深圳市大氣沉降灰監(jiān)測(cè)布點(diǎn)研究

時(shí)勁松 趙海歌 馮江平 羅 奇 劉 焱

(1.深圳市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，深圳 518049;2.深圳大學(xué)，深圳 518000)

中國(guó)環(huán)境保護(hù)部(國(guó)家核安全局)表示，福島核事故的長(zhǎng)期影響不容忽視，我國(guó)應(yīng)繼續(xù)跟蹤、監(jiān)測(cè)和評(píng)估福島核事故對(duì)我國(guó)環(huán)境及海洋生態(tài)的長(zhǎng)期影響。深圳市擁有中國(guó)第一座大型商用核電站——大亞灣核電站以及眾多的核技術(shù)利用單位，近些年政府正在周邊規(guī)劃產(chǎn)業(yè)園區(qū)以及大力發(fā)展旅游產(chǎn)業(yè)，如果發(fā)生泄露，后果不堪設(shè)想。在全市重點(diǎn)轄區(qū)安裝沉降灰采集裝置，分析研究大氣沉降灰中放射性核素分布情況，有助于跟蹤了解福島核事故對(duì)深圳市輻射環(huán)境的影響，監(jiān)測(cè)大亞灣核電站運(yùn)行情況，做好核事故應(yīng)急工作。

1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的設(shè)置原則和要求

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置應(yīng)具有較好的代表性，設(shè)點(diǎn)的測(cè)量值能反映一定范圍地區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量或污染水平和規(guī)律。設(shè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)考慮自然地理環(huán)境(如地形地貌、污染氣象等)、功能布局和敏感受體的分布。對(duì)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)，同時(shí)還應(yīng)根據(jù)擬建項(xiàng)目的規(guī)模和性質(zhì)等綜合考慮。一般的原則上，在整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)的高、中、低不同污染濃度的地方都應(yīng)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍50m范圍內(nèi)不應(yīng)有污染源;監(jiān)測(cè)儀器采樣口周圍，不能有阻礙環(huán)境空氣流通的高大建筑物、樹木或其他障礙物。從采樣口到附近最高障礙物之間的水平距離，應(yīng)為該障礙物與采樣口高度差的兩倍以上;采樣口周圍水平面應(yīng)保證270°以上的捕集空間，如果采樣口一邊靠近建筑物，采樣口周圍水平面應(yīng)有180°以上的自由空間;監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍環(huán)境狀況相對(duì)穩(wěn)定，安全和防火措施有保障;監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近無(wú)強(qiáng)大的電磁干擾，周圍有穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)，通信線路容易安裝和檢修;監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍應(yīng)有合適的車輛通道。

測(cè)點(diǎn)周圍應(yīng)開闊，應(yīng)避開干擾地帶，采樣口水平線與周圍建筑物高度的夾角小于30°;原則上，應(yīng)在20m以內(nèi)沒(méi)有局地污染排放源(如爐窯、煙囪等);在15～20m以內(nèi)避開喬灌木林帶;在建筑物高度的2.5倍距離內(nèi)避開建筑物［1］。

采樣點(diǎn)高度應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)目的而定。如監(jiān)測(cè)大氣對(duì)植物的影響時(shí)，采樣高度應(yīng)與植物的高度一致;監(jiān)測(cè)大氣污染對(duì)人體的危害時(shí)，采樣點(diǎn)應(yīng)距地面1.5－2.0m等。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置條件應(yīng)盡可能一致或標(biāo)準(zhǔn)化，一經(jīng)確定不宜輕易變動(dòng)，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可比性。

2 大氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的布設(shè)方法

大氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的布設(shè)方法大體上有如下五種:網(wǎng)格布點(diǎn)法、同心圓多方位布點(diǎn)法、扇形布點(diǎn)法、配對(duì)布點(diǎn)法、功能分區(qū)布點(diǎn)法［2］。本文采用功能區(qū)布點(diǎn)法。

功能分區(qū)布點(diǎn)法，用于了解監(jiān)測(cè)污染物對(duì)不同功能區(qū)的影響。通常的作法是，按工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、居民稠密區(qū)、交通頻繁區(qū)、清潔區(qū)等分別設(shè)若干個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

此外，通常應(yīng)在關(guān)心點(diǎn)、敏感點(diǎn)(如居民集中區(qū)、風(fēng)景區(qū)、文物點(diǎn)、醫(yī)院、院校等)以及下風(fēng)向距離最近的村莊布置取樣點(diǎn)，往往還需要在上風(fēng)向(即最小風(fēng)向)適當(dāng)位置設(shè)置對(duì)照點(diǎn)。在實(shí)際工作中，應(yīng)將各種方法結(jié)合起來(lái)，在遵照布點(diǎn)原則前提下，因時(shí)、因地制宜。

3 環(huán)境中的放射性核素

監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇確定后就要根據(jù)檢測(cè)物在大氣中傳播方式具體的布置實(shí)驗(yàn)儀器的位置，本方案是針對(duì)放射性核素，所以要先了解環(huán)境中的放射性核素。

環(huán)境中的放射性核素有天然放射性核素和人為放射性核素，天然放射性核素有來(lái)自宇宙射線及其引生的放射性核素，天然系列放射性核素以及自然界中單獨(dú)存在的核素，而人為放射性核素來(lái)自核試驗(yàn)及航天事故，核工業(yè)、工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、科研等部門的排放廢物以及放射性礦的開采和利用。

土壤和巖石中的天然放射性核素有鉀(40K)，鐳(266Ra)，釷(232Th)，鈾(238U)和這些核素的衰變產(chǎn)物，這些放射性核素中大多數(shù)均可出現(xiàn)在大氣中，但主要是氡的同位素(特別是氡222Rn)，它是鐳的衰變產(chǎn)物[3]，能從含鐳的巖石、土壤、水體和建筑材料中逸散到大氣，其衰變產(chǎn)物是金屬元素，極易附著于氣溶膠顆粒上。

圖1 深圳市風(fēng)速風(fēng)向統(tǒng)計(jì)圖

4 放射性核素在大氣中的行為方式

放射性核素在大氣中的行為方式可分為三類:化學(xué)行為、輸運(yùn)和彌散、沉積和再懸?。?］。

放射性核素在大氣中的化學(xué)行為表象形式有兩種，一是放射性核素在大氣中被大氣中本身存在的固體微?；蜢F所捕集形成氣溶膠，再就是放射性核素與大氣中的其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，比如氧化反應(yīng)、碳酸鹽化反應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)和同位素交換反應(yīng)。

放射性核素在大氣中的輸運(yùn)和彌散的行為方式非常復(fù)雜，影響因素眾多，放射性核素在彌散過(guò)程中會(huì)受到的大氣條件如風(fēng)速、溫度、風(fēng)向等因素的影響，但是這些影響因素在具體問(wèn)題中可以結(jié)合當(dāng)?shù)氐奶鞖鉅顩r進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，從而得到放射性核素濃度的分布情況。

放射性核素在大氣中的沉積有三種方式，一是重力沉積，由顆粒物質(zhì)自生的重力而引起的沉降，再就是干沉積，顆粒的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致與地面的碰撞、靜電引力、吸附、化學(xué)作用等引起的沉積，最后是濕沉積，由降雨而導(dǎo)致的沉降。相反這些沉積物由于溫度，或者是氣流的作用，再次飄浮在大氣中就形成了再懸浮。

5 布點(diǎn)方案

針對(duì)采樣點(diǎn)的具體地理位置，根據(jù)深圳市氣象局發(fā)布的氣象資料，統(tǒng)計(jì)了一年來(lái)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)向資料，制作了監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)向概率圖，在設(shè)置監(jiān)測(cè)儀器時(shí)要充分考慮到監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)向概率。

據(jù)上述布點(diǎn)原則及檢測(cè)對(duì)象，采樣點(diǎn)對(duì)樣品的應(yīng)該是長(zhǎng)時(shí)間的收集，通過(guò)統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)過(guò)去一年每個(gè)月的方向，結(jié)合布點(diǎn)原則，在主要下風(fēng)向上布置檢測(cè)儀器。

圖1為深圳市氣象局在全市范圍內(nèi)設(shè)置的風(fēng)向風(fēng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖。監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)向概率圖以離最近的風(fēng)向風(fēng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)制作。

本次布點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象是大氣中的放射性核素，根據(jù)深圳市的地理情況和上述布點(diǎn)方法及原則，采取重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)的方法進(jìn)行布點(diǎn)。在充分考慮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的代表性的前提下選擇了一下具有代表意義的七個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn):①深圳大學(xué);②大亞灣核電站;③深圳水庫(kù);④市政府安居房?jī)S香村;⑤南山垃圾發(fā)電廠(廢氣);⑥深圳能源環(huán)保公司鹽田廠;⑦深圳市能源環(huán)保有限公司寶安廠。

5.1 深圳大學(xué)

在此布點(diǎn)主要是監(jiān)測(cè)深圳大學(xué)核技術(shù)研究所的微型反應(yīng)堆對(duì)周圍環(huán)境的影響。該所成立于一九八八年，擁有我國(guó)華南地區(qū)唯一的一座微型核反應(yīng)堆和與之配套的多種譜分析儀及多種理化分析儀，主要研究方向集中在核技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用，以及應(yīng)用核輻射探測(cè)技術(shù)的研究、中子活化分析、核技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。同時(shí)還開展原子核結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)研究，主要包括原子核高自旋態(tài)的研究，衰變核譜學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究。

5.2 大亞灣核電站

大亞灣核電基地位于深圳大鵬新區(qū)大鵬灣畔，西靠排牙山、東面臨海，是中國(guó)目前在運(yùn)行核電裝機(jī)容量最大的核電基地。擁有大亞灣核電站、嶺澳核電站兩座核電站共六臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組，年發(fā)電能力約450億千瓦時(shí)。然而核能的開發(fā)利用會(huì)帶來(lái)一定的放射性污染，核能的開發(fā)與利用是一把雙刃劍，一旦造成放射性污染，后果不堪想象。核電站在正常運(yùn)行期間，不可避免地要向環(huán)境排放放射性污染物。核電站在正常運(yùn)行過(guò)程中要向環(huán)境排放常規(guī)的氣態(tài)和液態(tài)流出物(固態(tài)放射性廢物經(jīng)壓縮按半衰期長(zhǎng)短分類存放于放射性廢物貯存庫(kù)，不向環(huán)境排放)。核電站排放的氣態(tài)放射性污染物 包括:85Kr、133Xe、135Xe、131I、133I、90Sr、137Cs、14C 以及3H等;液態(tài)放射性流出物包括:3H、54Mn、58Co、60Co、110mAg、124Sb、131I、90Sr、134Cs 和137Cs 等［5］，這些放射性核素由核電站廢液排放系統(tǒng)排至近海里。核電站排放的這些放射性污染物對(duì)近域生態(tài)環(huán)境帶來(lái)一定程度的影響。

5.3 深圳水庫(kù)

深圳水庫(kù)在深圳市區(qū)東北部，因水庫(kù)建在深圳河上游得名。1965年3月竣工。積水面積60.5平方公里，庫(kù)容4577萬(wàn)m3，是深圳與香港居民生活用水的主要來(lái)源。所以保證深圳水庫(kù)水源的安全，關(guān)系著深圳市及香港居民的健康。

5.4 市政府安居房－僑香村

僑香村位于深圳市安托山東區(qū)，地理位置大概是位于深圳市的中央?yún)^(qū)域，地塊北臨擬建的北環(huán)輔道與北環(huán)大道，東靠安托山九路與金地香密山住，總用地面積127790.62平方米。僑香村是典型的居民聚集區(qū)，具有代表性，這個(gè)布點(diǎn)的監(jiān)測(cè)核素主要建筑材料中的核素氡(Rn)。對(duì)于人群集中的區(qū)域的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)目要多些的原則，僑香村附近的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)為10個(gè)，采取長(zhǎng)時(shí)間間隔采樣的方法，每月至少采樣15天以上。

5.5 南山、鹽田、寶安垃圾發(fā)電廠

深圳市能源環(huán)保有限公司于2003至2005年先后建成深圳南山、鹽田、寶安三座垃圾焚燒發(fā)電廠，垃圾日處理能力2450噸，年處理能力達(dá)100萬(wàn)噸。

垃圾發(fā)電廠放射性污染主要來(lái)源于垃圾燃燒后排放的氣體、垃圾燃燒后殘?jiān)械奶烊环派湫院怂?。這些放射性核素在一定區(qū)域內(nèi)可造成蓄積和擴(kuò)散。為保護(hù)職工及公眾的身體健康，我們擬對(duì)發(fā)電廠內(nèi)環(huán)境放射性本底水平進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)放射性核素在大氣中輸運(yùn)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向安置監(jiān)測(cè)儀器。

6 第一批監(jiān)測(cè)點(diǎn):深圳大學(xué)實(shí)驗(yàn)樓、楊梅坑、坪山公園

基于項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算的考慮，針對(duì)深圳大學(xué)的微型反應(yīng)堆和大亞灣及其周邊情況，第一批監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)于深圳大學(xué)實(shí)驗(yàn)樓、楊梅坑、坪山公園。

6.1 深圳大學(xué)實(shí)驗(yàn)樓

深圳大學(xué)校區(qū)1.44平方公里，坐落在深圳市南山后海灣，學(xué)校全日制在校生3.4萬(wàn)余人，現(xiàn)有教職工2580人。深圳大學(xué)擁有一座微型中子源核反應(yīng)堆，位于深圳大學(xué)實(shí)驗(yàn)樓S座底層。深圳大學(xué)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要是為了監(jiān)測(cè)深圳大學(xué)微型反應(yīng)堆對(duì)周圍環(huán)境可能造成的影響。

微堆為罐—池式結(jié)構(gòu)，額定熱功率為～30kW，微堆堆芯裝于鋁合金筒內(nèi)底部，筒內(nèi)充滿去離子水。鋁合金筒安裝在深6.5m，直徑2.7m，深6.5m的地下水池內(nèi)，水池底部、池壁由600毫米厚的鋼筋混凝土建造。微堆正常情況下不向周邊環(huán)境排出任何放射性物質(zhì)。只有在發(fā)生燃料元件嚴(yán)重破損的情況下，在經(jīng)過(guò)微堆配備的除碘過(guò)濾器過(guò)濾后，可能向大氣中排放微量放射性氣體。經(jīng)過(guò)除碘過(guò)濾器過(guò)濾后，可能的放射性氣體的排放量＜1.4×1010Bq/年。微堆氣體排放口位于實(shí)驗(yàn)樓頂層天臺(tái)處。

根據(jù)微堆的放射型氣體排放口位置，通過(guò)統(tǒng)計(jì)當(dāng)?shù)剡^(guò)去一年里每個(gè)月的風(fēng)向，及監(jiān)測(cè)點(diǎn)場(chǎng)所的實(shí)際情況，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在排放口偏西南位置，距排放口直線距離約位40m。

圖2為依離深圳大學(xué)最近的南山風(fēng)向風(fēng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)畫出的風(fēng)力風(fēng)向概率圖。從圖中可以估算出，深圳大學(xué)區(qū)域風(fēng)向以東方向風(fēng)概率最大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置符合下風(fēng)頭原則。本處監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置兼顧了本底與深圳大學(xué)微堆監(jiān)測(cè)的需求。

圖2 南山風(fēng)力風(fēng)向圖

6.2 楊梅坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)

楊梅坑位于深圳市龍崗區(qū)大鵬半島大亞灣畔，如圖3。楊梅坑地區(qū)放射性核素沉降主要來(lái)自于大亞灣核電站與嶺澳核電站，這兩個(gè)核電站共有6座核反應(yīng)堆。楊梅坑北偏西方向與大亞灣核電站、嶺澳核電站隔海相望，直線距離約為8公里。

圖3 楊梅坑于大亞灣核電站相對(duì)位置

根據(jù)位于核電站風(fēng)向風(fēng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)畫出的風(fēng)力風(fēng)向概率圖(圖4)，核電站以西方向偏北風(fēng)概率最大，楊梅坑與核電站之間無(wú)任何遮擋物，因此核電站可能產(chǎn)生的放射性大氣沉降物質(zhì)飄落在楊梅坑區(qū)域的概率也較大。由于在楊梅坑已有深圳市環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在此布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可以充分利用現(xiàn)有的硬件設(shè)施。

本處監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置兼顧了本底與核電站監(jiān)測(cè)的需求。

圖4 大亞灣風(fēng)力風(fēng)向圖

6.3 坪山新區(qū)管委會(huì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

深圳市坪山新區(qū)位于深圳市東北部，包括坪山、坑梓兩街道辦事處和大工業(yè)區(qū)在內(nèi)，總面積為168平方公里，是深圳市東部主要工業(yè)基地。

自然地形主要為淺丘陵和坪山盆地，地勢(shì)舒緩。地勢(shì)為西、南高，東、北低，中部東西走向?yàn)閷捁葲_積臺(tái)地和剝蝕平原;西部為低山丘陵;南部為連片山地，屬砂頁(yè)巖和花崗巖赤紅壤。

新區(qū)范圍內(nèi)屬于巖溶地質(zhì)，分布石巖系石磴子組灰?guī)r，該巖層為可溶性巖層，在長(zhǎng)期的巖溶地質(zhì)作用下，形成溶蝕洼地，在上述地區(qū)石灰?guī)r隱伏于溶蝕洼地松散堆積層下部，成為隱伏巖溶發(fā)育區(qū)。

綜合考慮，在坪山新區(qū)設(shè)立放射性核素監(jiān)測(cè)點(diǎn)是符合重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)原則的。

經(jīng)考察，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在坪山公園內(nèi)美術(shù)館樓頂。

坪山美術(shù)館是一座二層樓房，位于深汕公路(S356)以西，坪山新區(qū)中心公園從東、南、北三個(gè)方向環(huán)繞，地勢(shì)開闊，周圍無(wú)高大建筑遮擋，是很好的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。此處采樣點(diǎn)的設(shè)置沒(méi)有針對(duì)性的特定目標(biāo)，屬于本底性的監(jiān)測(cè)。

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)規(guī)范(試行)(HJ 664—2013 2013－10－01實(shí)施)［S］．

［2］王穎，等．區(qū)域規(guī)劃環(huán)評(píng)中大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)研究.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2011，6．

［3］時(shí)勁松．深圳市環(huán)境放射性異常帶識(shí)別與影響因素分析［J］．世界核地質(zhì)科學(xué)，2(3)．

［4］潘自強(qiáng)．電離輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)［M］．原子能出版社．

［5］黃乃明．大亞灣和嶺澳核電站外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)［J］．輻射防護(hù)，24，3－4．