CN109447387A - 一种适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立方法。该方法首先对现有场址周边生物圈进行系统描述；然后根据生物圈组成的描述完成生物圈景象的建立，获取景象作用矩阵，确定公众的初步受照景象，初步估算公众的辐射剂量；接下来收集场址区域未来生物圈的演变预测数据，确定潜在的全部受照景象，当受照景象与初步受照景象一致时，将预测更新的参数迭代到初步公众的辐射剂量评价结果；当发现新的受照景象时，根据数学模型重新确定远场评价公众的辐射剂量。本发明考虑了长时间尺度高放废物处置库所在区域的环境变化，充分考虑各种潜在的受照景象，增加了高放废物地质处置远场公众辐射影响评价结果的可信度。

Description

一种适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立 方法

技术领域

本发明属于放射性废物的处置评价技术，具体涉及一种适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立方法。

背景技术

为了保护环境的可持续发展，需要安全妥善地处理和处置产生的放射性废物，我国目前已建成多个中、低放近地表处置场。近地表处置场是指将废物埋藏在地表面之下几十米以内的地层，考虑处置场关闭后300～500年，处置场由于受到自然或者人为破坏后，公众可能通过某种途径与处置场填埋废物近距离接触，从而受到填埋废物中的放射性核素的辐射影响。放射性核素在水、土壤和动植物等环境介质中迁移、富集从而对人类造成辐射剂量。例如：当地下水中放射性核素通过渗透、补给迁移到井水中，在通过灌溉、水流作用进入表层土壤、水体(河水等)中；人类通过饮水、食用动植物产品、偶然摄入土壤等多种途径造成食入内照射、吸入气溶胶内照射、放射性核素沉积外照射等。公众的辐射剂量影响与处置场远场评价考虑的景象是直接相关的。目前我国中、低放近地表处置场考虑的受照景象主要包括：处置单元泄漏的核素经过在地下水中的迁移，最终进入生物圈；处置场下游边界处打井饮水；在处置单元上方钻孔；钻孔后岩芯撒落和建房居住事故等。根据确定的评价景象，可以确定公众受照的关键途径，从而定量给出公众的辐射剂量。

核工业在运行过程中约产生1％的高浓度放射性废物，为了确保其对公众和环境的安全，将其置于距地表深约500～1000m的地下深处的高放废物处置库内，使之与人类生存环境隔离，确保其对公众和环境的安全。然而，我国目前高放废物处置库的研究刚刚起步，其安全性、可行性仍处于论证阶段。与近地表处置场明显的差异在于，高放废物处置库的评价时间尺度以数百万年计，其必须考虑在长时间尺度下高放废物的包络性及安全性。因此，有必要对高放废物处置库关闭后数百万年后公众的辐射剂量进行定量评价。远场评价的前提基础是需要对高放处置库的远场评价景象进行确定。评价景象主要受地质环境、水文环境、气候环境、人类活动等众多因素的共同影响和作用，具有不确定性。然而，长时间尺度下的评价景象的不确定性就显得尤为突出。可见目前现有的中、低放近地表处置场评价景象已经不再适用，因此，有必要建立一种适合高放废物地质处置库远场评价景象的建立方法。

发明内容

本发明的目的在于针对高放废物地质处置的长时间尺度带来的景象不确定性问题，提供一种适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立方法，从而增加高放废物地质处置远场公众辐射影响评价结果的可信度。

本发明的技术方案如下：一种适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立方法，包括：

(1)对现有场址周边生物圈进行系统描述，对生物圈各组成的参数进行罗列和筛选，确定特征参数；

(2)分析场址区域水文、地质现场试验，判断水文地质走向，完成生物圈景象的建立，并对各组分的相互作用进行分析，获取景象作用矩阵，确定公众的初步受照景象，初步估算公众的辐射剂量；

(3)收集场址区域未来生物圈的演变预测数据，根据预测数据对景象作用矩阵进行完善，确定潜在的全部受照景象；当受照景象与初步受照景象一致时，只需将预测更新的参数迭代到初步公众的辐射剂量评价结果；当发现新的受照景象时，根据数学模型重新确定远场评价公众的辐射剂量。

进一步，如上所述的适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立方法，步骤(1)中对生物圈的描述内容包括场址所在区域的地理位置、地形地貌、气候、地表水、地下水、土地利用情况、动植物群落、人类饮食习惯。

进一步，如上所述的适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立方法，步骤(2)中所述的景象作用矩阵是放射性核素在生物圈系统的迁移过程矩阵。

进一步，如上所述的适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立方法，步骤(3)中所述的场址区域未来生物圈的演变预测数据包括气象预测部门、水文预测部门、地质预测部门、人类行为预测部门针对场址区域生物圈的长时间尺度演变预测数据。

本发明的有益效果如下：本发明所提供的适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立方法，考虑了长时间尺度(数百万年后)高放废物处置库所在区域的环境变化(包括气象变化、地质变化、水文化学变化等)、未来人类社会的生活条件、饮食习惯与之相互影响的生态系统的变化，充分考虑各种潜在的受照景象以免遗漏，从而增加了高放废物地质处置远场公众辐射影响评价结果的可信度。

附图说明

图1为灌溉景象放射性核素在生物圈系统迁移过程矩阵图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的描述。

以干旱地区某高放废物处置库场址为例，首先对现有生物圈的组成进行描述。描述内容主要包括场址所在区域的地理位置、地形地貌、气候、地表水、地下水、土地利用情况、动植物群落、人类饮食习惯等。对生物圈各组成的参数进行罗列和筛选，确定特征参数，如表征气候的参数很多，包括降雨量、蒸发量等。生物圈基本组成及参数见下表1。干旱地区代表性居民食谱及平均消费量调查结果见表2。

表1生物圈基本组成及参数列表

表2干旱地区代表性居民食谱及平均消费量(kg/a)

根据生物圈组成描述，对关键组成及其参数进行筛选，例如：干旱地区降雨蒸发量远大于降雨量；干旱地区地下水走向自西向东，最终排泄到黑河流域；黑河流域主要用于农作物灌溉和饮水。根据生物圈组成特性，建立景象矩阵，景象矩阵可以看出生物圈各组成之间相互作用关系，以及放射性核素的迁移途径，可用于帮助判断放射性核素所致公众辐射剂量的全部途径。根据干旱地区的实际，确定干旱地区高放废物地质处置库远场评价公众受照景象为公众用黑河水灌溉及饮水景象。灌溉景象放射性核素在生物圈系统迁移过程矩阵图见图1。由矩阵图可以看出：

①放射性核素通过地下水出露进入地表水；公众人群通过打井直接摄入地下水中的放射性核素。

②地表水中的放射性核素通过灌溉、沉积等方式进入耕种土壤；通过灌溉、叶子表面残留水吸收等方式进入植物和草料作物；动物通过摄入地表水和水中沉积物而进入体内；公众人群通过摄入地表水和水中沉积物而进入体内。

③耕种土壤中的放射性核素通过根摄入的方式进入植物和草料作物；土壤溅落的放射性沉降物被植物和草料作物附着；动物摄入耕种土壤种植作物而进入体内；土壤向植物的转移情况将影响放射性核素在农产品中的贮存、再分配量；公众人群食入耕种土壤(灰尘)而摄入放射性核素。此外，耕种土壤的放射性核素含量还需要考虑经风化等自然现象导致的放射性核素的含量变化。

④动物通过摄入含放射性核素的作物而进入体内；植物和草料作物的收割量将影响放射性核素在农产品中的贮存、再分配量。

⑤动物的宰杀量、产奶量、产蛋量将影响放射性核素在农产品中的贮存、再分配量。此外，还应考虑动物对草料的消耗量。

⑥人群通过食入农产品而摄入放射性核素。根据确定的受照景象，采用目前通用的数学物理模型，估算公众饮用黑河水、食入经黑河水灌溉的农产品以及食入黑河水灌溉农作物喂养的家禽及其禽畜产品所致的内照射。当受照情景变化时，其数学物理模型也应做相应的调整。

①公众食入黑河水灌溉的农产品的待积有效剂量当量由下式计算得到：

D_g＝g_g∑_pv_pf_pC_p

式中，D_g是个人因食入污染食物而接受的年待积有效剂量当量，Sv/a；g_g是食入剂量转换因子，Sv/Bq；v_p是个人对P类产品的年摄入量，kg/a；f_p是食入有关地区P类农产品的份额，保守取f_p＝1；C_p是P类农产品中放射性核素比活度或者是浓度，Bq/kg或Bq/L，其中C_p由下式计算得到：

式中，B_V是农作物的食用部分从土壤摄入核素的浓集因子，Bqkg^-1(鲜作物)/Bqkg^-1(干土壤)；P为土壤的有效表面密度，kg(干土壤)/m²，取P＝240；t_h是农作物由收获到消费的时间，a；λ是放射性核素的衰变常数，1/h；C_G是灌溉水造成的土壤表面的沉积浓度，Bq/m²，其值由下式计算得到：

式中，C_W是黑河水中核素浓度，Bq/m³；I是生长季节的平均灌溉率，m³/(m²a)；t_b是放射性核素在土壤表面的累积时间，a；P_P是黑河水灌溉份额，保守取1；是放射性核素从土壤表面清除的有效速率常数，a^-1，由下式计算得到：

式中，λ_s是除衰变外的其他核素清除过程的速率常数，取1×10^-2a^-1。

②公众食用黑河水灌溉农作物喂养的禽畜及其产品所致的内照射

食入黑河水灌溉农作物喂养的畜禽及产品产生的待积有效剂量当量由下式计算得到：

D′_g＝g_g∑_pv_pf_pC′_p

式中，D′g是个人因食入黑河水灌溉农作物喂养的家畜及家禽产品而接受的年待积有效剂量当量，Sv/a；C′_p是动物产品中放射性核素比活度或者是浓度，Bq/kg或Bq/L，其中C′_p由下式计算得到：

C′_p＝F_AC_FQ_Fexp(-λt_f)

式中，F_A是动物每天摄入的放射性核素出现在每公斤动物产品中的平均份额，d/kg；Q_F是动物每天消耗的饲料量，kg(干重)/d；t_f是由屠宰动物到其产品为人消费的时间，a；C_F是动物饲料中的核素比活度，Bq/kg(干重)。

③公众饮用黑河水所致内照射

公众直接饮用黑河水所致个人剂量由下式计算得到：

D_W，P＝Q∑_iC_ig_g

式中：D_W，P为饮用黑河水所致个人剂量，Sv/a；Q为饮用水量；C_i为黑河水中核素i的浓度，Bq/m³；g_g为i种核素的食入剂量转换因子，Sv/Bq。

④公众受照剂量合计

D＝D_g+D′_g+D_W，P

式中：D为高放废物地质处置放射性核素所致公众个人总剂量，Sv/a。

由于高放废物处置库场址评价景象涉及的时间尺度较长，因此需要预测百万年后干旱地区的生物圈组成演变情况。本发明的方法广泛收集我国气象预测部门、水文预测部门、地质预测部门、人类行为预测部门对于干旱地区未来生物圈组成的演变情况及关键参数的预测情况。

若预测结果显示，干旱地区未来的生物圈组成基本不变或者变化不大，干旱地区百万年后该地区的地下水排泄仍是通过出露的方式排放到黑河，则仍按照初步受照景象进行评价，只对评价参数进行更新。

若预测结果显示，干旱地区未来的生物圈组成变化较大，则对变化的生物圈组成进行重新分析，确定潜在的全部受照景象，对初步景象相互作用矩阵进行完善，从而确定评价景象。根据评价景象，按照数学物理模型完成远场公众辐射剂量估算，使公众辐射影响评价结果的可信度更高。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立方法，包括：

(1)对现有场址周边生物圈进行系统描述，对生物圈各组成的参数进行罗列和筛选，确定特征参数；

(2)分析场址区域水文、地质现场试验，判断水文地质走向，完成生物圈景象的建立，并对各组分的相互作用进行分析，获取景象作用矩阵，确定公众的初步受照景象，初步估算公众的辐射剂量；

(3)收集场址区域未来生物圈的演变预测数据，根据预测数据对景象作用矩阵进行完善，确定潜在的全部受照景象；当受照景象与初步受照景象一致时，将预测更新的参数迭代到初步公众的辐射剂量评价结果；当发现新的受照景象时，根据数学模型重新确定远场评价公众的辐射剂量。

2.如权利要求1所述的适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立方法，其特征在于：步骤(1)中对生物圈的描述内容包括场址所在区域的地理位置、地形地貌、气候、地表水、地下水、土地利用情况、动植物群落、人类饮食习惯。

3.如权利要求1所述的适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立方法，其特征在于：步骤(2)中所述的景象作用矩阵是放射性核素在生物圈系统的迁移过程矩阵。

4.如权利要求1所述的适用于干旱地区高放废物处置库远场评价的景象建立方法，其特征在于：步骤(3)中所述的场址区域未来生物圈的演变预测数据包括气象预测部门、水文预测部门、地质预测部门、人类行为预测部门针对场址区域生物圈的长时间尺度演变预测数据。