我国核应急决策支持系统研究现状及其与RODOS的比较_王醒宇

第23卷　第2期核科学与工程
Vo1.23　No .2
　2003年　6月Chinese Journal of Nuclear Science and Engineering Jun .　2003
收稿日期:2002-04-03;退改日期:2002-09-26
作者简介:王醒宇(1969—),男,1991年毕业于北京大学物理系理论物理专业,现从事核安全研究及计算机软件工作。

施仲齐(1939—),男,1963年毕业于清华大学工程物理系实验核物理专业,现从事核安全和辐射防护研究工作。

文章编号:0258-0918-(2003)02-0184-04
我国核应急决策支持系统研究现状
及其与RODOS 的比较
王醒宇,施仲齐
(清华大学核能技术设计研究院,北京　100084)
摘要:介绍了目前我国正在使用的两个主要核应急决策支持系统GN ARD 与QSN UCAS 和欧洲核应急决策支持系统RODOS 的研究进展情况,同时也对GNA RD2.0,Q SNU CA S1.0和RO DO S3.0系统的技术特征与功能作了介绍和比较。

3个系统的基本功能是类似的:具备完整的后果评价模型,都可以完成风场、大气扩散和结合实际干预措施情况的剂量计算;具有结果图形显示界面和用户操作界面;具备在线获取气象资料的能力;应用G IS 技术,包含地理信息数据库。

主要差别有4项:气象预报;决策优化;评价区域的空间尺度;结果显示方式和相关的网络功能。

关键词:核电站;核应急;决策支持系统;应急响应;RO DO S
0　引言
近几年,我国核应急决策支持系统(DSS )
的研究工作取得了较大的进展,目前投入使用的有两个:广东省核电站核事故场外后果预测
评价系统(GNARD2.0)[1]和秦山地区环境的
核事故后果评价系统(QSN UCAS1.0)。

同时,对欧共体项目核应急决策支持系统(RO -DOS )[2,3]的研究也取得了很大进展。

有必要
对国内外主要核应急DSS 的主要特性进行总结和比较,以探讨未来技术的可能发展方向。

本文对GNARD2.0、QSN UCAS1.0和RODOS3.0系统的技术特征与功能进行比较,分析这几个系统的共同点和不同点。

1　核应急DSS 项目概况
1.1　GNARD
2.0项目概况
[4]
1996年底,广东省核管委(当时称“广东省核电站事故应急委员会”)提出了“开发适合于广东核电站地形类别的核事故预测评价计算机程序”项目,1997年1月在北京签订了开发合同。

参与项目研究的单位有:清华大学核能技术设计研究院、中国科学院大气物理研究所和北京大学地球物理系。

清华大学核研院负责系统平台和剂量评价软件,大气所和北京大学负责风场和大气弥散软件。

配合的还有大亚湾核电站厂址的大气扩散实验、气象观测和水槽实验。

项目的软件依据大气扩散实验和水槽实验取得的结果进行了调整、验证。

经测试、程序比对、专家评审和在广东省应急演习中进行的应用,项目于2001年通过验收。

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1.2　QSNUC AS1.0项目概况[5]
1999年初,秦山核电集团公司提出了“秦山地区环境核事故后果评价系统”项目。

1999年9月招投标结束,秦山核电集团公司选定清华大学核研院和北京大学环境科学中心作为开发单位,1999年10月签订了合同。

清华大学核研院负责系统平台和剂量评价软件,北京大学环境科学中心负责风场和大气弥散软件。

2001年进行了软件测试,已经在秦山核电基地场内应急演习和浙江省场外应急演习中得到了应用。

1.3　R ODOS项目概况
RODOS项目是在欧洲委员会核裂变安全研究计划(European Commissions Nuclear Fis-sion Safety Prog ram)下进行,来自东欧和西欧20多个国家的约40个研究机构参与了这个项目。

RODOS项目于1990年开始启动,整个项目分两个阶段进行,第一个阶段的研究工作在1995年结束,完成第一个可操作版本(PV2.1),这个版本在应急中心进行试运行,只限于应急响应的早期和中期阶段,距离释放点几十km的范围内。

第二阶段的工作从1996年初开始,1999年完成3.0版本[2,3]。

我国于1997年开始引进RODOS系统,主要引进3.0版本,对其功能进行了筛选。

引进工作已经通过验收。

2　系统技术特征与功能介绍和
比较
2.1　系统技术特征与功能比较
一般来说,一个完整的核应急决策支持系统应包括以下几个组成部分[6]:
(1)与辐射监测网的连接;
(2)大气风场及扩散模型;
(3)辐射剂量计算模型;
(4)应急干预措施的模拟模型;
(5)应急干预措施的决策分析。

上述3个系统的主要目的都是建立一个比较完整的决策支持系统,因此总体上看,功能是类似的;但是技术实现途径各有不同。

3个系统的技术特征与功能列于表1。

其共同点可以归纳为以下4点:
(1)具备完整的后果评价模型,都可以完成风场、大气扩散和结合实际干预措施情况的剂量计算;
(2)具有结果图形显示界面和用户操作界面;
(3)具备在线获取气象资料的能力;
(4)应用GIS技术,包含地理信息数据库。

表1　GNARD2.0、QSNUCAS1.0和RODOS3.0系统技术特征与功能
Table1　Technical features and fuctions of systems GNARD2.0,QSNUC AS1.0and ROD OS3.0
技术特征与功能类别技术特征与功能项目GNARD2.0[7～9]QSNUCAS1.0[9～11]RODOS3.0[2,12,13]
物理模型风场模型
中尺度准静力动力学模
式;中尺度气象统计模型
(预报时效为24h)
诊断风场模型;中尺度预
报风场模型和小尺度预
报风场模型(预报时效为
24h)
诊断风场模型;也可接收
欧洲气象网的气象预报
数据
大气扩散模型
烟团结合随机游走模型;
M onte-Carlo浓度模式
大气扩散的随机游走粒
子-烟团模型
分段高斯烟羽模型;高斯
烟团模型;拉格朗日烟团
模型等
应急干预措施模拟及辐
射剂量计算模型
考虑的干预措施包括隐
蔽、撤离、服用稳定碘、避
迁、去污、永久再定居、主
要食品饮水的控制
可以计算“撤离路线上所
受剂量”
考虑的干预措施包括隐
蔽、撤离、服用稳定碘、避
迁、去污、永久再定居、主
要食品饮水的控制
可以计算“撤离路线上所
受剂量”
考虑的干预措施包括隐
蔽、撤离、服用稳定碘、避
迁、去污、永久再定居、主
要食品饮水的控制
“撤离路线上所受剂量”
模式尚未开发完成
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续表技术特征与功能类别技术特征与功能项目GNARD2.0[7～9]QSNUCAS1.0[9～11]RODOS3.0[2,12,13]
决策优化模型使用IAEA推荐的通用
干预水平和行动水平作
为决策参考
使用IAEA推荐的通用
干预水平和行动水平作
为决策参考
可进行决策优化
系统主要指标地理适用范围局部规模局部规模洲际规模
空间评价尺度
中尺度半径80km;小
尺度半径10km
中尺度(205km×
205km);小尺度(20.5
km×20.5km)
大尺度(约几百km);
中尺度(80km×80
km);小尺度(40km×
40km)
时间评价尺度事故开始到其后50年事故开始到其后50年事故开始到其后50年时间分辨率1h20min;1h30min
能处理的核素数目18种
每次计算可从系统具
有的50种核素数据库
中选择19种
每次计算选择15种
系统软件软件平台W INDOWS WINDOWS UNIX
结果显示软件
商用地理信息系统
ArcView(汉化)
商用地理信息系统
ArcView(汉化)
RODOS图形系统和专
用地理信息系统Ro-
GIS(未汉化)
网络功能
在线获取约30个气象
台站的数据和辐射监
测数据
在线获取部分气象台
站的数据;结果通过
Internet以WWW方式
发布
具有在线获取外部气
象预报数据和辐射监
测数据的能力;正在开
发WW W方式发布结
果的功能
2.2　系统技术特征与功能主要差别和分析
由表1可以看出,这几个系统之间的主要差别有4项:气象预报、决策优化、评价区域的空间尺度和结果显示方式及相关的网络功能。

(1)气象预报
RODOS3.0使用实时数值天气预报数据作为系统预测未来状况的基础。

数值天气预报数据可为RODOS系统提供预测的天气情况(预测模式),以用于估计局部地区和远距离的弥散及轨迹。

在欧洲,通过计算机网络可获得欧洲范围内10～20km水平网络分辨率,时间间隔从1～48h的数值天气预报数据[2]。

在我国,目前尚没有如上述欧洲高时间和空间分辨率的数值预报数据可用,因此要开发各系统评价区域内的气象预报模型,至少是风场预报模型。

大亚湾核电站周围地形十分复杂,风场模型应能反映厂址特征,同时其计算速度应满足应急要求。

在GNARD2.0开发时,计算机资源的限制使得开发人员不能将实时风场预报模型应用于系统之中,因此采用了统计预报模型:事先基于厂址周围一定地理范围的历年气象资料,按类别统计划分天气类型并计算各类的风场,在实际发生事故时按特征挑选使用,这就节省了时间。

相对于大亚湾厂址,秦山核电基地的地形较为平坦,同时计算机的速度也提高了许多,因此采用了QSNUCAS1.0系统的中小尺度风场的实时预报模型,分析了该地区的地形与海、陆风等特点和历年的气象观测资料。

用预报风场结果与气象台站实测数据的比对,风速在两倍之内、风向偏差小于22.5°的结果分别达到了70%以上[10]。

(2)决策优化
GNARD2.0和QSNUCAS1.0使用了IAEA109号报告[14]推荐的,目前已经被我国采用的一套通用干预水平和行动水平[15],广东省的核事故场外应急计划和秦山基地核事故应急计划中也直接使用了上述的干预水平或行动水平值。

RODOS系统中包括了比较完整的决策优化模型,欧洲各国在应用该系统时可将本国的相关数据输入到系统中。

(3)评价区域的空间尺度
RODOS的评价空间尺度达到了几百km
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主要是针对事故中后期食物与饮水途径而开发的。

由于欧洲各国的地域不十分广阔,出现超越国界的核事故释放可能性较大;RODOS作为一个可以在欧洲范围内普遍适用的洲际规模的系统,有利于不同国家监测数据和后果预测等信息的交流并作出更为一致和协调的响应。

GNARD2.0和QSN UCAS1.0的空间评价尺度等于或稍大于一般环境影响评价考虑的80km半径范围。

对于核电站或其所在地的省级应急组织使用的局部规模的系统,这样的评价尺度应是足够的。

(4)结果显示方式和相关的网络功能
GNARD2.0和QSN UCAS1.0采用了商用地理信息系统(G IS)ArcView作为结果显示的平台,并进行了汉化。

这样的好处不仅是系统预测与评价结果可以生成直观的图像、并可以进行空间交互分析(例如查询一定剂量范围内的村镇或指定村镇的剂量)提交给决策人员,而且在该平台上可以方便地扩充诸如三维地理模型显示、全球定位系统GPS的数据接收和处理、最佳路径选择等功能,用于地理实体显示和分析、流动监测车数据采集和处理,以及最佳撤离路线选择等方面[9]。

RODOS专用地理信息系统RoGIS功能具有一定的局限性的原因:为了避免使用商用地理信息系统而产生版权等问题,RoGIS目的在于解决最基本的计算结果显示问题;对于不同国家和不同的使用目的,在RODOS的本地化过程中,可以使用RoGIS提供的数据接口工具,将RODOS结果转到其他商用地理信息系统(如ArcInfo/ArcView)中去[2]。

QSNUCAS1.0具有将结果通过Internet 网络发布到国家、地方应急管理部门或相关机构的功能。

目前在秦山核电基地内部的局域网上建立了一个中心网站,提供该系统的计算结果,用图表和文字形式向国家核应急主管部门进行报告[16]。

3　结束语
通过近几年的研究,我国的核应急决策支持系统的功能和技术水平都有了较大的进展,但是尚有一些问题有待于研究,国际上核应急领域目前也正在探索以不同的方式解决这些问题,RODOS的研究过程也提供了许多值得借鉴的经验。

这些问题主要有:
(1)基于核电厂工况的源项估计;
(2)辐射监测数据与预测的事故后果的同化;
(3)不确定性;
(4)决策优化。

在对上述问题的研究成果应用于未来DSS 系统的同时,也应注意到计算机技术的更新,例如互联网技术、GIS技术的发展将为DSS系统带来很大的方便。

参考文献
1　田钢,王醒宇.广东省核电站核事故场外后果预测评价系统[J].辐射防护,2001,21(4):208.
2　Ehrhardt J,W eis A,et al.M id-term Report of the RODOS Project.Reporting period:1January1996to31December
1997,RODOS R-4-1998,FZKA6203.1998.
3　Ehrhardt J,Weis A.Development of a comprehens ive decision support system for nuclear emergencies in Europe following an
accidental release to atmosphere.Final Report for Contract
F13P-CT92-0036.1995.
4　王醒宇,施仲齐.GNARD2.0项目开发总结报告.2001
5　王醒宇,施仲齐.QSNUCAS1.0项目开发总结报告(剂量与控制台部分).2001.
6　曲静原.核应急决策支持系统的研究与开发中的若干问题[J].辐射防护,1998,18(2):126.
7　GNARD2.0系统测试组.GNARD2.0系统测试报告.1999. 8　王醒宇,施仲齐.GNARD2.0剂量程序模式说明.1998.
9　王醒宇,施仲齐.地理信息系统在核电站事故场外后果预测评价系统中的应用[J].辐射防护,2002,22(2):65.
10QSNUCAS1.0系统测试组.QSNUCAS1.0测试报告.2001. 11王醒宇,施仲齐.QS NUCAS1.0剂量程序模式说明.2001. 12C Steinhauer.Documentation of the NucInfo software package in RODOS/RESY PV3.1.RODOS(WG1)-TN(96)-11Ver-
sion1.0(final).1999.
13Ol iver S chǜle.RoGIS-The Geographical Information S ystem for RODOS.RODOS(WG1)-T N(96)-03,(1996).
14IAEA.Intervention cricteria in a Nuclear or Radiation Emer-gency.IAEA Safety S eries109,Vienna.1994.
15国防科工委,国家环保总局,卫生部.核应急管理导则.核或辐射应急的干预原则与干预水平.科工二司[2002]22
号.2002.
16国防科工委.核电厂核事故应急报告制度.科工二司[2001]1033号.2001.
(下转第192页,con tinued on page192)
187
Application of M onte Carlo M ethod in the Calculation
of N uclear Reacto r Physics
LI Shu1,XIE Zhong-sheng2,DENG Li1,SUN Shou-hua3
(1Institute of Applied Phys ics and Com putational M athematics,Beijing100088;
2Xi'an J iaotong University,Department of Nuclear Engineering,Xi'an of S haanxi Prov.710049;
3Nuclear Pow er Institute of China,Chengdu of S ichuan Prov.610005)
A bstract:The Monte Carlo method has been used to simulate the co re physics of H FETR(High Flux Engineering Test Reactor).The sy stem's k eff of five critical devices and the thermal neutron fluxes of fuel rods of the testing loop show a good agreement with ex periments.
Key words:M onte Carlo method;test reactor;k eff;fuel element
(上接第187页,continued from page187)
Current Status of the Decision Support System R&D for Nuclear
Emergency M anagement in China and Comparison with RODOS
WANG Xing-yu,SHI Zhong-qi
(Institute of Nuclear Energy Technology,Tsinghua Univers ity,Beijing,100084)
A bstract:Some prog resses made in the R&D of two Chinese decision support systems(GNRAD and QSNUCAS)and the European for nuclear emergencies(RODOS)in the last few years are presented in this paper.The technical features and functions of systems GNARD2.0,QSNUCAS1.0and RODOS3. 0w ere described and compared.These systems are similarin basic functions,all of them have:(1)a complete set of consequence assessment models including wind field model,dispersion model and dose assessment model considering actual interventions;(2)a graphic user interface;(3)the capability of on-line receiving the meteorolog ic data;and(4)the maps and geog raphic database and the interg raded GIS.The differences betw een these systems in volve:(1)the method of weather forecast;(2)the opti-mization process of an intervention countermeasure;(3)the scale of assessment;and(4)the display mode and related network function.
Key words:nuclear pow er plant;nuclear emergency;decision support sy stem;emergency response;RO-DOS
192。