海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展

葉素芬，張珞平，陳偉琪

廈門大學(xué)海洋與海岸帶發(fā)展研究院，廈門 361102

海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展

葉素芬，張珞平*，陳偉琪

廈門大學(xué)海洋與海岸帶發(fā)展研究院，廈門 361102

近年來，隨著我國核電事業(yè)迅猛發(fā)展，海洋放射性污染的風(fēng)險(xiǎn)激增，放射物質(zhì)的事故性污染將成為海洋環(huán)境一個(gè)重要問題。目前，海洋環(huán)境放射性污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究仍然較為薄弱，開展海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有助于了解事故對(duì)海洋生態(tài)的危害程度，為海洋與海岸帶環(huán)境管理提供科學(xué)決策依據(jù)，維護(hù)海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康與安全。梳理總結(jié)當(dāng)前國內(nèi)外海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的相關(guān)研究進(jìn)展，結(jié)果表明：目前國內(nèi)外對(duì)海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)尚未做出科學(xué)的定義；現(xiàn)有海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的技術(shù)路線大體可歸納為基于經(jīng)典風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架和基于迭代的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架2種類型；ERICA Tool模型以及RESRAD-BIOTA模型是目前放射性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中應(yīng)用最多的方法，但存在海洋放射性污染標(biāo)準(zhǔn)限值少的問題；現(xiàn)有的研究主要集中于評(píng)估事故中后期均衡條件下的長期慢性暴露評(píng)價(jià)，對(duì)事故初期的高劑量、短期急性暴露的風(fēng)險(xiǎn)影響研究較少；我國海洋放射性污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)的概念混淆，至今沒有明確的海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的概念及技術(shù)框架。

海洋放射性污染；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；研究進(jìn)展

海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指評(píng)估海洋環(huán)境中放射性污染對(duì)生物、種群和群落造成有害影響的可能性[1]。2011年3月11日日本福島發(fā)生重大核電事故，大量放射性物質(zhì)排放入海，在海流作用下，放射性物質(zhì)大量擴(kuò)散[2]；海洋生物對(duì)核素的富集會(huì)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)造成直接或間接影響[3]，進(jìn)而威脅人類健康。

根據(jù)中國核能行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《2014年全球核電綜述》，截至2014年12月31日，全球共有437個(gè)運(yùn)行中核動(dòng)力堆(含實(shí)驗(yàn)堆，下同)，71座在建動(dòng)力堆。在我國，根據(jù)《核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005-2020年)》，截止到2020年，新增投產(chǎn)2 300萬kW的核電站，將主要從廣東、浙江等沿海省份的廠址中優(yōu)先選擇[4]。沿海地區(qū)核電站的大量建設(shè)將給海岸帶地區(qū)帶來極大的事故風(fēng)險(xiǎn)隱患，放射物質(zhì)的事故性污染將成為海洋環(huán)境一個(gè)重要問題。開展海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有助于了解事故的影響及其危害程度，為海洋與海岸帶環(huán)境管理提供科學(xué)決策依據(jù)，維護(hù)海洋生態(tài)系統(tǒng)健康與安全。

目前國內(nèi)外關(guān)于海洋環(huán)境放射性污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究仍然較為薄弱，特別是針對(duì)事故性污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)尚未形成有效的方法體系。本文的目的在于梳理和總結(jié)當(dāng)前國內(nèi)外海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的相關(guān)研究進(jìn)展，為今后開展海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的相關(guān)概念

1.1 海洋放射性污染概況

放射性污染是指核設(shè)施在正常運(yùn)行或事故情況下放射性物質(zhì)外逸進(jìn)入環(huán)境造成的放射污染，其危害來源于放射性核素發(fā)出的α、β和γ射線對(duì)公眾或其他生物的輻射損傷[5]，具有影響時(shí)間長、難以消除、累積性、隱蔽性等特點(diǎn)[6]。目前，海洋放射性污染的主要來源包括核事故、核試驗(yàn)、核動(dòng)力艦船、核電廠放射性排放以及人為投放的中低水平放射性廢物[7]。根據(jù)文獻(xiàn)查閱的結(jié)果，目前國際上尚未見有關(guān)海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的定義或內(nèi)涵等內(nèi)容。

國際核事故分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)由國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA, International Atomic Energy Agency)于1990年起草并頒布，共分為7個(gè)等級(jí)，低影響的3個(gè)等級(jí)被稱為核事件，較高的4個(gè)等級(jí)被稱為核事故。核事件對(duì)外界環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生顯著影響。在本研究中，海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的對(duì)象主要考慮核事故。截止到目前，全球共出現(xiàn)過3次放射性污染大事故，包括1979年美國三哩島5級(jí)核事故、1986年前蘇聯(lián)切爾諾貝利7級(jí)重大核事故以及2011年日本福島7級(jí)核事故。

通過統(tǒng)計(jì)核電站運(yùn)行“堆年”(核電站中1個(gè)反應(yīng)堆運(yùn)行1年)所累計(jì)出現(xiàn)的事故可以評(píng)價(jià)核電站運(yùn)行的安全性。截止到2012年3月，全世界運(yùn)行的核電共有443座，已累計(jì)運(yùn)行1.4767萬堆年。中國科學(xué)院何祚庥院士運(yùn)用“經(jīng)驗(yàn)概率論”方法計(jì)算得出出現(xiàn)大的核事故的概率是14767堆年/3次=4922堆年/次[8]。

1.2 海洋放射性污染的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

國際上早期關(guān)注的是人類健康風(fēng)險(xiǎn)，放射性污染的相關(guān)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)主要是基于國際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)的推薦而制定的[9]；20世紀(jì)90年代逐漸開始考慮非人類物種的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)、聯(lián)合國原子輻射科學(xué)效應(yīng)委員會(huì)(UNSCEAR)、美國能源部(USDOE)、加拿大核安全委員會(huì)(CNSC)、俄羅斯(Russia)相關(guān)管理機(jī)構(gòu)、美國全國輻射防護(hù)委員會(huì)(NCRP)等開始提出生物的輻射劑量率限值[10-15]。水生/海洋生物的劑量率限值整理見表1。

目前我國關(guān)于放射性核素對(duì)生物的輻射影響方面的研究開展較少，僅國家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB3097—1997)[16]設(shè)定了海水中5種放射性核素(137Cs、60Co、106Ru、134Cs、90Sr)的濃度限值，尚未建立有關(guān)生物輻射影響的劑量率標(biāo)準(zhǔn)體系。在現(xiàn)階段關(guān)于放射性污染的相關(guān)評(píng)價(jià)中，對(duì)于海洋生物所受輻射劑量的評(píng)價(jià)主要采用國際組織推薦的10 mGy·d-1的劑量率限值[17]。

2 海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的發(fā)展及技術(shù)路線

2.1 海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究的發(fā)展歷程

從20世紀(jì)70年代起IAEA開展電離輻射對(duì)植物、動(dòng)物及其生態(tài)系統(tǒng)效應(yīng)的有關(guān)研究[24]。20世紀(jì)80年代末，美國、加拿大等國開始研究電離輻射非人類物種評(píng)價(jià)和防護(hù)的管理問題，IAEA、UNSCEAR、ICRP等均先后討論該問題，并達(dá)成共識(shí)：電離輻射的防護(hù)不僅要保護(hù)人，而且要保護(hù)非人類物種，保護(hù)生態(tài)環(huán)境[25]。20世紀(jì)90年代末，在可持續(xù)發(fā)展的理念引導(dǎo)下，UNSCEAR、歐盟、USDOE、ICRP等幾大組織機(jī)構(gòu)開展了大量電離輻射對(duì)生物生態(tài)影響評(píng)價(jià)的研究，并建立了部分評(píng)估體系及模型和方法[19, 26-27]。放射性污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在20世紀(jì)90年代中后期開始出現(xiàn)，與影響評(píng)價(jià)交叉在一起發(fā)展。

我國的海洋生物放射性調(diào)查起步于20世紀(jì)60年代；80年代開始研究放射性核素在海水、底質(zhì)及海洋生物間的遷移轉(zhuǎn)化[7]；2000年以后開始少量引入國外的電離輻射生態(tài)影響/風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架，用于評(píng)估濱海核電站的污染物排放風(fēng)險(xiǎn)及生態(tài)影響[17, 28]。國內(nèi)部分研究引用國外風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)方法用于環(huán)境影響評(píng)價(jià)，或?qū)怙L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究成果翻譯為影響評(píng)價(jià)，混淆了海洋放射性污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)的概念[17, 29]。國內(nèi)目前尚未見海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的技術(shù)方法研究。

2.2 海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的技術(shù)路線

2.2.1 基于經(jīng)典風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架的海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架

1975年，美國核管會(huì)[30]提出了關(guān)于核電事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的4個(gè)步驟：核電危險(xiǎn)的鑒別、暴露劑量-效應(yīng)評(píng)價(jià)、核電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和核電風(fēng)險(xiǎn)表征。

美國環(huán)境保護(hù)署(USEPA)1992年制訂了“生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架”(Framework for Ecological Risk Assessment)，提出生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的三步法：問題形成、分析和風(fēng)險(xiǎn)表征[31]。1998年正式頒布《生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指南》(Guidelines for Ecological Risk Assessment)提出生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架：規(guī)劃、問題形成、風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)表征和風(fēng)險(xiǎn)管理等[32]。該技術(shù)路線得到廣泛應(yīng)用，被認(rèn)為是經(jīng)典的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架[23,25]。

Mathews等[33]修改了USEPA篩選水平的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)路線[34]，提出以下步驟：問題形成、影響分析、暴露分析和風(fēng)險(xiǎn)描述，用于定量評(píng)價(jià)長期暴露于鈾輻射的淡水生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

表1 相關(guān)組織機(jī)構(gòu)或個(gè)人推薦的水生/海洋生物劑量率限值統(tǒng)計(jì)(單位：mGy·d-1)Table 1 Aquatic/marine biological dose rate limits recommended by relevant organizations or individuals

Friant和Brandt[35]將USEPA發(fā)布的危險(xiǎn)化學(xué)品生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架應(yīng)用到放射性污染中，評(píng)估的技術(shù)路線包含4個(gè)基本步驟：問題形成、風(fēng)險(xiǎn)分析(暴露表征)、風(fēng)險(xiǎn)分析(效應(yīng)表征)和風(fēng)險(xiǎn)表征。

Copplestone等[36]提出的放射性影響評(píng)價(jià)的技術(shù)路線：風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)表征3個(gè)步驟。

Bird等[22]按風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算3個(gè)步驟評(píng)價(jià)了加拿大核設(shè)施(鈾礦山和工廠)放射性核素釋放對(duì)非人類生物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

Brown等[37]構(gòu)建了用于評(píng)價(jià)放射性對(duì)海洋環(huán)境影響的框架，流程為：計(jì)劃、問題形成、開展評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)表征、決策與管理。

陳妍等[25]借鑒國內(nèi)外風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的相關(guān)框架提出包括公眾健康和非人類物種的核電廠環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架：規(guī)劃、問題形成、風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)表征和風(fēng)險(xiǎn)管理。

2.2.2 基于迭代評(píng)價(jià)的“分級(jí)法”

美國能源部(USDOE)2002年提出分級(jí)法(The Graded Approach)以評(píng)估生物群所受的輻射劑量?；诮?jīng)典的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模式，分級(jí)法從一個(gè)簡單和相對(duì)保守的篩選評(píng)價(jià)逐步過渡到更詳細(xì)的、更貼近現(xiàn)實(shí)的評(píng)估，它是針對(duì)電離輻射的一種由易到難、逐步嚴(yán)格的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架[19]。分級(jí)法由以下3個(gè)部分構(gòu)成：數(shù)據(jù)收集階段、普通篩選階段、分析階段。該方法是針對(duì)均衡條件下長期的慢性暴露評(píng)價(jià)，不適用于評(píng)估放射性污染事故的短期的急性暴露，但可以評(píng)估由于事故發(fā)生而導(dǎo)致的長期暴露，指示事故后長期的種群健康情況[19]。

Copplestone等[36]認(rèn)為該方法從簡單且保守的假設(shè)過渡到現(xiàn)實(shí)的評(píng)價(jià)，整體表現(xiàn)可能過于保守。鄭偉和白曉平[38]應(yīng)用USDOE推薦的用于估算生物輻射劑量的程序RESRAD-BIOTA，評(píng)估我國某內(nèi)陸核設(shè)施液態(tài)放射性流出物的排放所致受納水體中水生生物的輻射劑量率水平。白曉平[39]對(duì)RESRAD-BIOTA程序的不足進(jìn)行了改進(jìn)，并用于中國某濱海核電廠廠址附近水生生物輻射劑量率的評(píng)估中。

2.2.3 ERICA綜合技術(shù)路線

2004年至2007年之間，歐盟和分布在7個(gè)歐洲國家的15個(gè)組織聯(lián)合建立了“環(huán)境中電離輻射的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)：評(píng)價(jià)和管理(ERICA)”項(xiàng)目，ERICA綜合技術(shù)路線和一套帶有相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的軟件程序(the ERICA Tool)是該項(xiàng)目的主要成果。該技術(shù)路線包括三大步驟：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)表征和風(fēng)險(xiǎn)管理[40]，其中風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分為3個(gè)級(jí)別。該技術(shù)路線可以應(yīng)用于事故應(yīng)急評(píng)價(jià)。

Wood等[40]應(yīng)用ERICA綜合技術(shù)路線評(píng)價(jià)德里格海岸沙丘生物受輻射污染的影響。張曉峰等[17]利用ERICA綜合技術(shù)路線評(píng)估了陽江核電廠附近海域生物受到的輻射影響。Beresford等[41]采用ERICA Tool評(píng)估了英國北海的石油和天然氣行業(yè)放射性核素釋放的影響。Sin等[42]使用ERICA Tool評(píng)估了福島核事故對(duì)馬來西亞海洋生物的影響。iBatlle等[43]使用ERICA Tool對(duì)福島核事故開展生物劑量評(píng)估以及對(duì)海洋生物的影響開展回顧性評(píng)價(jià)。傅小城等[44]使用ERICA綜合方法評(píng)價(jià)我國核電發(fā)展主要機(jī)型AP1000的液態(tài)排放源項(xiàng)對(duì)水生生物的電離輻射影響。Aliyu等[45]使用ERICA Tool評(píng)估了福島核事故對(duì)非人類物種的生態(tài)影響，評(píng)估結(jié)果表明事故后果對(duì)海洋生物的影響比對(duì)陸地動(dòng)植物的影響更為嚴(yán)重。Yu等[46]運(yùn)用ERICA Tool評(píng)價(jià)太平洋西北部海域福島核事故釋放的110mAg、137Cs、134Cs和90Sr的放射生態(tài)影響。

2.2.4 評(píng)估和管理電離輻射污染的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)通用框架

國際原子能機(jī)構(gòu)提出一種保護(hù)環(huán)境免受電離輻射影響的技術(shù)路線，主要內(nèi)容和步驟包括初步計(jì)劃、問題提出、評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)描述以及決策與管理。2000年11月至2003年10月，歐盟委員會(huì)資助的FASSET(Framework for Assessment of Environmental impact)項(xiàng)目支持將“電離輻射的環(huán)境影響評(píng)價(jià)框架”應(yīng)用于放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，該技術(shù)路線包括問題形成、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)管理[25-26]。

2.3 小結(jié)

國際上從20世紀(jì)70年代起開始關(guān)注電離輻射對(duì)人類健康的影響；90年代開始開展電離輻射對(duì)生物生態(tài)影響評(píng)價(jià)的研究，并建立了放射性污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，但通常與影響評(píng)價(jià)交叉在一起。國內(nèi)研究尚處于借鑒引用階段，且往往混淆放射性污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)的概念。

現(xiàn)有海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的技術(shù)路線主要包括：基于經(jīng)典風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架的技術(shù)路線、基于迭代評(píng)價(jià)的“分級(jí)法”、歐盟的ERICA綜合技術(shù)路線等，評(píng)價(jià)思路大體可歸納為基于經(jīng)典風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架和基于迭代的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架2種類型。基于經(jīng)典風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的框架大都包括以下4個(gè)基本步驟：

(1)問題形成：事故或活動(dòng)描述，綜合有效信息，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源、受體和評(píng)價(jià)終點(diǎn)的識(shí)別；(2)風(fēng)險(xiǎn)分析：包括暴露分析與效應(yīng)分析，主要進(jìn)行確定暴露途徑和暴露-反應(yīng)關(guān)系分析；(3)風(fēng)險(xiǎn)表征：計(jì)算生物體所受的照射劑量并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，確定事故的風(fēng)險(xiǎn)影響大小和程度；(4)風(fēng)險(xiǎn)管理：根據(jù)分析和表征階段的結(jié)果，報(bào)告風(fēng)險(xiǎn)的危害和大小，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果制定風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃。

基于迭代的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)深度的加大，逐步篩選并評(píng)估不同程度的風(fēng)險(xiǎn)。評(píng)價(jià)思路清晰，逐級(jí)深入，對(duì)所需要的數(shù)據(jù)資料的要求逐漸提高、具體化。

3 海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

3.1 放射性物質(zhì)的海洋物理遷移模型

(1)污染輸運(yùn)路徑模型(Transfer Pathway Model Template)

Shen等[47]提出了一種輸運(yùn)路徑模型(Transfer Pathway Model Template, TPMT)，該模型提供了一個(gè)系統(tǒng)、實(shí)用的方法來管理、處理大量途徑分析應(yīng)用的組件，被應(yīng)用于加拿大2003年的鈾礦、核電站的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目中。

(2)二維擴(kuò)散模型

張春粦等[48]采用深度平均的二維潮波方程和對(duì)流擴(kuò)散方程預(yù)測(cè)了大亞灣核電站液態(tài)排放物在附近海域的濃度分布。IAEA的19號(hào)安全報(bào)告[49]中提出了一個(gè)相對(duì)簡單的、基于垂向平均的二維對(duì)流擴(kuò)散方程作為液態(tài)放射性流出物在近岸海域的評(píng)價(jià)模型。蘇柯[50]采用顯式、隱式交替的有限差分二維潮流擴(kuò)散數(shù)值模型模擬放射性核素110mAg、3H、90Sr、137Cs在西大亞灣及大鵬灣內(nèi)的濃度分布[51]。

(3)三維擴(kuò)散模型

Margvelashvily等[52]等運(yùn)用三維模型THREETOX重建了切爾諾貝利事故后2年中河口和黑海鄰近陸架中137Cs和90Sr的擴(kuò)散，并估算了從第聶伯河-布格河口到黑海的輻射通量。之后又利用該模型模擬了切爾諾貝利核電站冷卻池和第聶伯河-布格河口中放射性核素的輸運(yùn)[53]。孔令豐[54]建立了大亞灣海域三維潮流場和物質(zhì)場的數(shù)值模型，模擬計(jì)算得出核電站附近海域的三維分層平面濃度曲線圖。喬清黨等[55]通過對(duì)國內(nèi)外放射性物質(zhì)在海域的輸運(yùn)數(shù)值模擬和劑量評(píng)估等方法建立了用于核電廠海域放射性后果預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)的數(shù)值模擬方法。

3.2 放射性物質(zhì)的海洋生物地球化學(xué)遷移模型

(1)區(qū)域海洋模型

福島事故后，喬方利等[56]基于短期氣候預(yù)測(cè)模式和海洋環(huán)流數(shù)值模式，對(duì)核泄漏物質(zhì)的輸運(yùn)擴(kuò)散路徑進(jìn)行了情景模擬和預(yù)測(cè)。Tsumune等[57]等用區(qū)域海洋模型(Regional Ocean Modeling System)模擬了福島第一核電站事故導(dǎo)致的海洋中137Cs濃度分布。

(2)地球化學(xué)分布和遷移模型

Kryshev等[58]根據(jù)切爾諾貝利核電站冷卻池的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建了ECOMOD-W模型用于描述放射性核素的遷移和累積過程，并評(píng)估了切爾諾貝利污染區(qū)域水生生物所受的輻射劑量。Chartier和Despres[59]運(yùn)用ATOMED數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)地中海放射性核素的分布，及其在沉積物和生物體的傳遞，評(píng)估歐盟人群的放射性暴露劑量。馬麗等[28]根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)推薦的評(píng)估模式，計(jì)算環(huán)境中放射性核素的比活度，并與背景值進(jìn)行比較，以此預(yù)測(cè)了相關(guān)放射性核素排海后對(duì)電廠排放口海域環(huán)境的影響。Wang等[60]基于固/液界面吸附/解吸機(jī)制和沉積物表面形貌模型，推導(dǎo)出分配系數(shù)Kd的理論表達(dá)式，并應(yīng)用于模擬大亞灣核電站附近海域90Sr的運(yùn)輸。結(jié)果表明：大亞灣核電站釋放的90Sr大約40%將被懸浮泥沙吸附，20%被沉積物吸附，只有約40%留在水體中。

(3)生物地球化學(xué)分布和遷移模型

蘇柯[51]建立了海洋生態(tài)系統(tǒng)庫室模型，運(yùn)用線性方程組對(duì)放射性核素在浮游植物、浮游動(dòng)物、軟體動(dòng)物、甲殼動(dòng)物、魚類以及沉積物中的遷移進(jìn)行數(shù)值模擬?？琢钬S[54]建立了大亞灣海域三維潮流場和物質(zhì)場的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上利用庫室模型研究了放射性核素110mAg在水生植物和水生動(dòng)物與海洋沉積物之間的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。

3.3 生物體輻射劑量計(jì)算方法

3.3.1 輻射劑量計(jì)算模型

(1)英格蘭和威爾士環(huán)保局R&D128模型

R&D 128模型是由英格蘭和威爾士環(huán)境當(dāng)局資助開發(fā)的用于評(píng)價(jià)生物電離輻射影響的模型，將生態(tài)系統(tǒng)劃分為淡水、海洋、陸地生態(tài)系統(tǒng)[61]。海洋生態(tài)系統(tǒng)考慮了13類生物和16個(gè)核素[36]。在開展環(huán)境放射性評(píng)價(jià)時(shí)，建立了一個(gè)基于電子表格的評(píng)價(jià)工具，用于計(jì)算受影響最嚴(yán)重的參考生物所受的劑量率。

(2)Edenv3軟件模型

Beaugelin-Seiller等[62]基于放射性環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架，提出了一種快速便捷的程序化方法-Edenv3軟件(Elementary Dose Evaluation for Natural environment)用于計(jì)算非人類物種暴露于放射性核素輻射時(shí)所受的輻射劑量。

(3)ECOMOD模型(俄羅斯)

ECOMOD使用穩(wěn)定的化學(xué)類似物(chemical analogues)和放射性核素的比率來確定放射性核素在水生生物中的濃度，可用于預(yù)測(cè)放射性核素濃度的變化[63]。

3.3.2 蒙特卡羅模擬法(Monte Carlo Simulation)

蒙特卡羅法是一種隨機(jī)模擬方法，在假定條件下運(yùn)行模型，然后根據(jù)模型運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)分析和系統(tǒng)評(píng)價(jià)。蘇健等[64]建立了核電站周圍海域水生生物輻射劑量模型，用蒙特卡羅方法的MCNP(Monte Carlo Neutronand Photon Transport Code)程序?qū)Υ髞啚?1種參考生物的人工核素輻射劑量率進(jìn)行了計(jì)算，評(píng)價(jià)了正常工況下大亞灣水生生物受到的人工放射性核素的輻射水平。李靜晶等[65]采用MCNP4C程序模擬60Co和51Cr發(fā)射的不同能量粒子在水生生物-中華鱘體內(nèi)的輸運(yùn)情況，根據(jù)中華鱘對(duì)各種能量的源粒子的能量吸收份額，計(jì)算成魚、幼魚、魚卵的內(nèi)、外照射劑量轉(zhuǎn)換因子，并估算生物劑量率。李靜晶等[66]采用MCNP程序模擬計(jì)算生物或器官對(duì)137Cs和90Sr各種能量的源粒子的能量吸收份額，對(duì)鯔魚解剖學(xué)模型和整體模型進(jìn)行劑量估算。

3.3.3 生物模型

李培泉和康興倫[67]用球體和圓柱體模擬建立了浮游植物、浮游動(dòng)物、軟體動(dòng)物、甲殼動(dòng)物和魚的模型，用解析方法對(duì)α、β、γ這3種水中輻射源的生物劑量進(jìn)行了計(jì)算。

由英國核退役管理局建立的WSC(west lakes scientific consulting)構(gòu)建了一個(gè)用于動(dòng)態(tài)模擬海洋生物攝取傳遞放射性核素的方法。該方法是基于生物和其周圍環(huán)境之間交換率的一階線性動(dòng)力學(xué)的一個(gè)三室生物動(dòng)力學(xué)模型(three-compartment biokinetic model)[61]。

3.3.4 內(nèi)、外照射劑量估算

李冰等[68]在對(duì)不同點(diǎn)位的海洋輻射監(jiān)測(cè)資料分析的基礎(chǔ)上，分析了泄漏及排放的放射性污水在近岸海域海水中的分布，并以玉筋魚為代表性物種分別計(jì)算內(nèi)照、外照射劑量率，初步評(píng)估了所致的海洋生物劑量和公眾劑量。李靜晶等[65]采用MCNP4C程序計(jì)算60Co和51Cr在中華鱘成魚、幼魚、魚卵的內(nèi)、外照射劑量轉(zhuǎn)換因子，并估算生物劑量率。

3.4 風(fēng)險(xiǎn)表征方法3.4.1 風(fēng)險(xiǎn)商值法(RQ)

Bird等[22]應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)商法(EEV/ENEV)對(duì)加拿大核設(shè)施(鈾礦山和工廠)的放射性核素釋放對(duì)(湖和海灣中的)非人類生物進(jìn)行了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。Mathews等[33]應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)商值法(預(yù)計(jì)暴露值/預(yù)計(jì)無影響劑量率)定量評(píng)價(jià)長期暴露于鈾輻射的淡水生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4.2 IRSN綜合性模型(Institut de Radioprotection et de SuretéNucléaire, IRSN)

IRSN基于放射性核素空間分散和環(huán)境敏感性2個(gè)方面的相關(guān)數(shù)據(jù)，開發(fā)了一種綜合性工具用于支持專家和決策者在事故后期制定相關(guān)措施，旨在描繪出輻射生態(tài)敏感性地圖及其敏感區(qū)域，以提出相應(yīng)的管理計(jì)劃[69]。

3.5 綜合評(píng)價(jià)模型和方法

3.5.1 ERICA Tool模型

該模型是歐盟在ERICA項(xiàng)目中提出的[70]。模型內(nèi)包含放射性物質(zhì)的遷移模擬、生物體輻射劑量的估算、與輻射劑量率限值的比較以及對(duì)生物體的輻射影響分析。張曉峰等[17]利用ERICA程序輻射影響評(píng)價(jià)方法評(píng)估了陽江核電廠附近海域海洋生物受到的輻射影響。李靜晶等[71]應(yīng)用ERICA Tool計(jì)算了某核電水域的中華鱘受到的輻射劑量。

3.5.2 RESRAD-BIOTA模型

該模型由美國能源部提出。模型內(nèi)包含環(huán)境介質(zhì)濃度與標(biāo)準(zhǔn)的比較、生物體輻射劑量的估算以及與輻射劑量率限值的比較[19]。

3.5.3 幾種方法的比較研究

目前應(yīng)用最多、最成熟的生物劑量評(píng)價(jià)模型是歐盟的ERICA Tool和美國能源部的RESRAD-BIOTA[72]。

李靜晶等[71]分別用美國RESRAD-BIOTA程序、歐盟ERICA程序和蒙特卡羅方法計(jì)算了某核電水域的中華鱘受到的輻射劑量。并將3種方法的計(jì)算參數(shù)和結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和分析。結(jié)果顯示，ERICA程序的計(jì)算過程更符合實(shí)際情況，對(duì)于未知要素進(jìn)行保守假設(shè)，其計(jì)算結(jié)果更具參考價(jià)值。

劉悅等[73]使用RESRAD-BIOTA模型和ERICA Tool模型以及蒙特卡羅方法計(jì)算大亞灣核電站所在的自然生態(tài)系統(tǒng)中蝦、黑鯛、毛蚶和小球藻4種水生生物所受的輻射劑量。結(jié)果顯示蒙特卡羅方法和ERICA Tool計(jì)算結(jié)果量級(jí)基本相同，而和RESRAD-BIOTA的計(jì)算結(jié)果相差很大；蒙特卡羅方法相比RESRAD-BIOTA和ERICATool考慮得不夠全面，但是該方法可以使用當(dāng)?shù)貙?shí)際的數(shù)據(jù)，更貼合實(shí)際情況，建模較為簡單，與ERICA Tool評(píng)估結(jié)果也相差不大，在現(xiàn)實(shí)范圍內(nèi)使用較為方便。

3.6 小結(jié)

根據(jù)文獻(xiàn)總結(jié)結(jié)果，應(yīng)用于不同評(píng)價(jià)階段(物理遷移、生物地球化學(xué)遷移、生物體輻射劑量計(jì)算、風(fēng)險(xiǎn)表征以及綜合評(píng)價(jià))的常用方法和模型中，應(yīng)用較多的有IAEA放射性污染評(píng)價(jià)模型、蒙特卡羅模擬法、風(fēng)險(xiǎn)商值法、ERICA Tool模型以及RESRAD-BIOTA模型。由于ERICA Tool模型以及RESRAD-BIOTA模型綜合性強(qiáng)，且已實(shí)現(xiàn)程序化，操作十分簡便，是目前放射性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中應(yīng)用最多的。此外，由于各個(gè)評(píng)價(jià)方法所使用的計(jì)算參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等存在差異，在目前無法統(tǒng)一的情況下，可使用多種方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，再綜合實(shí)際監(jiān)測(cè)情況和多種評(píng)價(jià)結(jié)果得出綜合性的評(píng)價(jià)結(jié)論。

4 總結(jié)(Summary)

通過文獻(xiàn)總結(jié)可得出：

(1)目前國內(nèi)外對(duì)海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)尚未做出科學(xué)的定義。

(2)現(xiàn)有海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的技術(shù)路線大體可歸納為基于經(jīng)典風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架和基于迭代的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架2種類型。

(3)ERICA Tool模型以及RESRAD-BIOTA模型綜合性強(qiáng)，且已實(shí)現(xiàn)程序化，操作十分簡便，是目前放射性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中應(yīng)用最多的方法。

目前海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)存在的問題主要包括：

(1)目前放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要應(yīng)用在陸生和水生生態(tài)系統(tǒng)，海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)起步較晚，應(yīng)用研究較少，還很不成熟，沒有科學(xué)、完整的定義及特點(diǎn)描述；國內(nèi)外針對(duì)海洋放射性污染制定的標(biāo)準(zhǔn)限值少而籠統(tǒng)，對(duì)目前存在的一些標(biāo)準(zhǔn)限值也缺乏統(tǒng)一的認(rèn)可。

(2)由于核事故的案例少，現(xiàn)有的研究主要集中于放射性液流出物的低劑量長期暴露風(fēng)險(xiǎn)影響，在對(duì)核電事故造成海洋放射性污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)進(jìn)行研究時(shí)，也多對(duì)事故中后期均衡條件下的長期慢性暴露進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)事故初期的高劑量、短期急性暴露的風(fēng)險(xiǎn)影響研究較少。

(3)我國海洋放射性污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)的概念混淆，至今沒有明確的海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的概念及技術(shù)框架。

致謝：本研究得到國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心和福建省海洋環(huán)境與漁業(yè)資源監(jiān)測(cè)中心的支持，研究成果為廈門大學(xué)與上述兩單位的共同研究成果，謹(jǐn)此致謝！

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Progress of Ecological Risk Assessment for Marine Radioactive Pollution

Ye Sufen, Zhang Luoping*, Chen Weiqi

Coastal and Ocean Management Institute, Xiamen University, Xiamen 361102, China

Received 9 December 2015 accepted 10 May 2016

The ecological risk assessment (ERA) of marine radioactive pollution (MRP) is a powerful technical and analytical tool for analyzing the possibility of causing the risk and harmful effects on organisms, populations and communities by radioactive pollutionin marine environment. With the rapid development of nuclear power plants in the coastal areas of China, the accidents of radioactive pollution become a significant issue for marine and coastal environmental management. The ERA approaches and methodology for MRP are in urgent demand for marine environmental management. In this paper, the grading standards and its corresponding probability of nuclear accidents, the progress of ERA approaches and methods for MRP are reviewed. The issues and gaps of the ERA for MRP are identified. The results show that: scientific definition for ERA of MRP is still missing; the research of ERA for MRP is still under development; and the approaches for ERA of MRP can be concluded into two types, i.e.,classic ERA and iterated ERA; the ERICA Tool model and RESRAD-BIOTA model are the most popular methods for ERA of MRP, but standards and criteria for ERA of MRP are very limited; most researches focused on the long-term and chronic exposure risks, and only a few of them studied the acute exposure risks after accidents; in China, ERA and environmental impact assessment (EIA) for MRP are not clearly distinguished, and its concept and approach are still in lack.

marine radioactive pollution; ecological risk assessment; review

國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心和福建省海洋環(huán)境與漁業(yè)資源監(jiān)測(cè)中心委托項(xiàng)目

葉素芬(1990-)，女，博士，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，E-mail: sufenyezpp@163.com；

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: lpzhang@xmu.edu.cn

10.7524/AJE.1673-5897.20151209002

2015-12-09 錄用日期：2016-05-10

1673-5897(2016)6-001-11

X171.5

A

張珞平(1954—)，男，學(xué)士，教授，主要從事環(huán)境規(guī)劃與管理研究。

葉素芬, 張珞平, 陳偉琪. 海洋放射性污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2016, 11(6): 1-11

Ye S F, Zhang L P, Chen W Q. Progress of ecological risk assessment for marine radioactive pollution [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(6): 1-11 (in Chinese)