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近年来,由于我国国民经济的持续高速发展,对能源的需求(特别是电力)更加迫切。在能源供给和环境保护方面,国家对能源战略做出了重大调整,大力发展清洁的核电。目前,已有数座核电厂开工或通过国家立项。而这些核电厂几乎都位于滨海地区,鉴于核电厂对环境影响的特殊性,对每个核电厂厂址区域进行前期的大气扩散研究是必不可少的。
本文利用辽宁红沿河、福建惠安两座核电厂的大气扩散实验作为基础资料,通过实测资料的统计分析、风场诊断模式和MM5模式模拟流场、RPPM模式模拟扩散,并结合野外实验的结果,深入地分析了滨海地区的大气扩散特征。本研究的创新结果归纳如下:
国内首次利用莫宁-奥布霍夫相似性理论和湍流资料,为核电厂大气扩散提供更为可靠的稳定度分类方法;
通过对RPPM模式的改进,使该模式具有反映各种气象因素对扩散作用的能力,包括不同大气边界层湍流状况的对污染物扩散强弱的影响、边界层高度的时间变化的作用。该模式与实际中尺度风场的时空变化作用和小尺度范围的解析解符合得很好。模式也可良好反映不同源排放条件的影响,对不同的排放时间长度给出扩散烟云接近烟流或烟团的性状。
红沿河与惠安两座核电厂厂址区域虽然系统风较强,但由于沿岸附近山地的作用,使得山谷风与海陆风相结合,形成海陆环流的频率还是比较高的;这对于今后核电厂运行及事故处理时污染物扩散的预测是非常重要的。此外,针对特征地区获得如下重要结论:
确定△T/U法作为红沿河厂址的稳定度分类方法,p-T法、ΔT/U2法和辐射法可作为辅助方法验证。
红沿河厂址气象铁塔湍流测量结果表明,离岸流条件下和向岸流条件下在30m和70m两个高度的湍流特征均符合莫宁-奥布霍夫相似性理论。典型稳定度层结条件下的湍流特征量规律与以往结果基本一致,但湍流度的数值呈略偏大。向岸流条件下观测结果受热内边界层和水陆交界处的地面非均匀性影响大,测量值代表性值得探究,虽然无因次湍流速度σu,v/u*和σw/u*的变化规律仍较好,但湍流度在稳定情况下表现异常。
红沿河厂址具有海陆风性质的向岸流和离岸流交替现象比较常见。冬、春季夜间从半岛中央流向辽东湾海面的趋势明显,白天的向岸流则往往被系统风所掩盖。夏、秋季则以白天从海面吹向半岛陆面的气流更明显,从辽东湾吹来的气流往往在半岛上空与东侧而来的气流相遇,形成辐合;夜间陆风性质的下泄流则不显著。
在系统性气流影响下,红沿河厂址附近小尺度风场的空间变化较小,污染物搬运轨道曲折往返的情况很少出现。厂址附近的山体和地形对流场具有一定扰动作用。扰动持续时间一般较短,具有易变性和间歇性。由于扰动尺度很小,对输送轨迹无显著影响。
采用RPPM模式对红沿河厂址的16组野外示踪实验进行模拟,以及对冬、夏两季各12组的补充模拟表明:各个例相应的气载污染物搬运方向较为固定。受附近山体和地形影响,扩散型分为正常扩散和地形扰动扩散两种基本形态。厂址东面的山体可以对流动和扩散有重要影响,使烟云侧向增宽。模拟的侧向扩散参数比Pasquill-Gifford扩散曲线高约一个稳定度等级,与示踪实验的结果基本一致,但略小。
惠安核电厂址的示踪扩散实验的事实和数值模拟与红沿河厂址的结果均显示:侧向扩散参数大约比Pasquill-Gifford扩散曲线大一个稳定度等级。