Đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường khí

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Hình 2.1: Ví dụ về các quá trình chủ yếu ảnh hưởng đến sự vận chuyển của nhân phóng xạ phát thải trong môi trường khí Hình 2.2 : Sơ đồ quy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Tào Xuân Khánh

ĐÁNH GIÁ PHÁT TÁN PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ

Chuyên ngành : Kỹ thuật hạt nhân và Vật lý môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

LỜI CAM ĐOAN 5

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 6

DANH MỤC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 8

Chương 1 11

PHẦN MỞ ĐẦU 11

1.1 Lý do chọn đề tài 11

1.2 Lịch sử nghiên cứu 12

1.3 Mục đích nghiên cứu 14

1.4 Đối tượng nghiên cứu 14

1.5 Phạm vi nghiên cứu 14

1.6 Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới 15

1.7 Phương pháp nghiên cứu 17

Chương 2 18

TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ PHÁT TÁN PHÓNG XẠ 18

TRONG KHÔNG KHÍ 18

2.1 Mô hình phát tán chất phóng xạ trong không khí 18

2.2 Phương pháp đánh giá phát tán phóng xạ 21

2.3 Quy trình đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường khí 21

2.3.1 Các thông số đầu vào cơ bản của một chương trình đánh giá phát tán phóng xạ 23

2.3.2 Chương trình điều tra khí tượng 24

Chương 3 25

GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN VÀ PHẦN MỀM SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 25

3.1 Phần mềm Hyplit 4 26

3.1.1 Một số khái niệm sử dụng trong mô hình 26

3.1.2 Phương pháp tính toán của phần mềm 28

3.1.3 Sử dụng phần mềm 30

3.1.4 Một số tệp tin dữ liệu khí tượng sử dụng trong mô hình 40

3.2 Chương trình IXP (International Exchange Program) 41

3.2.1 Giới thiệu chương trình 41

3.2.2 Khả năng tính toán 41

3.2.3 Các bước tính toán 49

3.3 Phần mềm CAP88-PC 49

3.3.1 Các chức năng tính toán của CAP88-PC 50

3.3.2 Giao diện phần mềm 51

Chương 4 57

MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP GIẢ THIẾT 57

4.1 Áp dụng phần mềm Hysplit 4 57

4.1.1 Tính toán quỹ đạo 57

4.1.2 Tính toán nhiều quỹ đạo 62

4.1.3 Tính toán quỹ đạo rào 65

4.1.4 Tính toán nồng độ 67

4.2 Áp dụng chương trình IXP 67

4.2.1 Bài toán 1 67

4.2.2 Bài toán 2 68

4.3 Áp dụng phần mềm CAP88-PC 76

4.3.1 Các dữ liệu khí tượng áp dụng cho mô hình 76

4.3.2 Nguồn phát tán 77

4.3.3 Số liệu về nông nghiệp 78

4.3.4 Khoảng cách (mét) sử dụng cho đánh giá liều cực đại 78

4.4.4 Kết quả tính toán trường liều 79

Chương 5 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

5.1 Kết luận 87

5.2 Kiến nghị 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ LỤC 92

Phụ lục 1: Tính toán nồng độ chất phóng xạ bằng phần mềm Hysplit 4 92

Phụ lục 2: Tính toán phát tán phóng xạ bằng chương trình IXP 104

Phụ lục 3: Tính toán sử dụng phần mềm CAP88-PC 116

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn “Đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường khí” là công trình nghiên cứu riêng của tôi

Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực Kết quả nghiên cứu được trình bay trong luận văn chưa từng được công bố tại bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin chân thành cam ơn các giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà nội

đã truyền đạt cho tôi kiến thức trong thời gian học ở trường

Tôi xin chân thành cảm ơn Cục An toàn bức xạ và hạt nhân đã đạo điều kiện cho tôi trong quá trình làm luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Đặng Thanh Lương và TS Nguyễn Hào Quang đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành tốt luận văn này

Hà nội, ngày 18 tháng 4 năm 2011 Tác giả luận văn

Tào Xuân Khánh

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Hình 2.1: Ví dụ về các quá trình chủ yếu ảnh hưởng đến sự vận chuyển của nhân phóng xạ phát thải trong môi trường khí

Hình 2.2 : Sơ đồ quy trình tính toán phát tán phóng xạ trong môi trường khí

Hình 3.1: Cách thức một hạt đơn lẻ (Q0) chia tách do khuếch tán theo chiều thẳng đứng thành 2 hạt Q2 và Q3

Hình 3.2: Các thức một hạt đơn lẻ với bán kính R chia tách ro khuếch tán theo chiều ngang thành 4 hạt (Q1, Q2, Q3 và Q4) có bán kính R/2

Hình 3.3: Minh họa phương pháp mô hình hóa Euler

Hình 3.4: Minh họa phương pháp mô hình hóa Lagrangian

Hình 3.5: Minh họa phương pháp mô hình khối hạt Lagrangian

Hình 3.6: Sơ đồ các bước tính toán quỹ đạo hoặc nồng độ

Hình 3.7: Giao diện ngoài của Phần mềm

Hình 3.8: Menu chính

Hình 3.9: Nhập thông số đầu vào qua lệnh Setup Run

Hình 3.10: Giao diện nhập thông số đầu vào

Hình 3.11: Nhập vị trí phát thải (trong ví dụ là 3 vị trí)

Hình 3.12: Chạy chương trình tính quỹ đạo

Hình 3.13: Thiết lập hiển thị kết quả

Hình 3.14: Ví dụ về kết quả tính toán quỹ đạo

Hình 3.15: Nhập thông số đầu vào qua lệnh Setup Run

Hình 3.16: Giao diện nhập thông số đầu vào

Hình 3.17: Giao diện thiết lập các thông tin về chất ô nhiễm, lưới nồng độ, rơi lắng

Hình 3.18: Giao diện thiết lập các thông số về chất ô nhiễm Hình 3.19: Giao diện thiết lập các thông số về lưới nồng độ Hình 3.20: Giao diện thiết lập thông số về rơi lắng

Hình 3.21: Chạy chương trình tính nồng độ

Hình 3.22: Màn hình thiết lập hiển thị

Hình 3.23: Ví dụ về kết quả tính toán nồng độ

Hình 3.24: Giao diện 1 khi chạy phần mềm CAP88-PC

Hình 3.25: Giao diện 2 khi chạy phần mềm CAP88-PC

Hình 3.26: Tab cung cấp dữ liệu về nguồn phát thải

Hình 3.27: Tab lựa chọn cách chạy CAP88-PC

Hình 3.28: Tab cung cấp dữ liệu khí tượng

Hình 3.29: Tab cung cấp thông số vật lý về nguồn thải

Hình 3.30: Tab cung cấp thông tin về sản xuất nông nghiệp Hình 3.31: Tab cung cấp thông tin về đồng vị phóng xạ phát thải Hình 4.1 Kết quả tính toán quỹ đạo rào

Hình 4.2 Phân bố liều theo khoảng cách

DANH MỤC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Bảng 3.1: Một số tệp tin dữ liệu khí tượng sử dụng trong mô hình

Bảng 3.2: Giao diện nhập thông số đầu vào của mô hình phát tán từ nguồn cơ bản Bảng 3.3: Giao diện nhập thông số đầu vào của mô hình phát tán từ vụ nổ

Bảng 3.4: Giao diện nhập thông số đầu vào của mô hình phát tán từ nguồn thanh Bảng 3.5: Giao diện nhập thông số đầu vào của mô hình phát tán theo ống khói Bảng 3.6: Giao diện nhập thông số đầu vào của mô hình phát tán từ đám cháy Bảng 4.1: Kết quả tính toán 1 quỹ đạo trong 12 tháng (năm 2010)

Bảng 4.2 Kết quả tính toán 2 quỹ đạo trong 12 tháng (năm 2010)

Bảng 4.3: Kết quả tính toán suất liều chiếu xạ ở mặt đất đối với đồng vị phóng xạ Cs-137 (ngày 1/4/2011)

Bảng 4.4: Kết quả tính toán tổng lượng rơi lắng phóng xạ đối với đồng vị phóng xạ Cs-137 (1/4/2011)

Bảng 4.5: Kết quả tính toán tương đương liều hiệu dụng đối với đồng vị phóng xạ Cs-137 (1/4/2011)

Bảng 4.6: Kết quả tính toán suất liều chiếu xạ ở mặt đất đối với đồng vị phóng xạ

Bảng4.10 : Thông số về các đồng vị phóng xạ phát thải trong năm

Bảng 4.11: Số liệu về nông nghiệp

Bảng 4.12: Liều tương đương trong các cơ quan (mrem/năm)

Bảng 4.13: Tóm tắt liều hiệu dụng thông qua các con đường xâm nhập (mrem/năm) Bảng 4.14 : Tóm tắt liều hiệu dụng gây ra bởi các đồng vị phóng xạ (mrem/năm)

Bảng 4.15: Các nguy cơ ung thư

Bảng 4.16: Nguy cơ ung thư từ các nguồn khác nhau

Bảng 4.17: Nguy cơ gây ung thư của các đồng vị phóng xạ

Bảng 4.18: Liều hiệu dụng cá nhân

Bảng PL.19 Suất liều hiệu dụng cá nhân (cho tất cả các đồng vị phóng xạ và các con đường xâm nhập (mrem/năm)

Bảng PL.20: Nguy cơ tử vong (số người chết) – tính cho tất cả các đồng vị phóng

xạ và các con đường xâm nhập

Bảng PL.21: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 300 m

Bảng PL.22: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 700 m

Bảng PL.23: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 2000 m

Bảng PL.24: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 5630 m

Bảng PL.25: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 8050 m

Bảng PL.26: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 10000 m

Bảng PL.27: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 20000 m

Bảng PL.28: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 33200 m

Bảng PL.29: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 50000 m

Bảng PL.30: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 80000 m

Bảng PL.31 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của Kr-85 Bảng PL.32 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của I-131 Bảng PL.33 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của I-133 Bảng PL.34 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của Co-60 Bảng PL.35 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của Co-58 Bảng PL.36 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của Mn-54 Bảng PL.37 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của Fe-59 Bảng PL.38 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của Sr-89 Bảng PL.39 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của Sr-90 Bảng PL.40 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của Cs-134 Bảng PL.41 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của Cs-137 Bảng PL.42 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của C-14 Bảng PL.43 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của H-3

Chương 1 PHẦN MỞ ĐẦU

Tại nạn Three Mile Island liên quan đến lò phản ứng PWR xảy ra tháng 3/1979 tại Harriburg, Pennsylvania, Mỹ Phát tán phóng xạ Xe-133 và I-131 rất lớn Chiếu xạ chủ yếu là các mây phóng xạ Gió tốc độ thấp và hướng thay đổi đã sinh ra

sự phát tán rất phức tạp tại khu vực có sự cố Quyết định sơ tán hơn 100000 người bao gồm bà mẹ mang thay và trẻ em

Tai nạn Chernobyl là tai nạn nghiêm trọng nhất đến nay xảy ra ngày 26/4/1986 tại tổ số 4 của Chernobyl, các Kiew 100km về phía Bắc, thủ đô của Ukraine Chất phóng xạ phát tán trong 10 ngày và có nhiều đồng vị phóng xạ Xe-

133, I-131, Po-210, Cs-137, Sr-90, Pu-239 Nhiệt độ cao tại điểm phát thải làm nâng độ cao hiệu dụng của mây phóng xạ (khoảng 1000 m) Phóng xạ đã di chuyển rất xa Các con đường chiếu xạ chủ yếu từ mây phóng xạ, hít thở I-131 và bị chiếu

xạ từ mặt đất bị nhiễm bẩn phóng xạ Trong vòng nhiều ngày, mây phóng xạ lan tỏa toàn châu Âu và bán cầu Bắc Rơi lắng I-131 và Cs-137 cũng gây ra nhiễm bẩn phóng xạ lớn cho thực phẩm Rất nhiều người phải sơ tán và phải tẩy xạ lên đến

Bản và ảnh hưởng đến các nước khác Kết quả của các dự báo này giúp cho Nhật Bản và các nước có những quyết sách thích hợp trong tình huống sự cố

Việt Nam chuẩn bị xây dựng nhà máy điện hạt nhân tại Ninh Thuận [16], các quy định của pháp luật cũng đã nhấn mạnh đến các mục tiêu đảm bảo an toàn trong điều kiện vận hành bình thường và trong trường hợp xảy ra sự cố, phải đảm bảo phải đảm bảo mức chiếu xạ trong và ngoài nhà máy dưới mức giới hạn cho phép và

ở mức thấp nhất có thể đạt được một cách hợp lý trong điều kiện vận hành bình thường và đảm bảo giảm thiểu mức độ ảnh hưởng của chiếu xạ trong trường hợp xảy ra sự cố

Một trong những phương pháp để đánh giá và dự báo được ảnh hưởng của phóng xạ thoát ra từ nhà máy điện hạt nhân là sử dụng các công cụ tính toán phát tán phóng xạ trong không khí

Đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường khí là một vấn đề không mới

và đã được nhiều tổ chức quốc tế, nhiều nước xây dựng và phát triển Đối với Việt Nam thì chưa tập trung nghiên cứu vào những vấn đề này Tác giả chọn đề tài này

để bước đầu tìm hiểu quy trình đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường khí nhằm dự báo và đánh giá các ảnh hưởng của phóng xạ và tạo tiền đề cho những nghiên cứu sâu hơn, có tính thực tiễn cao hơn phục vụ công việc mà tác giả đang làm tại nơi công tác và phần nào hỗ trợ công tác quản lý trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử

1.2 Lịch sử nghiên cứu

* Trên thế giới:

IAEA đã ban hành Bộ quy tắc ứng xử về An toàn Nhà máy điện hạt nhân: Lựa chọn địa điểm, Safety Series 50-C-S trong đó đưa ra các yêu cầu về việc xem xét tác động của nhà máy điện hạt nhân đối với vùng bao quanh và tính toán phân

bố dân cư trong khu vực đặt nhà máy

Sau đó IAEA đã nghiên cứu và cho ra đời ấn phẩm Hướng dẫn an toàn số NS-G-3.2 “Phát tán chất phóng xạ trong môi trường không khí và nước và Tính toán phân bố dân cư trong đánh giá địa điểm cho nhà máy điện hạt nhân”[5] Hướng

dẫn này đưa ra các khuyến cáo để đáp ứng được các yêu cầu trong Bộ quy tắc dựa trên cơ sở hiểu biết về cơ chế phát tán chất thải phóng xạ vào môi trường không khí

và nước Các đặc trưng của địa điểm và vấn đề an toàn được thảo luận trong Hướng dẫn này

Kết quả của việc đánh giá phát tán sẽ được xem xét dựa trên tình trạng phân

bố dân cư, tỉ lệ tăng trưởng dân cư dự kiến, đặc trưng địa lý riêng, khả năng của mạng lưới giao thông, công nghiệp, nông nghiệp và các hoạt động giải trí trong vùng lân cận nhà máy điện hạt nhân

IAEA và các nước như Mỹ, Úc, Châu Âu,…đã sử dụng các phần mềm tính toán phát tán phục vụ cho việc đánh giá tác động của bức xạ trong các điều kiện bình thường và sự cố (Hysplit4, IXP, CAP88PC, PAVAN, XOQDOQ, ARGOS…) Đối với Mỹ, tác giả đã tìm được nhiều tài liệu liên quan đến vấn đề này Mỹ

đã nghiên cứu và ban hành một số tiêu chuẩn đánh giá như NRC Regulatory Guide 1.109, Regulatory Guide 1.111, Regulatory Guide 1.145, Regulatory Guide 1.183 hướng dẫn tiêu chuẩn đánh giá ảnh hưởng của phát tán phóng xạ trong môi trường khí trong trường hợp hoạt động bình thường và trong trường hợp có sự cố liên quan đến nhà máy điện hạt nhân [19,20]

* Việt Nam:

Luật Năng lượng nguyên tử (NLNT) đã được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XII, kỳ họp thứ 3 thông qua ngày 3/6/2008 và có hiệu lực thi hành từ ngày 1/1/2009, trong đó tại Điều 82 đã phân loại các nhóm tình huống sự cố, sự phát tán của phóng xạ đối với môi trường và ảnh hưởng của phóng

xạ với con người Trong đó, Điều 83 quy định các mức sự cố và mức độ phát tán chất phóng xạ và quy định các kế hoạch ứng phó sự cố phải bao gồm dự kiến các tình huống sự cố xảy ra; hạn chế sự cố lan rộng, cô lập khu vực nguy hiểm và kiểm soát an toàn

Cũng theo quy định của Luật Năng lượng nguyên tử, nhà máy điện hạt nhân

từ lúc phê duyệt địa điểm đến khi đưa vào hoạt động cần được thẩm định, đánh giá

về an toàn bức xạ và hạt nhân

Sắp tới Bộ Khoa học và Công nghệ sẽ thông qua Thông tư hướng dẫn đánh giá an toàn hạt nhân đối với địa điểm nhà máy điện hạt nhân yêu cầu tuân thủ các điều kiện cụ thể nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của bức xạ đối với cộng đồng dân cư

Như vậy các yêu cầu quản lý đã đặt ra yêu cầu tương đối cụ thể về việc đánh giá và kiểm soát phóng xạ trong cả điều kiện hoạt động an toàn và các tình huống

sự cố Tuy nhiên, vấn đề đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường khí đến nay vẫn chưa được nghiên cứu cụ thể cho trường hợp nhà máy điện hạt nhân ở Việt Nam

1.3 Mục đích nghiên cứu

Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu xây dựng quy trình cơ bản đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường khí Trong đó nghiên cứu một số chương trình tính toán phán tán trong trường hợp hoạt động của nhà máy điện hạt nhân trong điều kiện hoạt động bình thường và trong trường hợp sự cố

Kết quả đánh giá phát tán có thể sử dụng làm cơ sở để hỗ trợ việc xem xét phân bố dân cư, quy hoạch dân cư trong các khu vực nhà máy điện hạt nhân Ngoài

ra kết quả đánh giá phát tán là cơ sở để thẩm định hệ thống chuẩn bị và ứng phó và các hành động can thiệp khi có sự cố xảy ra đối với nhà máy điện hạt nhân

1.4 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu lý thuyết chung về phát tán, thuật toán của các chương trình phần mềm, cách sử dụng chương trình phần mềm để tính toán phát tán và đánh giá ảnh hưởng của phóng xạ với con người và môi trường trong 2 trường hợp như

1.6 Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới

Ngày 24/6/2010, Thủ tướng Chính phủ đã ra Quyết định số 957/QĐ-TTg về việc phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển, ứng dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình đến năm 2020 (gọi tắt là Quy hoạch tổng thể) [16] Quyết định này thay thế cho Quyết định số 114/2007/QĐ-TTg ngày 23 tháng 7 năm 2007 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Kế hoạch tổng thể thực hiện Chiến lược ứng dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình đến năm 2020 Các Quyết định này đã chỉ rõ quan điểm của nước ta trong việc đầu tư phát triển ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử và tiến đến hình thành ngành công nghiệp hạt nhân Bên cạnh

đó cũng cần thực hiện việc đảm bảo an toàn, an ninh theo tiêu chuẩn quốc tế cho các hoạt động trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử, đặc biệt trong xây dựng và vận hành nhà máy điện hạt nhân

Luật Năng lượng nguyên tử số 18/2008/QH12 [10] và một số văn bản dưới Luật như Nghị định 70/2001/NĐ-CP [14] đã đưa ra các quy định đối với nhà máy điện hạt nhân nhằm đảm bảo các điều kiện an toàn, an ninh từ lựa chọn, phê duyệt địa điểm, thiết kế, xây dựng, lắp đặt, vận hành, chấm dứt hoạt động

Nghị định số 70/2001/NĐ-CP của Thủ tướng Chính phủ quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Năng lượng nguyên tử về Nhà máy điện hạt nhân Chương II của Nghị định này nêu rõ các mục tiêu đảm bảo an toàn trong điều kiện vận hành bình thường và trong trường hợp xảy ra sự cố, phải đảm bảo phải đảm bảo mức chiếu xạ trong và ngoài nhà máy dưới mức giới hạn cho phép và

ở mức thấp nhất có thể đạt được một cách hợp lý trong điều kiện vận hành bình thường và đảm bảo giảm thiểu mức độ ảnh hưởng của chiếu xạ trong trường hợp xảy ra sự cố

Trong quá trình khảo sát địa điểm xây dựng nhà máy điện hạt nhân cần phải đánh giá được ảnh hưởng của bức xạ đối với cộng đồng dân cư, bao gồm một số nội dung như:

- Phân bố, mật độ dân cư và dự báo biến động dân số trong khu vực;

- Cách thức lan truyền, phát tán vật liệu phóng xạ trong không khí và nước trên cơ sở các thông số khí tượng (hướng và tốc độ gió, sự nhiễu động không khí, độ ẩm, lượng mưa, bức xạ mặt trời), thủy văn (đặc điểm sông, suối, nước mặt và nước ngầm), đặc điểm địa hình (núi cao, thung lũng) và ảnh hưởng của các công trình xây dựng lớn;

- Phông bức xạ và liều chiếu xạ đối với cộng đồng dân cư địa phương;

- Nguy cơ tác động bức xạ đối với dân chúng làm cơ sở cho kế hoạch ứng phó

sự cố; lưu ý quy hoạch sử dụng đất, nguồn nước và lương thực thực phẩm tại địa phương;

- Điều kiện xây dựng hệ thống giao thông cho kế hoạch sơ tán, khả năng cung ứng lương thực, thực phẩm và hạ tầng cơ sở sinh hoạt cho dân chúng tại khu vực sơ tán;

- Điều kiện, địa điểm thiết lập trung tâm ứng phó khẩn cấp bên ngoài nhà máy điện hạt nhân;

- Sự phù hợp của địa điểm liên quan đến tiềm năng phát triển kinh tế - xã hội của khu vực (thương mại, công nghiệp, du lịch) và nguy cơ gia tăng rủi ro do tác động của nhà máy điện hạt nhân đối với khu vực cũng như các hoạt động trong khu vực lên nhà máy

Quy định này đặt ra một nhiệm vụ cho cả tổ chức có nhà máy điện hạt nhân

và cơ quản quản lý, trong việc lựa chọn địa điểm nhà máy điện hạt nhân cần phải xem xét tất cả các đặc trưng tại khu vực bị tác động bởi nhà máy và tính khả thi của các biện pháp can thiệp ngoài khu vực, bao gồm hành động ứng phó khẩn cấp và hành động bảo vệ phòng ngừa Ngoài ra, trong việc đánh giá ảnh hưởng của bức xạ đối với cộng đồng dân cư thì việc đánh giá phát tán của phóng xạ từ nhà máy điện hạt nhân, đặc biệt là phát tán trong môi trường khí là một yêu cầu cần phải thực hiện

để minh chứng việc tuân thủ quy định của pháp luật về đảm bảo an toàn

Việc nghiên cứu xây dựng quy trình đánh giá phát tán cho chúng ta điều kiện tìm hiểu về các bước để đánh giá được phát tán phóng xạ từ dữ liệu khí tượng, dữ liệu địa hình, dữ liệu nguồn thải,…và từng bước xây dựng được bộ dữ liệu riêng tại

khu vực có nhà máy điện hạt nhân cần quan tâm hoặc khu vực khác của Việt Nam

1.7 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu các tài liệu trong nước và quốc tế để xây dựng đồ

Phương pháp sử dụng các phần mềm tính toán đánh giá phát tán phóng xạ

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ PHÁT TÁN PHÓNG XẠ

TRONG KHÔNG KHÍ

2.1 Mô hình phát tán chất phóng xạ trong không khí

Khi khí hoặc bụi khí phóng xạ đi vào không khí trải qua 2 quá trình: vận chuyển và khuếch tán do tính chất vật lý và những yếu tố của không khí bên ngoài

mà nó phát thải vào

Dòng chất thải đi vào trong không khí với vận tốc và nhiệt độ xác định và thường khác với vận tốc và nhiệt độ của không khí môi trường Chuyển động của dòng khí có các thành phần thẳng đứng gây ra ảnh hưởng của vận tốc thẳng đứng và

sự chênh lệch nhiệt độ Điều này làm nâng dòng thải, gọi là “nâng luồng” và thay đổi chiều cao hiệu dụng của điểm phát thải Đường của luồng thải bị ảnh hưởng bởi

sự thay đổi các vật trở ngại như tòa nhà các các kết cấu khác

Các mô hình tính toán phát tán cần phải quan tâm đến ảnh hưởng của các quá trình vật lý sau:

- Phân rã phóng xạ và sinh ra các sản phẩm con cháu;

- Rơi lắng ướt;

- Tuyết (trong đó hơi hoặc son khí bị quét bởi giọt nước hoặc bông tuyết trong đám mây và rơi xuống khi mưa)

- Mưa rào (trong đó hơi hoặc son khí bị quét dưới các đám mây bởi mưa rơi);

- Sương mù (trong đó hơi hoặc son khí bị quét bởi giọt nước trong sương mù);

- Rơi lắng khô: Sự đóng cặn của son khí hoặc sự lắng do trọng lực (đối với các hạt có đường khí lớn hơn 10 µm);

- Sự va chạm của son khí và sự hút bám của hơi và khí trên các vật cản trở theo hướng gió;

- Sự hình thành và liên kết của các son khí;

- Chất rơi lắng lại tách ra khỏi bề mặt vật chất quay trở lại môi trường

Các hiệu ứng này có thể được giải thích bằng toán học, và chúng sẽ được

Các mô hình tính toán cho phát tán không khí nên được chọn phù hợp với các yêu cầu quản lý và nên tính đến các đặc trưng riêng của địa điểm và/hoặc nhà máy nếu có thể thực hiện được

Yêu cầu đầu ra của các mô hình phát tán [5]:

- Nồng độ chuẩn hoá trong thời gian phát tán ngắn (trong vài giờ) và các giá trị rơi lắng nhằm đánh giá xác suất xảy ra sự kiện nồng độ chuẩn hoá cao và mức nhiễm bẩn phóng xạ do sự cố

- Nồng độ chuẩn hoá tích hợp trong thời gian phát tán dài (lên đến 1 tháng)

và giá trị rơi lắng đối với hoạt động bình thường

- Nồng độ chuẩn hoá trong thời gian phát tán dài (lên đến 1 năm) và giá trị rơi lắng đối với hoạt động bình thường

Các mô hình phát tán có thể tính toán hàm lượng cho trường hợp phát thải thông thường và sự cố

Các phương pháp và phương trình toán học được sử dụng trong các mô hình

để chỉ thị nhiễu loạn và tính toán phát tán không khí, nâng dòng và chiều cao hiệu dụng, và nồng độ kết hợp theo thời gian, cũng như là các quy trình chung đối với việc đánh giá phát tán và các kỹ thuật để đánh giá tách trở lại của các chất lắng đọng

Hình 2.1: Ví dụ về các quá trình chủ yếu ảnh hưởng đến sự vận chuyển của nhân

phóng xạ phát thải trong môi trường khí Khi mô tả quá trình phát tán của các chất ô nhiễm trong không khí bằng các

mô hình toán học thì mức độ ô nhiễm không khí thường được đặc trưng bởi giá trị trung bình của nồng độ chất ô nhiễm phân bố theo không gian và thời gian

Trong trường hợp tổng quát, giá trị này được mô tả theo phương trình sau:

K y x

K x z

V y

V x

V

Trong đó:

χ: nồng độ trung bình của chất ô nhiễm (mg/m3 hoặc Bq/m3)

x, y, z : các thành phần tọa độ theo 3 trục Ox, Oy, Oz

t: thời gian

Kx, Ky, Kz : các thành phần của hệ số phát tán rối theo 3 trục Ox, Oy, Oz

Vx, Vy: các thành phần của tốc độ gió theo phương nằm ngang

Vz: tốc độ thẳng đứng

α: hệ số liên kết (tính đến sự liên kết của của chất ô nhiễm với các phần tử khác của môi trường không khí)

β: hệ số biến chất (tính đến sự biến đổi của chất ô nhiễm thành các chất khác

do các quá trình phản ứng hóa học xảy ra trên đường lan truyền)

Phương trình (1) là phương trình vi phân cơ bản mô tả quá trình lan truyền của các chất ô nhiễm trong môi trường không khí Tuy nhiên phương trình này rất phức tạp và không khép kín

Trên thực tế để giải phương trình này người ta phải tiến hành đơn giản hóa trên cơ sở thừa nhận một số điều kiện gần đúng (bằng cách đưa ra các giả thiết phù hợp với từng điều kiện cụ thể), kết hợp với các điều kiện biên và điều kiện ban đầu

để tìm nghiệm của phương trình, đó chính là phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo không gian và thời gian

Có 2 mô hình được sử dụng phổ biến hiện nay là:

- Mô hình giải tích Gauss

- Mô hình số Lagrangian

2.2 Phương pháp đánh giá phát tán phóng xạ

2.2.1 Mô hình giải tích Gauss

2.2.2 Mô hình số Lagrangian

2.3 Quy trình đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường khí

Quy trình đánh giá phát tán phóng xạ có thể được chia thành 5 giai đoạn cơ bản sau (Hình 2.2):

a) Giai đoạn 1: Giai đoạn này là lựa chọn phần mềm tính toán và nghiên cứu

mô hình phát tán phóng xạ trong môi trường khí để hiểu rõ bản chất của phát tán, đồng thời nghiên cứu chương trình tính toán cần sử dụng để có mối liên

hệ về phương pháp mà chương trình tính toán sử dụng để thực hiện

b) Giai đoạn 2: Giai đoạn này cần xác định các thông số đầu vào đối với các chương trình tính toán Về cơ bản các chương trình tính toán sử dụng các thông số đầu vào giống nhau tuy nhiên có thể khác nhau tùy theo mục đích

sử dụng Các thông số đầu vào thông thương cần nghiên cứu là: Số liệu về các đồng vị phóng xạ, thông số về nguồn phát thải, điều tra dữ liệu khí tượng, điều tra số liệu địa hình, vật chắn, số liệu về tốc độ suy yếu của chất phóng xạ trong khí quyển

c) Giai đoạn 3: Tổng hợp các dữ liệu đầu vào cần thiết cho mô hình tính toán d) Giai đoạn 4: Đưa dữ liệu phù hợp vào chương trình tính toán Chạy chương trình để thu lại kết quả đầu ra

e) Giai đoạn 5: Sử dụng kết quả đầu ra Kết quả đầu ra được sử dụng để đánh giá và tư vấn về phân bố dân cư bên ngoài khu vực nhà máy điện hạt nhân;

Cơ sở để tiến hành các biện pháp cần thiết để ứng phó sự cố và thiết lập hệ thống ứng phó sự cố; lưu hồ sơ

Hình 2.2 : Sơ đồ quy trình tính toán phát tán phóng xạ trong môi trường khí

Xác định thông số nguồn thải

Nghiên cứu phần mềm tính toán phát tán phóng xạ trong môi trường khí

Điều tra dữ liệu khí tượng

Xác định số liệu về các đồng vị

phóng xạ

Đưa dữ liệu vào chương trình tính

toán Chạy chương trình

Xác định các thông số đầu vào

Kết quả đầu ra

Tổng hợp dữ liệu đầu vào

Điều tra số liệu địa hình, vật chắn

Xác định số liệu về tốc độ suy yếu chất phóng xạ trong khí quyển

- Nồng độ chuẩn hoá tích hợp trong thời gian phát tán dài (lên đến 1 tháng) và giá trị rơi lắng đối với hoạt động bình thường

Nồng độ chuẩn hoá trong thời gian phát tán ngắn (trong vài giờ) và các giá trị rơi lắng nhằm đánh giá xác suất xảy ra sự kiện nồng độ chuẩn hoá cao và mức nhiễm bẩn phóng xạ do sự cố

Nồng độ chuẩn hoá trong thời gian phát tán dài (lên đến 1 năm) và giá trị rơi lắng đối với hoạt động bình thường

2.3.1 Các thông số đầu vào cơ bản của một chương trình đánh giá phát tán phóng xạ

a) Các đặc trưng vật lý của nhân phóng xạ có trong nguồn phát thải

- Tên đồng vị phóng xạ

- Kích thước

- Hằng số phân rã

- Chu kỳ bán rã

- Hiệu suất phân hạch

- Năng lượng tia gamma (áp dụng trong tính toán liều)

- Năng lượng tia beta (áp dụng trong tính toán liều)

b) Các thông số về nguồn thải

- Tốc độ thải (công suất nguồn thải)

- Kích thước vật chắn, núi đồi

- Vị trí vật chắn, núi đồi, …so với vị trí phát thải

e) Số liệu về tốc độ suy yếu chất phóng xạ trong khí quyển

- Tốc độ rơi lắng khô

- Tốc độ rơi lắng ướt

2.3.2 Chương trình điều tra khí tượng

Chương trình điều tra khí tượng là một trong các thành phần quan trọng nhất của mô hình tính toán Chương trình được thiết kế để thu thập và đánh giá dữ liệu liên tục trong hoạt động bình thường của nhà máy điện hạt nhân:

- Các thông số khí tượng riêng của địa điểm liên quan đến tích toán phát tán không khí và phân tích thống kê;

- Các thông số khí tượng riêng của địa điểm được thể hiện trong kế hoạch ứng phó sự cố;

- Các thông số khí tượng riêng của địa điểm liên quan đến hoạt động an toàn

và xác nhận về cơ sở thiết kế cho nhà máy

Chương trình đo khí tượng sẽ cung cấp dữ liệu trong một khoảng thời gian thích hợp (ít nhất 1 năm đầy đủ) Dữ liệu này đại diện cho khu vực trước khi bắt đầu xây dựng nhà máy, và tiếp tục trong suốt thời gian hoạt động của nhà máy Thêm vào đó, dữ liệu sẽ được so sánh với dữ liệu thu thập được sau khi nhà máy được xây dựng nhưng trước khi vận hành, để xác định cần có sự thay đổi trong cơ sở thiết kế hoặc các giả định được thực hiện trong mô hình tính toán

Dữ liệu khí tượng được thu thập nên tương thích với bản chất, quy mô và sự chính xác với phương pháp và mô hình mà chúng được sử dụng trong việc đánh giá chiếu xạ dân chúng và tác động phóng xạ vào môi trường để đánh giá lại các mục tiêu quản lý

Đo lường khí tượng thường bị ảnh hưởng do địa thế, và các đặc trưng địa phương như là các lớp đất và thực vật, các đặc trưng địa hình núi và cấu trúc nhà máy (như tháp làm lạnh và cột ăngten hỗ trợ cảm biến khí tượng) cũng như là ảnh hưởng đuôi từ các toà nhà tác dộng đến tính đại diện của dữ liệu thu thập được Trong việc thu thập dữ liệu khí tượng, cần quan tâm đến việc ngăn ngừa các hiệu ứng địa phương từ sự thay đổi quá mức các giá trị của thông số được đo

Chương 3 GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN VÀ PHẦN MỀM SỬ

DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Trên thế giới đang tồn tại nhiều phần mềm hoặc chương trình (gọi chung là phầm mềm) tính toán phát tán phóng xạ trong không khí trong cả 2 trường hợp hoạt động bình thường và trường hợp sự cố của nhà máy điện hạt nhân

Một số phần mềm/chương trình đang được sử dụng khá phổ biến trên thế giới có thể kể đến như:

- Hysplit 4: Phần mềm được phát triển đầu tiên từ một kết quả của nỗ lực chung giữa NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) thuộc Bộ Thương mại Hoa Kỳ và Viện dữ liệu Úc Phần mềm có thể được sử dụng để tính toán cho trường hợp sự cố nhà máy điện hạt nhân [12]

- IXP: Hệ thống IXP được tổ chức bởi Trung tâm tư vấn phát tán khí quyển quốc gia (NARAC) tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore tại Livermore, California, Mỹ Chương trình này có thể được sử dụng tính toán trong trường hợp sự cố nhà máy điện hạt nhân [11]

- CAP88PC: Phần mềm được nghiên cứu và phát triển tại Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) Phần mềm nằm trong chương trình “ Đánh giá các hành động làm sạch không khí” (Clean Air Act Assessment Package -1988), được

sử dụng chủ yếu để tính toán trong trường hợp hoạt động bình thường của nhà máy điện hạt nhân CAP88-PC được công nhận trong Luật môi trường của Mỹ [15]

- XOQDOQ: Chương trình tính toán phát tán phóng xạ trong hoạt động bình thường của nhà máy điện hạt nhân XOQDOQ được sử dụng bởi Ủy ban quản lý hạt nhân Mỹ

- PAVAN: Chương trình đánh giá phát tán phóng xạ trong sự cố của nhà máy điện hạt nhân PAVAN được sử dụng bởi Ủy ban quản lý hạt nhân Mỹ

- ARGOS: hệ thống hỗ trợ ra quyết định trong tình huống khẩn cấp và quản lý ứng phó sự cố liên quan đến phát thải chất hóa học, sinh học, phóng xạ và

hạt nhân Chương trình gốc được phát triển năm 1992 do cơ quan quản lý ứng phó khẩn cấp Đan Mạch và Trung tâm phát triển Prolog, cùng hợp tác với Phòng thí nghiệm quốc gia Riso và Viện khí tượng Đan Mạch

Trong đề tài này tác giả tập trung nghiên cứu 3 mô hình: Hysplit4, IXP, CAP88-PC do các phần mềm này đều được các cơ quan pháp quy của Mỹ sử dụng trong nhiều năm và đã được đánh giá hiệu quả tốt

3.1 Phần mềm Hyplit 4

Phần mềm Hysplit (Hybrid Single – Particle Lagrangian quỹ đạo tích hợp) là một hệ thống hoàn chỉnh để tính toán các quỹ đạo ô khí đơn giản nhằm mô phỏng phân bố và lắng đọng phức tạp

Phần mềm được phát triển đầu tiên từ một kết quả của nỗ lực chung giữa NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) thuộc Bộ Thương mại Hoa Kỳ và Viện dữ liệu Úc Các cải tiến gần đây bao gồm việc tăng cường từ một

số tổ chức đóng góp khác nhau Một số đặc trưng mới bao gồm cải tiến thuật toán bình lưu, cập nhập phương trình ổn định và phát tán, tiếp tục cải tiến về giao diện người dùng đồ họa, và thêm chức năng về các modun chuyển đổi hóa học Không

có các modun thêm về phát tán

Hysplit tính toán có khả năng tính toán vận chuyển bình lưu của các hạt chất

ô nhiêm đơn lẻ, quỹ đạo đơn giản của chúng và tính toán nồng độ trong môi trường khí

3.1.1 Một số khái niệm sử dụng trong mô hình

Sự phát tán chất phóng xạ được tính toán bởi giả thiết sự phát tán khối hạt hoặc hạt Trong mô hình khối hạt, khối hạt được mở rộng cho đến khi chúng vượt quá kích thước của ô lưới khí tượng (theo chiều ngang hoặc dọc) và sau đó chia thành nhiều khối hạt mới, mỗi khối hạt được chia sẻ khối lượng chất ô nhiễm Trong mô hình hạt, một số cố định các hạt được vận chuyển bình lưu trong vùng của mô hình bằng các trường gió trung bình và mở rộng theo thành phần hỗn loạn Cấu hình mặc định của mô hình giả thiết phân bố hạt theo 3 hướng (ngang và dọc)

Hạt: một khối lượng điểm của chất ô nhiễm Một số cố định các hạt phát thải

và được di chuyển bởi gió cho thành phần trung bình và thành phần ngẫu nhiên Các hạt không bao giờ lớn lên hoặc chia tách

Khối hạt: Khối hình trụ 3 chiều, có phân bố nồng độ xác định trong chiều

ngang và dọc Khối hạt lớn lên theo chiều dọc và chiều ngang theo quy luật phát tán của khối hạt và chia tách nếu chúng trở nên quá lớn

Hình 3.1: Cách thức một hạt đơn lẻ (Q0) chia tách do khuếch tán theo chiều

thẳng đứng thành 2 hạt Q2 và Q3

Kết hợp: Vật thể tròn 2D (khối lượng phẳng, có chiều sâu là 0), trong đó

chất ô nhiễm theo chiều ngang có phân bố khối hạt Đây là một số cố định của các khối hạt theo chiều dọc bởi vì chúng như là các hạt theo hướng đó Trong chiều ngang, chúng lớn lên tương ứng với quy luật phát tán cho khối hạt và chia tách nếu chúng quá lớn

Hình 3.2: Các thức một hạt đơn lẻ với bán kính R chia tách ro khuếch tán theo chiều

ngang thành 4 hạt (Q1, Q2, Q3 và Q4) có bán kính R/2

3.1.2 Phương pháp tính toán của phần mềm

a) Phương pháp tiếp cận mô hình hóa Euler

Nồng độ được tính toán tại mỗi giao diện ô lưới do sự khuếch tán và di chuyển bình lưu

∂C/∂t = [bình lưu] + [khuếch tán] + [nguồn] + [rơi lắng]

Tính toán chuyên sâu tại mỗi ô lưới phải được tính toán thậm chí khi các chất

ô nhiễm không di chuyển bình lưu vào ô lưới

Phương pháp này thích hợp với tính toán phát tán phức tạp và kịch bản chuyển đổi hóa học tuyến tính

Hình 3.3: Minh họa phương pháp mô hình hóa Euler

b) Phương pháp tiếp cận mô hình hóa Lagrangian

Nồng độ tính bằng tổng khối lượng của mỗi chất gây ô nhiễm được chuyển bình lưu qua ô lưới

c) Mô hình khối hạt (Pull) Lagrangian

Nguồn được mô phỏng bằng cảnh phát vào những khối hạt chất ô nhiễm định

kỳ theo thời gian phát thải

Mỗi khối hạt Pull chứa hệ số thích hợp của khối lượng chất ô nhiễm

Mỗi khối hạt được chuyển bình lưu theo quỹ đạo của vị trí trung tâm của chúng

Kích thước của mỗi tập hợp (ngang và dọc) mở rộng theo thời gian tính đến bản chất phát tán của không khí nhiễu loạn

Nồng độ được tính toán tại các điểm cụ thể (hoặc điểm nút của lưới) bằng cách giả thiết nồng độ trong một tập hợp có phân bố không gian được định nghĩa trước

Hình 3.5: Minh họa phương pháp mô hình khối hạt Lagrangian

d) Mô hình hạt Lagrangian

Nguồn được mô phỏng bằng cách phát ra nhiều hạt trong thời gian phát thải Ngoài chuyển động chuyển bình lưu trung bình, thành phần chuyển động ngẫu nhiên được thêm vào mỗi hạt tại mỗi bước theo nhiễu loạn không khí tại thời điểm đó

Một đám hạt giải phóng tại cùng 1 điểm sẽ mở rộng theo không gian và thời gian mô phỏng bản chất phát tán của không khí

Nồng độ được tính bằng cách lấy tổng khối lượng của tất cả các hạt trong một ô lưới

Trong môi trường đồng nhất, kích thước của 1 khối hạt (theo khái niệm độ lệch chuẩn) tại bất cứ thời gian cụ thể nào sẽ tương ứng với momen thứ cấp của vị trí các hạt

3.1.3 Sử dụng phần mềm

Tùy theo mục đích tính toán mà chúng ta lựa chọn các thông số đầu vào thích hợp Chủ yếu phần mềm này có 2 chức năng tính toán cơ bản nhất: tính toán quỹ đạo và tính toán nồng độ

Hình 3.6: Sơ đồ các bước tính toán quỹ đạo hoặc nồng độ

a) Giao diện phần mềm

Nhập thông số

đầu vào

Chạy chương trình

Thiết lập hiển thị kết quả đầu ra

Xử lý kết quả Lưu kết quả

Hình 3.7: Giao diện ngoài của Phần mềm

Hình 3.8: Menu chính

b) Tính toán quỹ đạo (Trajectory)

Việc tính toán quỹ đạo được mô phỏng như sau:

Nếu chúng ta giả sử 1 hạt chuyển động thụ động theo gió thì quỹ đạo của chúng là tích phân của vector vị trí hạt theo không gian và thời gian Vị trí cuối được tính từ vận tốc trung bình tại điểm khởi đầu (P) và vị trí ước lượng thứ nhất (P’):

Dữ liệu khí tượng vẫn duy trì trên hệ tọa độ ngang khi đọc bởi Hysplit nhưng được nội suy thành hệ tọa độ dọc trong phụ thuộc vào địa hình theo tính toán sau:

σ = ( Z top – Z msl ) / ( Z top – Z gl ) (5)

Ztop - đỉnh của hệ tọa độ của mô hình quỹ đạo

Zgl - chiều cao của mặt đất

Zmsl - chiều cao của hệ tọa độ trong

Chiều cao trong của mô hình có thể được chọn tại bất kỳ khoảng thời gian nào, tuy nhiên một mối quan hệ bậc 2 giữa chiều cao và mức mô hình là xác định, như vậy chiều cao mức liên hệ với chỉ số trong của mô hình được định nghĩa bởi

Hằng số được xác định tự động và độ phân giải trong của mô hình bằng hoặc tốt hơn độ phân giải dọc của dữ liệu khí tượng đầu vào

Theo chương trình ta sẽ làm các bước như sau:

Bước 1: Nhập thông số đầu vào qua lệnh Setup Run

Hình 3.9: Nhập thông số đầu vào qua lệnh Setup Run

Hình 3.10: Giao diện nhập thông số đầu vào

Vị trí phát thải Thời gian phát thải

Dữ liệu khí tượng

Thời gian tính toán

Lưu các thông số đầu vào

Hình 3.11: Nhập vị trí phát thải (trong ví dụ là 3 vị trí) Bước 2: Chạy chương trình

Hình 3.12: Chạy chương trình tính quỹ đạo Bước 3: Thiết lập hiển thị kết quả

Hình 3.13: Thiết lập hiển thị kết quả Bước 4: Xử lý kết quả Lưu kết quả

Hình 3.14: Ví dụ về kết quả tính toán quỹ đạo

c) Tính toán nồng độ (Concentration)

Mô hình chuyển động của hạt hoặc phân bố hạt (khối hạt):

Để tính toán nồng độ thì phải theo tất cả các hạt cần thiết để đủ đại diện cho phân bố chất ô nhiễm trong không gian và thời gian Điều này có thể được thực hiện

rõ ràng bằng cách làm theo quỹ đạo của mỗi hạt, trong đó một thành phần ngẫu nhiên được thêm vào vận tốc trung bình (từ mô hình khí tượng), để xác định phát tán của đám mây ô nhiễm Trong chiều ngang, các tính toán có thể được đại diện bởi các phương trình sau đây:

Xfinal(t + Δt) = Xmean(t + Δt) + U'(t + Δt)Δt, (7) Trong đó:

U'(t + Δt) = R(Δt) U'(t) + U''(1 - R(Δt)2)0.5, (vận tốc hỗn loạn ngang) R(Δt) = exp(-Δt/TLu), (Hệ số tương quan tự động)

TLu : Khoảng thời gian Lagrangian,

U'' = σuλ, trong đó λ là một số ngẫu nhiên với giá trị trong khoảng (0,1)

Các tính toán có thể được đơn giản hóa, nếu thay vì mô hình chuyển động của mỗi hạt, chúng ta tính toán quỹ đạo của vị trí hạt trung bình và phân bố các hạt

Độ lệch chuẩn của phân bố hạt có thể được tính từ tất cả các hạt:

σ2 = (Xi-Xm)2 (Xi= Vị trí của hạt I, Xm = Vị trí trung bình)

Hoặc có thể tính mà không theo các hạt đơn lẻ bằng cách giả thiết một dạng phân bố (khối hạt) và mối quan hệ với hỗn loạn nội tại Có nhiều công thức khác nhau được đưa ra:

Thực hiện trong phần mềm Hyplit 4 có các giao diện chính để tính toán nồng

độ như sau:

Bước 1: Nhập thông số đầu vào qua lệnh Setup Run

Hình 3.15: Nhập thông số đầu vào qua lệnh Setup Run

Hình 3.16: Giao diện nhập thông số đầu vào

Hình 3.17: Giao diện thiết lập các thông tin về chất ô nhiễm, lưới nồng độ, rơi lắng

Hình 3.18: Giao diện thiết lập các thông số về chất ô nhiễm

Hình 3.19: Giao diện thiết lập các thông số về lưới nồng độ

Hình 3.20: Giao diện thiết lập thông số về rơi lắng Bước 2: Chạy chương trình

Hình 3.21: Chạy chương trình tính nồng độ Bước 3: Thiết lập hiển thị kết quả

Hình 3.22: Màn hình thiết lập hiển thị Bước 4: Xử lý kết quả Lưu kết quả

Hình 3.23: Ví dụ về kết quả tính toán nồng độ

3.1.4 Một số tệp tin dữ liệu khí tượng sử dụng trong mô hình

Bảng 3.1: Một số tệp tin dữ liệu khí tượng sử dụng trong mô hình GDAS - Global Data Assimilation System (Sử dụng trong luận văn) GFSFLL - Global Forecast on latitude/longitude grid

GFSFNH - Global Forecast on Northern polar stereographic grid GFSXFLL - Extended-range Global Forecast on lat/lon grid

GFSLRFLL - Long-range Global Forecast on lat/lon grid

FNLDUST.bin - Global Analysis for dust simulation

NAMF12 - North American Mesoscale forecast on 12 km grid

NAMF40 - North American Mesoscale forecast on 40 km grid

RUC - Rapid Update Cycle forecast on 20 km grid

MM5NA15 - AFWA MM5 over North America on a 15 km grid

MM5NA45 - AFWA MM5 over North America on a 45 km grid

ngm - Nested Grid Model

edas - EDAS archive on 40 km grid