CC BY
42
Вестник МГТУ, том 5, №2, 2002 г.
стр.203-204
Гидрологические характеристики радиационной емкости водоема-охладителя АЭС при накопления радионуклидов
Л.Н. Соловьев
Технологический факультет МГТУ, кафедра химии
Аннотация. В данной работе рассмотрены способы расчета радиационной емкости водоема-охладителя АЭС, опирающиеся на анализ гидрологических и физико-химических процессов и использующие известные значения концентраций.
Abstract. In the work the methods of the calculation of the NPP basin-cooler radiation reservoir have been considered. These methods are based on analysis of hydrological and physicochemical processes and use the known values of concentrations.
1. Введение
Сведения о предельно допустимых или контрольных концентрациях радионуклидов в водоеме-охладителе АЭС содержатся в нормах радиационной безопасности (НРБ), поскольку эти величины должны устанавливаться для каждого конкретного водоема с учетом его особенностей (Нормы радиационной безопасности, 1996).
Зная контрольные концентрации радиоактивных веществ в водоеме, можно определить предельные количества этих веществ (ПДС) при поступлении которых с жидкими сбросами не создается загрязнение окружающей среды. Однако при расчетах ПДС, исходя из значения контрольных концентраций и коэффициента разбавления, можно прийти к выводу о допустимости любого, сколько угодно большого сброса, если только объем сбросных вод достаточно велик, а концентрация радионуклидов в сбросе не превосходит своего контрольного значения. Этот вывод ошибочен с точки зрения охраны окружающей среды.
Задача сводится к нахождению отношения значения ПДС веществ к величине контрольных концентраций в наиболее опасной точке при достижении стационарного состояния. Это отношение, имеющее размерность объема в единицу времени, называется радиационной емкостью. Радиационная емкость есть характеристика водоема и численно равна максимальному объему воды который может быть безопасно сброшен в водоем, если концентрация радионуклидов в сбрасываемой воде равна своему контрольному значению (Гидрохимические материалы, 1986).
2. Основные гидрологические характеристики
При расчете радиационной емкости исходят из водного баланса водоема или системы водоемов и поля скоростей течения воды. При этом для больших водных пространств (например водохранилищ) необходимо учитывать как транзитные, так и ветровые, и сейшевые течения (Караушев, 1977).
При рассмотрении неизученных водохранилищ, экспериментальная информация (о ветровых течениях) может отсутствовать. Тогда скорость поверхностного течения и донного противотечения можно оценивать по приближенному эмпирическому соотношению:
W = к¥е (3 + 10h)05,
где W - скорость поверхностного течения или донного противотечения, м/с; к - эмпирический коэффициент, зависящий от коэффициента Шези; Ув - скорость ветра, м/с; h - высота волны, м.
Миграция растворенных веществ описывается на основе диффузионной модели, учитывающей транзитный перенос течения и турбулентную диффузию. В реках и каналах с ясно выраженным течением коэффициент диффузии (D) определяется по формуле
D = gHv/ MC,
где g - ускорение силы тяжести, м/с2; Н - гидравлический радиус, м; v - скорость течения, м/с; M -параметр, зависящий от коэффициента Шези; С - коэффициент Шези.
В водохранилищах, где необходимо дополнительно учитывать ветровое перемешивание, используется соотношение:
D = (g / 109) • H2/3 • d2/3 (V2тр + (0hlftH)2) 0 5,
Соловьев Л.Н. Гидрологические характеристики радиационной емкости...
где g - ускорение силы тяжести, м/с2; H - глубина, м; d - диаметр зерен пород слагающих грунт, м; V - скорость транзитного течения, м/с; 0 - фазовая скорость распространения волн, м/с, h - высота волны, м.
При рассмотрении всех радионуклидов, кроме 3Н, пренебрегают удалением загрязняющих веществ с поверхности воды в атмосферу при испарении.
3. Гидрологические процессы накопление радионуклидов
Загрязнение дна (донные отложения) происходит двояко: первое - в результате сорбции и второе - седиментации. Несмотря на большое количество работ по изучению динамики накопления радионуклидов в донных отложениях, в настоящее время не удается выбрать модель, применимую для всех радионуклидов и типов грунтов. Поэтому для предварительных расчетов, рассматривая растворенную фазу, используется предположение о том, что удельная активность донных отложений пропорциональна удельной активности воды в придонном слое (Шварцман, 1965).
Один из основных процессов, приводящих к увеличению концентрации радионуклидов, испарение воды. При вычислении радиационной емкости непроточных и слабопроточных водоемов этот процесс учитывается автоматически при рассмотрении водного баланса.
Вопрос об обмене частицами между донными отложениями и объемом воды, а также о поведении частиц на дне все еще не достаточно изучен. Мы применили следующую упрощенную модель. Полагали, что для частицы, находящейся в придонном слое воды, существует вероятность перейти в донные отложения, а для частицы, входящей в состав донных отложений, существует вероятность перейти во взвешенное состояние. Полагали, что эти вероятности зависят только от параметров потока и гидравлической крупности частиц. Одновременно считали, что частицы донных отложений находятся в состоянии влечения (качения и скольжения) по дну. Скорость влечения оценивается по формуле Романовского
W, = YWd - Wona (^о)0-5],
где у ~ коэффициент зависящий от коэффициента Шези; Wd - осредненная скорость донного течения; W0mn - скорость отложения (минимальная скорость течения, при которой возможно влечение); 77 и щ -коэффициенты трения при движении и покое.
Расчеты седиментации на современном этапе могут носить лишь полуэмпирический характер. Для оценки вероятностей обмена мы использовали полуэмпирическую модель Караушева, при этом получается следующее соотношение:
ßla=ps /а , а = U Г 1{\-Г)Н,
где а - вероятность перехода из донных отложений во взвешенное состояние; ß— вероятность перехода из взвешенного состояния в донные отложения; ps - усредненная мутность, соответствующая несущей способности потока; рг - плотность грунта донных отложений; U - гидравлическая крупность; Г -гидравлический параметр (табулированная функция); Н - глубина потока.
4. Заключение
В настоящее время погрешность вычисления ПДС велика. Для растворенных соединений она составляет 100-300 %. В тех случаях, когда существенным становится процесс седиментации, разница между прогнозом модели и наблюдаемыми результатами может достигать порядка десяти раз. Поэтому при первоначальном регламентировании норм ПДС необходимо вводить 5-10-кратный запас и лишь в последствии, в ходе эксплуатации АЭС, уточнять сброс по фактическим данным.
Литература
Гидрохимические материалы. Новочеркасский гидрохимический институт, т.67, с.287, 1986 Караушев A.B. Теория и методы расчетов речных наносов. Л., Гидрометеоиздат, с.405, 1977. Шварцман А.Я. Исследования и расчеты мутности в прибрежной зоне водохранилищ. Труды ГГИ,
вып.124, с.132, 1965. Нормы радиационной безопасности 1996 г.
