經混合后，導致中心水域溫度升高不得大于當?shù)禺敃r水溫4℃。除可采用數(shù)學模型計算溫升外，在排放口附近流場和邊界條件復雜時可采用物理模型實驗確定溫升范圍。

核電廠液態(tài)流出物進入地下水的可能途徑是污染了的地表水滲入地下水，或污染淺層土壤后入滲到地下水。在正常工況下，核電廠液態(tài)流出物污染地下水的可能性極低，僅在選址時加以考慮。在堆芯熔化事故中，釋放的核素在地下水中遷移受非飽和帶厚度和性質、降水入滲速度、含水層厚度、地下水流速、核素化學形態(tài)及多種環(huán)境因素影響。地質介質對核素的吸附作用，用滯留因子表示，其定義為地下水實際流速與核素遷移速度之比。不同介質、不同核素及不同環(huán)境條件，滯留因子值相差甚大。

流出物在不同水體中擴散有不同的特點。

在寬淺的天然河流中，垂向迅速達到均勻混合。在恒定排放率條件下計算時可忽略縱向彌散，集中計算在橫斷面均勻混合前過渡段內的橫向彌散。過渡段距離取決于河流寬深比、曲率、比降、糙度及排放口位置。岸邊排放時，過渡段為河寬20~40倍；河中心排放時，過渡段為岸邊排放過渡段的1/4。事故排放時河流中核素濃度計算要依據(jù)釋放率隨時間變化，考慮對流輸運和橫向縱向兩個方向的彌散。

湖泊中核素遷移受入湖水和出湖水流量、湖水中垂直溫度分布以及呈現(xiàn)周期變換方向的沿岸流的影響。由于湖泊水交換緩慢，核素長期停留在湖內，沉積作用顯著。如果存在長壽命核素，并且和懸浮物沉積物具有強的親和力，那么在懸浮粒子濃度高時，沉積作用則應著力研究。平衡條件下，核素在固相上濃度與液相中濃度之比稱為分配系數(shù)。分配系數(shù)隨核素種類、化學形態(tài)以及水體性質的變化，相差很大。

核素在河口和海灣中遷移的特點是受潮汐影響，河口流量劇烈變化，咸淡水相匯，加強了紊流混合作用。另一方面，潮汐對河水的頂托，延長了核素在河口段的停留時間。河口離子濃度變化使吸附和解析、沉淀和溶解作用變得復雜。海灣水的平均滯留時間、潮型、沿岸流、鹽度和風向影響著核素在海灣中遷移。在大海灣和遠岸海域，紊流彌散系數(shù)與湍渦尺度的4/3次方成比例，隨時間不斷增加。