本發(fā)明涉及環(huán)境污染處理領域，具體涉及一種放射性核素擴散的計算方法。

背景技術(shù)：
核能作為一種清潔、安全的能源越來越受到人們的青睞，利用越來越廣泛。核電站發(fā)展的歷史已經(jīng)證明，核電站的安全記錄良好。但現(xiàn)代科學技術(shù)不能絕對排除嚴重核事故發(fā)生的可能性。如人為操作過失引起的核事故：1973年美國三里島核反應堆發(fā)生的嚴重核泄漏，以及更嚴重的1986年切爾諾貝利核電站4號反應堆發(fā)生爆炸，造成30人當場死亡，8噸多強輻射物泄漏，電站周圍6萬多平方公里土地受到直接污染，320多萬人受到核輻射侵害，再如自然災害引起2011年日本福島核電站爆炸，大量的核輻射擴散到外部，嚴重威脅著人類生活環(huán)境和健康安全。核能不僅是能作為能源使用，也可以被當作武器在戰(zhàn)場中使用，如二戰(zhàn)中，美國向日本投了2顆原子彈，核爆炸產(chǎn)生的放射性核素在中大氣擴散，給周邊環(huán)境帶來的長期的影響。對于嚴重的核事故，危害最大的是核爆炸或核泄漏產(chǎn)生的放射性核素的擴散，在擴散區(qū)域范圍內(nèi)，嚴重影響著周圍人民的健康和安全。在發(fā)生這種不可控制的核事故情況下，為保護核事故點周圍人民的生命健康與安全，需要采取必要的措施，把傷亡人數(shù)降到最低。在此前，確定放射性核素擴散的污染范圍區(qū)域，預測經(jīng)過一段時間內(nèi)，放射性核素能擴散到的區(qū)域范圍成為了目前亟待解決的難題。目前，相關(guān)技術(shù)中的核事故中大氣擴散模型主要有三類，即拉格朗日煙團模型、高斯煙羽模型和三維數(shù)值計算模型。由于在核爆炸事故中，大氣處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，而高斯煙羽模型是以假設大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)為前提，因此運用高斯煙羽模型并不適合，而三維數(shù)值計算模型計算量過大，耗費時間較長，在實際運用中難以滿足要求，拉格朗日煙團模型雖然能在復雜條件下較為真實的計算出放射性物質(zhì)在大氣傳輸中的時空分布，但是傳統(tǒng)的處理方法是處理連續(xù)釋放的煙團，對于不可控制的嚴重核事故條件，難以適用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種放射性核素擴散的計算方法，能夠預測突發(fā)的嚴重核事故所引起的放射性核素泄露在大氣中的擴散趨勢，進而確定放射性核素的擴散范圍。本發(fā)明的具體方案是這樣的：一種放射性核素擴散的計算方法，包括：步驟一、在地圖上確定發(fā)生放射性核素泄露的區(qū)域，確定放射性云團的原始中心坐標；步驟二、對發(fā)生放射性核素泄露的區(qū)域進行地理網(wǎng)格劃分，結(jié)合硬件計算能力及顯示效果確定適當?shù)木W(wǎng)格單元大小；步驟三、根據(jù)氣象數(shù)據(jù)在每個網(wǎng)格單元內(nèi)進行等時間間隔的二維風場疊加；步驟四、根據(jù)放射性核泄漏的情況確定放射性核素擴散模型，并結(jié)合原始中心坐標、放射核素泄漏時間和二維風場計算出每個網(wǎng)格單元濃度值；步驟五、根據(jù)每個網(wǎng)格單元的濃度值判斷放射性云團是否分裂，若否，進入步驟六，若是，進入步驟七；步驟六、根據(jù)二維風場計算新的原始中心坐標，并進入步驟四；步驟七、確定放射性云團的數(shù)目，并計算每個放射性云團的原始中心坐標，按照步驟四計算每個放射性云團對網(wǎng)格單元濃度的貢獻值；步驟八、對每個放射性云團對網(wǎng)格單元濃度的貢獻值求和，得到每個網(wǎng)格單元濃度值；步驟九、重復步驟七、八直到時間到達預設的時間；步驟十、設定濃度閾值，標記網(wǎng)格單元濃度大于閾值的網(wǎng)格；步驟十一、將標記的網(wǎng)格單元的濃度映射到RGB空間，繪制整個擴散區(qū)域圖，得到整個放射性核素擴散區(qū)域圖。有益效果：本發(fā)明采用放射性核素擴散模型、地理空間分析、可視化技術(shù)，通過獲取事發(fā)點地理數(shù)據(jù)，分析其地形地貌的特點，結(jié)合當時的氣象條件，獲取風場氣象信息，分析風場的運動規(guī)律，確定擴散模型參數(shù)數(shù)值，運用擴散模型計算出事發(fā)點周圍環(huán)境的放射性核素濃度值，預測出在事發(fā)時間段內(nèi)受污染的區(qū)域范圍。因此本發(fā)明對出現(xiàn)不可控制的核事故緊急情況下，具有重要的指導決策意義。附圖說明圖1為本發(fā)明的放射性核素擴散的計算方法的流程圖；圖2為本發(fā)明的地理網(wǎng)格單元示意圖；圖3為本發(fā)明的泄露發(fā)生地放射性云團中心位置示意圖；圖4為本發(fā)明的放射性云團分裂示意圖；圖5為本發(fā)明的放射性核素擴散區(qū)域功能流程圖。具體實施方式本發(fā)明提供一種放射性核素擴散的計算方法，如圖1～圖5所示，包括：步驟一、在地圖上確定發(fā)生放射性核素泄露的區(qū)域，確定放射性云團的原始中心坐標；原始中心坐標的確定十分重要，將其帶入放射性核素云團中心坐標數(shù)學模型中便可求得新的中心坐標。步驟二、對發(fā)生放射性核素泄露的區(qū)域進行地理網(wǎng)格劃分，結(jié)合硬件計算能力及顯示效果確定適當?shù)木W(wǎng)格單元大??；劃分的結(jié)果要能夠恰當?shù)胤从撤派湫栽茍F的變化過程，同時考慮計算機硬件的計算能力，使系統(tǒng)運行的流暢。步驟三、根據(jù)氣象數(shù)據(jù)在每個網(wǎng)格單元內(nèi)進行等時間間隔的二維風場疊加；由于風場是不斷變化的，需要不斷的更新風場數(shù)據(jù)。這里的二維風場疊加具體是指：根據(jù)每一個網(wǎng)格所對應地理位置上的二維風場將其疊加到網(wǎng)格上。步驟四、根據(jù)放射性核素的泄漏情況確定放射性核素擴散模型，并結(jié)合原始中心坐標、放射核素泄漏時間和二維風場計算出每個網(wǎng)格單元濃度值；上述的放射性核素的泄漏情況至少包括：處于長期泄露且近地面、處于長期泄露且距離地面有一定高度、處于短期泄露、處于復雜山體這四種情況。這里的放射性核素泄漏時間從初始時刻開始計算。步驟五、根據(jù)每個網(wǎng)格單元的濃度值判斷放射性云團是否分裂，若否，進入步驟六，若是，進入步驟七；如果放射性云團進行了分裂，則需要重新確定分裂后的每個放射性云團的中心坐標。步驟六、根據(jù)二維風場計算新的原始中心坐標，并進入步驟四；步驟七、確定放射性云團的數(shù)目，并計算每個放射性云團的原始中心坐標，按照步驟四計算每個放射性云團對網(wǎng)格單元濃度的貢獻值；由于放射性云團之間可能存在互相疊加的情形，在互相疊加處的網(wǎng)格單元濃度就要考慮到各個云團對其的濃度影響值，即上述的每個放射性云團對網(wǎng)格單元濃度的貢獻值。步驟八、對每個放射性云團對網(wǎng)格單元濃度的貢獻值求和，得到每個網(wǎng)格單元濃度值；步驟九、重復步驟七、八直到時間到達預設的時間；步驟十、設定濃度閾值，標記網(wǎng)格單元濃度大于閾值的網(wǎng)格；在閾值以下的情況則不需要考慮，因為小濃度的核素污染不會對人體造成危害，同時也是考慮到計算機的計算能力。步驟十一、將標記的網(wǎng)格單元的濃度映射到RGB空間，繪制整個擴散區(qū)域圖，得到整個放射性核素擴散區(qū)域圖。通過紋理映射將網(wǎng)格濃度值變換到RGB空間，繪制整個擴散區(qū)域圖，用顏色漸變表現(xiàn)濃度逐漸變化，最后得出放射性核素的整個擴散區(qū)域。本發(fā)明采用放射性核素擴散模型、地理空間分析、可視化技術(shù)，通過獲取事發(fā)點地理數(shù)據(jù)，分析其地形地貌的特點，結(jié)合當時的氣象條件，獲取風場氣象信息，分析風場的運動規(guī)律，確定擴散模型參數(shù)數(shù)值，運用擴散模型計算出事發(fā)點周圍環(huán)境的放射性核素濃度值，預測出在事發(fā)時間段內(nèi)受污染的區(qū)域范圍。因此本發(fā)明對出現(xiàn)不可控制的核事故緊急情況下，具有重要的指導決策意義。要確定放射性核素擴散模型，確定事發(fā)點發(fā)生放射性核素擴散的源點是關(guān)鍵，根據(jù)源點的地理環(huán)境和復雜條件，結(jié)合當時的風場。源點所處的地理位置，決定著所采用的用何種放射性核素擴散模型，而發(fā)生核事故的位置，在計算的范圍內(nèi)，其地形地貌決定著擴散模型參數(shù)采用何種計算方式獲取。對于各種環(huán)境下所使用的數(shù)學模型附在下方，主要參考的專著有：宋妙發(fā)、強亦忠主編的《核環(huán)境學基礎》以及童志權(quán)編著的《大氣環(huán)境影響評價》，相關(guān)的基礎公式推導可查看湍流理論方面的書籍。1.處于長期核泄漏，且近地面時，放射性核素擴散模型為式（1）其中，C是點p(x,y,z)點處放射性核素污染物的平均濃度，Bq·m-3；Q是放射性核素釋放率，Bq·s-1；其數(shù)學計算模型為式（7）。σy，σz是下風向x(m)距離處側(cè)風方向及鉛直方向的擴散系數(shù)。其數(shù)學計算模型為式（6）。2.處于長期核泄漏，且離地面有一定高度時，放射性核素擴散模型為式（2）其中，h是放射性核素釋放后，放射性云團的穩(wěn)定高度，m，其數(shù)學計算模型為式（8）。3.處于短期核泄漏，放射性核素擴散模型為式（3）其中，σx，σy，σz為擴散系數(shù)。其數(shù)學計算模型為式（6）xc(i)，yx(i)，zc(i)是第i個放射性核素擴散云團中心坐標，單位是m。其數(shù)學計算模型為式（5）。zinv頂?shù)母叨?，通過結(jié)合氣象觀測數(shù)據(jù)，采用Yd法、羅氏法或者查表法獲取。n的取值范圍[1,4]。4.處于復雜山體地形時，放射性核素擴散模型為式（4）其中C(x,y,z)、C(x,y,z-zt)是由式（1）或者式（2）或者式（3）求得，zt是下風方向接收點空間濃度計算點投影到地形表面，在地形表面對應的空間點的水平高程，Hc為臨界分流高度。5.放射性核素云團中心坐標數(shù)學模型為式（5），其中，平均風速u=(ux，uy，uz)，起始位置（xc0(i)，yc0(i)，zc0(i)），Δt是時間間隔。6．σx，σy，σz為擴散參數(shù)的確定采用沃格特方法計算，為式（6）其中，x單位為km，參數(shù)a,b,c,d,e,f根據(jù)氣象條件，查詢國家標準（GB/T13201-1991）《制定地方大氣污染物排放標準的技術(shù)方法》獲得。7.放射性核素的釋放率數(shù)學計算模型為式（7）其中，Q′為放射性核素初始釋放濃度，T0.5為放射性核素半衰期。8.放射性核素云團釋放后，由熱力抬升等上升的穩(wěn)定高度，數(shù)學計算模型為式（8）其中，W0為放射性核素起始擴散速度，單位是m/s；h′為放射性核素起始擴散高度，單位為m；x為下風向距離，單位為m；u為h′處平均風速，單位為m/s；Di為放射性核素起始擴散半徑，單位為m；C為修正因子，單位為m。對放射性核素擴散區(qū)域的計算涉及的地理信息數(shù)據(jù)，氣象信息數(shù)據(jù)，放射性核素物理特性，他們相互影響，對準確計算放射性核素的擴散區(qū)域十分復雜。結(jié)合圖5功能流程圖，通過確定事發(fā)生時間，中心位置，地理地形地貌，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，確定放射性核素擴散模型的各個參數(shù)，選取對應的地形條件下的擴散模型。至此，計算并沒有結(jié)束，由于參數(shù)的復雜性和風場的不確定行，需要不斷的更新風場數(shù)據(jù)，因為中心點位置已經(jīng)發(fā)生變化，擴散局部區(qū)域已經(jīng)初步確立，為了正確計算出下一階段的擴散區(qū)域，就不能簡單的用上面的擴散模型進行計算，本發(fā)明的核心計算就是充分利用地理數(shù)據(jù)，結(jié)合風場變化，把初步計算的濃度區(qū)域進行劃分，同時也需要把初次的云團分裂成小的云團，抽象疊加到地理網(wǎng)格中，重新計算小云團的中心位置。如圖4所示，再運用擴散模型逐次進行計算，最后把相應的結(jié)果進行疊加，即可得出在設置的時間范圍內(nèi)放射性核素擴散區(qū)域，擴散路徑，以及擴散所造成的污染程度。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。