РУКОВОДСТВО ПО УСТАНОВЛЕНИЮ ДОПУСТИМЫХ ВЫБРОСОВ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ

Том 2

(Технические приложения, рекомендации для расчетов)

ДВ-98

Настоящий документ является вторым томом "Руководства по установлению допустимых выбросов радиоактивных веществ в атмосферу ДВ-98". В нем представлены приложения, посвященные отдельным методическим и научно-техническим аспектам получения, интерпретации и расчета различных факторов, влияющих на формирование радиационной обстановки в окружающей среде в результате выбросов в атмосферу радиоактивных веществ, и, следовательно, являющиеся инструментом научного обоснования допустимых пределов таких выбросов.

Все приложения данного тома имеют силу рекомендаций. Список приложений открыт для дополнения новыми приложениями, уточнения или переработки существующих приложений в случае изменения нормативной базы или появления других обстоятельств. Том I настоящего Руководства, имеющий обязательную силу, при этом изменяться не будет.

Приложение П4  

     
ГАУССОВА МОДЕЛЬ РАССЕЯНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ

     
(базовая модель)

Приложение к "Руководству по установлению допустимых выбросов радиоактивных веществ в атмосферу (ДВ-98)"

ВВЕДЕНИЕ

В настоящем приложении изложена гауссова модель диффузии - наиболее популярная и чаще всего используемая модель в мире. Она рекомендована для практического применения всеми Международными организациями, включая: Всемирную метеорологическую организацию (ВМО), Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР) ООН, Всемирную организацию здравоохранения (ВОЗ) и др. Нашла применение гауссова модель и в отечественных рекомендациях.

Все практические реализации гауссовой модели атмосферной диффузии являются полуэмпирическими. Это означает, что параметры модели (зависимости стандартных отклонений распределения примеси в струе выбросов и от расстояния ) устанавливаются на основе опытных данных. Фактически она является лишь удобной эмпирической формой представления многочисленных экспериментальных данных и результатов наблюдений за действующими источниками выбросов.

Преимущество гауссовой модели атмосферной диффузии перед другими заключается в объеме использованного экспериментального материала и апробированности ее практически во всех районах мира. Статистика использованных данных при установлении вида и огромна и продолжает накапливаться. По степени надежности гауссова модель вне конкуренции. Положение таково, что фактически гауссова модель в области ее применимости стала эталонной при сравнительных расчетах по другим моделям диффузии.

Область применимости гауссовой модели ограничивается приземными концентрациями примеси на расстояниях до 50 км от источника выбросов, то есть диапазоном расстояний, до которых еще можно определить экспериментально закономерности рассеяния примеси в атмосфере. Однако на практике ее часто экстраполируют до 100 км.

Следует особо подчеркнуть, что гауссова модель предназначена только для расчетов приземных концентраций. Формально по ней можно рассчитать также и распределение примеси в атмосфере по высоте. Однако точность таких расчетов невысока из-за существенной неоднородности распределения характеристик рассеяния и переноса примеси по вертикальному срезу атмосферы. Они более достоверны и имеют смысл лишь при расчетах интегральных характеристик, таких как вымывание примеси из атмосферы осадками, истощение струи выброса, в меньшей степени - доз на поверхности земли от фотонного излучения радиоактивного облака. Все остальные применения расчетов распределения примеси по высоте, выполненные по гауссовой модели диффузии, следует рассматривать, как оценочные, носящие иллюстративный характер.

Обычно гауссову модель применяют для однородной местности. При введении корректирующих факторов ее можно использовать также в условиях пересеченной и холмистой местности.

В предлагаемой здесь реализации гауссовой модели учтены практически все особенности рассеяния, включая:

динамический и тепловой подъем струи выбросов по траектории до своего максимального значения;

начальное разбавление в источнике выброса и зоне аэродинамической тени в случае, если выброс происходит на высоте здания (т.н. низкий выброс);

накопление и выведение радионуклидов за счет превращений по цепочке распада во время сноса выбросов по ветру;

очищение струи выброса за счет сухого и влажного (во время выпадения осадков) осаждения;

влияние холмистого рельефа (оценка максимально возможного поправочного коэффициента в двумерном приближении, по методу потенциальных течений);

найден способ и разработано его программное обеспечение, позволяющее делать практические оценки накопления выбрасываемой примеси в штилевом облаке с учетом фактического распределения по продолжительности штилевых условий.

Изложенный материал предлагается в качестве одного из возможных альтернативных методов. Учитывая беспрецедентную распространенность гауссовой модели в мировой практике и, следовательно, высокую степень ее апробированности, возможность сопоставления с результатами расчетов для аналогичных иностранных производств (которые в подавляющем большинстве производятся по гауссовой модели диффузии), важную при сравнительном анализе уровня технологических решений и эффективности примененных защитных устройств, данные рекомендации при прочих равных условиях следует считать приоритетными.

Данная модель ориентирована на использование ЭВМ, хотя приводятся и упрощенные формулы для оценок рассеяния выбросов методом "ручного счета". Все предложенные формулы и подходы апробированы на практике. Имеется соответствующее программное обеспечение.

П4.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, СИМВОЛЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

АМАД - аэрозольный медианный аэродинамический диаметр, мкм;

- ширина здания в направлении ветра, м;

- среднегодовая концентрация (объемная активность) радиоактивных веществ в приземном слое воздуха, Бк/м;

- годовые выпадения на поверхность земли радиоактивных веществ, Бк/(м·год);

- диаметр устья трубы, м;

- ускорение свободного падения, м/с;

- значение среднегодового (метеорологического) фактора разбавления примеси в приземном слое воздуха на расстоянии от источника выбросов, с/м;

- интеграл по вертикальной координате от зависящего от высоты среднегодового фактора разбавления примеси на расстоянии от источника выбросов, с/м;

- штилевой фактор разбавления на расстоянии от источника выброса через время после начала штиля, с/м;

- осредненный за время , характерное для -го кармана распределения штилей по продолжительностям, среднегодовой штилевой фактор разбавления на расстоянии в направлении от источника выброса, с/м;

- геометрическая высота выброса (высота трубы), м;

- зависящая от расстояния траектория подъема струи выброса над устьем трубы для -й категории устойчивости, -й скорости ветра и -го диапазона размеров аэрозолей, м;

- максимальная толщина слоя перемешивания атмосферы (параметр, ограничивающий рассеяние примеси в вертикальном направлении и связанный с толщиной пограничного слоя атмосферы), м;

- геометрическая высота здания, м;

- интенсивность выпадения осадков, мм/час;

- стандартная величина абсолютной вымывающей способности дождя (для всех нуклидов, кроме инертных газов, принимается 10 час/(мм·с), характерную для дождя интенсивностью 1 мм/час);

- относительная вымывающая способность осадков различных типов, безразмерная величина;

- доля выбросов из низких труб, вовлекаемая в зону аэродинамической тени за зданием, безразмерна;

- число используемых секторов направления ветра (румбов);

- годовой выброс радионуклида , Бк/год;

- среднегодовая мощность непрерывного выброса радионуклида , Бк/с;

- среднегодовой поток примеси через вертикальное сечение, перпендикулярное оси струи на расстоянии , вычисленный с учетом радиоактивного распада, сухого и мокрого осаждения для -го радионуклида радиоактивной цепочки, -й погодной категории, -го кармана распределения скоростей ветра и -го диапазона размеров аэрозолей, Бк/с;

- выброс тепла из источника, Дж/с;

- поправочный множитель к фактору разбавления для учета влияния рельефа для -го направления ветра;

- площадь поперечного сечения устья трубы, или проема, через который осуществляется выброс, м;

- площадь сечения здания перпендикулярно направлению ветра, м;

- абсолютная температура выбрасываемой газовоздушной смеси, °К;

- абсолютная температура атмосферного воздуха, °К;

- характерная скорость ветра на высоте флюгера для -го кармана распределения ее по скоростям, м/с;

- объем выбрасываемой газовоздушной смеси, м/с;

- объемный источник от турбулентного перемешивания в зоне аэродинамической тени за зданием, м/с;

- скорость сухого осаждения примеси на подстилающую поверхность (поверхность земли), м/с;

- эффективная скорость осаждения смеси аэрозолей различного размера, формы и состава (для быстро оседающей примеси она существенно зависит от расстояния ), м/с;

- скорость гравитационного оседания примеси в воздухе, м/с;