第1章　绪论

近年来，为保障能源安全、优化能源结构、改善大气环境，国家制定了积极发展核电的能源政策，内陆核电项目得到快速推进。核电站在正常运行期间或者突发事故后会向环境水体排放3H、60Co、90Sr、137Cs等多种放射性核素（Margvelashvily et al.，1997；Margvelashvili et al.，2000；林诚格等，2008；Saegusa et al.，2013；Tateda et al.，2013）。核素在衰变过程中会发出α射线、β射线、γ射线以及X射线，依据剂量大小可对人体产生不同程度的危害。α射线由于穿透距离短，可集中在人体局部区域进行内照射，破坏细胞结构。γ射线由于穿透能力强，可通过外照射直接对人体的组织、器官产生破坏。在大剂量照射情况下，神经系统、免疫系统、造血系统、生殖系统和消化系统会受到严重损伤，出现细胞蛋白质凝固、新陈代谢终止、甚至大量细胞立即死亡等危及生命安全的严重后果（Kirichenko et al.，2012）。因此，准确预报放射性核素在环境中的分布情况，对确保公众的安全与健康具有至关重要的作用。放射性核素水污染事故不仅会对公众的安全与健康带来巨大威胁，而且会对生态环境酿成难以估计的损失，影响社会稳定与经济发展，甚至引发国际纠纷（Baverstock&Williams，2006；Yablokov，2009a、2009b、2009c）。

与放射性核素在海域中输运相比，其在内陆河道中输运时，受流域水量的限制，安全性问题更突出。此外，濒河核电厂址往往选在流量充沛的地区，而这些地区往往人口稠密、经济发达，一旦超标，将酿成难以估计的损失。为保障流域的水安全，最大限度地发挥流域的生态服务功能，必须对放射性核素的排放进行定量控制，对其影响范围进行准确预报与评估，并对发生事故后的危害进行有效防范与应对（国家核安全局政策法规处，1992；Alexakhin et al.，2007；Napier et al.，2007；Kirichenko et al.，2012）。放射性核素在河道中的输运模拟，对核素水污染的风险预报、评估具有重要意义，是我国核电发展中水环境与水安全领域亟待解决的关键问题。

同时，放射性核素在河道中的输运模拟还是水污染研究领域的前沿科学问题。目前，国内绝大部分研究主要考虑水动力与核素自衰减的影响（袁珏，2007；陈小莉和赵懿珺，2011；秦晓和纪平，2011），而考虑泥沙作用的核素输运模拟研究仍处于起步阶段，主要集中于核素的二维输运过程（杜晓丽，2011；Zhang et al.，2012；Wang et al.，2014；Fang et al.，2016），即便是考虑水动力影响的核素输运模拟，大多局限于二维模拟与准三维模拟。纵观国内外相关研究的现状与发展趋势，计入泥沙吸附-解吸附效应的三维输运模拟技术已成为河道中核素污染模拟研究的重要方向（Margvelashvily et al.，1999；Margvelashvili et al.，2000）。

本书以水动力学、泥沙动力学以及反应动力学理论为基础，在两相流体系下建立放射性核素在河道中输运的三维数学模型，以Open-FOAM开源程序（OpenCFD Limited，2010；Open FOAM Foundation，2013）为基础，开发泥沙输运模块与核素输运模块，并从理论、实验观测、原型观测等层面对数学模型进行初步验证，在此基础上，模拟低含沙量情形下溶解态与悬浮态核素的输运过程。