一种铀矿冶大气辐射环境综合评价方法
【专利摘要】本发明提供了一种铀矿冶大气辐射环境综合评价方法，包括气象预处理、地形预处理、大气扩散计算、确定吸入内照射剂量、确定食入内照射剂量、确定地表沉积外照射剂量、确定烟羽浸没外照射剂量、确定公众个人剂量、确定公众集体剂量等步骤。本发明具有科学、准确、快捷、全面的功能特点，适用于我国铀矿冶大气辐射环境影响的预测与评价，使用后可使计算结果更符合大气污染物实际迁移扩散规律，环境影响和公众剂量计算更为科学、合理。
【专利说明】一种铀矿冶大气辐射环境综合评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铀矿冶行业环境影响评价【技术领域】，具体涉及一种用于铀矿冶行业的 大气辐射环境影响综合评价方法。
【背景技术】
[0002] 大气辐射环境影响是铀矿冶企业对周边环境影响的主要方面。铀矿山所在区域多 为山区和丘陵地带，铀矿冶企业存在的气态污染源项多为点源和面源两类，即以排风井为 代表的点源和以尾矿（渣）库、废石场为代表的超大面源；各源项排放的大气污染物包括铀 尘和氡气两种。
[0003] 目前铀矿冶行业采用的大气辐射环境影响评价的计算方法源于上世纪八十年代， 最初用于核工业三十年辐射环境质量评价，主要针对核电及核设施行业，采用第一代大气 扩散模型和国际辐射防护委员会（ICRP，下同）、国际原子能机构（IAEA，下同）早期推荐的 剂量公式及参数。近年来，国际上关于大气扩散和剂量模型方面的理论迅猛发展，用于铀矿 冶大气辐射环境影响评价的原有计算方法由于基础理论的局限性，其预测结果准确性差、 数据后处理效果不佳、适用性不强等不足日益显现，一定程度上影响了铀矿冶大气辐射环 境影响评价的真实性和可靠性，不能很好的适应铀矿冶环境保护工作的需要。
[0004] 铀矿冶大气辐射环境影响评价中常见技术问题包括超大面源、复杂地形、多源项 以及任意点预测。原有计算方法中对上述问题处理方式分别为：
[0005] 1)超大面源采用虚点源法处理，将横截风向的源宽看作是源中心某一虚源产生的 烟羽宽度，对扩散参数进行经验修正后，再按照点源高斯模式进行计算，计算结果与理论真 值偏差较大。
[0006] 2)把复杂地形简单的划分为平原、丘陵、山区（城市）和深切山谷四种类型，对 扩散过程的风速廓线幂指数和扩散参数集进行经验修正后，将修正结果应用于高斯扩散公 式。这种采用简单修正的方法，忽略了污染源与预测点的实际高程，无法模拟烟羽在复杂地 形区域流场的真实运动，预测结果误差较大。
[0007] 3)铀矿冶大气辐射环境影响评价具有评价范围大、局部区域内源项较多、分布广 泛、生产状态复杂的特点，目前计算方法中源项数量限制为20个以下，对于超过20个源项 的情况，需采取距离相近的源项进行合并的处理方法，预测精度受到严重影响。
[0008] 4)主要居民点公众个人剂量的评估是铀矿冶大气辐射环境影响评价的重要组成 部分，受公众和环保主管部门关注度日渐提高。目前铀矿冶大气辐射环境影响评价计算方 法中采用极坐标系，仅仅能够得到该坐标系下各扇形子区中心点的计算结果，存在"以点代 面"和"以面代点"现象，不能实现任意点、多点同时预测，难以得到主要居民点公众剂量具 体值，使计算结果备受质疑。同时，原计算方法对多源分散分布的预测误差大，易出现关键 居民组识别有误的现象。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种偏差和误差小、可以实现任 意点和多点同时预测的铀矿冶大气辐射环境综合评价方法。
[0010] 为实现上述目的，本发明的技术方案为，一种铀矿冶大气辐射环境综合评价方法， 包括以下步骤：
[0011] 步骤1，通过以下步骤建立大气扩散模型：选用美国国家环保局公开发布的大气 扩散模型AERM0D，输入人工收集的地面和高空气象数据、地形高程数据，进行大气扩散计 算。
[0012] 步骤1. 1，气象资料预处理：对来源于评价区域地面和高空气象观测站的地面和 高空气象观测站的气象资料进行预处理，地面气象数据参数包括站点编号、数据日期、风 向、风速、温度、总云、低云、降雨量；高空气象数据参数包括探空层、气压、高度、温度、风速、 风向；将上述气象资料手动处理成*. SFC和*. PFL标准格式文件后，进行气象预处理，得到 评价范围内连续化、参数化的边界层参数，包括莫宁霍夫长度L、对流速度尺度W?、温度尺度 Θ ?、混合层高度Zi及摩擦速度u# ;
[0013] 步骤1. 2,地形资料预处理：对来源于国家测绘部门卫星图像解译或勘探仪人工 实测的DEM格式高程数据文件中的地形资料进行预处理，得到地形高度尺度h。和烟羽分层 高度H。；
[0014] 步骤1. 3,大气扩散计算：利用经步骤I. 1和步骤1. 2处理后得到的气象参数和地 形参数，以及来源于设计文件或现场调查的污染源项数据，设置计算网格和计算点参数，进 行大气扩散模式计算，得到空气核素浓度C和地表沉积通量数值结果Cl i ;
[0015] 步骤2,通过以下步骤建立公众剂量模型：
[0016] 步骤2. 1，确定吸入内照射剂量：
[0017] 步骤2. 1. 1，确定氡及其子体所致吸入内照射剂量，调用步骤1. 3得到的空气核素 浓度Ca，设定人工选择得到的吸入时间T和吸入剂量转换因子DFKn，则有氡及其子体所致吸 入内照射剂量：^ Β=Γ·ΓΛΗ·?Λ";
[0018] 步骤2. 1. 2,确定铀尘中六种核素所致吸入内照射剂量，调用步骤1. 3得到的空气 核素浓度CA，设定人工选择得到的空气摄入量Rinh和吸入剂量转换因子DFinh，则有铀尘 中各核素所致吸入内照射剂量：E inh=CA · Rinh · DFinh ;
[0019] 步骤2. 2,确定食入内照射剂量：步骤2. 2. 1，确定直接污染所致植物中核素浓度： 直接调用步骤1. 3得到的地表沉积通量di，设定人工选择的植物截留分数a、核素环境去除 速度λ w、核素衰变常数λ i和经现场调查得到的植物生长周期te，则土壤根部核素有效衰 减速度=人.+1%直接污染所致植物中核素浓度
【权利要求】
1. 一种铺矿冶大气福射环境综合评价方法，其特征在于包括w下步骤： 步骤1，通过W下步骤建立大气扩散模型：选用美国国家环保局公开发布的大气扩散 模型AERMOD，输入人工收集的地面和高空气象数据、地形高程数据，进行大气扩散计算。 步骤1. 1，气象资料预处理；对来源于评价区域地面和高空气象观测站的地面和高空 气象观测站的气象资料进行预处理，地面气象数据参数包括站点编号、数据日期、风向、风 速、温度、总云、低云、降雨量；高空气象数据参数包括探空层、气压、高度、温度、风速、风向； 将上述气象资料手动处理成*. SFC和*. P化标准格式文件后，进行气象预处理，得到评价范 围内连续化、参数化的边界层参数，包括莫宁霍夫长度L、对流速度尺度Wg、温度尺度0 g、混 合层高度Zi及摩擦速度; 步骤1. 2,地形资料预处理；对来源于国家测绘部口卫星图像解译或勘探仪人工实测 的DEM格式高程数据文件中的地形资料进行预处理，得到地形高度尺度h。和烟羽分层高度 He； 步骤1. 3,大气扩散计算：利用经步骤1. 1和步骤1. 2处理后得到的气象参数和地形参 数，W及来源于设计文件或现场调查的污染源项数据，设置计算网格和计算点参数，进行大 气扩散模式计算，得到空气核素浓度C和地表沉积通量数值结果中； 步骤2,通过W下步骤建立公众剂量模型： 步骤2. 1，确定吸入内照射剂量： 步骤2. 1. 1，确定氨及其子体所致吸入内照射剂量，调用步骤1. 3得到的空气核素浓度 Ca，设定人工选择得到的吸入时间T和吸入剂量转换因子DFi^，则有氨及其子体所致吸入内 照射剂量
步骤2. 1. 2,确定铺尘中六种核素所致吸入内照射剂量，调用步骤1. 3得到的空气核素 浓度CA，设定人工选择得到的空气摄入量化nh和吸入剂量转换因子DFinh，则有铺尘中各 核素所致吸入内照射剂量；= Ca ? R恤? D。化； 步骤2. 2,确定食入内照射剂量：步骤2. 2. 1，确定直接污染所致植物中核素浓度：直接 调用步骤1. 3得到的地表沉积通量di，设定人工选择的植物截留分数a、核素环境去除速 度Aw、核素衰变常数A i和经现场调查得到的植物生长周期*6，则±壤根部核素有效衰减 速度+馬直接污染所致植物中核素浓度
步骤2. 2. 2,确定间接污染所致植物中核素浓度： 步骤2. 2. 2. 1，直接调用步骤1. 3得到的地表沉积通量di，设定人工选择确定的±壤中 有效根部区域的标准密度P、W及现场调查得到的与项目有关的放射性核素释放时间tb， 则有±壤中核素累积浓度
步骤2. 2. 2. 2,设定人工选择的±壤-植物转移系数Fy，则有间接污染所致植物中核素 浓度 Cv,i,2 = FvXCs,i; 步骤2. 2. 3,确定公众消费植物产品中总核素浓度：设定人工选择确定的洗涂因子Wi 和现场调查得到的植物从收获到消费的存储时间th，则公众消费植物产品中总核素浓度Cy,
i = (Cv, i,iXWi+Cv, i,2)exp(-Aith);式中，Wi为洗涂因子，是指公众摄入植物食品之前，经食 物加工过程（如洗涂、削皮）消除掉一定比例的核素后，植物食品中剩余核素的比例缺省值 取 0. 4 ; 步骤2. 2. 4,确定动物饲料中核素浓度：设定经调查得到的放牧季节 饲料中鲜草的份额心放牧季节的时间份额fp，则有动物饲料中核素浓度 /,/./><!''''' A的'.爲.凡试中，为干饲料中核素浓度，C牧草中核素浓度， 均利用植物中的核素浓度公式计算，且不考虑洗涂因子； 步骤2. 2. 5,确定动物肉、奶、蛋中的核素浓度；调用饲料核素浓度Cg.i，设定人工选择 确定的植物-动物核素转移系数（Ff、Fm和F。）和现场调查得到的动物每天消耗的饲料量 Qm、从屠宰到消费的平均时间tf，则有动物肉产品中的核素浓度Cf, i = FfCa, iQmexp (- A itf)， 奶产品中核素浓度Cm,i = FmCa,斯eXp(-Aitf)，蛋类产品中核素浓度为；Ce,i = FeCa, iQm6Xp(-入山）； 步骤2. 2. 6,确定食入内照射剂量；直接调用步骤2. 2. 1?步骤2. 2. 5的计算结果，设 定经调查得到的食物年摄入量Hp、食入某类食物被污染的份额f。，设定人工选择确定的食 入内照射剂量转换因子DFiM，则有食入内照射剂量
步骤2. 3,确定地表沉积外照射剂量；考虑污染源项多年排放量一致和不一致两种情 况，分别确定地表沉积核素密度Cgt计算方法； 步骤2. 3. 1，确定地表沉积核素密度： 步骤2. 3. 1. 1，在污染源项污染物排放量多年一致情况下，直接调用步骤1. 3得到的地 表沉积通量中，设定现场调查得到的与项目有关的放射性核素释放时间tb，则有地表沉积 核素密适
步骤2. 3. 1.2,在污染源项污染物排放量多年不一致情况下，逐年计算，则有
步骤2. 3. 2,确定地表沉积外照射剂量；调用步骤2. 3. 1得到的地表沉积核素密度计算 结果，设定人工选择确定的污染地表居留时间份额Of、地面粗趟度屏蔽衰减系数Rg、建筑物 屏蔽衰减系数咕和地表沉积外照射剂量转换因子DFgt，则地表沉积外照射剂量Egt = Cgt ?0 Fgr ? Of * Rg+Cgr ? DFgr ? (1-Of) ? Rd ; 步骤2. 4,确定烟羽浸没外照射剂量；直接调用步骤1. 3得到的空气核素浓度Ca，则有 烟羽浸没外照射剂量 Eim = Ca ? DFim ? Of+Q ? DFim ? (1-Of) ? Rd ; 步骤2. 5,确定公众个人剂量；直接调用步骤2. 1?步骤2. 4得到的吸入内照射、 食入内照射、地表沉积外照射、烟羽浸没外照射剂量计算结果，则有公众个人剂量& =
Einh+Eing巧口巧im ; 步骤2. 6,确定公众集体剂量；设定极坐标网格，w评价中也为圆也，划分lkm、2km、 3km、5km、10km、20km的同也圆，再将其划分为22. 5。扇形段，W正北N向左右各划分 11. 25°为起始段，共分96个评价子区；确定在各子区取5个点作为公众个人剂量值代表 点；其中，扇形子区各边的中也点共计4个、扇形区几何中也点1个； 步骤2. 6. 1，计算各子区公众剂量代表值；调用计算得到的各子区代表点的公众个人 剂量值&，则有各子区公众剂量代表值为
步骤2. 6. 2,计算各子区公众集体剂量；按照子区划分方法，设定经人工收集到得该子 区人口数量Ri，调用步骤2.6. 1计算得到的子区公众剂量代表值Ea，则有该子区公众集体剂 量Si = EaXEi，评价范围内所有子区的公众集体剂量
〇
2. 如权利要求1所述的一种铺矿冶大气福射环境综合评价方法，其特征在于步骤1. 1 和步骤1. 2中，利用AERMOD模型的气象预处理程序AERMET进行气象预处理和地形预处理。
3. 如权利要求1所述的一种铺矿冶大气福射环境综合评价方法，其特征在于步骤2 中，将公众按年龄组划分为幼儿7岁）、少年（7岁?17岁）和成年（> 17岁）H组； 确定公众剂量由吸入内照射剂量、食入内照射剂量计算、地表沉积外照射剂量计算、烟羽浸 没外照射剂量四种照射途径组成，其中，吸入内照射途径考虑铺尘中六种长寿命a气溶 胶，包括 238U、234U、226Ra、2WTh、2Wp〇、U怖和空气中 222化及其子体，其它立种照射途径均只 考虑铺尘中的六种核素；分别选取我国国家标准《电离福射防护与福射源安全基本标准》 佑B18871-2002)中1?2岁、7?2岁和> 17岁的吸入和食入内照射剂量转换因子。
4. 如权利要求3所述的一种铺矿冶大气福射环境综合评价方法，其特征在于步骤2. 1 中，依据调查ICRP第65号出版物确定氨及其子体吸入剂量转换因子和吸入时间；依据调查 ICRP第23号出版物确定各年龄组的空气摄入量；依据我国国家标准《电离福射防护与福射 源安全基本标准》（GB18871-2002)确定铺尘中六种核素的吸入内照射剂量转换因子。
5. 如权利要求3所述的一种铺矿冶大气福射环境综合评价方法，其特征在于步骤 2. 1. 2中，吸入时间T取全年8760h，其它缺省参数见表1、表2 : 表1不同年龄组年空气摄入量
表2吸入内照射剂量转换因子
o
6.如权利要求3所述的一种铺矿冶大气福射环境综合评价方法，其特征在于步骤2. 2 中，确定纳入本发明中公众食入内照射剂量计算的食物种类为植物产品和动物产品两类， 植物产品包括水稻、谷物、叶菜、非叶蔬菜、块茎、水果、牧草和豆科饲料八项，前六项为公众 摄入，后两项为动物食入；动物产品包括猪肉、牛肉、羊肉、家禽肉、奶和蛋六项，均为公众 摄入；依据IAEA第472和第1616号技术报告确定食入内照射剂量计算所需的±壤-植 物-动物转移系数，^及±壤根部核素有效衰减速度、核素环境去除速率、±壤有效根部区 域标准密度、洗涂因子相关参数；依据我国国家标准《电离福射防护与福射源安全基本标 准KGB18871-2002)确定铺尘中六种核素的食入内照射剂量转换因子；其中，步骤2. 2. 1的 缺省参数见表3和表4,步骤2. 2. 2. 1的缺省参数见表5、表6,步骤2. 2. 2. 2中转移系数见 表7,步骤2. 2. 4中动物饲料的污染途径及干重比例见表8,步骤2. 2. 5中缺省设置参数见 表9,步骤2. 2. 6中缺省设置参数见表10， 表3植物表面的拦截因子和环境去除速率
表4核素衰变常数
表5植物污染途径和干重比例
注；表中均为干重数据，部分数据需用植物的干重比例转换后使用； 表8动物饲料的污染途径及干重比例
表9核素植物-动物转移系数
表10食入内照射剂量转换因子
o
7. 如权利要求1所述的一种铺矿冶大气福射环境综合评价方法，其特征在于步骤2. 3 中，依据美国国家环保局发布的第12号政府指导报告确定污染地表居留时间份额、地面粗 趟度屏蔽衰减系数、建筑物屏蔽衰减系数；依据IAEA第19号安全系列报告和美国国家环保 局第12号政府指导报告确定铺尘中六种核素的地表沉积外照射剂量转换因子。
8. 如权利要求7所述的一种铺矿冶大气福射环境综合评价方法，其特征在于步骤 2. 3. 2中Of取0. 2, Rg取0. 7, Rd取0. 1，其它参数缺省值见表11， 表11地表沉积外照射剂量转换因子
9. 如权利要求1所述的一种铺矿冶大气福射环境综合评价方法，其特征在于2. 4中， 依据美国国家环保局第12号政府指导报告确定污染烟羽停留时间份额和建筑物屏蔽衰减 系数；依据IAEA第19号安全系列报告和美国国家环保局第12号政府指导报告确定铺尘中 六种核素的烟羽浸没外照射剂量转换因子，公式中Of取0. 2,其它参数缺省值见表12和表 13。 表12建筑物屏蔽衰减系数
表13烟羽浸没外照射剂量转换因子
〇
【文档编号】G06F19/00GK104424388SQ201310386537
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】刘晓超, 连国玺, 孙娟 申请人:中核第四研究设计工程有限公司