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为解决传统对流扩散方程（ADE）描述放射性核素迁移时无法解释非对称浓度分布等问题，研究人员开展聚合死区模型（ADZ）在地表流动水体中放射性核素迁移的适用性研究。结果显示模型与实测数据吻合，为环境建模提供新工具。
在环境科学与核安全领域，放射性核素在水体中的迁移扩散规律一直是研究难点。传统的对流扩散方程（ADE）基于菲克扩散理论，虽被广泛用于描述水体溶质迁移，却存在显著局限性 —— 其预测的高斯型浓度分布与自然水体中常见的 “长尾” 非对称分布现象不符。自然河流中，河床地形起伏、植被障碍、涡流等形成的 “死区”（包括物理停滞区和湍流涡旋）会导致污染物滞留并缓慢释放，这使得 ADE 模型难以准确刻画实际迁移过程。如何突破这一瓶颈，建立更贴合自然条件的放射性核素迁移模型，成为环境水力学和辐射安全领域亟待解决的问题。
为攻克上述难题，国外研究团队开展了聚合死区模型（Aggregated Dead Zone, ADZ）在地表流动水体中放射性核素迁移的适用性研究。该研究成果发表于《Ecological Modelling》，旨在通过改进 ADZ 模型，使其能够模拟非稳态流条件下放射性核素与悬浮沉积物、底质的相互作用，为核设施周边水体辐射安全评估提供更可靠的工具。
研究主要采用改进的 ADZ 模型（又称 UNDBE 模型），核心方法包括：将水体划分为多个串联 “盒子”，假设溶质在盒子间以活塞流（无扩散迁移）传输，进入盒子后瞬间完全混合（无迁移扩散），形成带延迟（传输时间）的聚合死区箱式模型；通过常微分方程组描述非稳态流、放射性衰变及核素与沉积物的吸附解吸过程；利用法国卢瓦尔河 5 座核电站氚（3H）排放的 hourly 离散化六个月监测数据，以及切尔诺贝利事故后基辅水库锶 - 90（90Sr）释放的 daily 离散化一年数据，验证模型与实测数据的吻合度。
ADZ 模型原理
ADZ 模型将水动力系统划分为相互连接的单元段，将对流与扩散过程解耦 —— 先通过活塞流实现段间迁移，再在单元内瞬间混合。区别于传统 ADE 模型的时空连续模拟，该模型采用 “黑箱” 方法，仅关注箱式单元进出口浓度与时间的函数关系，大幅降低了对初始和边界数据的需求。改进后的模型引入非稳态流参数、放射性衰变项及核素 - 沉积物相互作用模块，通过带延迟参数的常微分方程组实现动态模拟。
卢瓦尔河流域案例
研究以国际 EMRAS 项目为框架，利用 UNDBE 模型模拟卢瓦尔河（法国）中氚的迁移。针对 5 座核电站向河道排放3H 的场景，在 11 个监测点（如博略、吉恩、奥尔良等）分析浓度动态。结果表明，模型预测的3H 浓度分布与实测数据高度吻合，证明其在刻画复杂河道中短寿命核素迁移的有效性。
基辅水库案例
以切尔诺贝利事故后基辅水库90Sr 释放为研究对象，采用一年期 daily 离散数据验证模型对长寿命核素的适用性。结果显示，模型能够准确捕捉90Sr 在水库中的扩散特征，尤其在反映死区导致的 “长尾” 浓度分布方面表现优异，进一步支持了 ADZ 模型的普适性。
研究表明，改进的 ADZ 模型（UNDBE）通过将河道空间离散为箱式单元、时间划分为数据恒定间隔，成功实现了非保守溶质在非稳态流中的迁移模拟。两项案例验证显示，模型预测值与实测数据吻合良好，且计算耗时短，具备参数识别和适配不同水体、核素类型的能力。
该研究突破了传统 ADE 模型的局限性，为自然水体中放射性核素迁移提供了一种数据需求低、适用性强的新工具。其意义在于：① 揭示了死区效应对核素迁移的关键影响，为河道水动力改造以降低辐射风险提供理论依据；② 模型的高效性和准确性使其可用于应急场景下的快速风险评估，如核事故后放射性物质扩散预测；③ 推动了箱式模型在环境建模中的应用拓展，为多介质污染物迁移研究提供方法论参考。未来研究可进一步结合实时监测数据，提升模型在动态变化水体中的适应性，助力全球核安全与水环境管理。
