Разработка и обоснование концептуальных и математических моделей и их реализация с помощью программных средств

71. Для перехода от сценария эволюции системы захоронения РАО к количественной оценке его последствий, выполнению прогнозных расчетов распространения радионуклидов в окружающей среде и радиационного воздействия на население и окружающую среду рекомендуется разработать соответствующие выбранным сценариям концептуальные и математические модели.

72. Концептуальные модели представляют собой набор предположений об особенностях эволюции системы захоронения РАО, происходящих в ней и вне ее событий, явлений и факторов природного и техногенного происхождения и физико-химических процессов, влияющих на безопасность системы захоронения РАО, а также определяющих процессы переноса радионуклидов от источника в окружающую среду и их радиационное воздействие на население и окружающую среду.

73. Цель разработки концептуальной модели ППЗРО состоит в систематическом качественном описании ППЗРО как объекта радиационного воздействия на население и окружающую среду, отражающем его эволюцию в соответствии с разработанными сценариями эволюции системы захоронения РАО.

74. В концептуальную модель рекомендуется включить краткое описание:

характеристик системы захоронения РАО как источника радионуклидов (содержание и активность радионуклидов, скорость их выхода из упаковок РАО, формы миграции радионуклидов и их гидрогеохимические свойства, физико-химическая форма РАО и т.д.), ее элементов и взаимосвязи между ними;

эволюции системы захоронения РАО в соответствии с принятым сценарием;

перечня событий, явлений и факторов природного и техногенного происхождения и физико-химических процессов;

свойств геосферы в районе размещения ППЗРО;

свойств биосферы в районе размещения ППЗРО;

физико-химических процессов, определяющих выход радионуклидов из упаковки РАО (например, путем диффузии, инфильтрации атмосферных осадков, газовыделения вследствие различных процессов, эвапотраспирации) и миграцию радионуклидов через инженерные барьеры и далее в геосфере (конвективно-дисперсионный и диффузионный механизмы переноса с учетом различных физико-химических процессов (сорбции, ионного обмена, растворения (выщелачивания));

возможных процессов, определяющих миграцию радионуклидов в биосфере;

путей воздействия радионуклидов на человека и окружающую среду (например, внешнее и внутреннее облучение, потребление загрязненной воды и продуктов питания, вдыхание радиоактивной пыли);

пределов применимости концептуальной модели в рассматриваемых пространственной области и временном диапазоне с учетом допущений, при которых она была разработана;

начальных и граничных условий, задаваемых при проведении прогнозных расчетов.

75. Наряду с общим описанием концептуальную модель рекомендуется представлять в виде блок-схемы.

76. Разработанную концептуальную модель рекомендуется использовать в качестве основы для разработки математической (расчетной) модели (или моделей), представляющей собой совокупность математических соотношений, уравнений и неравенств, описывающих основные закономерности, присущие изучаемым системе захоронения РАО и внешим и внутренним процессам с соответствующими начальными и граничными условиями.

77. Для оценки долговременной безопасности ППЗРО допустимо использовать универсальные математические модели или модели, разработанные для моделирования определенных процессов и (или) элементов системы захоронения РАО, в том числе:

модели источника радионуклидов и его изменения со временем;

модели миграции радионуклидов через инженерные барьеры (с учетом изменений свойств материалов барьеров);

модели миграции радионуклидов через измененную в ходе сооружения и эксплуатации ППЗРО вмещающую среду;

модели миграции радионуклидов в геологической среде;

модели переноса радионуклидов в поверхностной гидросфере;

модели атмосферного переноса радионуклидов;

модели внешних воздействий и условий окружающей среды и их изменения со временем (например, изменение количества атмосферных осадков, уровней подземных вод, режима поверхностных водоемов и водотоков);

модели радиационного воздействия на население и окружающую среду;

модели, применяемые для расчета исходных данных и входных параметров других моделей.

В приложении N 3 к настоящему Руководству по безопасности приведены примеры математических моделей источника, фильтрации подземных вод и переноса радионуклидов с подземными водами, применяемых при оценке долговременной безопасности ППЗРО.

В приложении N 4 к настоящему Руководству по безопасности приведены примеры моделей радиационного воздействия для типовых сценариев непреднамеренного вторжения человека в систему захоронения РАО.

78. При проведении численных расчетов оценки долговременной безопасности ППЗРО допустимо применять численные или аналитические математические модели в зависимости от цели проведения оценки безопасности ППЗРО, удобства и возможности применения тех или иных моделей в данных расчетах.

Допустимо в одной модели использовать сочетание аналитических и численных решений.

79. При разработке математических моделей рекомендуется определить перечень входных параметров расчета (переменных), определить их значения и оценить соответствующие неопределенности (погрешности).

80. Если при оценке входных параметров применялся вероятностный подход, рекомендуется обосновать выбранные распределения вероятности.

81. На ранних этапах жизненного цикла ППЗРО, в том числе на этапе размещения ППЗРО, при выборе площадки из нескольких альтернативных вариантов и оценке пригодности площадки, допустимо использовать упрощенные математические модели и усложнять их при необходимости на последующих итерациях по мере получения новых данных о системе захоронения РАО и ее поведении во времени.

Упрощенные модели также рекомендуется использовать для обнаружения ошибок в расчетах, быстрого анализа полученных результатов, оценки влияния отдельных процессов на конечный результат, выбора дозообразующих радионуклидов и других целей.

82. При моделировании переноса радионуклидов из ППЗРО в окружающей среде в рамках упрощенной модели допустимо:

ограничить круг рассматриваемых процессов наиболее значимыми;

рассматривать схематичное описание системы захоронения РАО;

принимать упрощенное описание процессов выхода радионуклидов из источника;

предполагать постоянство условий переноса радионуклидов;

принимать упрощенные граничные и начальные условия;

использовать упрощенные модели процессов переноса радионуклидов;

предполагать гомогенность сред, в которых происходит перенос радионуклидов.

83. При выборе и определении параметров математических моделей рекомендуется:

документировать перечень и значения параметров, используемых в моделях и программных средствах для оценочных расчетов, и обосновывать их применение;

документировать сведения о методах определения значений параметров.

84. При построении математических моделей рекомендуется применять итерационный подход и представлять модель в виде отдельных блоков, подлежащих самостоятельной верификации, в целях сокращения объема аналитических и натурных испытаний при верификации общей модели.

85. При разработке математических моделей рекомендуется обосновать пригодность модели, ее соответствие целям моделирования и целям оценки долговременной безопасности ППЗРО и убедиться в достоверности и точности результатов, получаемых в ходе моделирования.

86. При выборе или разработке модели для решения задач оценки долговременной безопасности ППЗРО рекомендуется провести анализ следующих характеристик модели:

адекватность (достоверность), то есть степень соответствия модели реальному объекту и моделируемым процессам, а также целям моделирования;

устойчивость, то есть способность модели сохранять адекватность (достоверность) при изменении исходных данных, входных параметров, граничных условий и допущений, включая изменение состава, границ и свойств системы захоронения РАО, перечня и характеристик внешних и внутренних воздействий и процессов, а также иных объектов и процессов, подлежащих моделированию, в установленном диапазоне их возможных изменений;

чувствительность, то есть степень влияния изменения исходных данных или входных параметров модели (в некотором заданном диапазоне) на результат моделирования.

87. Адекватность (достоверность) и точность моделей, применяемых расчетных методик и расчетных схем рекомендуется обосновывать (верифицировать) путем сопоставления результатов моделирования:

с результатами теоретического анализа;

численных решений с аналитическими;

с результатами, полученными при применении других моделей, адекватность (достоверность) и точность которых оценена;

с результатами, полученными по отечественным и зарубежным реперным и (или) ранее аттестованным программным средствам, если таковые имеются;

с экспериментальными данными и эксплуатационными данными, включая данные радиационного контроля и мониторинга системы захоронения РАО.

88. При анализе чувствительности математических моделей рекомендуется определить исходные данные, входные параметры и предположения, которые оказывают наибольшее влияние на результат моделирования, оценить диапазон их изменений и влияние изменений на поведение моделей и результат моделирования.

89. При анализе чувствительности математических моделей рекомендуется задавать отклонение одного или нескольких исходных данных или входных параметров в пределах разумного диапазона выбранных референтных или средних значений и определять при этом изменения выходных значений характеристик модели, устанавливая таким образом степень зависимости выходных параметров модели от входных характеристик.

90. Для повышения качества результатов моделирования при проведении оценки долговременной безопасности ППЗРО рекомендуется выполнить коррекцию (калибровку, уточнение) математической модели на основе реальной информации (экспериментальных данных и исследований).

91. Коррекцию (калибровку, уточнение) модели рекомендуется осуществлять итеративно путем изменения модели в целом, изменения определенных блоков модели или отдельных элементов моделирования (в частности, изменения законов распределения моделируемых величин), а также отдельных входных параметров (калибровочных параметров).

92. Численные прогнозные расчеты при оценке долговременной безопасности ППЗРО рекомендуется проводить с использованием программных средств, реализующих соответствующие математические модели и содержащих численные схемы для решения уравнений математических моделей. При этом могут быть использованы как существующие, так и специально разработанные для этой цели программные средства.

93. Для получения корректного результата при выполнении прогнозных расчетов оценки долговременной безопасности ППЗРО рекомендуется задавать обоснованные входные параметры для используемого программного средства и учитывать возможные отличия перечня и значений входных параметров программного средства от реальных данных, а также соответствующие неопределенности (погрешности) определения входных параметров.

94. При проведении оценки долговременной безопасности ППЗРО рекомендуется применять программные средства, аттестованные в порядке, установленном Ростехнадзором, или верифицированные в соответствии с принятыми в российской и международной практике процедурами.