基于高斯修正模型的放射性气体扩散浓度预测.doc

基于高斯修正模型的放射性气体扩散浓度预测 摘 要 本文是以日本福岛核电站遭遇自然灾害发生核泄漏的背景而提出的。 问题一，放射性物质的泄漏是连续不断的。根据泄漏放射性物质质量守恒定律和气体泄漏连续性原理建立了微积分方程，应用了高等数学中散度、梯度、流量等数学概念，通过Guass公式四维二阶偏微分方程得到了核电站周边不同距离地区、不同时段放射性物质浓度的预测模型。同时为使模型适用范围更广，引入了地面反射系数，考虑了由于放射性物质从泄漏口喷出时具有初动量而使其泄漏源有效高度被抬高等因素，进而得到了在无风环境中适用范围更广的高斯修正模型。 问题二，要探究风速对放射性物质浓度分布的影响。运用概率学知识，通过图解和数学推导得出连续点源放射性物质高斯扩散模型。依次考虑了重力沉积雨水沉积核衰变等因素对浓度分布的影响。并通过构建耗减因子衰变因子等方法将耗减和衰变的放射性物质投影到泄漏源浓度中得到了经多次合理修正后的优化高斯模型并据此分析了泄漏源周边地区放射性物质的浓度变化。 三，考虑风速和放射性物质扩散速度在空间中的矢量运算。在对上风口分析时，要分类讨论风速和自然扩散速度之间的大小关系，当风速小于自然扩散速度时，放射性物质是无法到达上风口的。 对于，参阅整理大量气象、地理、新闻资料，选择我国东海岸典型地域---山东半岛作为研究对象，综合考虑对应海域平均风速及风向、地理距离、海水对放射性物质扩散的部分反射系数等因素，并通过C++编程模拟计算，预测出放射性核物质将经过6.5天到达我国东海岸，且131I浓度值为：0.100与实际情况比较吻合。 关键词：放射性气体 扩散 浓度变化 高斯修正模型 预测 1 问题的提出 由于重大的突发性核泄漏紧急灾害事件具有爆发性、空间分布不连续性、对周边地形和气象条件的敏感性的特点，研究核事故所释放的物质的时空分布需要高度精确的技术。有一座核电站遇自然灾害发生泄漏，浓度为的放射性气体以匀速排出，速度为，在无风的情况下，匀速在大气中向四周扩散，速度为。 建立一个描述核电站周边不同距离地区、不同时段放射性物质浓度的预测模型研究核污染模式。 当风速为时，给出核电站周边放射性物质浓度的变化情况核电站。 当风速为时，上风和下风公里处放射性物质浓度的预测模型。 将建立的模型应用于福岛核电站的泄漏，计算出福岛核电站的泄漏对我国东海岸的影响为我们的核应急决策提供技术支持。 2 问题的分析以m/s的速度，匀速在大气中向四周扩散。在此条件下，探求一个模型来对核电站周边不同距离地区、不同时段放射性物质浓度进行预测。我们要明确此问题研究的核扩散是点源连续泄露的扩散问题。虽然只是要求考虑在无风情况下放射性物质浓度分布，但为了使模型更贴切实际，需考虑地面反射、泄漏源有效高度等因素对浓度分布的影响。 根据“泄露放射性物质质量守恒定律”和“气体泄漏连续性原理”进行分析，发现要得出核电站周边不同距离地区、不同时段放射性物质浓度的预测模型，最后对于该方程进行分析求解。 对于问题二，为了探究风速对发生核泄漏的核电站周边放射性物质浓度分布的影响，运用概率学知识，通过图解和数学推导得出“连续点源放射性物质高斯扩散模型”。应在“连续点源放射性物质高斯扩散模型”的基础上经多次合理修正后得到更好的“优化高斯模型”。 对于问题三，该问题要求建立泄漏源上风口和下风口处放射性物质浓度的预测模型，在参考第二问的基础上，主要考虑风速和放射性物质扩散速度在空间中的矢量运算。在对上风口分析时，要分类讨论风速和自然扩散速度之间的大小关系，当风速小于自然扩散速度时，放射性物质是无法到达上风口的。 对于问题四，应参考大量气象、地理、新闻资料，选择我国东海岸典型地域---山东半岛，作为研究对象，综合考虑对应海域平均风速及风向、地理距离、海水对放射性物质扩散的部分反射系数等因素，预测出放射性核物质与实际情况比较。 3 模型的假设 4 符号说明.1符号说明 说明 放射性气体的传播速度 风速 泄漏点距有效地面的高度 任意扩散时刻 空间任意一点的放射性物质浓度 空间任意一点的放射性物质扩散系数 空间域 空间域其体积 一规则的球面 在内通过的流量 内放射性物质的增量 说明 从泄漏源泄漏的放射性物质的总量 附加高度 核泄漏出口处的温度 环境温度 设地面反射系数 源强， 分别为用浓度标准差表示的轴上的扩散参数 沉降速度 地面干沉积率 冲洗系数 放射性核素的半衰期.2名词解释 烟羽又称烟云smoke cloud)、烟流（smoke plume)从烟囱中连续排放到大气中的烟气流。由于烟羽各部分的运动速度不同，因而其外形也千变万化。不同的烟羽形状表示污染物浓度的空间分布不同。它与大气流、大气稳定度、地形地物、排放参数等有密切的关系。5 模型的建立和求解 5.1