[发明专利]一种多重屏障体系内水化学环境演化研究的方法

说明书

本发明公开了一种多重屏障体系内水化学环境演化研究的方法，步骤为：S1、采集多重屏障体系所涉及的岩矿样品，确定样品的矿物组成等相关参数；S2、采集地下水，确定初始地下水的各项化学参数；S3、对矿物样品开展岩土材料物性参数测试研究，测定饱和渗透系数、孔隙率、阳离子交换容量等相关参数；S4、对包装容器开展腐蚀模拟实验，以确定容器在该屏障体系内的平均腐蚀速率；S5、开展长期数值模拟研究。本发明提供的方法不具有局限性，可适用于各种不同处置库结构，并在一系列物性参数测试研究和模拟实验的基础上，确定多重屏障体系内水‑岩相互作用和容器腐蚀过程中发生的多组分、多变量的化学反应。

技术领域

本发明属于环境科学和地球化学技术领域,涉及一种多层屏障体系内水化学环境演化研究的方法,该方法可应用于处置库选址和废物处置安全评价。

背景技术

随着核电的快速的发展，我国将累积相当数量的高放废物，安全、有效地处理和处置这些高放废物对于核技术的广泛应用至关重要。我国高放废物处置的策略是将废物固化后进行深地质处置，利用包装容器、工程屏障和天然屏障等多重保护，使其与人类生存环境有效地隔离。

由于高放废物的放射性总活度和比活度大，毒性高，其中多种核素的半衰期很长，因此处置库的设计安全年限一般在10万年甚至100万年。在此期间，处置库的多重屏障可能因降雨、风化、腐蚀及地壳活动等受损，使其中的放射性核素释放出来，其中水化学环境和地质介质对放射性核素的溶解和阻滞是长期控制放射性核素扩散迁移的关键因素，在长达万年的处置时间内，水与介质材料的相互作用又会进一步改变水化学环境，因此，为了准确地预测核素的迁移行为，评估处置库的长期安全性，多重屏障环境下的水化学演化规律是最为重要的一环，然而，在研究水化学环境演化的过程中，光靠实验手段是不够的，必须建立相应的模型，才能获得预测核素时间和空间尺度上的分布。

目前我国针对高放废物处置库的研究，主要集中在花岗岩与地下水之间的相互作用上，对于处置库近场水化学环境随时间和空间变化的研究较少，并且存在以下几个问题：

(1)水化学环境演化研究上，多采用反向模拟，即以质量守恒原理为基本理论，初始水溶液组分+反应物＝终点水溶液组分+产物，式中的“反应物”和“产物”是指反应过程中进入或离开溶液的物质，可以是气体、固体或离子交换，是一套模糊相。在给定的水文地质系统中，一般情况下，有多种“可能反应物-产物”组合满足上式，这时就需要根据研究区的岩性、地质、水文地质条件等因素，以及组分分布计算结果、热力学参数、同位素资料来确定该条件下最有可能的“反应物”和“产物”，因此仅仅通过起点和终点不能准确获得该条件下水化学的形成和演化规律，尤其对于特定路径下的水化学演化，反向模拟并不能满足要求；

(2)目前，水化学环境演化场景多是天然花岗岩屏障与地下水之间的相互作用，没有涉及到近场环境下多重屏障结构所面临的复杂问题，例如容器腐蚀、多种屏障层间的化学反应等。

综合上述，在水-岩相互作用反应机理的基础上，建立水化学环境演化模型，发展更准确、更系统的多重屏障体系下水化学环境演化研究的方法是评价处置库能否可靠阻滞放射性废物迁移的关键因素之一，决定了我国处置库选址、放射性废物安全评价及核技术的可持续发展。

发明内容

本发明针对现有研究方法不能满足多重屏障体系内水化学环境演化的需求，现提供一种大尺度时间范围下多重屏障体系的正向模拟研究方法，并在一系列物性参数测试研究和模拟实验的基础上，确定多重屏障体系内水-岩相互作用和容器腐蚀过程中发生的多组分、多变量的化学反应。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多重屏障体系内水化学演化研究方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集多重屏障体系所涉及的岩矿样品，并确定所述岩矿样品的矿物组成的相关参数；

S2、采集地下水，确定初始地下水的各项化学参数；