PAGE1放射性氣體擴(kuò)散的預(yù)測(cè)摘要摘要中要把文章中模型的方法、思想、技巧、結(jié)論體現(xiàn)出來(lái)。日本福島核電遭遇日本近海發(fā)生9.0級(jí)地震并引發(fā)了大海嘯的破壞，發(fā)生了核泄漏，核事故發(fā)生后，氣載放射性污染物經(jīng)大氣擴(kuò)散，在短期內(nèi)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生大范圍的影響，日本核污染擴(kuò)散問(wèn)題引起了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。進(jìn)行核事故應(yīng)急響應(yīng)決策時(shí)，氣載放射性污染物大氣擴(kuò)散過(guò)程的模擬非常重要。本文結(jié)合高斯煙羽模型、線(xiàn)性擬合，以及微分方程模型，運(yùn)用MATLAB軟件，分析泄漏源強(qiáng)度、風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度參數(shù)等因素對(duì)放射性氣體擴(kuò)散的影響，預(yù)測(cè)了放射性氣體濃度在不同時(shí)間，不同地區(qū)的濃度變化，并且本文模型中數(shù)據(jù)可以根據(jù)不同的實(shí)際情況而加以改變，因而是本文的應(yīng)用范圍大大增加，可以適用于具有較強(qiáng)的應(yīng)用型。對(duì)于問(wèn)題一，討論在無(wú)風(fēng)的情況下，放射性氣體以m/s的勻速在大氣中向四周擴(kuò)散。本問(wèn)中由于不考慮風(fēng)力的影響，且擴(kuò)散出來(lái)的氣體勻速向四周散開(kāi)，這樣經(jīng)過(guò)任意時(shí)刻t，擴(kuò)散的氣體圍成一個(gè)半徑為st的球，且距球心位置不同的地方濃度值不同。采用列數(shù)列的表現(xiàn)方法，設(shè)定相同時(shí)間段t，把條件進(jìn)行整理，并經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算得出每段時(shí)間所預(yù)測(cè)得到的擴(kuò)散距離r和濃度C。利用MATLAB軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性擬合，采用微分方程模型得到核電站周邊放射性氣體在不同地區(qū)，不同時(shí)間段的濃度變化，得出隨著離泄漏源距離的延伸，最后放射性物質(zhì)的濃度越來(lái)越小，趨近于零，即當(dāng)L趨向無(wú)窮時(shí)，C(x,y,z,t)趨向于零；當(dāng)時(shí)間趨向于無(wú)窮時(shí)，C(x,y,z,t)也趨于無(wú)窮。對(duì)于問(wèn)題二，要探究風(fēng)速對(duì)放射性物質(zhì)濃度分布的影響。風(fēng)速的處理是問(wèn)題的中心，采用大氣污染的經(jīng)典高斯擴(kuò)散模型,實(shí)現(xiàn)了高斯煙團(tuán)氣體擴(kuò)散模型的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè),分析計(jì)算了氣體擴(kuò)散過(guò)程中的各關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)于問(wèn)題三，本文在問(wèn)題二的基礎(chǔ)上，結(jié)合考慮風(fēng)速和放射性物質(zhì)擴(kuò)散速度在空間中的矢量運(yùn)算，將在上風(fēng)和在下風(fēng)不同情況下與傳播速度之間的比較的分析，利用高斯煙羽模型對(duì)核電站周邊地區(qū)的濃度進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后，利用MATLAB軟件，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入程序，我們得到核電站周邊地區(qū)的濃度分布的等高曲線(xiàn)。對(duì)于問(wèn)題四，本文參閱整理大量氣象、地理、新聞資料，選擇我國(guó)東海岸典型地域山東半島作為研究對(duì)象，綜合考慮對(duì)應(yīng)海域平均風(fēng)速及風(fēng)向、地理距離、海水對(duì)放射性物質(zhì)擴(kuò)散的部分反射系數(shù)等因素，集合核電站周邊的濃度等高線(xiàn)，可以直觀(guān)地看出日本福島核電站對(duì)我國(guó)東海岸以及美國(guó)斯海岸的影響。關(guān)鍵詞：放射性氣體擴(kuò)散濃度變化高斯修正模型預(yù)測(cè)問(wèn)題重述日本福島核電遭遇日本近海發(fā)生9.0級(jí)地震并引發(fā)了大海嘯的破壞，發(fā)生了核泄漏，釋放出大量具有放射性的物質(zhì)，日本核污染擴(kuò)散問(wèn)題引起了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。因此，正確的測(cè)出大氣中放射性物質(zhì)的濃度在環(huán)境監(jiān)測(cè)以及安全評(píng)估中具有重要意義。設(shè)核電站發(fā)生泄漏，放射性氣體勻速以濃度為排出，速度為kg/s，在無(wú)風(fēng)的情況下，勻速在大氣中向四周擴(kuò)散,速度為m/s。問(wèn)題一，建立一個(gè)描述核電站周邊不同距離地區(qū)、不同時(shí)段放射性物質(zhì)濃度的預(yù)測(cè)模型。問(wèn)題二，當(dāng)風(fēng)速為m/s時(shí)，預(yù)測(cè)核電站周邊放射性物質(zhì)濃度的變化情況。問(wèn)題三，當(dāng)風(fēng)速為m/s時(shí)，分別預(yù)測(cè)出上風(fēng)和下風(fēng)公里處，放射性物質(zhì)濃度的預(yù)測(cè)模型。問(wèn)題四，將建立的模型應(yīng)用于福島核電站的泄漏，計(jì)算出福島核電站的泄漏對(duì)日本本土、我國(guó)東海岸、及美國(guó)西海岸的影響。問(wèn)題分析對(duì)于問(wèn)題一，討論在無(wú)風(fēng)的情況下，放射性氣體以m/s的勻速在大氣中向四周擴(kuò)散。核電站源源不斷泄漏引起氣體擴(kuò)散船舶可以看做在無(wú)窮空間有連續(xù)點(diǎn)源導(dǎo)致的擴(kuò)散過(guò)程，能夠由二階拋物型偏微分方程描述放射性氣體擴(kuò)散過(guò)程中濃度變化規(guī)律。本問(wèn)中由于不考慮風(fēng)力的影響，且擴(kuò)散出來(lái)的氣體勻速向四周散開(kāi)，這設(shè)地面反射系數(shù)源強(qiáng)，單位為分別為用濃度標(biāo)準(zhǔn)差表示的軸上的擴(kuò)散參數(shù)沉降速度，單位為地面干沉積率沖洗系數(shù)放射性核素的半衰期模型的建立與求解5.1問(wèn)題一模型的建立與求解5.1.1問(wèn)題一模型的建立核電站源源不斷泄漏引起氣體擴(kuò)散船舶可以看做在無(wú)窮空間有連續(xù)點(diǎn)源導(dǎo)致的擴(kuò)散過(guò)程，能夠由二階拋物型偏微分方程描述放射性氣體擴(kuò)散過(guò)程中濃度變化規(guī)律。本問(wèn)中由于不考慮風(fēng)力的影響，且擴(kuò)散出來(lái)的氣體勻速向四周散開(kāi)，這樣經(jīng)過(guò)任意時(shí)刻t，擴(kuò)散的氣體圍成一個(gè)半徑為st的球，且距球心位置不同的地方濃度值不同。討論在無(wú)風(fēng)的情況下，放射性氣體以m/s的勻速在大氣中向四周擴(kuò)散。核電站源源不斷泄漏引起氣體擴(kuò)散船舶可以看做在無(wú)窮空間有連續(xù)點(diǎn)源導(dǎo)致的擴(kuò)散過(guò)程，能夠由二階拋物型偏微分方程描述放射性氣體擴(kuò)散過(guò)程中濃度變化規(guī)律。本問(wèn)中由于不考慮風(fēng)力的影響，且擴(kuò)散出來(lái)的氣體勻速向四周散開(kāi)，這樣經(jīng)過(guò)任意時(shí)刻t，擴(kuò)散的氣體圍成一個(gè)半徑為st的球，且距球心位置不同的地方濃度值不同。利用MATLAB軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性擬合，采用微分方程模型得到核電站周邊放射性氣體在不同地區(qū)，不同時(shí)間段的濃度變化。將氣體從泄露時(shí)刻記作t=0，泄漏點(diǎn)選為坐標(biāo)原點(diǎn)，時(shí)刻t無(wú)窮空間中任一點(diǎn)（x,y,z）的氣體濃度記為C(x,y,z,t).```由質(zhì)量守恒定律Q=？Q···這結(jié)果表明，對(duì)于任意時(shí)刻t煙霧濃度C的等值是球面,并且隨著球面半徑R的增加C的只是連續(xù)減少的；當(dāng)R或t時(shí)，C(x,y,z,t)05.1.2問(wèn)題一模型的求解···我們通過(guò)將5.2問(wèn)題二模型的建立與求解5,.2.1問(wèn)題二模型的建立(1)泄漏源為近地面（2）泄漏源為高架點(diǎn)設(shè)泄漏源有效高度為H，取其在地面投射為坐標(biāo)原點(diǎn)，x軸指向風(fēng)向，考慮地面放射作用，可以得到煙羽模型的濃度分布計(jì)算公式為：（3）擴(kuò)散參數(shù)的確定應(yīng)用高斯模型的關(guān)鍵是確定擴(kuò)散參數(shù)，······在進(jìn)行和計(jì)算時(shí)，首先從表1-2中確定大氣穩(wěn)定度，我國(guó)在標(biāo)準(zhǔn)GB/T13201-1991中規(guī)定，當(dāng)確定穩(wěn)定度級(jí)別后，實(shí)際的擴(kuò)散參數(shù)選擇見(jiàn)中國(guó)有關(guān)環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用的系數(shù)值-P-G擴(kuò)散曲線(xiàn)冪函數(shù)數(shù)據(jù)。5,.2.2問(wèn)題二模型的求解？？為上風(fēng)向濃度分布，？？為下風(fēng)向濃度分布。由兩圖我們可以直觀(guān)地看出核電站周邊地區(qū)的放射性氣體的濃度變化規(guī)律。該程序中的源強(qiáng)、風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度參數(shù)、地面粗糙度參數(shù)和計(jì)算精確度等都可根據(jù)實(shí)際情況分析需要設(shè)置。···5.2.2.1模型參數(shù)的確定在事故過(guò)程模型中所需參數(shù)的選取及確定十分重要，通常情況下氣象參數(shù)的選取是利用該地區(qū)多年氣象資料，采取工業(yè)安全與環(huán)保統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的確定，而其他擴(kuò)散參數(shù)是以實(shí)際測(cè)定為基礎(chǔ)的。a:大氣穩(wěn)定度的計(jì)算根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13201--1991))制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法的規(guī)定，劃分大氣穩(wěn)定度的級(jí)別，共分為6級(jí)A~F，A為極不穩(wěn)定；F為極穩(wěn)定。首先，根據(jù)釋放源所在地的經(jīng)度和緯度以及泄漏的日期和時(shí)間計(jì)算當(dāng)時(shí)的太陽(yáng)高度角h0；然后，由太陽(yáng)高度角h0和云量查出太陽(yáng)輻射等級(jí)；最后，再根據(jù)地面風(fēng)速確定當(dāng)時(shí)的大氣穩(wěn)定度，計(jì)算細(xì)節(jié)可參考文獻(xiàn)。表1大氣穩(wěn)定度的級(jí)別參考表地面風(fēng)速白天太陽(yáng)輻射陰天的白天或夜間有云的夜晚強(qiáng)中弱薄云遮天或低云≧0.5云量≦0.4<3AA-BBD--2-3BBCDEF3-5B-CB-CCDDE5-6C-DC-DDDDD>6CDDDDDb：擴(kuò)散參數(shù)的計(jì)算有風(fēng)時(shí)的擴(kuò)散參數(shù)，的確定采用Briggs給出一套擴(kuò)散參數(shù)，如表1和表2所示。表2Briggs擴(kuò)散參數(shù)（開(kāi)闊平原田野）大氣穩(wěn)定度ABCDEF表3Briggs擴(kuò)散參數(shù)（城市）大氣穩(wěn)定度A-BCDE-F5.3.問(wèn)題三模型的建立與求解5.3.本文在問(wèn)題二的基礎(chǔ)上，結(jié)合考慮風(fēng)速和放射性物質(zhì)擴(kuò)散速度在空間中的矢量運(yùn)算，將在上風(fēng)和在下風(fēng)不同情況下與傳播速度之間的比較的分析，得出必須滿(mǎn)足風(fēng)速大于自然擴(kuò)散速度，放射性物質(zhì)才能到達(dá)上風(fēng)口。在考慮風(fēng)速的條件下，由于我們?cè)谇懊娴募僭O(shè)中認(rèn)為風(fēng)向與x軸相同，故我們要求計(jì)算上風(fēng)和下風(fēng)處的放射性物質(zhì)濃度，只需在···，這樣就可以求出當(dāng)風(fēng)速一定時(shí)，上風(fēng)和下風(fēng)1公里處，放射性物質(zhì)濃度的估計(jì)模型。上風(fēng)I處濃度計(jì)算式如下：···下風(fēng)1公里···根據(jù)擴(kuò)散系數(shù)的定義可知，？=，？=，代入上兩式可以求出上風(fēng)和下風(fēng)I處的濃度5.3.2我們通過(guò)對(duì)問(wèn)題二的分析可以從圖中的處在居上風(fēng)處和下風(fēng)初L公里時(shí)可以應(yīng)付的得出相應(yīng)點(diǎn)的氣體濃度，方便直觀(guān)。比如當(dāng)L=100km時(shí)，通過(guò)觀(guān)察上下風(fēng)濃度等高線(xiàn)可以很直觀(guān)，和方便地得出：在下風(fēng)向的濃度是千分之四；在上風(fēng)向時(shí)千分之五。而在實(shí)際中，則要根據(jù)不同實(shí)際情況，確定好各個(gè)參數(shù)，更準(zhǔn)確地得出相應(yīng)點(diǎn)的氣體濃度。我們通過(guò)查詢(xún)大亞灣核電站周?chē)派湫晕镔|(zhì)的濃度數(shù)據(jù)用matlab進(jìn)行仿真模擬，得出實(shí)際的圖形與模擬的圖形如下（？？），（？？），通過(guò)觀(guān)察圖形我們可以知道，兩圖擬合較好，說(shuō)明以上所建模型的準(zhǔn)確性較高。···5.4問(wèn)題四的求解從空氣動(dòng)力來(lái)說(shuō)，我國(guó)東部的降水主要源于西太平洋的暖濕氣團(tuán)，在其影響下，廣東所受影響要高于美國(guó)西海岸；從洋流來(lái)看，西太平洋盛行暖性洋流，沿我國(guó)東海岸經(jīng)日本沿岸順時(shí)針流向太平洋東部，美國(guó)西岸受影響較大。在結(jié)合模型二、模型三的條件下，在參閱整理大量氣象、地理、新聞資料，選擇我國(guó)東海岸——山東半島作為研究對(duì)象，綜合考慮對(duì)應(yīng)海域平均風(fēng)速及風(fēng)向、地理距離、海水對(duì)放射性物質(zhì)擴(kuò)散的部分反射系數(shù)等因素，并通過(guò)C++編程模擬計(jì)算，預(yù)測(cè)出放射性核物質(zhì)將經(jīng)過(guò)6.5天到達(dá)我國(guó)東海岸——山東半島，且131I濃度值為：0.100與，與實(shí)際情況比較吻合。由于本文中，我們只需通過(guò)檢測(cè)福島的核泄漏是否對(duì)我國(guó)東岸以及美國(guó)西岸有影響，故我們只需在前面建立的模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢(xún)有關(guān)的泄漏在我國(guó)東岸以及美國(guó)西岸的風(fēng)向，風(fēng)速以及之間的距離，帶入建立的模型中，并用matlab進(jìn)行仿真模擬即可。模型的分析假設(shè)的合理性分析靈敏度（穩(wěn)定性、可靠性）分析（給出模型的適用范圍）原理誤差分析（給出模型的誤差范圍）……模型的檢驗(yàn)用模型計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算誤差大小，結(jié)合模型的分析說(shuō)明誤差產(chǎn)生的原因，以及誤差是否在模型估計(jì)和實(shí)際許可的范圍之內(nèi)。模型的推廣模型在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用：可以用于解決哪一類(lèi)的問(wèn)題，用于不同類(lèi)別問(wèn)題時(shí)應(yīng)對(duì)模型做出怎樣的變化。主要闡述本文模型的廣泛適用性。模型的評(píng)價(jià)與優(yōu)化模型的優(yōu)缺點(diǎn)分析模型的優(yōu)點(diǎn)模型的缺點(diǎn)：（高斯煙團(tuán)氣體擴(kuò)散模型氣體覆蓋范圍在二維平面上的投影為橢圓形,在城市建筑物密度較高的地區(qū),這顯然是不太符合實(shí)際的,所以高斯煙團(tuán)模型適合在建筑物較低矮或建筑物較少的平原或郊區(qū)。而化學(xué)工業(yè)的廠(chǎng)址一般都選擇在郊區(qū)或人口密度較低的地區(qū),說(shuō)明高斯煙團(tuán)氣體擴(kuò)散模型對(duì)這些地方有實(shí)值。通過(guò)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),地理信息系）模型的優(yōu)化模型的優(yōu)化方案優(yōu)化模型的建立、求解與分析參考文獻(xiàn)：[1]XXX，XXXXXXXXXXXXXXXXXXX，XXXXXXX，XXXXX；[2]XXX，XXX