DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 结论 本研究针对高恶性程度的卵巢癌A2780细胞，通过建立裸鼠荷瘤模型，应用噬菌体展示七肽库Ph.D.-7 TM 进行了三轮体内筛选，获得了肿瘤细胞高特异性的阳性噬菌体单克隆PC-H及对应展示的HGG肽。系列验证实验结果显示，PC-H单克隆及HGG肽对A2780细胞具有高特异性的亲和能力，进而可选择性富集于卵巢癌肿瘤组织，显现出明显的靶向性，同时其细胞相容性良好。研究表明，采用噬菌体展示肽库技术筛选所得HGG肽具有较强的靶向卵巢癌A2780细胞的能力，可作为卵巢癌特异性靶向配体应用于靶向诊疗制剂的研究与开发。
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user: 摘 要 本文调研总结了RETRAN-3D和RELAP5程序的特点，分析了两个程序选择壁面换热模型的根本出发点，比较了两个程序所选用的壁面换热模型和临界热流密度计算方法，比较了水物性表的不同，简要分析了两者之间的差异。结果表明：两个程序因场方程模型构造的数量和解决核系统热工水力问题的侧重点不同，因而，在壁面换热模型的选择使用上存在着明显的差异；两个程序计算临界热流密度的选择不同，RETRAN-3D程序采用了多个可供选择的经验公式，RELAP5程序主要采用表格法；使用程序时，必须先进行程序适用性评估，在程序许可的使用范围进行建模分析，并对壁面换热关系式、临界热流密度和水蒸气物性参数的不确定性进行研究。 关键词 :RETRAN-3D程序，RELAP5程序，壁面换热关系式，临界热流密度
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user: 1. 引言 为了对轻水堆核电厂的各种热工水力瞬态过程进行分析，已经开发出了许多大型综合性的系统分析程序，如RELAP5、RETRAN、TRAC、TRACE、CATHARE、ATHLET等，这些程序经过多年的持续改进，版本层出不穷，模型日臻完善。其中，RELAP5和RETRAN是比较广泛应用的程序，但两个程序的壁面换热模型采用的是基于实验拟合的换热关系式，这种经验关系式必然对程序计算结果产生一定的不确定性。本文调研了两个程序最新的研究状况，比较了两个程序的壁面换热关系式和临界热流密度计算方法，重点比较了壁面换热关系式选择的依据、考虑的因素和差异性，从而有助于理解两个程序壁面换热模型的差异，为寻找更为准确的壁面换热关系式提供参考；可以为透过换热关系式的不确定性来量化分析计算结果的不确定性提供参考；同时也可为自主化反应堆热工水力系统程序的换热模型选择提供参考价值。
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user: 2. 程序研究现状 2.1. RETRAN-3D程序研究现状 RETRAN程序是美国电力研究院(EPRI)主持研制的用于压水堆或沸水堆核电站系统热工水力瞬态分析的系统程序[ 1 ] ，主要被用于：1) 核电厂许可证申请；2) 轻水堆的运行过程瞬态分析；3) 小破口失水事故短期瞬态；4) 未能紧急停堆的瞬态；5) 三维功率分布和反应性反馈效应瞬态；6) 沸水堆稳定性分析等。程序的维护以满足美国联邦法10CFR50附录B所要求的质量保证为前提。 RETRAN-3D程序是在RETRAN-02程序的基础上发展而来，它继承了RETRAN-02程序的模拟能力和计算特点，改进了RETRAN-02程序的一些局限性，拓展了程序的使用范围 [ 2 ] ，如：反向流特性、传热和压降模型的不连续性、直流蒸汽发生器的稳态初始化和沸水堆两相区域模型、过冷空泡份额计算模型、动态滑移模型、稳压器模型、气泡上升模型、低温低压下水物性参数延伸(压力小于0.6895 MPa，温度小于38℃)、五方程非平衡态调用选项、多维中子动力学调用选项等。该程序以一维均匀、平衡态(HEM)模型(三方程)为基础，同时，在此基础上增加了两种可选择性的、用来提高两相流动模拟精度的模型：一种是通过增加了滑移流(动态方程或代数方程形式)模型选项来模拟两相流动过程中速度的差异(四方程)；另一种是通过增加滑移流模型和蒸汽连续性方程来计算两相速度的不均匀特点和温度的不平衡特性(五方程)，从而在一定程度上(仅限于过冷沸腾和冷水注入两相混合物时汽液之间的温度不平衡差异)突破HEM模型的局限性；此外程序中还增加了不凝气体模型，可以模拟不凝气体对流动和换热的影响。 在RETRAN-3D程序中，堆芯物理(核功率计算)可以选择的模型有 [ 1 ] ：三维中子动力学模型、一维中子动力学模型以及点堆模型，热工水力采用一维流场模型，流场方程可以选择三方程、四方程或五方程模型。程序建立有核蒸汽供应系统通用部件模型：泵、阀门、汽轮机、换热器、分离器、安注箱、热结构部件和控制系统，还包括了一些特殊过程模型，比如：截面突变模型、临界流、临界热流密度、硼追踪、非冷凝气体传输等。RETRAN-3D程序的稳态求解和瞬态求解均采用隐式算法，而RETRAN-02则是采用了显式和半隐式混合的求解方法。 RETRAN-3D程序的换热关系式以经典的沸腾曲线作为划分换热机制的依据 [ 3 ] ，考虑了温度控制表面的池式沸腾换热机理模型，也考虑了热流密度控制表面的强制对流和自由对流沸腾换热模型，换热关系式中包含了冷凝换热模型。根据两相流动换热现象机理分为不同的换热区段：单相液、过冷沸腾、充分发展的核态沸腾、强制对流蒸发、过渡沸腾、膜态沸腾、单相蒸汽，每个区段可选择多种不同的换热关系式，这种丰富的换热关系式扩展了程序的应用范围，但却增加了用户对换热模式选择的难度。此外，除壁面与流体之间的换热关系式外，五方程模型中还提供了简单的气液界面换热关系式。 2.2. RELAP5程序研究现状 RELAP5程序是进行轻水堆冷却剂系统事故瞬态分析的最佳估算程序 [ 4 ] ，由爱德华国家工程实验室(INEL)为美国核管会(NRC)开发，用于规则制定、许可审查计算、事故减缓措施评估、操作员规程评价和实验计划分析，该程序是一个高度通用的热工水力瞬态计算程序，既可计算反应堆冷却系统的瞬态行为，还可用于核电和常规系统的各种不同类型的热工水力瞬态模拟，涉及到蒸汽、水、不冷凝气体和溶解物等混合行为。该程序也被用作核电厂分析器的基础以及进行热工水力实验设计的参考，并被世界很多国家的核能企业和高等院校的核专业领域所广泛验证和扩展应用。最新版本为：RELAP5-3D、SCDAP/ RELAP5/MOD4.0/RELAP-7。程序应用涵盖了整个轻水堆系统的瞬态分析，如：大、小破口的失水事故、未能紧急停堆的预计瞬态以及操作瞬态如：给水丧失、失去场外电源、全厂断电、汽轮机跳闸等。 RELAP5程序采用一维、瞬态、两流体六方程模型，堆芯物理采用点堆模型，程序包含许多通用的组件模型，用来模拟各种系统。组件模型包括：泵、阀门、管道、热构件、点堆动力学、电加热器、喷射泵、汽轮机、分离器、安注箱和控制系统组件。另外，还包括了一些特殊过程模型，比如：截面突变模型、横向交叉流动模型、临界流(壅塞流)、临界热负荷、硼追踪、非冷凝气体传输等。 RELAP5程序的换热模型源自沸腾和冷凝曲线，通过比较壁面温度和当地流体饱和温度、主流温度的差异来选择换热区段(单相对流区段、沸腾区段、过渡区段、液膜蒸干区段、蒸汽冷凝区段)。除壁面换热关系式外，程序中还提供气液界面换热关系式，根据6种流型(波状流、塞状流、弹状流、泡状流、环状流、滴状流)来选择相对应的换热关系式，此外，还包括辐射换热模型选项。 2.3. 两个程序计算模型与方法比较 RETRAN-3D程序热工水力模型基于两相均匀、平衡态三方程模型，同时包含有考虑两相不均匀特性的四方程模型，以及两相不均匀、不平衡特性的五方程模型。三方程模型即为均匀、平衡态模型，汽液两相按照混合物特性进行计算；四方程模型是在三方程模型的基础上增加汽液之间的滑移速度方程，用来反映汽液两相之间的速度不均匀差异；五方程则是在四方程的基础上增加了气相的质量方程，来考虑两相温度的不平衡差异。 RELAP5程序的六方程模型是针对汽液两相分别建立各自独立的质量、动量和能量守恒方程，同时考虑汽相与液相之间的质量、动量和能量交换，即充分考虑了相之间的速度不均匀特性和热力不平衡特性。与RETRAN-3D程序相比，RELAP5程序对两相流的热工水力特性描述更为精细，是目前最为广泛应用的两相流模型。 在计算方法上，RETRAN-3D程序采用全隐式求解方法，RELAP5程序可以选择近隐式或隐式计算方法，两种方法在单相水流动压降与换热计算中，热工水力参数的差别几乎可以忽略不计，但在汽液两相流动压降与换热计算过程中，RELAP5程序刻画两相过程比较详细，程序的应用范围较RETRAN-3D程序更为广泛，计算结果相对更为准确。
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user: 4. 结束语 本文对比了核电行业内广泛使用的两种最佳估算程序RETRAN-3D程序和RELAP5程序的壁面换热模型关系式，通过调研分析了各自挑选壁面换热关系式的依据和所考虑的因素，对比了两种程序的壁面换热关系式所模拟的范围，分析表明： 1) 两个程序的壁面换热模型涵盖了水被加热和冷凝的全过程，即：单相水、饱和水、过热蒸汽、超临界水、冷凝。各个换热现象区段所用换热模型的适用性和热工误差界限需要进一步详细研究。 2) 两个程序中水蒸汽表的压力范围均已涵盖超临界水物性，不同的是：RETRAN-3D程序只能选择一种标准的轻水物性参数，RELAP5程序可以选择四种不同标准水蒸气物性参数(h2o、d2o、h2on、h2o95)。 3) 两个程序计算堆芯CHF的选择不同，RETRAN-3D程序采用拟合的经验公式来计算CHF，内含多个可供选择调用的CHF经验公式，RELAP5程序主要采用表格法(LOOK UP TABLE)来获得CHF值，两个方法之间的差异和各自误差的上下限需要进一步深入比较研究。 4) 在使用程序建模之前，必须首先进行程序适用性评价，明确程序的使用限制条件和能力，在程序的有效使用范围内进行建模和分析。 5) 本文的研究工作对于理解最佳估算程序壁面换热模型的选择原则和公式特点以及开发新的壁面换热关系式具有实际意义，同时也有助于深入理解两个程序在壁面换热模型方面的差异。
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user: 摘 要 本文采用RELAP5程序的四种不同流体动力学模型计算了蒸汽产生过程的热工水力特性，比较了四种模型之间的差异，采用直流蒸汽发生器实验数据进行模型的准确性比较和分析，结果表明：四种模型计算一次侧单相液流动与换热过程的热工特性趋势一致、数值大小基本吻合；四种模型计算两相过热蒸汽产生过程趋势一致，但热工参数压力、温度、含汽率、热流密度的数值存在差异。通过与实验数据的对比和分析，为准确计算直流蒸汽发生器的瞬态过程，推荐优先选用非均匀、非平衡态模型，其次为均匀、非平衡态模型，不推荐采用均匀、平衡态模型或非均匀、平衡态模型。 关键词 :RELAP5程序，均匀，平衡态，非均匀，非平衡态
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user: 1. 引言 RELAP5程序是进行轻水堆冷却剂系统事故瞬态分析的最佳估算程序，它采用一维、瞬态、两流体六方程模型来模拟轻水堆的热工水力系统瞬态过程，该程序基于完整的非均匀、非平衡态两相流系统模型，并采用快速的、半隐式数值方法来进行系统瞬态计算[ 1 ] -[ 3 ] 。程序开发者目标是直接采用非均匀、非平衡态两流体模型来描述汽液两相流动与传热过程，它把两相流的汽液两相看作两种流体，分别对每种流体给出一组质量、能量和动量方程，对两相共有六个方程组成完整场平衡方程组，由于它能够分别确定两相流场中每相的局部参量，并可以分析两相处于非均匀、非平衡态下的各种工况(如：液相欠热，汽相过热，两相温度不等且不等于饱和温度，两相速度不相等)，因此，这是一种完善的两相流数学物理模型 [ 1 ] [ 4 ] 。 尽管RELAP5程序以两流体不平衡态流体动力学模型为基础，但其中还包括了一些较简单的流体动力学模型，如采用单速度动量方程的均相流模型、假定汽液两相处于热力平衡的平衡态模型和假定无摩擦的无摩擦流动模型，可供使用者单独选用或组合选用，这样做的目的在于使该程序能与以均相平衡态模型为基础的老模型如RELAP4的结果进行比较 [ 1 ] [ 5 ] 。因此，用户可以选择的模型有 [ 6 ] ：1) 均匀、平衡态模型，简称HEM；2) 非均匀、平衡态模型，简称NHEM；3) 均匀、非平衡态模型，简称HNEM；4) 非均匀、非平衡态模型，简称NHNEM。这四种模型中，当汽液两相之间速度差异比较大时，采用HEM或HNEM模型的计算结果就可能不准确；当汽液两相之间热力平衡状态差异比较大时，采用HEM和NHEM模型的计算结果就可能不准确。 一般情况下，采用RELAP5程序计算两相换热问题时，流体模型会选择非均匀、非平衡态模型选项，较少选择HEM模型、NHEM模型、HNEM模型，现有文献中针对该程序中四种模型的对比研究和差异性分析较少。为了详细分析和比较四种不同模型选项对直流蒸汽发生器热工计算结果的影响，指导两相流系统建模分析，本文以直流蒸汽发生器实验装置实验数据为基准进行四种模型的计算研究，比较程序中四种流体动力学模型在计算蒸汽产生过程中的敏感性差异，从而为直流蒸汽发生器的设计和评估工作提供模型选择指导方案和参考。
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user: 2. 计算模型 本文以文献 [ 7 ] 所述的垂直直管式直流蒸汽发生器试验装置为参考计算研究对象，见图1所示。该实验装置的传热管采用三角形排列的因科镍管，单根传热管外径为15.87 mm，内径为13.94 mm，栅距为22.2 mm，管长为15.9 m，一次侧的水从管内由上向下流动，二次侧的水从管外由下向上流动。实验工况边界条件为：一次侧：入口温度331.7℃ (604.85 K)，流量11.77 kg/s，压力15.3 MPa；二次侧：给水温度251.7℃ (524.85 K)，流量1.18 kg/s，压力7.4 MPa。 根据文献 [ 7 ] 在研究直流蒸汽发生器时推荐的计算方法和节点数目敏感性分析结论，采用平均通道分析方法，将一、二回路分别看作是两个独立的平均通道，两个平均通道之间的热量传递通过热构件来模拟，建立RELAP5程序的计算节点，一回路和二回路水力学控制体节点取20个，热构件取20个节点，节点图见图2所示。TDV表示时间相关控制体，TDJ表示时间相关接管，S表示单一控制体，P表示管型部件，A表示环形部件，J表示普通接管，灰色模拟管壁换热。左侧控制体(200、204、208、212、216)和左侧接管(202、206、210、214)模拟二回路侧流体，流动方向从下至上，右侧控制体(100、104、108、112、116)和右侧接管(102、106、110、114)模拟一回路侧流体，流动方向从上至下，关键换热区划分为20个节块。 根据程序建模指导手册，通过设定控制体(单一控制体、管型控制体、环形控制体、分支部件控制体、时间相关控制体)的模型选项来选择调用平衡态或者非平衡态模型选项，通过设定接管(单一接管、分支部件接管)的模型选项来选择调用均匀或者非均匀模型选项。分别编写：均匀、平衡态流体动力学模型输入计算卡(HEM)，非均匀、平衡态流体动力学模型输入计算卡(NHEM)，均匀、非平衡态流体动力学模型输入计算卡(HNEM)，非均匀、非平衡态流体动力学模型输入计算卡(NHNEM)。而文献 [ 7 ] 仅仅采用了NHNEM模型进行计算，并给出了该模型的详细结果，并没有给出其余三种流体动力学模型的计算分析结果，本文则详细计算了四种流体动力学模型，并比较了四种模型选项在计算直流蒸汽发生器问题方面的差异。
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user: 3. 计算结果与分析 针对该直流蒸汽发生器实验模型工况，本文采用四种模型进行了计算，提取压力、温度、空泡份额、壁面热流密度、非均匀模型的汽相与液相温度差、二次侧汽相与液相温度的计算结果进行了比较分析，结果如图3~8所示。 图3给出了换热管一次侧流体的压力随垂直高度的变化趋势，由于一次侧为高温高压单相水，没有发生相变过程，四种模型压力分布计算结果与趋势基本吻合，查计算结果其它参数发现：一次侧控制体内流体的空泡份额均为零，表明一次侧为单相水流动换热，四种模型计算同一位置相同状态参数的流体的速度是一致的，特征流速反映为液相，汽相流速为表观参量，实际应取液相的流速；同样，一次侧流体的实际温度应取液相的温度，液相温度随高度的减小而降低，并且温度趋势和结果与实验值基本吻合(同一位置处温度误差为5℃左右，见图5一次侧流体温度)，汽相温度均采用各个位置下相应流体压力下的饱和温度。 图4给出了二次侧压力沿着垂直高度方向上的变化趋势，由于二次侧发生相变过程，不同模型反馈出的两相流速大小不同、热力状态参数不同，空泡份额不同，导致两相与壁面、两相之间摩擦力计算不同，摩擦压降、加速压降、提升压降呈现出差异，因而压力变化出现明显的差异特征。一般情况下，在持续温度控制表面加热流体情况下，沿着流动方向上单相蒸汽的压力是平滑下降的趋势(本文研究范围内)，而两种平衡态模型HEM模型和NHEM模型在高蒸汽含量区(环状流、弥散流型)表现出异常的凹点特征， 图1. 直流蒸汽发生器横断面示意图 图2. RELAP5程序平均通道计算节点示意图 图3. 一次侧压力比较图 图4. 二次侧压力比较图 图5. 流体温度比较图 图6. 二次侧流体热力学含汽率比较图 图7. 二次侧管壁面热流密度比较图 图8. 两相之间速度差比较 而非平衡态模型HNEM模型和NHNEM模型表现出正常的分布特征，说明高含汽率区(弥散流)汽液两相之间的非平衡效应更加明显，采用非平衡态模型分析更准确。 图5给出了直流蒸汽发生器一、二次侧的流体温度随垂直高度的变化趋势，单从与实验对比结果来看，一次侧单相水的温度值及分布趋势与实验值及分布趋势相吻合度较高，二次侧的温度分布趋势与实验趋势大致一致，三个区段(单相水区、饱和沸腾区、单相汽区)温度特征趋势符合实际直流蒸汽发生器蒸汽产生侧流体的温度分布规律，但不同模型表现出各自不同特点：1) HEM模型预测蒸干点位置比实验值滞后，在过热蒸汽区温度表现出异常状况，突然出现峰值，然后又下降，出口蒸汽温度明显高于实验值；2) NHEM模型预测蒸干点位置与实验值吻合，但在过热蒸汽区温度同样表现出异常状况，突然出现峰值，然后又下降，出口蒸汽温度明显高于实验值；3) HNEM模型预测蒸干点位置比实验值超前，过热蒸汽区温度趋势与实验值最为接近，出口蒸汽温度与实验值误差最小，绝对误差为2℃；4) NHNEM模型预测蒸干点与实验值吻合，过热蒸汽区温度趋势与实验值较接近，出口蒸汽温度与实验值存在误差，绝对误差为5℃。根据以上分析，可得出结论，采用RELAP5程序计算两相沸腾换热及过热蒸汽产生过程，特别是液相蒸干过程时两相非平衡效应比较明显，采用平衡态模型存在较大误差，应采用非平衡态模型。 图6给出了直流蒸汽发生器二次侧的热力学含汽率随垂直高度的变化趋势，四种模型计算出的热力学含汽率分布趋势一致，数值大小略有差异。基本涵盖单相过冷水到过热蒸汽的流体热力学状态，即：单相液、过冷沸腾、沸腾、过热蒸汽，其中平衡态模型在过渡至过热蒸汽区时存在明显的异常峰值特性，这与温度表现特征一致，表明：平衡态模型在分析饱和沸腾至过热蒸汽时存在不确定性，非平衡态模型表现特征符合正常规律。 图7给出了直流蒸汽发生器二次侧管壁面热流密度随垂直高度的变化趋势，四种模型计算出的壁面热流密度分布趋势是一致的。单相流体进入饱和沸腾区，换热系数逐渐增大，热流密度逐渐升高；在旺盛的泡核沸腾区，热流密度达到最大值；在膜态沸腾及之后的过热蒸汽区，换热系数急剧下降，热流密度逐渐降低至很低水平。四种模型计算出的热流密度沿高度方向上的分布趋势与数量级均符合强制对流沸腾曲线特征。其中，平衡态模型(HEM、NHEM)计算出的壁面热流密度非常接近，非平衡态模型(HNEM、NHNEM)计算出的壁面热流密度比较接近。考虑非均匀模型后，流速分布表现出差异，换热系数大小表现出不同量值，壁面热流密度因此有所差异。 图8给出了非均匀流模型(平衡态模型和非平衡态模型)两相速度之差比较，由于均匀流采用单速动量方程，汽液相流速是相同的，速度之差为零，这里不再进行比较。通过非均匀流模型的两相速度差值比较可发现：在过冷沸腾区、饱和沸腾区、高蒸汽含量区，两相之间的非均匀混合效应已经比较明显，特别是沸腾区域和高含汽率区域，两相之间的速度偏差较大，汽泡的流动速度与液相之间存在明显的差异，这种差异已经在很多的蒸汽发生器中被观察到，因此，非均匀模型更能够准确反映实际状况。而在程序模型中，两相之间的速度不均匀是通过动量方程模型来刻划的，均匀流模型中的汽液两相采用了单速动量方程，非均匀流的汽液两相分别采用各自独立的动量方程，两相之间的速度差异通过界面动量传递来描述。 综合以上分析及两相沸腾过程典型的非平衡、非均匀特征可知，在采用RELAP5程序研究、分析两相流动与换热过程、直流蒸汽发生器热工水力瞬态特性时，应考虑两相温度的非平衡效应和速度的非均匀效应，优选流体动力学模型为非均匀、非平衡模型选项，其次为均匀、非平衡模型选项。
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user: 4. 结论 采用RELAP5程序的四种流体动力学模型(HEM、NHEM、HNEM、NHNEM)对直流蒸汽发生器实验装置进行了敏感性分析，比较了RELAP5程序四种流体动力学模型计算过热蒸汽的特性，并与实验值进行了比较，结果表明： 1) 四种模型计算单相液的流动与换热相关热工参数(温度、压力、热流密度)的趋势一致、结果与实验值比较接近(同一高度方向上最大温度误差为5℃)； 2) 四种模型计算过热蒸汽产生过程中的流动与换热相关热工参数(温度、压力、空泡、热流密度)的总体趋势一致，但在局部热工参数的表现特性上存在着差异，在过热蒸汽区，平衡态模型(HEM、NHEM)计算出的流体温度变化趋势与数值与实验偏离较大，非平衡态模型(HNEM、NHNEM)计算出的流体温度分布趋势与试验值较为吻合； 3) 在两种非平衡态模型中，过热蒸汽区HNEM模型的温度计算结果更接近实验，但预测的蒸干点位置比实验值超前，NHNEM模型的温度计算结果接近实验，预测的蒸干点位置与实验最接近； 综上分析，在采用RELAP5程序进行蒸汽产生过程复杂的两相热工水力瞬态分析时，首选采用非均匀、非平衡态模型选项(NHNEM)，其次可考虑均匀、非平衡态模型(HNEM)，不推荐采用均匀、平衡态模型(HEM)或非均匀、平衡态模型(NHEM)。 本文研究工作有助于理解RELAP5程序中四种流体动力学模型选项在计算过热蒸汽参数方面的差异，对于正确选用系统分析程序的流体动力学模型具有实际指导意义。
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user: 摘 要 核电站所产生的乏燃料中含有大量的放射性核素，主要包括长寿命裂变产物(LLFP)和少量锕系元素(MA)，这些核素要通过上万年的衰变才能消除放射性危害。分离嬗变技术(P&T)是将这些放射性核素从乏燃料中分离出来，放入特定装置中，对其进行中子照射，使其转变成低放射性核素或稳定核素。镎(Np)作为一种最主要的MA核素，其含量高，半衰期长。本文利用MCNP程序搭建AP1000反应堆堆芯模型，以二氧化镎(NpO 2 )嬗变棒为引入方式，设计出在首循环堆芯中添加嬗变材料的10种方案。通过计算比较各种方案中有效增殖因子(k eff )、二氧化镎的添加质量和使堆芯重新达到临界所需要改变堆芯的程度，结果显示在堆芯燃料富集度为4.45%区域添加二氧化镎涂层的方案具有优势，本文对该方案进行了分析并进行了优化。 关键词 :嬗变，AP1000，Np-237
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user: 1. 前言 乏燃料的处置是目前制约核电发展的重要因素，乏燃料中包含大量的高放射性核素，如长寿命裂变产物(LLFP，如Tc-99和I-129)和锕系元素(MA，如Np-237、Am-241、Am-243、Cm-244、Cm-245等)，这些核素放射性强，半衰期长，对生态环境构成长期的潜在威胁 [ 1 ] 。目前国际上重点研究分离-嬗变技术(P&T)进行乏燃料后处理，分离-嬗变技术是指分离提取出未烧完的可裂变物质(如U-235)和易裂变核素(Pu-239等)，进行循环使用；把产生的高放射性核素(Np、Pu、Am、Cm和Tc等)提取出来，放入专门的嬗变堆中经受中子照射，使其转换成短寿命核素或稳定核素 [ 2 ] 。 就目前核电发展趋势来看，AP1000将会成为我国未来核电发展的主流堆型，如果在AP1000堆芯中放入高放射性的LLFP或MA进行嬗变，并能大量减少它们的含量，这将极大的减少乏燃料的存储空间，同时也为核电的可持续发展提供强有力的支持。表1给出了MA核素成分占乏燃料的含量，可见在MA核素中，Np-237的含量远远超过其他四种核素的总含量，而且其半衰期很长，本文研究MA中Np-237在AP1000首循环堆芯中的嬗变特性。 图1给出了Np-237的嬗变反应链 [ 4 ] ，可见通过吸收中子发生的(n，γ)以及β衰变反应，Np-237最终会嬗变成Pu的同位素，这些同位素可用来生产MOX燃料，这样就可以将高放射性废物Np-237变为有用的核素。
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user: 2. MCNP和堆芯结构 MNCP [ 5 ] 是用蒙特卡洛方法模拟解决中子和光子输运问题以及计算临界系统的k eff [ 6 ] 。蒙特卡洛方法，又称为随机抽样方法，它主要是运用统计规律将大量试验数据统计之后得到我们所需要的数据。随着现代计算科学的持续发展，蒙特卡洛方法在许多方面都发挥着不可替代的作用，其中主要包括原子弹技术，并且在物理的各个领域应用广泛。 AP1000核电技术是从美国西屋公司引进，并通过了美国核管理委员会最终设计批准的“第三代+”核电技术。它是一种先进的非能动型压水堆核电技术 [ 7 ] 。AP1000堆芯由157个几何形状和机械机构完全相同的Robust燃料组件组成，燃料组件又由圆柱状燃料芯块组成。AP1000堆芯首循环按燃料富集度分 Table 1 The content of MA nuclides in spent fue 核素 T 1/2 /a m/(kg∙Gwe −1 ∙a −1 ) 乏燃料中的含量(%) Np-237 2.14 × 10 6 13.0 0.052 Am-241 433 1.6 0.0064 Am-243 7370 3.3 0.0132 Cm-244 18.11 1.01 0.00404 Cm-245 8.53 0.04 0.00016 表1. MA核素成分在乏燃料中的含量[ 3 ] 图1. Np-237嬗变链 为三个区域，如图2所示。最外围区域富集度最高为4.45%，内部区域1和2富集度为2.35%和3.40%交替布置，形成棋盘状 [ 8 ] 。 通过调研堆芯参数，主要参数如表2所示，写入到MCNP程序中，调节反射层参数和可燃毒物棒数量使堆芯达到临界。为了验证所设计的程序是否符合要求，得到此程序的堆芯中子能谱，如图3所示，符合压水堆堆芯能谱要求。
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user: 3. Np-237核素添加方式 目前压水堆积累了几十年的运行经验，中子学和热工水力设计得到不断优化，其技术现已非常成熟，因此我们的设计方案要求Np-237的引入对燃料组件和堆芯设计的影响尽可能小。 3.1. 二氧化镎嬗变棒的设计 由于Np具有很强的中子吸收能力，在热中子区其微观吸收截面可达169 b [ 10 ] ，若以纯二氧化镎嬗变棒的方式引入堆芯，必将对周围燃料棒产生较大影响，增加堆芯中子通量分布的不均匀性。为了避免这种影响，本文选取燃料芯块外部添加二氧化镎(NpO 2 )涂层的形式引入嬗变材料，如图4所示 [ 11 ] 。 二氧化镎涂层的厚度是影响嬗变表现的一个重要因素。如果涂层过厚，二氧化镎将大量吸收燃料棒中裂变反应产生的中子，反应堆内的链式反应将无法持续；如果涂层过薄，堆芯引入的Np-237质量将会很少，达不到预期的嬗变量。 为了确定二氧化镎涂层的合适厚度，先求出堆芯中热中子在嬗变材料中的平均吸收自由程。 图2. AP1000首循环堆芯 图3. AP1000堆芯中子能谱 图4. 二氧化镎嬗变棒 Table 2 The main parameters of AP1000 cor 参数 设计值 堆芯热功率(MW) 3000 活性区高度(cm) 426 燃料组件数 157 U-235富集度(%) 2.35，3.40，4.45 硼浓度(ppm) 1000 包壳外径(mm) 9.5 包壳厚度(mm) 0.57 棒距(mm) 12 UO 2 密度(g/cm 3 ) 10.4 燃料总质量(吨) 96.084 导向管材料 ZIRLO TM 表2. AP1000堆芯主要参数[ 9 ] 查相关数据得二氧化镎的密度为11.11 g/cm 3 ，元素Np热中子微观吸收截面为169 b，元素O的热中子微观吸收截面为0.00027 b [ 11 ] ，则计算的二氧化镎的平均吸收自由程为2.38 mm。 平均自由程表示中子在介质中运动时，与原子核连续两次相互作用之间穿行的平均距离 [ 11 ] 。为了有效嬗变Np，同时减少对堆芯自持链式反应的影响，二氧化镎涂层的厚度必须小于二氧化镎平均吸收自由程。综合考虑燃料棒尺寸以及平均吸收自由程，选取的尺寸如表3所示。 基于得到的二氧化镎涂层的厚度和半径，可以算出每根燃料棒上二氧化镎的质量。涂层的内径和外径分别为0.3995 cm和0.4095 cm，则计算得每根燃料棒二氧化镎涂层的质量为120.288 g。 3.2. MA核素在堆芯中的添加方式 前文讨论了二氧化镎嬗变棒的设计，下面考虑这种嬗变棒在AP1000堆芯中的布置。对于反应堆堆芯，内部燃料组件的中子通量较高。在燃料组件中，内部燃料棒的中子通量高，有利于二氧化镎的嬗变。本文设计出10种嬗变棒添加方式，如表4所示，部分方案嬗变棒布置见图2、图5~8所示，其中区域1、2、3分别代表首循环堆芯燃料富集度为2.35%、3.40%、4.45%区域。此外，导向管中没有燃料棒，不添加嬗变材料。
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user: 4. 结果分析 利用MCNP程序计算每种方案的有效增殖因子。前面已经得出每根嬗变棒中二氧化镎的质量是120.288 g。堆芯总共有157个燃料组件，其中区域1有53个燃料组件，区域2有52个燃料组件，区域3有52个燃料组件。每个燃料组件中有264根燃料棒。通过计算可得到每种方案中二氧化镎质量。整合后得到表5。 嬗变的首要目的是对堆芯改变程度最小，其次是二氧化镎的嬗变量。即在k eff 符合条件的情况下选择二氧化镎质量更大的方案。从表5可见方案1的二氧化镎质量虽高，但其k eff 很低，对堆芯影响很大，不能作为最佳方案；当二氧化镎质量在2.039吨到3.334吨范围内，可以看出最大的k eff 为0.87861，最大质量为3.334吨，均属于方案5；而当二氧化镎质量在1.607吨到1.683吨范围内，此质量范围相差很小，因此选取k eff 最大的方案，即方案4的k eff 为0.98517。接下来要针对这两种方案对堆芯进行改进，使得 Table 3 The size of neptunium dioxide coatin 改进前 改进后 燃料芯块半径(mm) 4.095 3.995 燃料包壳内径(mm) 4.18 4.18 燃料包壳外径(mm) 4.75 4.75 涂层厚度(mm) 0.1 表3. 二氧化镎涂层尺寸 Table 4 Distribution patterns of neptunium dioxide transmutation rod 方案 内容 1 所有燃料棒都是嬗变棒 2 区域1组件所有燃料棒都是嬗变棒 3 区域2组件所有燃料棒都是嬗变棒 4 区域3组件所有燃料棒都是嬗变棒 5 区域1和2组件所有燃料棒都是嬗变棒 6 区域1和3组件所有燃料棒都是嬗变棒 7 区域2和3组件所有燃料棒都是嬗变棒 8 所有组件燃料棒和嬗变棒交叉布置 9 所有组件内部11 × 11燃料棒是嬗变棒 10 所有组件外部燃料棒是嬗变棒 表4. 二氧化镎嬗变棒布置方式 图5. 燃料组件 图6. 方案8组件中嬗变棒布置 图7. 方案9组件中嬗变棒布置 堆芯重新达到临界，即k eff 重新回到1，从而使其正常运行。对堆芯的改变方法有很多，包括改变燃料富集度，改变燃料棒尺寸，改变硼浓度以及改变反射层厚度等等。鉴于目前AP1000堆芯布置已经非常优化，所以改变堆芯布置的方案不可取。本文采用改变燃料富集度的方法，使用MCNP程序使得堆芯重新达到临界。结果显示在表6。 图8. 方案10组件中嬗变棒布置 Table 5 Effects after adding transmutation rods to the cor 方案 二氧化镎质量(吨) k eff 方差/10 −5 所有燃料棒都是嬗变棒 4.985 0.69114 1.0563 区域1组件所有燃料棒都是嬗变棒 1.683 0.91307 1.4516 区域2组件所有燃料棒都是嬗变棒 1.607 0.92336 1.4213 区域3组件所有燃料棒都是嬗变棒 1.607 0.98517 1.0563 区域1和2组件所有燃料棒都是嬗变棒 3.334 0.87861 1.6403 区域1和3组件所有燃料棒都是嬗变棒 3.334 0.82208 1.0241 区域2和3组件所有燃料棒都是嬗变棒 3.302 0.82213 0.9610 所有组件燃料棒和嬗变棒交叉布置 2.492 0.81177 1.1022 所有组件内部11 × 11根燃料棒是嬗变棒 2.039 0.85032 0.9000 所有组件外部燃料棒是嬗变棒 2.945 0.81209 1.2250 表5. 加入嬗变棒后对堆芯影响 Table 6 Fuel enrichment to make core return to the criticalit 方案 改进后燃料富集度(%) (括号为改进前) 区域1 区域2 区域3 区域3组件所有燃料棒都是嬗变棒 2.35 (2.35) 3.40 (3.40) 4.55 (4.45) 区域1和2组件所有燃料棒都是嬗变棒 4.2 (2.35) 4.8 (3.40) 5 (4.45) 表6. 堆芯重回临界的燃料富集度 从表6可以看出，对于区域3组件所有燃料棒都是嬗变棒方案，只需将区域3的富集度从4.45提高到4.55，改变0.1，改变量为原始量的2%。对于区域1和2组件所有燃料棒都是嬗变棒，每个区域改变量分别为原始量的78%，41%和12%。改变率非常大，按照我们尽可能减少改变原有设计的要求，此方案不可取。 综上所述，最佳方案为区域3组件所有燃料棒都是嬗变棒。AP1000堆芯燃料总质量为96.084吨，这种方案中二氧化镎的质量占燃料总质量的1.672%。 考虑到这种方案中二氧化镎质量所占比例偏高，会对堆芯的安全性能产生较高的影响，因此对原优化方案进行改进，设计出另外三种方案，如表7所示。通过MCNP程序计算得出每种方案的有效增殖因子，并计算出每种方案的二氧化镎质量，如表7所示。 由表7可以看出，三种方案有效增殖因子与区域3所有组件所有燃料棒都添加涂层无较大差别，为了使嬗变材料质量占燃料总质量的比例小于1%且又能达到嬗变量的目的，所以选取区域3所有组件燃料棒和嬗变棒交叉布置这种方案为最优化方案，这种方案中二氧化镎质量占燃料总质量的0.869%。 图9给出了上文提到的最优化方案以及基准方案堆芯燃料组件的径向功率分布，通过比较发现未添加Np-237时功率峰因子为1.2033，添加Np-237后功率峰因子为2.1271，最优化方案的功率峰因子比基准方案高，可见Np-237的添加对功率产生了不利的影响[ 12 ] 。为了解决这个问题，可以通过在堆芯组件中交叉添加嬗变材料的方法来缓解，这也是后续要研究的内容。 Table 7 Effects to core of the improved scheme 方案 二氧化镎质量(吨) 有效增殖因子 区域3所有组件燃料棒和嬗变棒交叉布置 0.835 0.98527 区域3所有组件内部11 × 11根燃料棒是嬗变棒 0.675 0.98615 区域3所有组件外部燃料棒是嬗变棒 0.975 0.98431 表7. 改进后方案对堆芯影响 图9. 组件的功率峰因子分布
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user: 5. 结论 本文利用MCNP程序搭建AP1000堆芯模型，采用二氧化镎涂层的设计方法，设计多种添加方案，通过分析计算不同方案下二氧化镎的引入对堆芯keff的影响，得出结论如下： 1) 对于二氧化镎嬗变棒的设计，经过计算得出，堆芯中热中子在二氧化镎的平均吸收自由程是2.38 mm，为了不至于大幅度影响堆芯物理性能，选择在燃料芯块周围添加0.1 mm的二氧化镎涂层作为嬗变棒。 2) 对于嬗变棒在堆芯中的布置，本文设计出10种不同的方案，经过计算每种方案中二氧化镎的质量和有效增殖因子，以及使其重回临界所要改变堆芯的程度，选取在AP1000首循环堆芯燃料富集度为4.45%区域所有燃料棒添加二氧化镎涂层的方案作为优化嬗变方案，这种方案中二氧化镎的质量占AP1000堆芯燃料总质量的1.672%。 3) 通过对优化方案的改进，降低嬗变材料对堆芯安全性能的影响，选取AP1000首循环堆芯燃料富集度为4.45%区域所有燃料组件中燃料棒和嬗变棒交叉布置这种方案作为优化嬗变方案，这种方案中二氧化镎的质量占AP1000堆芯燃料总质量的0.869%。 4) 通过比较最优化方案和基准方案的功率分布，发现添加Np-237后堆芯的功率峰因子比基准方案高，会对堆芯功率分布产生不利影响。
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user: 摘 要 作为城市自然环境的一大重要组成部分，地质环境是必须得到高度重视的。但伴随着城市大规模建设，城市地下资源开发、城市工业和生活垃圾污染等方面引起了地质环境的破坏。本文在归纳城市规划区地质环境条件的基础上，进行了环境地质问题分析，论述了城市各功能区内的主要环境地质问题现状及其危害，并针对每个分区突出的环境地质问题提出了科学的防治对策和建议。 关键词 :城市化，环境地质问题，防治对策
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user: 1. 引言 随着中国城镇化发展的脚步越来越快，城市经济的繁荣也伴随着环境污染的剧痛，不断涌现的土地资源枯竭、水资源紧缺、全球变暖、工业垃圾、生活污染等问题逐渐地发展成为全国性和全球性的环境治理难题[ 1 ] 。从地质学与力学的角度看，城市的大规模建设，等同于城市对地质环境施加规模和强度不断增大的荷载。因此，分析城市规划区内的环境地质问题现状及危害性，并提出切实可行的防治对策，对规划区内城市建设具有十分重要的现实意义。
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user: 2. 主要环境地质问题及其危害 2.1. 地表水和地下水污染 在全国重工业城市，工业废水、生活污水、废渣废物、化学用水未经环保标准的处理和任何加工，就直接倾倒进重要的江河及其支流的地面河水当中，导致江河水质严重污染，其中生化耗氧量、氨氮及亚硝酸盐氮超标。工业排污和生活排污导致地表水常年处于污染严重的状态，不仅不能解决人们的正常生活用水和灌溉，而且还导致生态环境失衡，大量的癌症等疾病的发生[ 2 ] ，日趋恶化的生态问题严重影响当代及子孙后代的环境和生活。地表水体的污染和城市生活污水、工业废水的下渗必然导致地下水的污染，污染类型属细菌污染，并有日趋加剧之势。矿区及城市人民用水越来越困难。 2.2. 边坡不稳定 位于多边坡的城市，根据力学原理来看，沿沟坡等地建设的建筑物逐渐增多导致压力失衡，尤其是在纵向沟谷中坡向与层面和裂隙结构面倾向一致的高陡边坡(坡度多在45˚以上)，加上地下水和城市内涝滋生灾害的发生等外力作用，很容易导致滑坡和边坡失衡的现象发生，严重威胁生命和财产房屋的安全。 2.3. 砂土液化 浅埋于某些地区的二、三级阶地粘性土与卵石层之间的饱和粉细砂层，结构松散，液化砂土对建筑物和路基等承重力量大的外来作用力威胁巨大，在地质等外力作用下可直接导致建筑物坍塌和路基失衡的状况[ 3 ] ，对安全和生命财产造成巨大影响。 2.4. 采空区造成地面开裂、地面塌陷 主要发生在以坑采为主的矿山。由于采空区跨度大，保安矿柱难以支撑，导致采空区顶板变形、冒落，地面出现拉裂缝。矿区地面开裂和塌陷破坏地面居民房屋、土地和工程设施安危并涉及坑内采矿工人的生命安全。 2.5. 矿渣堆积污染水土环境 因严重开采导致的矿区污染已经成为当今重要的污染源之一。矿区的水质因常年遭受工业排放已经不能饮用和灌溉。矿区周边的农业用地因矿渣的随意堆放已经逐渐缩小，没有足够的耕地可用。矿区内的严重开采常常会导致塌方和瓦斯爆炸事故，山体的稳定性因为内部亏空常年不稳。矿区及周边地区居民的人身安全和财产安全随时遭受着考验。 2.6. 水土流失 某些城市水土流失中强度区，全市水土流失面积有时高达占总面积的59.57%，但森林覆盖率小于10%，客观地质背景和人类工程活动剧烈，导致水土流失严重。严重的水土流失，破坏自然资源和生态平衡，集中表现在农业生态统的失调。由于水土流失，破坏土地资源，降低土壤肥力，使土层变薄，缩小耕地面积，造成农业减产，使得蓄水减少，旱洪加剧，洪涝灾害频率增高，灾害加重，同时使水利工程淤毁，降低灌溉和防洪效益，缩短水利工程使用寿命，亩平均用水量降低，大面积抗旱能力减弱，给农业经济发展带来巨大障碍。 2.7. 土壤污染 工业用水、城市污水、农田用水的污染还直接导致了土壤污染的逐渐加重，土壤的自净能力逐年降低，这种污染因隐蔽性强没有遭到人们的重视，但是它已经成为越来越不可忽视的污染之一。根据国务院决定，2005年4月至2013年12月，我国开展了首次全国土壤污染状况调查。调查范围为中华人民共和国境内(未含香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾地区)的陆地国土，调查点位覆盖全部耕地，部分林地、草地、未利用地和建设用地，实际调查面积约630万平方公里。调查结果显示全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。工矿业、农业等人为活动以及土壤环境背景值高是造成土壤污染或超标的主要原因[ 4 ] (表1~3)。 全国土壤总的超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。污染类型以无机型为主，有机型次之，复合型污染比重较小，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%。 Table 1 Inorganic pollutants beyond-standard situatio 污染物类型 点位超标率(%) 不同程度污染点位比例(%) 轻微 轻度 中度 重度 镉 7.0 5.2 0.8 0.5 0.5 汞 1.6 1.2 0.2 0.1 0.1 砷 2.7 2.0 0.4 0.2 0.1 铜 2.1 1.6 0.3 0.15 0.05 铅 1.5 1.1 0.2 0.1 0.1 铬 1.1 0.9 0.15 0.04 0.01 锌 0.9 0.75 0.08 0.05 0.02 镍 4.8 3.9 0.5 0.3 0.1 表1. 无机污染物超标情况 Table 2 Organic pollutants beyond-standard situatio 污染物类型 点位超标率(%) 不同程度污染点位比例(%) 轻微 轻度 中度 重度 六六六 0.5 0.3 0.1 0.06 0.04 滴滴涕 1.9 1.1 0.3 0.25 0.25 多环芳烃 1.4 0.8 0.2 0.2 0.2 表2. 有机污染物超标情况 Table 3 Environmental quality state of different landuse type 污染物类型 点位超标率(%) 不同程度污染点位比例(%) 主要污染物 轻微 轻度 中度 重度 耕地 19.4 13.7 2.8 1.8 1.1 镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃 林地 10.0 5.9 1.6 1.2 1.3 砷、镉、六六六和滴滴涕 草地 10.4 7.6 1.2 0.9 0.7 镍、镉和砷 未利用地 11.4 8.4 1.1 0.9 1.0 镍和镉 表3. 不同土地利用类型土壤的环境质量状况 从污染分布情况看，南方土壤污染重于北方；长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突出，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大；镉、汞、砷、铅4种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势。 典型地块及其周边土壤污染状况： 1) 重污染企业用地：在690家重污染企业用地及周边的5846个土壤点位中，超标点位占36.3%，主要涉及黑色金属、有色金属、皮革制品、造纸、石油煤炭、化工医药、化纤橡塑、矿物制品、金属制品、电力等行业。 2) 工业废弃地：在调查的81块工业废弃地的775个土壤点位中，超标点位占34.9%，主要污染物为锌、汞、铅、铬、砷和多环芳烃，主要涉及化工业、矿业、冶金业等行业。 3) 工业园区：在调查的146家工业园区的2523个土壤点位中，超标点位占29.4%。其中金属冶炼类工业园区及其周边土壤主要污染物为镉、铅、铜、砷和锌，化工类园区及周边土壤的主要污染物为多环芳烃。 4) 固体废物集中处理处置场地：在调查的188处固体废物处理处置场地的1351个土壤点位中，超标点位占21.3%，以无机污染为主，垃圾焚烧和填埋场有机污染严重。 5) 采油区：在13个采油区的494个土壤点位中，超标点位占23.6%，主要污染物为石油烃和多环芳烃。 6) 采矿区：在调查的70个矿区的1672个土壤点位中，超标点位占33.4%，主要污染物为镉、铅、砷和多环芳烃。有色金属矿区周边土壤镉、砷、铅等污染较为严重。 7) 污水灌溉区：在调查的55个污水灌溉区中，有39个存在土壤污染。在1378 个土壤点位中，超标点位占26.4%，主要污染物为镉、砷和多环芳烃。 8) 干线公路两侧：在调查的267条干线公路两侧的1578个土壤点位中，超标点位占20.3%，主要污染物为铅、锌、砷和多环芳烃，一般集中在公路两侧150米范围内。
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user: 4. 人类工程活动引发的环境地质问题的防治 4.1. 加强地质环境管理和环境保护 1) 严格控制排污，对厂、矿企业实行限期排污达标制度。进行环保测评和定期验收，对一些效益差污染严重的厂矿企业进行强制关停措施。设立污水综合治理中心，将城市地下污水进行综合治理，将其改造成符合环境标准的正常用水之后再循环灌溉农田。城市中所有的超标汽车要限制出行，开罚单严格制止其在城市中超标排放汽车尾气。建设城市垃圾综合治理和清理中心，集中将城市工业垃圾和生活垃圾进行环保整治和处理。发起全民卫生和爱护环境的宣传片，提高全民爱护环境的意识。 2) 矿产资源的合理开采，以整顿小型芒硝矿和煤矿为重点。对于污染严重、开采过度、危害人民生命财产的煤矿要及时予以撤掉和关闭。对大型的国营矿厂要投入资金和环保力度，严格按照环保标准排污，还原生态环境，组建生态廊道，打造生态系统网络和网格化管理，专人负责，专人督办。 3) 工业、城镇、交通建设选址(线)首先进行可行性的评估，灾害危险区要坚决避开，请各方面的专家进行综合评估之后才能进行工程的开工和建设。重要的工程无法避开的时候，要进行必要的防护措施，确保环境和人民生命财产的安全。 4.2. 重视工程前期地质环境勘察评价 1) 工程前期的地质环境勘察应成为重大项目的前期工作之一列入工程常态当中，成为必要条件之一[ 11 ] 。工程的前期勘察主要是防止环境地质问题的发生，为项目的进展做综合的评估和调查研究，对项目中的环境问题提出可行性建议和预防办法，对后期的环境综合保障进行有效的监控和综合治理意见。将环境保护和项目的经济效益放在同等重要的位置上来进行考评和商议。 2) 工程后期或者在完工之后，一旦发生地质灾害，要及时地进行清理和治理，防止更大的次生灾害的发生。对未来可能发生的库渠渗漏、坝基不稳、航道险滩等环境问题进行综合治理，预防更大的地质灾害的发生。 4.3. 建立监测和防治系统 环境问题是一个复杂的慢性污染过程，所以要建立有效的检测和防止系统，建立健全动态预防体系，从上级监管部门到基层部门都要对环境问题保持高度的重视，在进行商业活动和项目开发时，首先要进行环境评测，确保不危害环境卫生和公共卫生。对于已经污染的部门和个人要进行罚款和民事责任等赔偿，停业整顿和及时防护密切结合，环境保护和经济效益不能顾此失彼。
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user: 5. 结语 城市环境地质问题，制约了全市经济可持续发展的步伐，也为此而付出了巨大的代价。这些环境地质问题均可通过有效的防治措施，避免、减轻发生或得以根治。建议各级政府部门重视环境地质问题所造成的危害，加强对地质环境的合理利用和保护，针对目前比较突出的环境地质问题，采用多种措施分步骤、分区域、有重点地改善环境质量。在城市建设与规划中，要根据环境工程地质情况而开展建设，科学的控制城市建设规模与速度，协调、维持好自然环境与城市建设间的关系。
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user: 摘 要 生态足迹是一种将某地区资源消耗和废弃物排放的影响转化为生物生产性土地的方法，它能够定量分析可持续发展的程度。该文对天门市5年来的生态足迹进行了计算分析。计算结果表明，天门市历年生态足迹呈不断增加趋势，5年间增加13.63%，人均承载力呈小幅波动增长，增长率为2.1%。而且人均生态足迹均呈现生态赤字现象，从2009年的0.66686 hm 2 增加到2013年的0.80852 hm 2 ，增长率为21.24%。人均生态足迹和人均GDP逐年增大的同时，人均万元GDP足迹逐年减小。这一结果，反映天门市的资源利用已超出实际的生态承载力范围，经济发展过程中的生态状况不容乐观，并在此基础上提出天门市未来可持续发展可选途径。 关键词 :生态足迹，生态赤字，国家公顷，可持续发展，天门
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user: 1. 引言 随着工业化大力开展、城镇化的快速进行、人口规模的不断加大，资源环境开始面临着巨大的压力。经济增长的同时，资源环境问题也日益突出。在此背景下，如何处理好社会、经济、环境三者的关系，走可持续发展道路显得突出重要。生态足迹作为一种衡量可持续发展的方法，得到国际上的广泛应用。生态足迹的分析方法是由加拿大生态经济学家REES [ 1 ] 等于1992年提出。1996年Wackernagel [ 2 ] 对生态足迹进行了详细介绍和完善，并将它应用于52个国家和地区。1999年生态足迹的概念首先被徐忠民、张志强等引入我国 [ 3 ] - [ 6 ] ，而后部分学者实证分析了我国一些省市的可持续发展状况 [ 7 ] - [ 11 ] 。本文通过运用改进的“国家公顷”生态足迹模型对天门市生态足迹进行计量和分析，与传统的“全球公顷”相比，更能真实的反映天门市对资源的利用状况和可持续发展状况，在探讨如何在承载力范围内实现可持续发展，具有重要的理论和现实意义。 天门市位于湖北省中南部，江汉平原北部。12˚33'45E ~113˚26'15E，30˚22'30N~30˚52'30N。属于北亚热带季风气候。年平均气温为17.8℃，年降水量为1281.1 mm。常住人口167万人，是湖北省人口最多的省辖市。2013年国内生产总值365.19亿元，人均GDP为28，331.26元。
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user: 2. 生态足迹理论与“国家公顷”概述 生态足迹也称“生态占用”，指维持一个人、地区、国家或者全球的生存所需要的或者能够容纳人类所排放废物的、具有生物生产力的地域面积 [ 12 ] 。它既能代表在一定科学技术条件和消费条件下特定人口对环境造成的影响，又能反映在一定科学技术条件和消费条件下人口为持续生存而对环境提出的需求。生态足迹模型是一组基于土地面积的量化指标，是可以度量可持续发展程度的一个指标 [ 13 ] 。当生态足迹的值越高，意味着人类对资源索取和环境的破坏程度越高，对该地区可持续发展的挑战越大。相反，生态足迹的值越小，意味着人类对资源的索取和环境破坏程度越小，就越有利于该地区可持续发展。因此，通过测量人类对自然生态系统服务的所需的生物生产面积与自然所能提供的生物生产面积之间的差距，就为判断一个国家或地区的生产性消费活动是否处于当地生态系统承载力范围内提供定量依据。 传统的生态足迹计算方法，是以“全球公顷”作为计量单位进行计算的，其研究的目的在于方便国际之间的比较，但由于全球公顷是运用全球平均生产力作为依据，与我国的实际生产力存在差异，因此缺乏时效性和实用性。为了更好的反应当地的实际生产力和区域发展特征，本文运用了“国家公顷”计算模型，“国家公顷”是相对全球公顷提出来的，一个单位的“国家公顷”相当于1公顷具有国家平均产量的生产力空间，它是全部生物生产性土地(陆地和水域)的生产力的平均值。该方法的关键点在于计算国家平均生产力、均衡因子和产量因子。可以真实的反应国家间不同区域的资源利用状况及对环境的影响程度，因此更适合进行小地域的实证研究。 1) 生态足迹的计算模型： 生态足迹的计算基于三个基本假设 [ 14 ] ：一是人类可以确定自身消费的绝大多数资源、能源及其产生的废弃物数量；二是这些资源生产及其废弃物的可以转换成相应的生物生产土地面积；三是这些土地在空间上是互斥的，即不同的资源消耗只能转换成一种类型的土地。基于“国家公顷”的生态足迹核算方法与全球公顷的生态足迹核算方法基本类似，所不同的是，在计算过程中要用消费产品的全国平均生产能力来代替全球平均生产能力，以及相应的以“国家公顷”为核算标准的均衡因子和产量因子。在生态足迹的计算中，根据生产力大小的差异，一般把生物生产性土地分为6个类型：耕地、林地、草地、水域、建筑用地、化石原料产地 [ 15 ] 。计算公式为 [ 12 ] [ 16 ] ： 式中：EF为总生态足迹；N为人口数；ef为人均生态足迹；r j 为均衡因子；aa i 为i种商品折算之后的生物生产面积；c i 为i种商品的人均消费量；p i 为i种商品的平均生产能力。 2) 生态承载力计算模型： 生态承载力 [ 15 ] [ 17 ] 是与生态足迹相对应的概念，也称“生态供给”，是指在不损害有关生态系统的生产力和功能的前提下，一个地区能够提供的生态生产性土地的总面积。也可以理解为在一定自然、社会、经济技术条件下某地区所能提供的生态生产性土地的极大值。即将某地区的各类生态生产性土地面积经产量因子和当量因子分别转化后的生态生产性土地面积，其计算公式为 [ 18 ] [ 19 ] ： 式中：EC为区域总的生态承载；N为人口数；ec为人均生态承载力；aj为人均生物生产面积；rj为均衡因子；yj为产量因子；j为生物生产性土地类型。计算生态承载力时扣除12%的生物多样性保护面积，得到实际可利用的生态承载力 [ 16 ] 。 3) 生态赤字、生态盈余及万元GDP足迹： 当ED > 0，说明生态足迹超过了生态承载力，出现生态赤字现象；反之，当ED < 0，说明生态承载力大于生态足迹，出现生态盈余现象，表明该地区发展在承载力范围内。 万元GDP足迹是该区域某年的总人口的生态足迹除以其国内生产总值(GDP)；万元GDP的生态足迹越大，表明该区域生物生产面积的产出率越低，反之，则越高。 4) 均衡因子 在计算生态足迹时由于这六类土地的生态生产力不同，为了将不同的生态生产性土地转化为具有相同生态生产力的面积，需要对各类生物生产面积乘以一个均衡因子 [ 20 ] [ 21 ] 。“国家公顷”中的均衡因子是通过全国所有同类生产性土地的平均生物生产力比全国所有生物生产性土地的平均生物生产力得到的。计算公式为： 式中，rj为均衡因子；kj为j类生物生产土地的全国平均生产力；K为全国各类生物生产土地的平均生产力。 5) 产量因子 在计算生态承载力时，由于不同地区或国家间存在差异，因此各个地区或国家同类生态生产性土地的实际面积不能直接对比，这就需要产量因子 [ 15 ] [ 17 ] 将各地区同类生态生产性土地转化为可比尺度。在这里的产量因子描述的是以“国家公顷”为标准的各地区的某类土地的平均生产力与国家同类土地平均生产力水平的差异，综合反应特定地域的环境和社会经济因素。在数值上，产量因子是通过把天门市各类土地的平均生产力除以全国同类土地的平均生产力的得到的。计算公式为： 式中，yj为产量因子；tj为某区域，j类生物生产土地的平均生产力；Tj为全国J类生物生产土地的平均生产力。