بخشی از مقاله
١ مقدمه
مدلهاي پاشندگي جوي در نيروگاه ها براي مطالعه پراكندگي نشر عناصر راديواكتيو در طول شرايط كار عادي و حادثهاي استفاده مي گردند. بطور كلي مشاهدات هواشناسي محدوده نيروگاه و همچنين خروجي مدلهاي پيشبيني عددي وضع هوا مانند WRF ميتوانند به عنوان ورودي هواشناسي مدل پاشندگي و براي پيش بيني نشر آلاينده ها مورد استفاده قرار گيرند.
اين مدلها ميدان متغيرهاي هواشناسي از جمله ميدانهاي باد، دما، فشار و غيره را در اختيار قرار مي دهند. چندين مطالعه در گذشته براي ارزيابي پاشندگي جوي و محاسبات پرتوگيري - dose calculation - نيروگاه هستهاي بوشهر انجام شده است. كه از جمله آنها ميتوان به كارهاي انجام شده توسط فيضينژاد و خاموشي - ١٣٨٣ - ، ملكوتي و فيضينژاد - ١٣٨٣ - ، رئيسعلي و همكاران - ٢٠٠٦ - و سهرابي و همكاران - ٢٠١٣ - اشاره نمود.
كار حاضر تلاشي در جهت توسعه شبيهسازيهاي پاشندگي بدون فرضيات و سادهسازيهاي مدل گوسي و با استفاده از يك مدل لاگرانژي پخش و انتشار جوي است. اين كار با ايجاد يك سامانه جفت شده هواشناسي-پاشندگي - WRF-HYSPLIT - صورت ميگيرد. براي اين كار مدل پاشندگي HYSPLIT كه يكي از مدلهاي پركاربرد و معتبر در زمينه كار مقاله حاضر ميباشد - دراكسلر و هس، ٢٠٠٤ - ، درنظر گرفته شده است. بعلاوه در كار حاضر مدل هواشناسي ميانمقياسWRF جهت تامين دادههاي هواشناسي مورد نياز مدل پاشندگي مورد استفاده قرار ميگيرد. همچنين در ادامه محاسبات دز فردي بيشينه ناشي از كار عادي نيروگاه بوشهر نيز ارائه ميگردد.
٢ مدل WRF
در كار حاضر همانگونه كه ذكر شد از مدل WRF - اسكاماروك و همكاران، ٢٠٠٨ - براي تامين داده هاي هواشناسي مورد نياز مدل پاشندگي استفاده ميشود. با توجه به هدف كار حاضر، براي انجام پيش بينيهاي مدل WRF از يك حوزه محاسباتي كه از ٣ شبكه تو در تو استفاده ميشود. شكل ١ نمايي از حوزه محاسباتي را نشان ميدهد. در اين شكل ناحيههاي محاسباتي مورد استفاده با تفكيكهاي افقي km ٢٧ با خط مشكي، km ٩ با خط سفيد رنگ و km ٣ با خط قرمز رنگ نشان داده شده است.
در اين تحقيق ابتدا براي يافتن پيكربندي مناسب مدل WRF از ديدگاه پارامترسازيهاي فيزيكي ٨ پيكربندي متفاوت مورد آزمايش قرار گرفته و پس از انجام آزمونهاي اعتبارسنجي و صحتسنجي براساس ميدانهاي باد و دما، پيكربندي همراه با كمترين خطا در مقايسه با داده هاي مشاهدات مبناي كار قرار گرفت. براي رسيدن به اين هدف به اين شكل عمل شده كه براي تمامي دادهها و تمامي نقاط مشاهدات - شامل ايستگاه هاي همديدي و نقاط مشاهدات ماهوارههاي QuikSCAT و - ASCAT مورد استفاده عملكردهاي هر يك از پيكربنديها از ديدگاه ضريب همبستگي بيشتر - CC - و خطاي كمتر - RMSE - ردهبندي شدند.
جمعبندي نتايج پارامترهاي آماري - كه به علت حجم زياد از ارائه آنها در اينجا صرفنظر شده - نشان ميدهد كه، از ديدگاه مناسبترين عملكرد پيكربنديها، پيكربندي با تركيب: خردفيزيك، Lin، تابش طول موج بلند RRTM، تابش طول موج كوتاه Goddard، لايه سطحي Eta، سطح زمين Noah، لايه مرزي MYJ و كومهاي Kain-ritsch كه بالاترين امتياز را داشته، به عنوان پيكربندي منتخب براي سامانه هواشناسي-پاشندگي مورد استفاده قرار گرفت.
٣ مدل HYSPLIT و اعتبارسنجي آن براي نيروگاه بوشهر
در كار حاضر اعتبار سنجي مدل HYSPLIT بر اساس مقايسه نتايج اجراي مدل با استفاده از مشاهدات بلند مدت دكل هواشناسي ١٠٠ متري نيروگاه و مقايسه نتايج آن با گزارش محيطي - AEOI، ٢٠٠٣ و ٢٠١٣ - ، از اينجا به بعد ER و تحليل ايمني نيروگاه AEOI - ، ٢٠٠٧ و ٢٠١٥ - ، از اينجا به بعد FSAR، انجام خواهد شد. براي اعتبارسنجي شبيهسازيهاي مدل پاشندگي HYSPLIT در منطقه نيروگاه بوشهر، داده هاي هواشناسي نيروگاه مورد نياز است.
اين دادهها از اندازهگيريهاي دكل هواشناسي ١٠٠ متري نيروگاه تامين گرديده است. براي كار حاضر دادههاي اندازهگيري سال ٢٠١٠، مورد استفاده قرار گرفت. ورودي ديگر مدل يعني مقادير آلاينده - فهرست راديونوكلئيدها - رهاشده از دودكش نيروگاه، بعنوان ورودي مدل پاشندگي مطابق گزارش ايمني نيروگاه - FSAR نسخه ٢٠١٥ - ميباشد.
شبيهسازي براي تمامي راديونوكلئيدهاي خروجي دودكش نيروگاه و در محدوده km ٢٥٠ نيروگاه با تفكيك افقي °٠١/٠°×٠١/٠، انجام شد. در مدت شبيهسازي بيش از يك ميليون ذره رها گرديد. گام زماني محاسبات برابر ٧٥/٠ گام شبكه انتخاب شد. زمان شبيهسازي ٧٥٤٧ ساعت ميباشد و فرض مي شود كه در تمام مدت انجام شبيهسازي آلاينده در حال رهاسازي ميباشد. جدول ١ نمونهاي نتايج بخش اعتبارسنجي كار حاضر را در مقايسه با ساير كارهاي انجام شده نشان ميدهد.
براي تعدادي از تاريخهاي منتخب، شبيهسازي پاشندگي براي ٢٤ ساعت اجراي مدل جفت شده هواشناسي-پاشندگي - WRF-HYSPLIT - انجام شد. لازم به ذكر است كه بدليل تعداد زياد شبيهسازيهاي انجام شده، در اينجا براي اختصار فقط نتايج يك شبيهسازي ارائه شده است. الگوي پاشندگي پلوم ذرات رهاشده از دودكش نيروگاه، براي تاريخ مذكور در شكل ٢ ارائه شده است. در ساعات ابتدايي پاشندگي، پلوم داراي جهت NW بوده و در ساعات انتهاي شبيهسازي پلوم به سمت SE تغيير جهت ميدهد. همچنين براي درك بهتر رفتار پلوم، مقاطع طولي و عرضي پلوم ذرات نيز نشان داده شده است.
چگالي ذرات زير ارتفاع ٢٥٠٠ متر بيشترين مقدار را داشته و برخي ديگر خود را به سطوح بالاتر رساندهاند. اين نيمرخ تصوير قابل توجهاي از پاشندگي در راستاي قائم و عمق نفوذ پلوم كه تابعي از تلاطم جوي است را نشان ميدهد. الگوهاي بدست آمده از شبيهسازي پاشندگي براي تاريخ منتخب نشان ميدهد كه رفتار و هندسه پلوم تابع ميدان باد - سرعت و جهت - و خصوصيات لايه مرزي - تلاطم و پايداري جو - منطقه مورد مطالعه ميباشد. لازم به ذكر است الگوي بلند مدت پاشندگي منطقه نيروگاه بوشهر، تابع جهت باد غالب در منطقه كه شمالغربي - - NW است ميباشد.
