Исследования изменений основных экологических показателей

       

Численное исследование задачи


Полевые эксперименты показали, что между мощностью дозы g-излучения и содержанием Ra в подпочвенном слое хранилища наблюдается четкая линейная зависимость:

. Максимальное измеренное значение мощности дозы составляет g ~ 1000 мкр/ч, а соответствующая  ей концентрация радия (в единицах активности) CRa ~ 0.8 nKu/г; в результате имеем оценку kg,Ra ~ 0.0008 nKu ×ч/г×мкр.

С использованием этой линейной зависимости можно определить источник радона в уравнении конвективно-диффузионного переноса в области грунта:

,    
,    Qz = 1 при z < 0  и  Qz = 0 при z ³ 0, 

где rп – плотность породы, равная примерно ~ 2.5г/см3, ERn – коэффициент эманирования по радону; для вторичных (переработанных) пород, к каковым относится высохшая пульпа, содержащая радий, ERn

оценивается ~ 0.3 – 0.5.      

            Значения мощности дозы g

- излучения измерены по всей площади хвостохранилища и проинтерполированы на декартову сетку с размером ячейки DX = DY ~ 30м.

            В результате уравнение конвективной диффузии записывается в виде:

=
.

Исходя из этого уравнения, сформулируем задачу на установление следующим образом:

            1. Рассмотрим чисто диффузионный процесс -

.

            2. Счетная область является параллелепипедом, характеризуемым координатами граничных точек Xmin=0,  Xmax=1950м;  Ymin=0,  Ymax=3006м;  Zmin= - 4м,  Zmax= 4м.

            3. Размер ячейки  в плоскости XOY определяется дискретизацией g- фона и составляет 31´31м2. По оси Z количество точек, предположительно, должно быть ~ 20 в грунте и ~ 40 в воздухе; в силу принципиальной неоднородности распределения CRn в вертикальном направлении эти точки сгущаются вблизи границы грунт – воздух.

            4. В начальный момент времени считаем, что во всей счетной области CRn(t=0,x,y,z)=0.

            5. Граничные условия:

а) на границе z= Zmax величина CRn в каждый момент времени берется с предыдущего шага;

б) на нижней границе z= Zmin – ставится условие непроницаемости

;


в) на 4-х боковых границах в плоскости XOY – ставится также условие непроницаемости
,
,
,
.

6. Параметры уравнения: ux=uy=0,  D=10-6м2/с, пористость m=0.2 .

7. Счет велся до установления стационарного решения; по диффузионным оценкам момент установления tкон ~ 106 – 107с.

В результате решения определялись следующие интегральные характеристики:

средняя концентрация по вертикали от поверхности земли до высоты h=4 м

;

средняя концентрация по всему пространству над хвостохранилищем до высоты h=4 м

           
;

коэффициент корреляции радонового поля и гамма-фона

, где
;

дисперсия распределения радона по площади хранилища

 .

На рис.16 представлено установившееся  распределение CRn

на поверхности хранилища (z=0.5 см).



Рис.16. Распределение CRn (10-2 nKu/m3) на поверхности хранилища.

На рис.17 представлено установившееся распределение CRn

над поверхностью ХВХ (z=2м).



Рис.17. Распределение CRn (10-2nKu/m3) над поверхностью хранилища (z=2 м).

На рис.18 представлено распределение средней по высоте концентрации
.



Рис.18. Распределение средней по высоте концентрации Cs(10-2nKu/m3).

На рис.19 представлено установившееся  распределение CRn

над поверхностью ХВХ (z=0) в трехмерном виде, где в горизонтальной плоскости отложены координаты поверхности ХВХ, а по вертикали - значения концентрации.



Рис.19. Распределение CRn

(10-2nKu/m3) над поверхностью ХВХ.

При представлении результатов расчетов для дополнительной наглядности имеет смысл рассмотреть также одномерные распределения концентрации радона в некоторых характерных сечениях в продольном и поперечном направлениях. Подобные сечения, проходящие  через область с максимальным уровнем g-фона и, соответственно, с максимальным значением CRn, изображены вертикальной и горизонтальной линиями на рис. 18. Продольное сечение в выбранной счетной области отвечает координате x0=594 м по оси OX, а поперечное сечение – координате y0=2398 м по оси OY. Графики одномерных распределений концентрации радона и g-фона в относительных единицах
,
, где
,
, приведены на рис.20, 21.





Рис.20. Зависимости
,
 для продольного сечения.



Рис.21. Зависимости
,
 для поперечного сечения.

Данные зависимости демонстрируют, что пространственные изменения CRn практически совпадают с аналогичными изменениями g-фона, что является следствием относительно малого времени жизни атомов радона и медленного характера их диффузионного распространения в неподвижной атмосфере от места эксхаляции (за четверо суток они диффундируют на расстояния не более 20 метров). Результирующий коэффициент корреляции для безветренной погоды оказывается близок к единице: k ~ 0.9 (почти стопроцентная корреляция).

Полное расчетное установившееся количество радона в приземном слое над ХВХ составило C = 0.004 Ku, что соответствует средней концентрации C/h×S ~ 0.5 (nKu/m3). Дисперсия распределения радона по площади хранилища получилась сравнимой с этой величиной -
 ~ 0.19 (nKu/m3), что также свидетельствует о слабом влиянии диффузионного переноса на распределение радона в плоскости земли.

 


Содержание раздела







Forekc.ru
Рефераты, дипломы, курсовые, выпускные и квалификационные работы, диссертации, учебники, учебные пособия, лекции, методические пособия и рекомендации, программы и курсы обучения, публикации из профильных изданий