杨 靖

(上海核工程研究设计院，上海 200233)



Fluidyn-Pollusol在核电厂地下水数值模拟中的应用

杨 靖

(上海核工程研究设计院，上海 200233)

介绍了Fluidyn-Pollusol模型的基本理论，从输入、运行、输出三方面，阐述了Fluidyn-Pollusol的主要处理模块，并以某核电厂工程为例，分析了Fluidyn-Pollusol在地下水数值模拟中的应用，以供参考借鉴。

Fluidyn-Pollusol，数值模型，地下水，核电厂

0 引言

目前我国核电处于快速增长的阶段，随着国内外核电厂的选址建设，核电厂对地下水环境影响特别是内陆核电厂址中放射性核素在地下水中迁移、吸附和沉积问题是一个需要特别关注的问题。尤其在2011年3月11日，日本福岛核电站事件后，地震海啸引起核电站故障并造成放射性物质向地下水中释放引起公众对核电站的环境影响问题的关注空前加大。数值模拟方法是目前模拟放射性核素在地下水中迁移的主要技术方法之一[1]。这种方法以其有效性、灵活性和经济性成为地下水环境评价领域一种不可或缺的重要方法。在众多的地下水模拟软件中，Fluidyn-Pollusol主要应用于国外的核电行业地下水环境评价，例如WESTLAKES Scientific Consulting(英国WESTLAKES)，NUPEC (日本动力工程设计试验中心)，CEA (法国原子能委员会)，EDF (法国电力公司)，AREVA (法国阿海珐)，ANDRA (法国放射性废弃物管理局)，IGCAR (印度甘地原子能研究中心)，NPCIL (印度国有核电公司)，BARC (印度巴巴原子研究中心)。

1 Fluidyn-Pollusol模型基本理论

Fluidyn-Pollusol地下水数值模型是基于Navier-Stokes方程[2]和达西定律[3]进行的，Navier-Stokes方程详见下式：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：ρ——流体密度；u，v，w——x，y，z方向上的流速；Kx，Ky，Kz——x，y，z方向有效水力传导率；Sm——质量源项；Su，Sv，Sw——x，y，z方向上的动量源项。

在考虑地下水的对流、水动力弥散、流体源汇项、平衡吸附以及一级不可逆反应(如放射性衰变)的情况下，单一化学组分迁移的数学方程为：

2 Fluidyn-Pollusol主要处理模块

2.1 输入模块

建立模型就是建立概念模型并将之转化为数字形式，用于模拟地下水变化过程。将所评价区域划分为若干层网状单元格，确定边界类型，然后根据含水层地质岩性资料及其他水文特征确定传导系数K，入渗系数R，储水系数S及初始水位等各种参数。Fluidyn-Pollusol输入支持DXF格式文件，可以实现快速建模，还能够导入地图(bmp格式)文件，可以辅助模型建立。

2.2 运行模块

Fluidyn-Pollusol可以用于模拟饱和流状态的水流和溶质运移问题。可以模拟地下水中持续或偶发污染物(含放射性核素)组分的传播，热传递，可变密度流场(盐水或海水入侵问题)以及非饱和带流场以及物质运移问题。

2.3 输出模块

模型输出允许用户以三种不同方式展示其模拟结果。第一种方式就是在计算机屏幕上直接彩色立体显示所有的模拟结果；第二种方式就是直接在各类打印机上输出各种模拟评价的成果表格和成果图鉴；最后一种方式就是将所有模拟结果以图形或文本的文件格式输出，输出图形包括可以标记出渗流速度矢量大小的平面、剖面等值线和平面、剖面示踪流线图以及局部区域水均衡图等一系列图件。

3 模型应用实例

3.1 水文地质概况

基岩区岩性主要为中风化板岩，回填区为人工填土，地下水流动方向为主厂房基岩区→回填区→厂外第四系地层→地表水。

计算时研究的是放射性同位素氚。这主要是因为在核电厂运行时会产生大量的氚且不能通过常规的废液处理系统进行处理。假设污染源位置位于流出物废液收集箱附近，假设其活度值为3.74×1010Bq/m3，释放形式为瞬时释放。

3.2 Fluidyn-Pollusol模型方法

在模拟放射性核素在地下水中迁移时，我们一般仅分析潜水层的情况。所以将模型中含水层划分为一层，将模拟区域划分为若干个单元网格。然后确定边界条件、确定层顶部与底部高程、确定时间、初始水位、水平传导率、储水系数等相关参数，并将其与单元格相对应。

一般做核电厂地下水环境模拟时，所建立的是一个长期模型，时间为90年。这个预测时间范围主要考虑了我国核电厂的使用寿命以及核电厂退役所需时间，并对该时间适当放宽，预测核电厂如果存在放射性核素对地下水环境的影响。

利用前期勘测资料中的地下水水位对模型进行校准，并对设置的参数进行调整。模型校准过程就是调整参数的过程，使得水位观测值与模拟值最大程度的一致。

3.3 模型预测结果

对于土壤中不被吸附滞留的核素氚，会随着地下水水流方向运动。如果污染源在核电厂放射性废液收集箱附近，根据该厂址的厂址特性需要较长的时间内才能产生明显的迁移距离。本文实例中，氚大约需要在20年，浓度峰才能到达地表水，并被地表水稀释。氚在地下水中迁移的速度主要由地下水岩土层特征所决定。模拟区边界观测点H-3浓度变化曲线见图1。

4 结语

以上介绍了Fluidyn-Pollusol模型的原理、模块、使用方法等等。Fluidyn-Pollusol的使用多见于国外的核电工程，具有独特的优越性。可以预见Fluidyn-Pollusol地下水模型将在国内核电工程地下水环境影响评价中发挥越来越大的作用。

[1] 郭晓东,田 辉，张梅佳，等.我国地下水数值模拟软件应用进展[J].地下水,2010,32(4):5-7.

[2] 约翰D，安德森.计算流体力学基础及其应用[M].吴颂平，刘赵森，译.北京:机械工业出版社,2007:170-172.

[3] 薛禹群，谢春红.地下水数值模拟[M].北京:科学出版社,2007:12-13.

On application of Fluidyn-Pollusol in underground water numeric simulation in nuclear power plant

Yang Jing

(Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute, Shanghai 200233, China)

The paper introduces the basic theory of Fluidyn-Pollusol model, illustrates its main processing model from the input, operation, and output, and analyzes its application of the underground water numeric simulation by taking some nuclear power plant as the example, so as to provide some reference.

Fluidyn-Pollusol, numeric model, underground water, nuclear power plant

1009-6825(2016)12-0193-02

2016-02-15

杨 靖(1982- )，女，工程师

TM623

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