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基于高放废物深地质处置的溶质运移研究

作　者: 李寻
导　师: 张土乔
学　校: 浙江大学
专　业: 市政工程
关键词: 高放废物地质处置溶质运移安全评价近场远场裂隙介质
分类号: TL942
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

与其它溶质运移问题相比,高放废物深地质处置中的溶质运移问题具有迁移途径、迁移规律复杂、迁移过程长等特点。因此,本文根据高放废物地质处置的“多屏障系统”设计及其安全评价要求,围绕地下水重返处置库时,与工程屏障中回填材料的相互作用,以及地质屏障中的核素迁移问题进行了初步的探讨与研究。主要的工作和创新成果如下:首先,基于地下水情景是其安全评价基本情景的考虑,在考虑T-H-M-C耦合作用的情况下,利用EOS1与EOS2分别模拟了盐水和淡水入侵近场时,地下水与回填材料的相互作用。模拟结果表明,在给定的模拟条件下,盐水入侵时氯化钠的沉淀富集并不严重,整个模拟过程中没有出现盐的沉淀;而在淡水入侵时,方解石的沉淀会引起膨润土孔隙度的变化,但是这种变化对其它阳离子的迁移影响并不大,且通过模拟发现,在整个过程中Ca²⁺对系统的影响比其它阳离子更大.这些模拟对今后继续研究地下水与回填材料之间的相互作用有一定的参考价值,也为进一步研究近场T-H-M-C耦合作用进行了有益的尝试。其次,基于双重介质理论,针对远场裂隙介质中的溶质运移问题,从单裂隙介质中溶质运移问题入手,初步探讨了溶质在单裂隙中运移的概念模型和数学模型,利用拉普拉斯变换推导了在裂隙入口处具有指数衰变注入源条件下的解析解。在此基础上,分别计算了Th-229、Cs-135及Se-79三种核素在低渗透花岗岩裂隙域与基质域中的相对浓度分布,并对它们在裂隙域中的迁移距离与基质域中的扩散深度进行了比较。结果表明:在其它条件相同的情况下,迟滞系数与这三种核素的迁移距离、扩散深度成负相关关系。此外,就水力坡度、隙宽对这三种核素在单裂隙介质中的迁移进行了分析,结果表明:核素的迁移距离及相对浓度都随水力坡度或隙宽的增大而增大;且对同一种核素而言,水力坡度越小时其变化对相对浓度的变化影响越大。而在隙宽较小时(5.89×10^-5m),通过对Se-79、Cs-135两种核素相对浓度的比较发现半衰期的大小对核素在裂隙介质中的迁移也有影响。针对裂隙系统的复杂性,利用一维多途径溶质运移模型描述裂隙系统,对前述三种核素进行了模拟研究,模拟结果表明Th-229迁移是最慢的,而Se-79迁移是最快的;且这些核素在裂隙域中的相对浓度约在3×10⁷年内基本达到稳定。并将其计算结果与单裂隙介质中所得结果进行对比,结果说明裂隙介质特征的准确描述对溶质运移数值模拟至关重要。最后,以西北某地的花岗岩为迁移介质,利用一维多途径溶质迁移模型,选取国内在花岗岩中研究较多的核素Cs-134、Co-57、Tc-99,模拟了这几种核素在其中的迁移.模拟结果表明:在其他条件都相同的情况下,Cs-134的迁移是最快的,而Tc-99迁移是最慢的。

全文目录

致谢  5-7
摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
目录  11-14
第1章绪论  14-31
  1.1 问题的提出以及研究的意义  14-19
    1.1.1 安全处置放射性废物是我国核工业可持续发展的重大课题  14-15
    1.1.2 高放废物深地质处置的工作进展  15-18
    1.1.3 高放废物深地质处置中溶质运移研究的紧迫性及必要性  18-19
  1.2 高放废物深地质处置系统概述  19-23
    1.2.1 高放废物深地质处置系统的工程屏障  20-22
    1.2.2 高放废物深地质处置系统的地质屏障  22-23
  1.3 高放废物处置系统中溶质运移研究现状  23-29
    1.3.1 高放废物处置系统近场中溶质运移研究现状  23-25
    1.3.2 高放废物处置系统远场中溶质运移研究现状  25-29
  1.4 本文的研究内容  29-31
第2章高放废物深地质处置系统的安全评价  31-47
  2.1 概述  31-34
  2.2 高放废物深地质处置系统的安全性能评价方法  34-45
    2.2.1 情景分析  34-37
    2.2.2 模型研究  37-44
    2.2.3 结果分析  44-45
  2.3 高放废物深地质处置系统安全性能评价的指标  45-46
  2.4 本章小结  46-47
第3章近场中地下水与溶质运移模拟研究  47-75
  3.1 引言  47-48
  3.2 近场T-H-M-C耦合作用概念模型  48-49
  3.3 盐水入侵情景  49-62
    3.3.1 基本方程  50-53
    3.3.2 物理模型及其离散  53
    3.3.3 模拟条件  53-55
    3.3.4 模拟结果分析与比较  55-62
    3.3.5 小结  62
  3.4 地下淡水入侵情景  62-73
    3.4.1 基本方程  63-64
    3.4.2 物理模型及其离散  64
    3.4.3 基本参数  64-65
    3.4.4 模拟结果和讨论  65-73
    3.4.5 小结  73
  3.5 本章小结  73-75
第4章单裂隙介质中溶质运移模拟及其应用研究  75-110
  4.1 引言  75-76
  4.2 单裂隙介质中洛质运移的基本概念和基本理论  76-82
    4.2.1 基本概念  76-78
    4.2.2 单裂隙介质中溶质运移的基本理论  78-82
  4.3 光滑平行板单裂隙介质中溶质运移研究  82-102
    4.3.1 运移模型  82-87
    4.3.2 光滑平行板单裂隙介质中溶质运移模型的解析解  87-93
    4.3.3 光滑平行板单裂隙介质中溶质运移模型解析解的应用  93-102
  4.4 光滑平行板单裂隙介质中溶质运移模型参数影响分析  102-108
    4.4.1 水力坡度  102-105
    4.4.2 隙宽  105-108
  4.5 本章小结  108-110
第5章远场裂隙系统中溶质运移模拟及其应用研究  110-130
  5.1 裂隙系统中多途径溶质运移模型研究  110-118
    5.1.1 一维多途径溶质运移模型  110-113
    5.1.2 裂隙系统参数  113-114
    5.1.3 多途径溶质运移模型的应用分析  114-118
  5.2 我国核废物深地质处置预选场中核素迁移研究  118-128
    5.2.1 中国高放废物处置库预选场地远场概况  118-120
    5.2.2 相关参数取值  120-122
    5.2.3 模拟结果及分析  122-128
  5.3 本章小结  128-130
第6章主要结论与展望  130-133
  6.1 主要结论  130-132
  6.2 进一步工作的展望  132-133
参考文献  133-150
附录1  150-154
附录2  154-157
附录3  157-161
附录4  161-162
作者简历  162
攻读博士学位期间已发表和录用的学术论文  162

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