本发明涉及放射性核素大气环境影响评价技术领域，具体涉及一种放射性核素事故大气扩散轨迹集合预测计算方法。该方法通过计算风场驱动数据集合，不同稳定度下扩散参数集合，不同核素源项数据集合，并结合排放方式驱动大气扩散计算模式得到地面排放或高架排放时不同放射性核素浓度集合，并给出不同和全部放射性核素浓度集合的特征值；利用插值方法对不同放射性核素浓度及全部放射性核素浓度进行空间插值得到放射性核素不同释放时间的大气扩散轨迹空间分布集合预测图。该计算方法科学合理，适用性强，是放射性核素环境影响评价的重要技术手段，在放射性核素大气环境影响评价技术领域具有重要意义。
1.一种事故时放射性核素大气扩散轨迹集合预测计算方法，包括以下步骤：计算风场驱动数据集合Ew；
计算不同稳定度下扩散参数集合Edy,j和Edz,j；
计算不同核素源项数据集合Es,nuclide和衰变损耗因子fnuclide；
根据风场驱动集合数据、扩散参数集合数据、源项集合数据和排放方式驱动大气扩散模式计算得到地面排放时不同距离x处不同放射性核素浓度集合Ecg,nuclide(x)或者高架排放时不同距离x处不同放射性核素浓度集合Ece,nuclide(x)；
计算特定厂址事故时不同距离x处全部放射性核素浓度集合Ec(x)，计算公式为：Ec(x)＝∑Ec,nuclide(x)
利用插值公式对不同放射性核素浓度及全部放射性核素浓度进行空间插值，计算公式为：其中wi为权重因子；
绘制放射性核素不同释放时间的大气扩散轨迹空间分布图。
2.如权利要求1所述的一种事故时放射性核素大气扩散轨迹集合预测计算方法，其特征在于：步骤(1)中，计算风场驱动数据集合Ew的方式为：Ew＝RANDOM(FREQ(YEAR))
其中，FREQ(YEAR)为不同年份的风速、风向和大气稳定度三维联合频率表，RANDOM为随机取样函数，取样次数为5000次。
3.如权利要求1所述的一种事故时放射性核素大气扩散轨迹集合预测计算方法，其特征在于：步骤(2)中，计算扩散参数集合Edy,j和Edz,j的方式为：Edy,j＝RANDOM(δy,j)
其中，δy,j为某一稳定度下特定厂址水平扩散参数，δz,j为某一稳定度下特定厂址垂直扩散参数。
4.如权利要求1所述的一种事故时放射性核素大气扩散轨迹集合预测计算方法，其特征在于：步骤(3)中，计算源项数据集合Es,nuclide和衰变损耗因子fnuclide的方式为：Es,nuclide＝RANDOM(Qnuclide)其中λnuclide为某核素的衰变常数，t为事故持续时间。
5.如权利要求1所述的一种事故时放射性核素大气扩散轨迹集合预测计算方法，其特征在于：步骤(4)中排放方式的计算方式为：其中，Dg是地面排放方式，De是高架排放方式,hp为排放点高度，hs为附近建筑物高度。
6.如权利要求1所述的一种事故时放射性核素大气扩散轨迹集合预测计算方法，其特征在于：步骤(5)中地面排放时不同距离x处不同放射性核素浓度集合的计算方式为：根据风场驱动集合数据、扩散参数集合数据和源项集合数据驱动大气扩散模式计算得到地面排放时不同距离x处不同放射性核素浓度集合Ecg,nuclide(x)，并给出放射性核素浓度集合的平均值 和离差σcg,nuclide，计算公式为；
Ecg,nuclide(x)＝Es,nuclide×fnuclide×(Ewij×(π×Edy,j(x)×Edz,j(x))+0.5×A)-1其中，x为距离,A表示建筑物最小横截面积,i为风速类别，j为大气稳定度类型，N为随机取样次数，预设为5000次。
7.如权利要求1所述的一种事故时放射性核素大气扩散轨迹集合预测计算方法，其特征在于：步骤(5)中高架排放时不同距离x处不同放射性核素浓度集合的计算方式为：根据风场驱动集合数据、扩散参数集合数据和源项集合数据驱动大气扩散模式计算得到高架排放时不同距离x处不同放射性核素浓度集合Ece,nuclide(x)，并给出放射性核素浓度集合的平均值 和离差σce,nuclide，计算公式为：其中，x为距离,he为有效排放高度，N为随机取样次数，预设为5000次；
一种事故时放射性核素大气扩散轨迹集合预测计算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及放射性核素大气环境影响评价技术领域，具体涉及一种放射性核素事故大气扩散轨迹集合预测计算方法。
背景技术
[0002] 核电厂发生事故时会有大量放射性物质通过大气扩散迁移到环境，鉴于辐射防护和环境保护需要，必须对核电厂事故工况下可能释放的排出物浓度进行评价。核电厂环境影响评价方法中提供了一种计算核电厂释放的放射性物质弥散到大气环境区域的方法。
[0003] 然而，现有的事故时放射性核素大气扩散计算方法存在如下问题，一方面计算时采用的风场数据是风速、风向和大气稳定度一年的平均三维联合频率；其次计算时采用的扩散参数未反映特定厂址特征；另一方面只计算限制区边界和低人口密度边界处的大气弥散因子，而没有对其他距离处的大气弥散因子进行计算。现有的事故时放射性核素大气扩散计算方法不能够准确的反映出放射性核素事故时大气扩散特征。事故时放射性核素大气扩散特征是核电厂环境影响评价重点关注的问题，而现有技术还没有一种好的计算事故时放射性核素大气扩散轨迹的方法。
发明内容
[0004] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种放射性核素事故大气扩散轨迹集合预测计算方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006] 一种事故时放射性核素大气扩散轨迹集合预测计算方法，包括以下步骤：
[0007] (1)计算风场驱动数据集合Ew；
[0008] (2)计算不同稳定度下扩散参数集合Edy，j和Edz，j；
[0009] (3)计算不同核素源项数据集合Es，nuclide和衰变损耗因子fnuclide；
[0010] (4)根据厂址特征确定排放方式Dg或者De；
[0011] (5)根据风场驱动集合数据、扩散参数集合数据、源项集合数据和排放方式驱动大气扩散模式计算得到地面排放时不同距离x处不同放射性核素浓度集合Ecg，nuclide(x)或者高架排放时不同距离x处不同放射性核素浓度集合Ece，nuclide(x)，并给出不同放射性核素浓度集合的平均值 和离差σc，nuclide；
[0012] (6)计算特定厂址事故时不同距离x处全部放射性核素浓度集合Ec(x)，计算公式为：
[0013] Ec(x)＝∑Ec，nuclide(x)
[0014] (7)利用插值公式对不同放射性核素浓度及全部放射性核素浓度进行空间插值，计算公式为：
[0015]
[0016] 其中wi为权重因子；
[0017] (8)绘制放射性核素不同释放时间的大气扩散轨迹空间分布图。
[0018] 进一步，如上所述的一种放射性核素事故大气扩散轨迹集合预测计算方法，步骤(1)中计算风场驱动数据集合Ew的方式为：
[0019] Ew＝RANDOM(FREQ(YEAR))
[0020] 其中，FREQ(YEAR)为不同年份的风速、风向和大气稳定度三维联合频率表，RANDOM为随机取样函数，取样次数为5000次。
[0021] 进一步，如上所述的一种放射性核素事故大气扩散轨迹集合预测计算方法，步骤(2)中计算扩散参数集合Edy，j和Edz，j的方式为：
[0022] Edy，j＝RANDOM(δy，j)
[0023] Edz，j＝RANDOM(δz，j)
[0024] 其中，δy，j为某一稳定度下特定厂址水平扩散参数，δz，j为某一稳定度下特定厂址垂直扩散参数，
[0025] 进一步，如上所述的一种放射性核素事故大气扩散轨迹集合预测计算方法，步骤(3)中计算源项数据集合Es，nuclide和衰变损耗因子fnuclide的方式为：
[0026] Es，nuclide＝RANDOM(Qnuclide)
[0027]
[0028] 其中λnuclide为某核素的衰变常数，t为事故持续时间。
[0029] 进一步，如上所述的一种放射性核素事故大气扩散轨迹集合预测计算方法，步骤(4)中排放方式的计算方式为：
[0030]
[0031]
[0032] 其中，Dg是地面排放方式，De是高架排放方式,hp为排放点高度，hs为附近建筑物高度。
[0033] 进一步，如上所述的一种放射性核素事故大气扩散轨迹集合预测计算方法，步骤(5)中不同放射性核素浓度集合的计算方式为：
[0034] 根据风场驱动集合数据、扩散参数集合数据和源项集合数据驱动大气扩散模式计算得到地面排放时不同距离x处不同放射性核素浓度集合Ecg，nuclide(x)，并给出放射性核素浓度集合的平均值 和离差σcg,nuclide，计算公式为；
[0035] Ecg,nuclide(x)＝Es,nuclide×fnuclide×(Ewij×(π×Edy,j(x)×Edz,j(x))+0.5×A)-1[0036]
[0037]
[0038] 其中，x为距离,A表示建筑物最小横截面积,i为风速类别，j为大气稳定度类型，N为随机取样次数，预设为5000次。
[0039] 根据风场驱动集合数据、扩散参数集合数据和源项集合数据驱动大气扩散模式计算得到高架排放时不同距离x处不同放射性核素浓度集合Ece，nuclide(x)，并给出放射性核素浓度集合的平均值 和离差σce,nuclide，计算公式为：
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 其中，x为距离,he为有效排放高度。
[0044] he＝hs-ht
[0045] 其中，hs为高架排放高度，ht为地形高度。
[0046] 进一步，如上所述的一种放射性核素事故大气扩散轨迹集合预测计算方法，步骤(7)中权重因子的计算方式为：
[0047]
[0048] 其中是di离散点到插值点的距离，s为离散点的总数。
[0049] 本发明的有益效果在于：本发明所述的计算方法利用风场驱动集合数据、扩散参数集合数据和源项集合数据计算出事故时放射性核素大气扩散轨迹集合。该计算方法科学合理，适用性强，是放射性核素环境影响评价的重要技术手段，在放射性核素大气环境影响评价技术领域具有重要意义。
附图说明
[0050] 图1为本发明具体实施方式中一种放射性核素事故大气扩散轨迹集合预测计算方法的流程图。
具体实施方式
[0051] 下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
[0052] 图1给出了本发明具体实施方式中一种放射性核素事故大气扩散轨迹集合预测计算方法的流程图，该方法主要包括以下步骤：
[0053] (1)计算风场驱动数据集合Ew；
[0054] 此步骤中所述的风场驱动数据集合Ew，本实施方式中首先需对历史气象数据进行统计分析得到每年的风速风向稳定度的三维联合频率表，然后通过随机取样函数对风速风向稳定度的三维联合频率表进行随机采样至少5000次获得风场驱动数据集合。另外，在得到风场驱动数据集合后，利用统计分析方法对风场驱动数据集合的分布特征进行分析以保证风场驱动数据集合满足随机分布的特征，并给出风场驱动数据集合的平均值和离差。
[0055] (2)计算不同稳定度下扩散参数集合Edy,j和Edz,j；
[0056] 此步骤中所述的不同稳定度下扩散参数集合Edy,j和Edz,j，本实施方式中需根据特定厂址大气示踪试验获取的不同大气稳定度条件下水平扩散参数δy,j和垂直扩散参数δz,j在其取值范围内进行随机取样至少5000次获得不同稳定度下扩散参数集合。另外，在得到不同稳定度下扩散参数集合后，利用统计分析方法对不同稳定度下扩散参数集合的分布特征进行分析以保证扩散参数集合满足随机分布的特征，并给出不同稳定度下扩散参数集合的平均值和离差。
[0057] (3)计算不同核素源项数据集合Es,nuclide和衰变损耗因子fnuclide；
[0058] 此步骤所述的不同核素源项数据集合Es,nuclide，本实施方式中需先对不同核素放射性活度浓度增加或者减少10％得到不同核素放射性活度浓度的取值范围，在其取值范围内进行随机取样至少5000次获取不同核素源项数据集合。另外，在得到不同核素源项数据集合后，利用统计分析方法对不同核素源项数据集合的分布特征进行分析以保证不同核素源项数据集合满足随机分布的特征，并给出不同核素源项数据集合的平均值和离差。根据不同核素衰变特征计算不同核素衰变损耗因子。
[0059] (4)根据厂址特征确定排放方式Dg或者De；
[0060] 此步骤中所述的排放方式Dg或者De，本实施方式中需根据排放点的高度和附近建筑物的高度确定排放方式。如果排放点的高度低于2.5倍附近建筑物高度时为地面排放Dg，如果排放点的高度大于等于2.5倍附近建筑物高度时为高架排放De。
[0061] (5)根据风场驱动集合数据、扩散参数集合数据、源项集合数据和排放方式驱动大气扩散模式计算得到地面排放时不同距离x处不同放射性核素浓度集合Ecg,nuclide(x)或者高架排放时不同距离x处不同放射性核素浓度集合Ece,nuclide(x)，并给出不同放射性核素浓度集合的平均值 和离差σc,nuclide；
[0062] 此步骤中所述的不同放射性核素浓度集合Ecg,nuclide(x)或者高架排放时不同距离x处不同放射性核素浓度集合Ece,nuclide(x)，本实施方式中需根据步骤(4)中确定的放射性核素排放方式选择不同的大气扩散计算方法进行计算。事故源项数据选择时需考虑不同释放时间段的源项数据，此处考虑事故发生后2小时、8小时、24小时、96小时和720小时五个释放时间段。
[0063] 如果是地面排放就按照Ecg,nuclide(x)的计算公式进行放射性核素浓度计算；若是高架排放则需按照Ece,nuclide(x)的计算公式进行放射性核素浓度计算；计算过程中考虑了放射性核素衰变对放射性核素活度浓度的影响，并且在高架排放计算时考虑了地形特征的影响。然后，根据计算得到的不同放射性核素浓度集合获取不同放射性核素浓度集合的平均值和离差。
[0064] (6)计算特定厂址事故时不同距离x处全部放射性核素浓度集合Ec(x)：
[0065] 此步骤中所述的全部放射性核素浓度集合Ec(x)，本实施方式中需对特定厂址相同方位相同距离处不同时间段事故源项中的所有放射性核素的活度浓度进行叠加，得到事故时不同时间段全部放射性核素浓度集合。
[0066] (7)利用插值公式对不同放射性核素浓度及全部放射性核素浓度进行空间插值：此步骤中所述的不同放射性核素浓度及全部放射性核素浓度的空间插值采用反距离权重法进行，本实施方式中首先需根据已知离散点和插值点的距离计算得到权重因子，其次利用权重因子和离散点的放射性核素浓度集合通过插值后得到整个区域范围的不同和全部放射性核素浓度集合，然后，根据计算得到的不同放射性核素及全部放射性核素浓度集合的平均值和离差。
[0067] (8)绘制放射性核素不同释放时间的大气扩散轨迹空间分布图。
[0068] 此步骤中所述的绘制放射性核素不同释放时间的大气扩散轨迹空间分布图，本实施方式中针对事故时不同时间段的放射性核素，按照步骤(7)中得到插值后的整个区域范围的不同放射性核素和全部放射性核素浓度集合的平均值和离差，绘制不同时间段的放射性核素浓度集合平均值的空间分布图，并根据时间段特征得到大气扩散轨迹动态特征。
[0069] 本发明的计算方法科学合理，是放射性核素大气扩散轨迹确定以及不确定性分析的重要技术手段，在放射性核素大气环境影响评价领域具有重要意义。可广泛应用于核电厂放射性核素大气环境影响评价。
[0070] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
