本發(fā)明屬于輻射防護(hù)與環(huán)境保護(hù)以及輻射環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種基于地下水?dāng)?shù)值模擬的放射性監(jiān)測井布設(shè)方法。

背景技術(shù)：

核電廠事故工況或者某些事件下，如廢液儲(chǔ)罐破裂疊加廠房密封性破壞、地下廢液輸送管溝破裂等，釋放的放射性廢液可能進(jìn)入廠址下方的地下水中。由于地下水具有隱蔽性，產(chǎn)生的影響不易被察覺，有可能成為放射性污染的潛在途徑。為盡可能降低環(huán)境影響的風(fēng)險(xiǎn)，有必要針對正常運(yùn)行、事件及事故工況，對放射性核素經(jīng)由地下水途徑產(chǎn)生的影響進(jìn)行監(jiān)測，從而為環(huán)境評價(jià)和核電廠管理提供依據(jù)。

目前，國內(nèi)核電廠對地下水中的放射性核素監(jiān)測尚處于起步階段，主要包括建設(shè)初期探測水位時(shí)設(shè)立的部分水井以及圍繞著核島區(qū)域的一些勘探井，這些監(jiān)測井位置要么過于分散，要么過于集中，消耗成本較高，而且未考慮到核電廠正常運(yùn)行及事故后核素遷移的可能路徑，缺少較好的理論分析和計(jì)算方法，因此無法高效地完成核電廠地下水放射性監(jiān)測任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對核電廠地下水放射性監(jiān)測的需要，本發(fā)明提供一種基于地下水?dāng)?shù)值模擬方法的放射性監(jiān)測井的布設(shè)方法，通過利用數(shù)值模擬得到的核電廠地下水流場分布情況獲得放射性核素從核電廠釋放后通過地下水可能的遷移途徑，繼而為正常運(yùn)行、事件及事故工況下地下水放射性監(jiān)測提供依據(jù)。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于地下水?dāng)?shù)值模擬的放射性監(jiān)測井布設(shè)方法，用于核電廠的放射性監(jiān)測井的布置，包括如下步驟：

步驟(s1)，確定所述核電廠的廠區(qū)、核島、以及包含所述廠區(qū)、核島的模擬區(qū)域的位置及面積；

勘察測量所述模擬區(qū)域的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)；

步驟(s2)，利用達(dá)西定律和質(zhì)量守恒定律構(gòu)建數(shù)值模擬偏微分方程組，使用有限差分法進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，得到所述模擬區(qū)域的數(shù)值模擬地下水流場的分布情況；

步驟(s3)，以所述模擬區(qū)域的地下水的實(shí)測水位、實(shí)測等水位分布和實(shí)測水均衡量為依據(jù)，對所述數(shù)值模擬地下水流場的模擬水位、模擬等水位分布和模擬水均衡量進(jìn)行校準(zhǔn)；

步驟(s4)，通過調(diào)整所述數(shù)值模擬計(jì)算中的所述水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，多次重復(fù)所述步驟(s2)、步驟(s3)，使所述模擬水位與所述實(shí)測水位保持一致、使所述模擬等水位分布與所述實(shí)測等水位分布保持一致、使所述模擬水均衡量與所述實(shí)測水均衡量保持一致，從而得到所述模擬區(qū)域的數(shù)值模擬地下水流場的分布圖；

步驟(s5)，根據(jù)所述數(shù)值模擬地下水流場的分布圖確定水力梯度方向，選擇水力梯度大的所述水力梯度方向作為放射性核素通過地下水的可能遷移路徑；所述水力梯度方向?yàn)榈人坏奶荻确较颍?/p>

步驟(s6)，確定所述核島的放射性核素釋放源項(xiàng)，選擇與所述放射性核素釋放源項(xiàng)所對應(yīng)的所述可能遷移路徑作為監(jiān)測遷移路徑，在所述監(jiān)測遷移路徑與所述廠區(qū)、核島、模擬區(qū)域的關(guān)鍵位置的交匯處布設(shè)地下水放射性監(jiān)測井。

進(jìn)一步，

在步驟(s1)中，所述水文地質(zhì)數(shù)據(jù)包括降雨補(bǔ)給量，以及巖土的孔隙度、密度、滲透系數(shù)。

進(jìn)一步，

在步驟(s3)中，

所述實(shí)測水位是所述模擬區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的觀測井的實(shí)測水位值；

所述實(shí)測等水位分布是所述核電廠前期已有的簡易地下水水位分布圖中的等水位分布；

所述實(shí)測水均衡量包括，所述模擬區(qū)域內(nèi)的不同區(qū)域的實(shí)測補(bǔ)給量和實(shí)測排泄量，所述實(shí)測補(bǔ)給量、實(shí)測排泄量根據(jù)所述模擬區(qū)域的所述水文地質(zhì)數(shù)據(jù)計(jì)算得到；

所述模擬水位是所述數(shù)值模擬地下水流場中相對于現(xiàn)有的所述監(jiān)測井的位置的模擬水位值；

所述模擬水均衡量包括，所述數(shù)值模擬地下水流場的不同區(qū)域的模擬補(bǔ)給量和模擬排泄量。

更進(jìn)一步，

所述校準(zhǔn)包括：

保證所述模擬水位與所述實(shí)測水位最終達(dá)到保持一致的結(jié)果；

保證所述模擬等水位分布與所述實(shí)測等水位分布最終達(dá)到保持一致的結(jié)果；

保證所述模擬補(bǔ)給量與所述實(shí)測補(bǔ)給量最終達(dá)到保持一致的結(jié)果；

保證所述模擬排泄量與所述實(shí)測排泄量最終達(dá)到保持一致的結(jié)果。

進(jìn)一步，

在步驟(s6)中，所述關(guān)鍵位置包括：核島外墻面、廠址邊坡、廠外地表水體。

進(jìn)一步，

在步驟(s2)中，使用有限元法代替所述有限差分法進(jìn)行模擬計(jì)算，得到所述模擬區(qū)域的數(shù)值模擬地下水流場的分布情況。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明所提出的布設(shè)方法可以用于各種核電廠地下水放射性監(jiān)測井布設(shè)方案的確定，彌補(bǔ)目前核電廠監(jiān)測布井方案中的缺陷，能夠有針對性對核素通過地下水的可能遷移路徑設(shè)置地下水放射性監(jiān)測井，避免了傳統(tǒng)做法在監(jiān)測井布設(shè)上的盲目性，降低了消耗成本，可高效完成核電廠地下水放射性的監(jiān)測任務(wù)。本發(fā)明所提出的布設(shè)方法具有合理性、科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性，有利于核電廠尤其是將來內(nèi)陸核電廠地下水放射性監(jiān)測方案的實(shí)施和地下水環(huán)境影響評價(jià)工作的開展。

附圖說明

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式中所述的一種基于地下水?dāng)?shù)值模擬的放射性監(jiān)測井布設(shè)方法的實(shí)施流程圖；

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式中所述的數(shù)值模擬地下水流場的分布圖；

圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例中針對核島區(qū)域放射性釋放源項(xiàng)進(jìn)行的地下水放射性監(jiān)測井布設(shè)示意圖；

圖中：1-廠區(qū)，2-核島，3-模擬區(qū)域，4-核島外墻面，5-廠址邊坡，6-河流沿岸，7-地下水放射性監(jiān)測井，8-監(jiān)測遷移路徑。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

本發(fā)明提供的一種基于地下水?dāng)?shù)值模擬的放射性監(jiān)測井布設(shè)方法，用于核電廠的放射性監(jiān)測井的布置，包括如下步驟(實(shí)施流程圖見圖1)：

步驟s1，確定核電廠的廠區(qū)1、核島2、以及包含廠區(qū)1、核島2的模擬區(qū)域3的位置及面積；

勘察測量模擬區(qū)域3的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)；水文地質(zhì)數(shù)據(jù)包括降雨補(bǔ)給量，以及巖土的孔隙度、密度、滲透系數(shù)。

步驟s2，利用達(dá)西定律和質(zhì)量守恒定律構(gòu)建數(shù)值模擬偏微分方程組，使用有限差分法進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，得到模擬區(qū)域3的數(shù)值模擬地下水流場的分布情況；

在步驟s2中，還能夠使用有限元法代替有限差分法進(jìn)行模擬計(jì)算，得到模擬區(qū)域3的數(shù)值模擬地下水流場的分布情況。而選擇哪種數(shù)值計(jì)算方法則應(yīng)根據(jù)核電廠址的復(fù)雜程度及對計(jì)算精度的要求等。

步驟s3，以模擬區(qū)域3的地下水的實(shí)測水位、實(shí)測等水位分布和實(shí)測水均衡量為依據(jù)，對數(shù)值模擬地下水流場的模擬水位、模擬等水位分布和模擬水均衡量進(jìn)行校準(zhǔn)；

實(shí)測水位是模擬區(qū)域3內(nèi)現(xiàn)有的觀測井的實(shí)測水位值；

實(shí)測等水位分布是核電廠前期已有的簡易地下水水位分布圖中的等水位分布；

實(shí)測水均衡量包括，模擬區(qū)域3內(nèi)的不同區(qū)域的實(shí)測補(bǔ)給量和實(shí)測排泄量，實(shí)測補(bǔ)給量、實(shí)測排泄量根據(jù)模擬區(qū)域3的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)計(jì)算得到；

模擬水位是數(shù)值模擬地下水流場中相對于現(xiàn)有的監(jiān)測井的位置的模擬水位值；

模擬水均衡量包括，數(shù)值模擬地下水流場的不同區(qū)域的模擬補(bǔ)給量和模擬排泄量；

校準(zhǔn)包括：

保證模擬水位與實(shí)測水位最終達(dá)到保持一致的結(jié)果；

保證模擬等水位分布與實(shí)測等水位分布最終達(dá)到保持一致的結(jié)果；

保證模擬補(bǔ)給量與實(shí)測補(bǔ)給量最終達(dá)到保持一致的結(jié)果；

保證模擬排泄量與實(shí)測排泄量最終達(dá)到保持一致的結(jié)果。

步驟s4，通過調(diào)整數(shù)值模擬計(jì)算中的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，多次重復(fù)步驟s2、步驟s3，使模擬水位與實(shí)測水位保持一致、使模擬等水位分布與實(shí)測等水位分布保持一致、使模擬水均衡量與實(shí)測水均衡量保持一致，從而得到模擬區(qū)域3的數(shù)值模擬地下水流場的分布圖。

步驟s5，根據(jù)數(shù)值模擬地下水流場的分布圖確定水力梯度方向，選擇水力梯度大的水力梯度方向作為放射性核素通過地下水的可能遷移路徑；水力梯度方向?yàn)榈人坏奶荻确较?。水力梯度值越大，說明更利于地下水流動(dòng)，以此作為放射性核素遷移的可能路徑。

步驟s6，確定核島2的放射性核素釋放源項(xiàng)，選擇與放射性核素釋放源項(xiàng)所對應(yīng)的可能遷移路徑作為監(jiān)測遷移路徑8，在監(jiān)測遷移路徑8與廠區(qū)1、核島2、模擬區(qū)域3的關(guān)鍵位置的交匯處布設(shè)地下水放射性監(jiān)測井7。

關(guān)鍵位置包括：核島外墻面4、廠址邊坡5、廠外地表水體；地下水放射性監(jiān)測井7的布設(shè)數(shù)量視具體地形情況和監(jiān)管要求而定。

此步驟中，不同的核電廠地下水的放射性釋放源項(xiàng)，對應(yīng)的遷移路徑可能不同，因此應(yīng)針對具體的放射性釋放源項(xiàng)確定放射性監(jiān)測井的布設(shè)。

實(shí)施例

最后舉例說明本發(fā)明所提供的基于地下水?dāng)?shù)值模擬的放射性監(jiān)測井布設(shè)方法在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用。

如圖3所示，以某核電廠的核島2區(qū)域可能發(fā)生的事故泄漏為例，按照本發(fā)明的步驟所進(jìn)行的相關(guān)計(jì)算和假設(shè)如下：

第一步，根據(jù)該核電廠水文地質(zhì)勘察量數(shù)據(jù)，獲得降雨補(bǔ)給量以及巖土孔隙度、密度、滲透系數(shù)、降雨入滲量等參數(shù)，并確定該核電廠址中需要進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算的模擬范圍3約為6km²,其中核電廠的廠區(qū)1約為1.5km²，核島2的區(qū)域位于廠區(qū)1內(nèi)西側(cè)靠近山體的區(qū)域，整體水位西高東低，

第二步，進(jìn)行核電廠地下水?dāng)?shù)值模擬計(jì)算。利用達(dá)西定律和質(zhì)量守恒定律，構(gòu)建數(shù)值模擬偏微分方程組，選擇有限差分的方法進(jìn)行模擬計(jì)算。

第三步，水位和水均衡量的校準(zhǔn)。利用該模擬區(qū)域3內(nèi)現(xiàn)有的25個(gè)觀測井中的實(shí)測水位值和該區(qū)域前期測繪的簡易地下水水位分布圖作為模擬水位、模擬等水位分布校準(zhǔn)的依據(jù)，利用該模擬區(qū)域水文地質(zhì)普查數(shù)據(jù)計(jì)算的補(bǔ)給量和排泄量作為水均衡量的校準(zhǔn)依據(jù)。

第四步，通過調(diào)整(第二步中)數(shù)值模擬計(jì)算中的相應(yīng)的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，重復(fù)第二步、第三步計(jì)算，使模擬水位與實(shí)測水位保持一致、使模擬等水位分布與實(shí)測等水位分布保持一致、使模擬水均衡量與實(shí)測水均衡量保持一致，最終獲得的該核電廠的數(shù)值模擬地下水流場的分布圖，如圖2所示。調(diào)整水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的過程應(yīng)根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算的結(jié)果以及輸入?yún)?shù)調(diào)整所致結(jié)果的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)調(diào)整改變數(shù)值模擬計(jì)算中的輸入?yún)?shù)，如通過適當(dāng)調(diào)整增加滲透系數(shù)，可以增加數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果中的下游水位，減少上游水位；適當(dāng)調(diào)整滲透系數(shù)和降雨入滲量等參數(shù)，可以改變數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果中的水均衡量。以上調(diào)整數(shù)據(jù)和模擬計(jì)算過程需要重復(fù)進(jìn)行，直到獲得最優(yōu)的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果。

第五步，給出可能的核素遷移路徑。針對核島2區(qū)域的放射性釋放源項(xiàng)，以及可能的放射性核素事故泄漏情況，分析從核島2區(qū)域流出的地下水的水力梯度方向，選擇最大的水力梯度作為釋放核素最可能的遷移路徑(即圖3中的監(jiān)測遷移路徑8)。

第六步，確定地下水放射性監(jiān)測井7的布設(shè)位置(地下水放射性監(jiān)測井布設(shè)示意圖見圖3。)。利用第五步得到的遷移路徑(即圖3中的監(jiān)測遷移路徑8)，選擇其與核島外墻面4、廠址邊坡5、廠外的河流沿岸6等關(guān)鍵位置交匯處布設(shè)放射性觀測井，其中核島東側(cè)布設(shè)3個(gè)，南側(cè)布設(shè)2個(gè)，廠區(qū)東側(cè)邊坡處布設(shè)1個(gè)，廠區(qū)南側(cè)邊坡處布設(shè)1個(gè)，北部河流沿岸布設(shè)1個(gè)，南側(cè)河流沿岸布設(shè)1個(gè)。

本發(fā)明所述的方法并不限于具體實(shí)施方式中所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出其他的實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新范圍。