放射性核素在包氣帶中的遷移模擬

張 雪， 王小元， 胡繼華

(中國核電工程有限公司， 北京 100840)

放射性核素通過環(huán)境介質(zhì)對人類及生物產(chǎn)生輻射累積效應，地下水環(huán)境是主要的途徑之一。資料顯示，由于歷史原因，美國、英國、日本、西班牙等多個國家的部分核設施周邊地下水中發(fā)現(xiàn)了放射性核素，不僅給當?shù)氐叵滤h(huán)境帶來了較大影響，同時也給這些核設施后期退役工作帶來了諸多難題，凸顯了核設施的地下水環(huán)境影響評價的重要性。對于放射性核素來說，包氣帶對放射性核素的阻滯作用非常明顯，李書紳等[1]的研究表明，在自然條件下，可吸附核素的遷移距離非常短，因此，研究放射性核素在包氣帶中遷移是必要的。

世界上最早的核素遷移研究工作是1958年進行的放射性廢物的吸附研究[2]。20世紀70—80年代，美國、英國、日本、加拿大、中國、蘇聯(lián)等國家開展了以下方面的研究工作：①進行包氣帶水分運移現(xiàn)場試驗研究，如美國在新墨西哥州的試驗[3-4]；②在實驗室進行核素在原狀土柱中的遷移的模擬試驗研究，如日本在沙土和壤土的原狀土柱中做過60Co、85Sr和137Cs的遷移模擬實驗[5]；③為了了解核素遷移的實際情況，美國、英國等國家做過野外核素遷移的示蹤試驗[6-9]。中國開展的比較著名的研究為1988年1月至1993年1月中國輻射防護研究院與日本原子力研究所合作進行的60Co、85Sr、134Cs和137Cs在非飽和黃土中遷移的野外試驗、實驗室模擬實驗和非飽和水分運移規(guī)律現(xiàn)場觀測等[1]。中國學者主要開展了：①核素在包氣帶中遷移相關參數(shù)測定及其影響因素的分析研究[10-11]；②核素在包氣帶中遷移的野外實驗與室內(nèi)實驗研究[12-15]；③核素在包氣帶中遷移的數(shù)值模擬研究[16-18]。

在充分吸收中外已有研究成果的基礎上，同時借鑒非放射性核素遷移模擬相關研究內(nèi)容[19]，從地下水環(huán)評(包氣帶-飽和帶耦合模擬)角度出發(fā)，通過重點分析潛水面處(包氣帶-飽和帶交界)水流及核素遷移特征，說明包氣帶介質(zhì)對核素遷移的遲滯作用，進而闡明地下水環(huán)評中評價核素在包氣帶中遷移的必要性，同時通過分析包氣帶厚度和泄漏時間等對核素遷移影響，為輻射防護、應急措施等的制定提供借鑒和參考。

放射性核素在包氣帶中的遷移主要以垂直向為主，且與地下水環(huán)評的評價范圍相比，水平向的運動幾乎可以忽略，因此，現(xiàn)主要通過野外試驗獲得包氣帶參數(shù)，利用Hydrus-1D軟件對包氣帶中放射性核素遷移進行模擬，充分掌握放射性核素在包氣帶中的遷移擴散規(guī)律，以期為更加準確地開展地下水環(huán)境影響評價工作提供技術支持，同時為核設施選址、輻射防護設計等提供技術支撐。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省酒泉市，屬大陸性干旱氣候，降水少，蒸發(fā)強烈。地勢北高南低，北部為基巖山地，海拔1 250.0～1 440.0 m，南部為碎石戈壁，海拔一般為1 229.0～1 275.0 m。夏季干熱而短促，冬季寒冷而漫長。多年平均降雨量62.9 mm，多年平均蒸發(fā)量為2 338.9 mm研究區(qū)地層從上至下依次為全新統(tǒng)沖洪積中砂層、上更新統(tǒng)沖洪積礫砂混角礫層、海西中期黑云母花崗閃長巖和黑云母花崗巖。地下水水位埋深在2.80～20.06 m，水位標高在1 205.25～1 227.8 m。

2 原位土-水特征曲線測試及包氣帶滲水試驗

2.1 原位土-水特征曲線測試

為了獲取包氣帶土-水特征曲線，為數(shù)值模擬提供參數(shù)，開展了原位土-水特征曲線測試工作。

2.1.1 試驗原理

采用負壓計法，通過注水產(chǎn)生地表積水條件模擬放射性液體泄漏，包氣帶介質(zhì)達到飽和后停止注水并清除地表積水，通過監(jiān)測包氣帶脫水過程的含水量θ和吸力值h獲取土-水特征曲線。

2.1.2 試驗步驟

(1)開挖長約3 m、寬約1 m、深4 m的區(qū)域作為試驗地塊。

(2)于深度0.2、0.4、0.7、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0 m處布設土壤水分測定儀(TDR)傳感器并在各深度采集適量包氣帶介質(zhì)進行顆粒分析，同時于深度0.2、0.4、1.0、2.0、3.0、4.0 m處布設水勢傳感器，布設完成后將介質(zhì)回填，并盡可能將其恢復至開挖前狀態(tài)。

(3)在地表嵌入高度30 cm、直徑1 m的鐵環(huán)，確保土壤水分測定儀、水勢傳感器包含在鐵環(huán)所包圍的垂直柱體中。

(4)向鐵環(huán)中注水使其保持地表積水狀態(tài)24 h，持續(xù)監(jiān)測土壤含水量和土壤水吸力值，直至土壤含水量降至注水前狀態(tài)，試驗照片如圖1所示。

2.1.3 試驗結果

(1)顆粒分析。由顆粒分析試驗結果(表1)可知，各深度包氣帶介質(zhì)粒徑>2 mm顆粒質(zhì)量在總質(zhì)量25%～50%，粒徑大于0.075 mm的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量的50%，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)(2009年版)，將包氣帶介質(zhì)定名為礫砂。

表1 包氣帶介質(zhì)顆粒分析試驗結果Table 1 Particle analysis test results of vadose medium

(2)土-水特征曲線測試結果。土-水特征曲線選取脫濕過程的數(shù)據(jù)進行分析，如圖2所示，由圖2可知，各深度包氣帶介質(zhì)土-水特征曲線差異不大，結合顆粒分析試驗結果，可將包氣帶介質(zhì)概化為均質(zhì)的礫砂。

圖2 各深度介質(zhì)土-水特征曲線Fig.2 Soil-water characteristic curve of medium

2.2 現(xiàn)場包氣帶滲水試驗

為了獲取包氣帶滲透系數(shù)，開展了包氣帶滲水試驗，包括單環(huán)法、雙環(huán)法及IAM(the inverse auger method)法，結果如表2所示。

表2 包氣帶滲水試驗結果Table 2 Permeability test results of vadose zone

3 放射性核素遷移數(shù)值模擬研究

3.1 源項條件假設

假設放射性液體在地表發(fā)生瞬時泄漏，選擇不被吸附的H-3和被吸附的Sr-90作為研究對象，H-3的濃度假定為1.2×109Bq/L，Sr-90濃度為1.78×10-1Bq/L。

3.2 水流與核素遷移概念模型

研究區(qū)氣候干旱，降水稀少，蒸發(fā)強烈，包氣帶厚度在2.80～20.06 m，試驗場地包氣帶厚度約10 m，根據(jù)顆分試驗結果，包氣帶巖性為礫砂，建立概念模型時，對核素在包氣帶中遷移做如下假設：①包氣帶中水流和核素為垂向一維流，核素的釋放源在地表；②包氣帶介質(zhì)對核素的吸附是可逆的，為一級線性反應；③Sr-90的衰變子核素為Y-90，半衰期為2.67 d，不考慮Sr-90衰變子核素對環(huán)境的影響；④忽略溫度和氣體的影響。

根據(jù)上述假設，以地表為零基準面，建立向上為正的概念模型，模擬區(qū)域為-H≤z≤0，其中z為坐標，H為包氣帶厚度，如圖3所示。

圖3 水文地質(zhì)概念模型Fig.3 Hydrogeology conceptual model

3.3 水流與核素遷移數(shù)學模型

3.3.1 水流模型

(1)

式(1)中：θ為體積含水率；h為土壤水壓力水頭；z為垂向坐標(向上為正)；t為時間；K(h)為非飽和水力傳導度；Tp(t)為表土入滲強度，包括降水和泄漏；Tε(t)為表土蒸發(fā)強度；qs為地表水分通量；hb為各時刻地表壓力水頭；h0為初始時刻各點壓力水頭。

3.3.2 核素遷移模型

(2)

3.4 定解條件

3.4.1 水流模型的初始和邊界條件

(1)水流模型初始條件。本次模擬計算中，水分遷移模型的初始值由壓力水頭給出：

h(z,0)=h0(z)， -H≤z≤0

(3)

假設初始條件下水流處于穩(wěn)定狀態(tài)，設潛水面處壓力水頭為0，向上遞減，地表處壓力水頭為-10 m。

(2)水流模型邊界條件。上邊界為變流量大氣邊界：

z=0,t≥0

(4)

下邊界選擇潛水面為變水頭邊界：

h(z,t)=hb，z=-H，t≥0

(5)

3.4.2 核素遷移模型的初始和邊界條件

(1)核素遷移初始條件。初始時刻選在放射性液體剛剛從地表泄漏，初始濃度設為0。

(2)核素遷移邊界條件。下邊界為零濃度梯度邊界。上邊界為定濃度通量邊界：

(6)

當邊界流量為土壤水蒸散量/降水量時，C=0；當邊界流量為泄漏量時，C取泄漏放射性液體中放射性核素濃度。

3.5 模型主要參數(shù)的確定

參數(shù)主要包括土-水特征曲線參數(shù)、分配系數(shù)Kd、衰變常數(shù)λ、彌散度αL、分子擴散系數(shù)D等。

(1)土-水特征曲線參數(shù)

飽和含水量θs、殘余含水量θr、形狀系數(shù)n、形狀系數(shù)α通過原位土-水特征曲線，利用MATLAB軟件，使用Van Genuchten公式擬合，Ks取現(xiàn)場包氣帶滲水試驗平均值，即K=7.33 m/d，土-水特征擬合曲線如圖4所示，取值如表3所示。

圖4 土-水特征擬合曲線Fig.4 Soil-water characteristic curve

表3 土-水特征曲線參數(shù)取值Table 3 Soil-water characteristic curve parameters

(2)分配系數(shù)Kd。H-3不被吸附，Kd為0，Sr-90的分配系數(shù)Kd選用《Groundwater Monitoring Guidance for Nuclear Power Plants》[20]推薦的經(jīng)驗值，Kd=15 cm3/g。

(3)彌散度αL。彌散度選用多孔示蹤試驗值αL=0.77 m。

(4)衰變常數(shù)λ。H-3和Sr-90的半衰期分別為12.3 a和29.1 a，衰變常數(shù)分別為1.54×10-4/d和6.53×10-5/d。

3.6 模擬方案

包氣帶厚度為10 m，假設泄漏時長為3 d，模擬至包氣帶對飽和帶停止補給。

3.7 模擬結果及分析

3.7.1 潛水面處水流速度隨時間變化

潛水面處水流速度隨時間變化如圖5所示。

圖5 潛水面處水流速度隨時間變化曲線Fig.5 Graphs of the water flow velocity change with time at the water table

結果顯示：①初始時刻(剛發(fā)生泄漏)，潛水面處的水流速度極小(趨于0)；②第0.36天(8.64 h)時水流速度急速增大，第0.37天(8.88 h)時已增大至飽和滲透系數(shù)7.33 m/d；③第3天時，泄漏停止，由于沒有地表泄漏補給，水流在重力和基質(zhì)吸力共同作用下向下遷移，隨著包氣帶中水體向飽和帶遷移，含水率降低，基質(zhì)吸力迅速增大，潛水面處水流速度快速下降，1 d內(nèi)水流速度由7.33 m/d降至0.286 m/d，隨后水流速度緩慢降低，包氣帶緩慢脫水，第10天時降為3.83×10-2m/d，第1年時降至3.31×10-4m/d，直至第120年降為0，包氣帶對飽和帶無補給。

3.7.2 水面處H-3的遷移規(guī)律

(1)潛水面處H-3濃度隨時間變化。潛水面處H-3濃度隨時間變化如圖6所示。

圖6 潛水面處H-3濃度隨時間變化曲線Fig.6 Graphs of the H-3 concentration change with time at the water table

結果顯示：①H-3在對流作用下流入飽和地下水，第0.35天(8.4 h)時，H-3隨水流遷移到潛水面處，濃度極低為1.53×10-33Bq/L；②隨后H-3濃度迅速增大，由于H-3不發(fā)生吸附，第1.3天時，潛水面處H-3濃度達到峰值1.2×109Bq/L，與地表泄漏液濃度相同；③隨后在衰變的作用下H-3濃度緩慢降低，在包氣帶對飽和帶停止補給時(120 a)降為1.29×106Bq/L。

(2)地表及潛水面處H-3通量隨時間變化。為了解包氣帶對H-3遷移的延遲作用，對地表(無包氣帶的遲滯作用)及潛水面處H-3通量隨時間變化進行對比分析，如圖7所示。

圖7 地表及潛水面處H-3通量隨時間變化曲線Fig.7 Graphs of the H-3 flux change with time at the ground surface and water table

結果顯示：①地表處H-3通量全部集中在泄漏發(fā)生的3 d內(nèi)：初始時刻(t=0)，地表處即存在H-3通量，濃度值在8.8×1012Bq/(m2·d)上下波動；直到第0.37天(8.88 h)濃度通量達到穩(wěn)定值8.8×1012Bq/(m2·d)；第3天時，滲漏補給停止，濃度通量為0；②潛水面處H-3通量存在滯后，且時間上更加分散：第0.35天(8.4 h)時，潛水面處開始有H-3由包氣帶流入飽和帶，濃度通量為1.3×10-30Bq/(m2·d)；第1.3天時濃度通量達到峰值8.8×1012Bq/(m2·d)，并趨于穩(wěn)定；3 d后由于水流通量快速降低，潛水面處H-3的通量隨之快速降低，第4天時已降至3.46×1011Bq/(m2·d)，隨后緩慢降低，直至對飽和帶無H-3的補給。

(3)地表及潛水面處H-3累積通量隨時間變化。

為了解包氣帶對H-3的滯留，對地表及潛水面處H-3累積通量隨時間變化進行對比分析，如圖8所示。

圖8 地表及潛水面處H-3累積通量隨時間變化曲線Fig.8 Graphs of the H-3 accumulated flux change with time at the ground surface and water table

結果顯示：①地表處H-3的累積通量在前3天呈線性增大，第3天時達到峰值，隨后保持恒定值2.64×1013Bq/m2；②潛水面處H-3的累積通量第0.35天(8.4 h)時開始呈線性增大，第3天時累積通量達到2.25×1013Bq/m2，隨后緩慢增大，第120年達到2.54×1013Bq/m2；③即使H-3不發(fā)生吸附，但由于包氣帶介質(zhì)對放射性液體存在基質(zhì)吸力，仍有部分H-3被滯留在包氣帶中，第3天時潛水面處的H-3累積通量(2.25×1013Bq/m2)比地表(2.64×1013Bq/m2)減少了3.9×1012Bq/m2(14.8%)，第120年時潛水面處的H-3累積通量(2.54×1013Bq/m2)比地表處減少了1.0×1012Bq/m2(3.8%)，其中，3 d～120 a時間段內(nèi)H-3由包氣帶滲入到飽和地下水(累積通量2.9×1012Bq/m2)的過程極其緩慢，地下水對其具有極強的稀釋作用，使其在地下水中遷移過程中濃度大大降低。

3.7.3 潛水面處Sr-90的遷移規(guī)律

(1)潛水面處Sr-90濃度隨時間變化。潛水面處Sr-90濃度隨時間變化如圖9所示。

圖9 潛水面處Sr-90濃度隨時間變化曲線Fig.9 Graphs of the Sr-90 concentration change with time at the water table

結果顯示：①由于吸附作用產(chǎn)生的延遲現(xiàn)象，使Sr-90流入飽和帶的時間比不發(fā)生吸附的H-3長，第0.9天(21.6 h)時潛水面處才有Sr-90出現(xiàn)，濃度極低為1.33×10-33Bq/L；②隨后濃度逐漸增大，第3天時濃度增大至8.05×10-12Bq/L；③3 d后地表無泄漏補給，由于吸附作用產(chǎn)生的遲滯效應，被吸附的Sr-90緩慢釋放，潛水面處Sr-90的濃度仍在緩慢增加，第10天時增至3.84×10-11Bq/L，第10年時增至9.21×10-11Bq/L，第65年時增至9.71×10-11Bq/L，隨后Sr-90濃度趨于穩(wěn)定。不同于H-3，由于Sr-90發(fā)生吸附，其峰值濃度(9.71×10-11Bq/L)遠小于泄漏的放射性液體中Sr-90濃度(1.78×10-1Bq/L)。

(2)地表及潛水面處Sr-90通量隨時間變化。地表及潛水面處Sr-90通量隨時間變化如圖10所示。

圖10 地表及潛水面處Sr-90通量隨時間變化曲線Fig.10 Graphs of the Sr-90 flux change with time at the ground surface and water table

結果顯示：①初始時刻地表即存在Sr-90通量，濃度值在1.31×103Bq/m2·d上下波動；第0.37天(8.88 h)濃度通量達到穩(wěn)定值1.31×103Bq/(m2·d)；第3天滲漏補給停止，通量為0；②第0.9天(21.6 h)時，潛水面處開始有Sr-90由包氣帶流入飽和帶，濃度通量為4.86×10-30Bq/(m2·d)；隨后逐漸增大，第3天時達峰值5.79×10-8Bq/(m2·d)，由于吸附作用，其值遠小于地表處通量峰值[1.31×103Bq/(m2·d)]；隨后由于水流通量快速降低，Sr-90通量隨之降低，直至第120年通量為0。

(3)地表及潛水面處Sr-90累積通量隨時間變化。地表及潛水面處Sr-90累積通量隨時間變化如圖11所示。

圖11 地表及潛水面處Sr-90累積通量隨時間變化曲線Fig.11 Graphs of the Sr-90 accumulated flux change with time at the ground surface and water table

結果顯示：①地表處Sr-90的累積通量在前3天呈線性增大，第3天時達到峰值，隨后保持恒定值3.91×103Bq/m2；②潛水面處Sr-90的累積通量0.9 d(21.6 h)時開始快速增大，第3天時累積通量達到8.05×10-12Bq/m2，隨后緩慢增大，第120年時達到9.64×10-11Bq/m2。可知潛水面處累積通量(3 d時為8.05×10-12Bq/m2，第120年時為9.64×10-11Bq/m2)遠小于地表的累積通量(3 d達到峰值3.91×103Bq/m2)，包氣帶對發(fā)生吸附的Sr-90具有極好的緩沖和滯留作用，幾乎將所有的Sr-90滯留在包氣帶中，只有極少量的Sr-90入滲補給到飽和地下水環(huán)境。

3.8 包氣帶厚度和泄漏時長對核素在包氣帶中遷移的影響模擬研究

3.8.1 模擬方案

為了研究包氣帶厚度和泄漏時長對核素在包氣帶中遷移的影響，結合場地實際條件，共設計2組模擬方案，如表4所示。

表4 模擬方案設計表Table 4 Design table of simulation plan

3.8.2 模擬結果與影響因素分析

(1)包氣帶厚度對核素在包氣帶中遷移的影響。包氣帶厚度對核素在包氣帶中遷移影響模擬結果如表5所示。

表5 包氣帶厚度對核素在包氣帶中遷移影響模擬結果Table 5 Simulation results of the effect of vadose thickness on nuclides migration

由表5可知：包氣帶厚度越大對核素的遲滯作用越強；對于不被吸附的H-3，包氣帶厚度主要影響其到達潛水面的時間，對補給到飽和地下水的總量影響較小，包氣帶厚度分別為3、10、20 m時，H-3到達潛水面處的時間分別為0.08、0.35、0.99 d，潛水面處的累積通量差異不大，分別為2.59×1013、2.50×1013、2.33×1013Bq/m2；對于被吸附的Sr-90，包氣帶厚度對其到達潛水面的時間和補給飽和地下水總量的影響均較大。包氣帶厚度分別為3、10、20 m時，Sr-90到達潛水面的時間比不被吸附的H-3遷移時間更長，分別為0.11、0.9、2.99 d；潛水面處的累積通量呈數(shù)量級遞減，分別為3、1.03×10-7、9.17×10-22Bq/m2。

(2)泄漏時長對核素在包氣帶中遷移的影響。泄漏時長對核素在包氣帶中遷移影響模擬結果如表6所示。

表6 泄漏時長對核素在包氣帶中遷移影響模擬結果Table 6 Simulation results of the effect of leakage duration on nuclides migration

由表6可知，泄漏持續(xù)時間越長，流入飽和地下水中的核素總量越大；對于不被吸附的H-3，泄漏時長分別為1、2、3 d時，潛水面處累積通量分別為7.79×1012、1.66×1013、2.50×1013Bq/m2，基本符合線性關系；對于被吸附的Sr-90，泄漏時長分別為1、2、3 d時，累積通量相差極大，呈數(shù)量級遞增，分別為2.65×10-22、3.40×10-12、1.03×10-7Bq/m2。

根據(jù)模擬結果，包氣帶厚度越大，對核素遷移的遲滯作用越強，可為選址提供借鑒和參考；同時可為應急響應提供技術支持：應加強監(jiān)測，一旦發(fā)生放射性液體的泄漏，應立即采取措施切斷補給源來縮短泄漏持續(xù)時間，并可采取降低地下水位增大包氣帶厚度的應急措施來降低放射性核素對地下水的污染。

4 結論

為了能夠為更加準確地開展地下水環(huán)境影響評價工作提供技術支持，分析放射性核素在包氣帶中的遷移特征及包氣帶厚度及泄漏持續(xù)時間對核素遷移的影響，選用Hydrus-1D軟件，利用數(shù)值模擬方法對H-3和Sr-90兩種放射性核素在包氣帶中的遷移行為進行了研究。得到如下結論。

包氣帶對核素的遷移存在明顯的遲滯作用(延遲和滯留)，主要表現(xiàn)在核素遷移至飽和地下水的時間、濃度及通量三個方面，且對被吸附的核素的影響大于不被吸附的核素。

(1)由于水流遷移至飽和帶需要一定時間(0.37 d)，因此核素在對流的作用下遷移至飽和帶也存在短暫的延遲，且被吸附的Sr-90到達飽和帶的時間(0.9 d)比不發(fā)生吸附的H-3(0.35 d)長；泄漏停止后，由于包氣帶介質(zhì)對水體的基質(zhì)吸力，使賦存于水體中的核素滯留于包氣帶介質(zhì)中不能瞬時遷移至地下水，而是緩慢遷移至飽和地下水。

(2)由于H-3不被吸附，流入飽和帶的H-3的峰值濃度與泄漏的H-3濃度相同，但由于包氣帶介質(zhì)對H-3的滯留作用和H-3的衰變作用，流入飽和帶的H-3濃度會發(fā)生緩慢的降低；而對于被吸附的Sr-90，除了包氣帶介質(zhì)通過影響水流遷移導致的Sr-90遷移的遲滯，由于吸附作用的存在使其到達飽和帶的濃度峰值(9.71×10-11Bq/L)遠小于地表泄漏液的核素濃度值(0.178 Bq/L)。

(3)由于包氣帶介質(zhì)對含H-3液體的基質(zhì)吸力，部分H-3被滯留在包氣帶中，第3天時潛水面處的H-3累積通量比地表的減少了3.9×1012Bq/m2(14.8%)，第120年時潛水面處的H-3累積通量比地表處減少了1.0×1012Bq/m2(3.8%)，其中，第3天至第120年時間段內(nèi)H-3由包氣帶滲入到飽和地下水(累積通量2.9×1012Bq/m2)的過程極其緩慢，地下水對其具有極強的稀釋作用，使地下水中H-3濃度大大降低；對于發(fā)生吸附的Sr-90，包氣帶介質(zhì)的基質(zhì)吸力和吸附的共同作用下，且潛水面處Sr-90的累積通量(3 d時為8.05×10-12Bq/m2，120 a時為9.64×10-11Bq/m2)遠遠小于地表Sr-90的累積通量(3d達到峰值3.91×103Bq/m2)，包氣帶對Sr-90具有極好的緩沖和滯留作用，幾乎將所有的Sr-90滯留在包氣帶中，只有極少量的Sr-90入滲補給到飽和地下水環(huán)境。可知以往不考慮包氣帶對放射性核素(特別是發(fā)生吸附的核素)遷移的遲滯作用進行環(huán)境影響評價的結果過于保守，可補充開展核素在包氣帶中的遷移模擬研究。

包氣帶厚度和泄漏時長對核素在包氣帶中遷移影響較大，主要包括以下幾個方面。

(1)包氣帶厚度越大對核素的遲滯作用越強。對于不被吸附的H-3，隨著包氣帶厚度增大，其到達潛水面的時間呈非線性增大，補給到飽和地下水的總量基本不變。對于被吸附的Sr-90，隨著包氣帶厚度增大，其到達潛水面的時間也呈非線性增大，且比不發(fā)生吸附的H-3時間長，補給飽和地下水總量呈數(shù)量級遞減。

(2)泄漏持續(xù)時間越長，流入飽和地下水中的核素總量越大。對于不被吸附的H-3，泄漏時長與流入飽和地下水中的核素總量基本符合線性關系；對于發(fā)生吸附的Sr-90，隨著泄漏時長的增大，累積通量呈數(shù)量級遞增。

根據(jù)模擬結果，包氣帶厚度越大，對核素遷移的遲滯作用越強，可以為選址提供借鑒和參考；同時可為應急響應提供技術支持：應加強監(jiān)測，一旦發(fā)生放射性液體泄漏，應立即采取措施切斷補給源來縮短泄漏持續(xù)時間，并可采取降低地下水位增大包氣帶厚度的應急措施來降低放射性核素對地下水的污染。