【摘要】：核事故釋放源項(xiàng),是應(yīng)急準(zhǔn)備、應(yīng)急響應(yīng)、核事故定級和事故評價(jià)的基礎(chǔ)。核事故源項(xiàng)反演,是一種利用事故期間輻射環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù),估計(jì)事故釋放源項(xiàng)的方法,在福島核事故后得到廣泛重視。變分核事故源項(xiàng)反演模型(VAR模型)基于變分?jǐn)?shù)據(jù)同化,可有效平衡利用所研究時(shí)空范圍內(nèi)的全部監(jiān)測數(shù)據(jù),對釋放源項(xiàng)的估計(jì)結(jié)果為全局最優(yōu),具有廣泛應(yīng)用前景。然而,該模型受大氣擴(kuò)散模型誤差的影響較大,其源項(xiàng)估計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高。本研究基于縮小擴(kuò)散模型誤差與減小擴(kuò)散模型誤差對源項(xiàng)反演質(zhì)量的影響兩條研究思路,對VAR模型進(jìn)行探索與改進(jìn)�；诘谝粭l思路,本研究以我國核事故后果評價(jià)中的放射性物質(zhì)大氣擴(kuò)散模型RIMPUFF為基礎(chǔ),引入CALMET與SWIFT氣象模型,結(jié)合核電站主控室可居留性評價(jià)大氣彌散因子計(jì)算程序(ARCON96)中的擴(kuò)散參數(shù)修正模型,建立了適用于復(fù)雜地形與近場建筑區(qū)的CALMET/SWIFT-RIMPUFF大氣擴(kuò)散模型。三門核電廠址風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證證明,該模型在核電廠址附近應(yīng)急監(jiān)測范圍內(nèi)具有良好的模擬質(zhì)量。基于第二條思路,本研究提出并建立了含擴(kuò)散模型誤差估計(jì)的變分源項(xiàng)反演模型(DME-VAR模型)和結(jié)合截?cái)嗫傮w最小二乘的變分源項(xiàng)反演模型(TTLS-VAR模型),分別適用于核電廠周邊固定監(jiān)測站連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與全部監(jiān)測數(shù)據(jù)。DME-VAR模型將各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)處的擴(kuò)散模型誤差與釋放源項(xiàng)一同估計(jì),部分消除了擴(kuò)散模型誤差對反演結(jié)果的影響。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證證明,該模型對釋放源項(xiàng)估計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性較VAR模型有明顯提高;通過分析監(jiān)測點(diǎn)處擴(kuò)散模型誤差分布情況,凸顯并去除誤差估計(jì)準(zhǔn)確性差的監(jiān)測點(diǎn),經(jīng)二次反演,可進(jìn)一步改善源項(xiàng)反演的質(zhì)量。TTLS-VAR模型嘗試引入截?cái)嗫傮w最小二乘法,對擴(kuò)散模型算子與監(jiān)測向量進(jìn)行數(shù)學(xué)上的修正,同時(shí)平滑反演問題不適定對釋放源項(xiàng)估計(jì)結(jié)果造成的震蕩。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證證明,其源項(xiàng)估計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確性可能高于VAR模型。本研究基于大中尺度上的空氣濃度監(jiān)測數(shù)據(jù),使用VAR模型與TTLS-VAR模型,對福島核事故~(137)Cs釋放源項(xiàng)進(jìn)行反演。結(jié)果顯示,~(137)Cs釋放總量與IAEA公布結(jié)果相近。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL73
【圖文】：

圖 3.1 CALMET/SWIFT-RIMPUFF 大氣擴(kuò)散模型的計(jì)算流程圖3.2.2 CALMET風(fēng)場診斷模型CALMET[127,128]是 EPA 推薦的加利福利亞煙團(tuán)模型（CALPUFF）所搭配的氣象模型。除質(zhì)量守恒風(fēng)場診斷模塊外，CALMET 中還包括了 3 個(gè)針對復(fù)雜地形的流場處理模塊，分別處理地形的運(yùn)動(dòng)學(xué)效應(yīng)、坡風(fēng)與阻礙效應(yīng)。其中，地形的運(yùn)動(dòng)學(xué)效應(yīng)是通過在隨地風(fēng)場上疊加一個(gè)垂直風(fēng)速來表現(xiàn)的。該垂直風(fēng)速由地形與一些氣象參數(shù)決定[129]。坡風(fēng)則是通過一種基于射流參數(shù)化的經(jīng)驗(yàn)方法估計(jì)的[130]。阻礙效應(yīng)與每個(gè)網(wǎng)格的局地弗勞德數(shù)相關(guān)[131]，但該模塊只對風(fēng)向進(jìn)行調(diào)整。Cox 等曾用 Dipole Pride 26 場地實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對CALMET 在中尺度上風(fēng)場計(jì)算的有效性進(jìn)行驗(yàn)證[132]。在這之后，CALMET還被用在芝加哥地區(qū)典型湖風(fēng)研究[133]與香港大嶼山地區(qū)潛在風(fēng)能研究[134]等案例中。在 CALMET 中，坐標(biāo)系統(tǒng)為隨地坐標(biāo)，每個(gè)時(shí)間步上的風(fēng)場計(jì)算可以分為兩個(gè)主要步驟。第一步的目標(biāo)是生成網(wǎng)格風(fēng)場，包括 3 個(gè)子步驟，分別

與環(huán)境風(fēng)速的比值與核電廠實(shí)際情況相等，來滿足擴(kuò)散相似條件。由核電機(jī)組煙氣出口速度 10.2 m/s，可以計(jì)算得到風(fēng)洞中示蹤氣體排氣速率為 0.811m/s。邊界條件相似包括氣流總體邊界與固壁邊界等邊界條件的相似性。在本實(shí)驗(yàn)中，使流動(dòng)為湍流，固壁邊界上滿足式(3-34)，實(shí)現(xiàn)雷諾數(shù)自準(zhǔn)，來滿足邊界條件相等。* 02.5 z (3-34)其中，* 為表面摩擦速度，0z 為表面粗糙長度， 為空氣運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。3.3.1.2 基本設(shè)備與方法該實(shí)驗(yàn)是在中國輻射防護(hù)研究院的大氣邊界層風(fēng)洞中進(jìn)行的。該風(fēng)洞全長 36 m，實(shí)驗(yàn)段長寬高分別為 17 m、1.5 m 和 1 m，實(shí)驗(yàn)風(fēng)速允許范圍為 0.2~9m/s。實(shí)驗(yàn)中的風(fēng)速剖面與湍流分布由實(shí)驗(yàn)段入口處的速度車實(shí)現(xiàn)。圖 3.2為該風(fēng)洞的設(shè)備示意圖。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2740709