基于熵權集對分析法的鈾礦冶設施區域輻射環境評價*

2016-06-02 03:28:52付勇明楊亞新鄭勇明

現代礦業 2016年1期

關鍵詞：區域環境評價

付勇明　楊亞新　鄭勇明　張　葉　董　沖

(1.放射性地質與勘探技術國防重點學科實驗室；2.東華理工大學核工程與地球物理學院；3.湖北省核工業地質局放射性核素檢測中心)

基于熵權集對分析法的鈾礦冶設施區域輻射環境評價*

付勇明1,2楊亞新1,2鄭勇明1,2張葉1,2董沖3

(1.放射性地質與勘探技術國防重點學科實驗室；2.東華理工大學核工程與地球物理學院；3.湖北省核工業地質局放射性核素檢測中心)

摘要以某退役鈾礦冶設施區域輻射環境為研究對象，采用熵權法確定評價指標權重，依次對評價區域、評價指標作集對分析。結果表明：主尾礦庫和居民區輻射環境屬優秀，副尾礦庫輻射環境屬優秀偏良好，水冶廠輻射環境屬良好偏優秀，廢石堆輻射環境屬較好偏良好。上述評價結果表明：熵權集對分析法不僅能夠對鈾礦冶設施區域輻射環境質量進行有效評價，而且對于鈾礦冶設施區域輻射環境治理和保護具有一定參考價值。

關鍵詞熵權法集對分析法鈾礦冶設施輻射環境

隨著國民經濟戰略重點的調整，核能日漸受到國家的高度重視，作為核能的原料地，鈾礦冶設施退役后的環境質量備受關注，尤其是已退役和正在退役治理的鈾礦冶設施的輻射環境質量[1]。目前，我國鈾礦冶設施退役治理后輻射環境的評價方法主要有單因素、單指標的簡單評價法和多因素、多指標的數學模型綜合評價法，簡單評價法僅能反映局部輻射環境的影響，綜合評價無法有效分析輻射環境的變化趨勢[2]。采用集對分析法可對樣本進行確定性和不確定性分析，通過計算其聯系度可定量評價退役鈾礦山的環境質量，檢驗其退役治理效果，并有效分析輻射環境的變化趨勢。

1集對分析模型構建

1.1集對分析模型

集對分析(Set pair analysis,SPA)是我國學者趙克勤于1989年提出的一種處理不確定性系統的分析方法，其核心思想是將確定、不確定視為一個確定、不確定系統，在該系統中將確定性分為“同一”與“對立”2個方面，將不確定性稱為“差異”，從同、異、反等3個方面分析事物及其系統[3]。同、異、反三者相互聯系、相互影響、相互制約，又在一定條件下相互轉化[4]。通過引入聯系度及其數學表達可統一描述各類不確定性，從而將不確定性的辯證認識轉化為數學運算。

在具體的問題背景下，對集合A和集合B組成的集對特性進行分析，共得到N個特性，其中S個特性為集對中的2個集合共有，該2個集合又在另外P個特性上相對立，在其余F個特性上關系不確定，則2個集合的聯系度為[5]

(1)

式中，S/N為集合A與集合B的同一度，記為a；F/N為差異度，記為b；P/N為對立度，記為c；i為差異標記，i∈[-1, 1]；j為對立度系數，取-1，i和j也可僅起標記作用；a+b+c=1，a,b,c∈[0,1]。

由于研究對象各異，將式(1)作不同層次展開，得到多元聯系數的表達式。本研究采用五元聯系數，表達式為[6]

(2)

式中，b1、b2、b3為差異度分量，i1、i2、i3分別為偏同差異度系數、中差異度系數、偏反差異度系數，a+b1+b2+b3+c=1，a,b1,b2,b3,c∈[0,1]。

根據鈾礦冶設施區域輻射環境評價指標的特性，可將其分為越小越優型和越大越優型，本研究采用越小越優型評價指標。

1.2熵值法確定權重系數

在信息論中，熵值反映了信息的無序程度，可度量信息量的大小，某項指標攜帶的信息越多，表示該項指標對決策的作用越大，此時熵值越小，即系統的無序度越小[7]。為此，可用信息熵評價所獲信息的有序度及效果，即由評價指標值構成的判斷矩陣確定評價指標的權重。計算步驟：①假定有m個評價對象，每個評價對象有n個評價指標，構建判斷矩陣R；②將R進行歸一化，得到歸一化判斷矩陣B；③根據傳統的熵概念定義各評價指標的熵；④計算各項指標的熵權：W=[w1,w2,…，wt，…，wn]T(n為評價指標個數)。

1.3模型建立

(3)

2應用實例

以某退役鈾礦冶設施區域輻射環境為例，根據該鈾礦的實際分布情況，對該鈾礦冶設施的主尾礦庫、副尾礦庫、水冶廠、廢石堆及附近居民區進行環境監測。監測內容有：地表貫穿輻射劑量率(480個)、空氣環境中氡及其子體濃度、222Rn析出率；地表水環境中天然放射性核素U、226Ra含量以及重金屬含量；淺層地下水環境中的總α、總β放射性；土壤中U、226Ra比活度水平。將鈾礦冶設施區域輻射環境的質量等級分為“優秀”、“良好”、“較好”、“合格”、“不合格”5個等級(表1)。

表1　鈾礦冶設施環境質量等級指標分級標準

對該鈾礦冶設施及周邊地區展開環境實地調查，對采集的樣品進行檢測分析，結果見表2(取均值進行處理)。將環境質量等級分級的5個標準作為集對分析聯系度中的同一度、差異度、對立度的取值依據，根據式(2)對5個評價區域作集對分析，其聯系度系數見表3。由表3可知：環境質量由優至劣依次為居民區、主尾礦庫、副尾礦庫、水冶廠、廢石堆，且居民區、主尾礦庫和副尾礦庫的環境質量等級為優秀。各評價指標的權重計算結果見表4。對15個權重評價指標作集對分析，各區域最終集對分析聯系度系數見表5。

由表5可知：主尾礦庫、副尾礦庫和居民區環境質量屬優秀，水冶廠環境質量屬良好，廢石堆環境質量屬較好。3個優秀區域的環境質量優劣度排序為居民區>主尾礦庫>副尾礦庫，其中居民區和主尾礦庫環境質量明顯優于其他區域。副尾礦庫環境質量雖屬優秀，但其大氣中222Rn濃度子體和土壤中222Rn 濃度偏高，聯系度系數b1(0.382 7)非常接近a(0.392 4)，環境質量等級為優秀偏良好，環境質量具有下降的趨勢，需應引起關注。水冶廠環境質量等級為良好偏優秀，由于大氣中γ劑量率和222Rn濃度偏高，在現有修復措施的基礎上保持并進一步提高要求。廢石堆環境質量最差，由于地表水和土壤中的222Rn濃度偏高，其聯系度系數b1和b2較接近，環境質量等級具有從較好向良好發展的趨勢，應重點關注222Rn濃度的影響，加大填埋厚度，減弱其對環境的危害。