CN104794298A - 一种铀尾矿库核素对库区地下水污染风险评价的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铀尾矿库核素对库区地下水污染风险评价的方法,根据尾矿库区的水文地质结构条件、岩体介质特性、地球化学反应因素,研究铀尾矿库核素对地下水环境的污染机理;利用三维核素-水质耦合模型,研究核素在不同条件、不同时空尺度的水土动力要素作用下环境污染效应,通过熵权系数法来确定各影响因子的权重值;基于GIS平台,采用改进的AHP-DRASTICLL模型评价地下水固有脆弱性,再与污染源特殊脆弱性耦合;得到受U(VI)污染的地下水综合风险评价结果,对未来风险情况进行预测。

Description

一种铀尾矿库核素对库区地下水污染风险评价的方法
技术领域
本发明属于环保技术领域,具体涉及一种铀尾矿库核素对库区地下水污染风险评价的方法。
背景技术
随着核工业的迅速发展,对铀的需求量也日益增加,铀矿冶及生产中产生的核废料也越来越多,环境受放射性核素污染的问题也日益突出,在役和退役铀尾矿库就是典型的污染源。铀尾矿库中的放射性核素而随时间的推移而进入土壤中,渗入地下水,破坏地下水环境,从而导致生态环境的恶化。
通过研究尾矿库区的地形地貌、水文地质结构,分析介质在地下水流态、附加应力和热载耦合作用下的岩体性能的稳定性及空间不均匀性、裂隙岩体介质耦合参数特性;并考虑化学反应(水相络合反应、溶解-沉淀反应、氧化还原反应、吸附-解吸反应等)的影响,因为这些反应在不同的水文地球化学环境下,对核素的迁移起着不同的作用。揭示在不同水文地质条件、水文地球化学等环境下铀尾矿库核素对地下水环境的污染机理。建立一个三维核素-水质耦合模型,通过数值方法研究核素在不同条件、不同时空尺度的水土动力要素作用下环境污染效应,分析污染灾害的影响因素,并通过熵权系数法来确定各影响因子的权重值,确定灾害评价指标体系;利用模糊数学理论,研究允许标准在特定的条件下安全变化范围,用定值域或模糊标准代替单值标准,确定灾害评价标准;建立铀尾矿库核素对库区地下水污染风险评价的方法,对尾矿库区生态环境进行污染风险评价,并进行污染动态预测和提出预防措施。
因此,对库区地下水环境进行风险评价是地下水污染预防与监管的有效途径。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种为在役或退役铀尾矿库对地下水污染风险评价的方法,即对库区地下水环境受放射性核素污染情况进行风险实时和预测评价,为铀尾库进行有效监管、以及为预防库区地下水污染提供理论依据。
本发明提供一种铀尾矿库区地下水核素污染的评价方法,包括以下步骤:
首先研究铀尾矿库核素对地下水环境的污染机理,确定评价模型影响因子;
其次,利用三维核素-水质耦合模型,研究核素在不同条件、不同时空尺度的水土动力要素作用下环境污染效应,根据污染机理确定的影响因子构建基础模型DRASTICLL,得到改进的AHP-DRASTICLL模型;
再次,基于GIS(Geographic Information System,地理信息系统)平台,采用改进的AHP(Analytic Hierarchy Process,层次分析法)-DRASTICLL模型评价地下水固有脆弱性,再与污染源特殊脆弱性耦合,得到受U(VI)污染的地下水综合风险评价结果;
最后,受铀污染的地下水综合风险评价结果与1000y后污染源特殊脆弱性耦合(基于核素迁移机理模拟所得核素在地下水中空间分布)可对未来风险情况进行预测,并进行污染动态预测和提出预防措施。
进一步的,所述构建基础模型的方法为,初步通过熵权系数法来确定各影响因子的权重值;采用层次分析法构建递阶层次结构,重组权重构建九个因子的综合指标体系,得到改进的AHP-DRASTICLL模型。
进一步的,所述铀尾矿库核素对地下水环境的污染机理研究,包括尾矿库区的水文地质结构条件、岩体介质特性和地球化学反应因素。
本发明的有益效果在于:本发明提供对铀尾矿库区的地下水环境受核素污染的风险进行评价和预测,可以较为准确地为铀尾矿库放射性核对库区地下水生态环境污染现状进行风险评价、并对未来污染风险进行预测。可以根据评价情况,找出污染防治的薄弱环节和关键部位,便于污染防治措施具有针对性、目的性、主动性和合理性,为确保在役或退役铀尾矿库的安全运行以及库区地下水资源的保护和污染提供理论依据,预防生态的恶化和人们生命财产的损失。具有重要的经济和社会价值。
附图说明
图1所示为本发明地下水污染评价方法的方法流程图;
图2所示为本发明改进的AHP-DRASTICLL模型的构建方法流程图;
图3所示为本发明实施例地下水埋深D等值线图;
图4所示为本发明实施例地下水补给量R等值线图;
图5所示为本发明实施例含水层介质A等值线图;
图6所示为本发明实施例土壤包气带S等值线图;
图7所示为本发明实施例地形地貌T等值线图;
图8所示为本发明实施例非饱和带介质I等值线图;
图9所示为本发明实施例水力传导系数C等值线图;
图10所示为本发明实施例污染源距离L等值线图;
图11所示为本发明实施例土地使用Lu等值线图;
图12所示为本发明实施例库区地下水污染源特殊脆弱性图;
图13所示为本发明实施例库区地下水环境脆弱性分析;
图14所示为本发明实施例1000y后库区地下水分险评价图。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是,下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的,它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
本发明曾对我国南部某典型铀尾矿库库区周围地下水环境受放射性核素污染现状风险进行评价,较好地反应现实情况,并对未来污染风险作了预测,以及提出了相应的防治措施。
该铀尾矿库属于该地区盆地丘陵区范围,地形总体上北高南低,东、西、北三面比较平缓,南面相对陡倾。库区最大绝对标高104m,最低绝对高程62m,相对高差30~40m,库的西缘距河约5km。铀尾矿库区属于亚热带潮湿气候,平均气温17.7℃,平均降水量1320mm。铀尾矿库所处的地区内主要有下第三系、第四系,由紫红色、灰白色长石石英砂岩、紫红色砾岩、砂砾岩、砂岩、泥岩及灰绿色钙质泥岩组成。
如图1所示,步骤100,根据尾矿库区的水文地质结构条件、岩体介质特性、地球化学反应因素,研究铀尾矿库核素对地下水环境的污染机理;并以此确定评价模型影响因子为地下水水位埋深(D)、地下水净补给量(R)、含水层介质(A)、土壤包气带(S)、地形地貌(T)、非饱和带介质(I)、水力传导系数(C)、污染源距离(L)、土地使用类别(Lu)。
步骤200,利用三维核素-水质耦合模型,研究核素在不同条件、不同时空尺度的水土动力要素作用下环境污染效应,根据污染机理确定的影响因子构建基础模型DRASTICLL。如图2所示,步骤201,以DRASRICLL模型为基础。步骤202,初步通过熵权系数法来确定各影响因子的权重值,依次为:5、4、3、2、1、5、3、3、5。步骤203,采用层次分析法构建递阶层次结构,构造判断矩阵,重组权重W=[0.720,0.455,0.363,0.251,0.206,0.131,0.108,0.073,0.051]T,其次,一致性检验,C.R.=0.06<0.1,判断矩阵具有满意的一致性,说明评价因素的权重重组是合理的。以此构建九个因子的综合指标体系,步骤204,即改进的AHP-DRASTICLL模型。
DRASTIC模型、DRASTICLL模型、AHP-DRASTICLL模型综合指标体系
步骤300,基于GIS平台,采用武汉中地公司开发的MAPGIS6.7软件,对某铀尾矿库地下水铀U(VI)污染风险预测区划编图。其中应用MAPGIS6.7软件的“图形处理”、“库管理”、“空间分析”、“实用服务”等功能。
扫描输入地形图、矢量化、布置离散点赋予其属性、生成等值线图。采用改进的AHP-DRASTICLL模型评价地下水固有脆弱性,根据单个指标的评分值分别绘制模型中九个指标的等值线图结果如图3-图11所示,利用MAPGIS空间分析技术,将九个单指标等值线图按相对权重进行图层叠加,生成地下水环境脆弱性图,综合脆弱性指标值范围在2.11~12.43之间,结果如图13所示。
改进的AHP-DRASTICLL模型再与污染源特殊脆弱性耦合,得到受U(VI)污染的地下水综合风险评价结果。
步骤400,受铀污染的地下水综合风险评价结果再与1000y后污染源特殊脆弱性耦合,即可对未来风险情况进行预测。根据铀尾矿库区12个勘测井(ZK01-ZK12)监测资料以及一些附近村落井水实测数据,U浓度大致在0.50μg/L~3.45mg/L范围。整理研究区域离散取样点地下水中铀U(VI)浓度资料,系统上布置离散点赋值,再采用PHREEQC-Ⅱ软件对U(VI)在地下水中的迁移情况进行模拟,考虑了不同的参数取值下U(VI)的迁移情况。根据长期观测资料和室内试验结果模拟基本参数确定如下:弥散度а:2.5m、阻滞系数Rd:1200、混合比M:1:4、扩散系数Df:1.6×10-5m/d,模拟1000y后污染分布情况,即污染源特殊脆弱性图如图12所示。再与地下水环境脆弱性图GIS空间叠加,即可得1000y后库区地下水分险评价图,如图14。
本发明提供对铀尾矿库区的地下水环境受核素污染的风险进行评价和预测,可以较为准确地为铀尾矿库放射性核对库区地下水生态环境污染现状进行风险评价、并对未来污染风险进行预测。可以根据评价情况,找出污染防治的薄弱环节和关键部位,便于污染防治措施具有针对性、目的性、主动性和合理性,为确保在役或退役铀尾矿库的安全运行以及库区地下水资源的保护和污染提供理论依据,预防生态的恶化和人们生命财产的损失。具有重要的经济和社会价值。
本文虽然已经给出了本发明的一些实施例,但是本领域的技术人员应当理解,在不脱离本发明精神的情况下,可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的,不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (3)

1.一种铀尾矿库区地下水核素污染的评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
研究铀尾矿库核素对地下水环境的污染机理,确定评价模型影响因子;
利用三维核素-水质耦合模型,研究核素在要素作用下环境污染效应,根据污染机理确定的影响因子构建基础模型DRASTICLL,得到改进的AHP-DRASTICLL模型;
基于GIS平台,采用改进的AHP-DRASTICLL模型评价地下水固有脆弱性,再与污染源特殊脆弱性耦合,得到受铀污染的地下水综合风险评价结果;
所述受铀污染的地下水综合风险评价结果与1000y后污染源特殊脆弱性耦合可对未来风险情况进行预测,并进行污染动态预测和提出预防措施。
2.如权利要求1所述的铀尾矿库区地下水核素污染的评价方法,其特征在于,所述构建基础模型DRASTICLL,得到改进的AHP-DRASTICLL模型的方法为,初步通过熵权系数法来确定各影响因子的权重值;采用层次分析法构建递阶层次结构,重组权重构建九个因子的综合指标体系,得到AHP-DRASTICLL模型。
3.如权利要求1所述的铀尾矿库区地下水核素污染的评价方法,其特征在于,所述铀尾矿库核素对地下水环境的污染机理研究,包括尾矿库区的水文地质结构条件、岩体介质特性和地球化学反应因素。
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