田湾核电站场外事故后果评价系统大气扩散模型及其性能分析

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1、田湾核电站场外事故后果评价系统大气扩散模型及其性能分析姚仁太郝宏伟乔清党胡二邦中国辐射防护研究院太原030006摘要本文概述了田湾核电站场外核事故后果评价系统(Tw州AoCAs)及大气扩散模型链的结构，并应用现场气象观测资料和sF6示踪实验结果对风场预报模式和大气扩散模式的有效性和可靠性进行了计算分析。结果表明，预报事故发生后7-9小时风场的可靠性在60％以上；近场大气扩散模型空问分辨率相对较高，其结果与示踪实验结果吻合较好，如果风场的时问分辨率将会进一步改进模式预测结果的精度．关键词事故后果评价大

2、气扩散有弩芦田湾核电站1概述核电站在发生核事故时释放或可能释放到环境中的放射性物质所造成的后果进行预测和评价。受田湾核电站委托，中国辐射防护研究院开发了一套田湾核电站核事故场外后果评价计算机系统软件(TW-NAOCAS、]。作为核事故后果评价以及应急决策支持和应急响应的工具，系统的可靠性、准确度是很重要的。事实上，对评价结果的准确度起至关重要作用的是事故源项和气象条件。除了源项因素外，在后果评价系统中风场预测、大气扩散是非常重要的环节。在TW-NAOCAS系统的开发过程中，利用历史观测资料验证风场预

3、测模式、利用现场sF6示踪实验结果验证大气扩散模式。本文介绍了TW-NAOCA$结构和大气扩散模型链及其性能分析。结果表明整个系统采用的物理模型和运行设计是有效而可靠的。2系统概况TW-NAOCAS系统设计为一个连接多种模型和数据库的综合系统，用以评价、显示和估计在特定范围内的事故后果。系统软件包括：操作管理子系统(oMS)、气象数据预处理与风场诊断模块、风场预测模块、大气弥散模块、剂量估算与干预措施模块以及数据传输、图形显示模块、数据库管理模块。整个系统的结构设计见图1。OMS用VB语言开发，所有

4、程序模块的相互连接，输入、输出数据管理、传送和交换，计算结果的显示，物理模式运行方式都由OMS控制。OMS是整个系统的核心部分，系统的灵活性由OMS决定，而与其它程序模块的开发无关。由于OMS调用地理信息系统(GIS)ArcView8．1的各COM控件，使得该系统一方面具有GIS功能，另一方面用户可以避开ArcVIew的操作界面(达到操作简便的目的)。数据传输和数据预处理模块主要负责该系统与外部信息接口，包括气象数据获取，将获取的实时数据进行处理并按预定的格式提供给其它模块，同时数据传输模块还将计算

5、结果发布到应急指挥中心局域网服务器，供其它计算机终端访问与查询。数据库管理模块是对环境信息(包括地形、人口分布、土地利用等)、源项数据、气象数据、剂量转换因子、模型参数等数据以及所有物理模型运行结果进行管理。——iii—气象数据预处理与风场诊断模块、风场预测模块、大气扩散模块、剂量估算与干预措施模块涉及事故发生后未来天气情景的预报、大气扩勖沉积计算和辐射剂量计算，对释放的放射性物质在环境中产生的辐射情景进行诊断或预测，对应急干预措施的后果进行分析，计算受应急干预措施影响的区域面积和人数、可避免剂量等

6、。3大气扩散模型图2给出了TW-NAoCAS系统中物理模型链运行流程。下面我们主要介绍涉及大气扩散的有关模型，包括气象数据预处理与风场诊断模块、风场预测模块和大气扩散模块。圈2后果评价物理模型链运行流程——112———3．1气象数据预处理与风场模式气象数据预处理的工作内容与方法是：(1)通过操作管理系统与核电站局域网建立的数据传输方式，获取核电站气象部门提供的实时监测气象数据；(2)经过数据整理和加工，建立诊断风场模式的输入数据文件：(3)NN气象塔提供的不同高度层温度资料以及风场预测模式提供的温度

7、场数据，按照△T—u方法确定大气稳定度类；(4)为大气扩散模块提供输入数据文件。风场模式分为远场模式和近场模式两部分。近场模式计算范围为以核电站为中心20×20kra正方形区域(空间分辨率为500m)。主要计算因云台山等地形产生的地形绕流、越流，阻塞、背风坡尾流等动力作用产生的中尺度环流。远场模式计算范围为以核电站为中心80×80kin正方形区域(空间分辨率为4hn)，主要计算海陆表面温差引起的海陆风环流，即热力作用产生的风场日变化。两部分模式的动力学框架来源于北京大学大气环境模式(PUMA)”J，

8、模式为地形追随坐标系中的准静力方程组。3．2大气扩散模式大气扩散模式采用LagrangiaB烟团模式。考虑到田湾地区的复杂地形，不仅要考虑烟团的迁移轨迹随着局地风场的变化，同时应考虑因复杂地形引起的垂向风切变造成的烟团分裂和层状分割的现象以及因山谷气流或绕流S【起的烟团分裂的现象。西此，在模型中当遇到复杂地形或烟团增长到一定程度时，采用烟团5分裂技术。事故释放期间因干沉积造成的地表总沉积量矸0由下式给出：％=∑∑巧z≯At．式中z∥为i烟团在第W时间段造成的某网格点地