基于遙感的福島核電站放射性水儲(chǔ)存罐的監(jiān)測(cè)與分析

聶昊陽(yáng) 岳文清 張辰陽(yáng)

一、背景介紹

1.事件背景

福島核電站是世界上最大的核電站之一。在福島事故之前，由東京電力公司運(yùn)營(yíng)的福島第一核電站的六個(gè)機(jī)組為日本提供了近5GW的電力，約占日本電力構(gòu)成的1.5% ，足見(jiàn)福島核電站的重要性。

2011年3月，里氏9.0級(jí)地震導(dǎo)致福島縣兩座核電站反應(yīng)堆發(fā)生故障，其中第一核電站中一座反應(yīng)堆震后發(fā)生異常導(dǎo)致核蒸汽泄漏。于3月12日發(fā)生小規(guī)模爆炸。板塊撞擊的巨大影響，造成了一系列的海嘯，損壞了全部六個(gè)機(jī)組的抽水電機(jī)，導(dǎo)致全部機(jī)組失去了終端的散熱裝置。在不斷增長(zhǎng)的熱量與壓力下，3月14日，反應(yīng)堆發(fā)生了一次更為嚴(yán)重的爆炸。

日本政府認(rèn)為，泄露到太平洋中的放射性污水將“很快被海水稀釋到無(wú)害程度”，但靠近福島第一核電站附近的海水放射性輻射超標(biāo)4000倍以上，救援人員只能將其暫時(shí)排放到漂在海上的臨時(shí)儲(chǔ)藏罐中。

2.儲(chǔ)水罐

2011年3月11日福島核事故發(fā)生后， 東京電力公司開(kāi)始對(duì)放射性水進(jìn)行凈化處理。但凈化過(guò)濾器不能去除水中所有的放射性物質(zhì)。所以這些核廢水被存儲(chǔ)在地面上1000個(gè)灰色、藍(lán)色和白色的儲(chǔ)罐中。

截至2018年2月底，存放在福島第一核電站內(nèi)儲(chǔ)罐中的核污染水達(dá)到約100萬(wàn)噸。按照目前計(jì)劃，兩年后核污染水將無(wú)處盛放。

目前福島第一核電站內(nèi)，用于儲(chǔ)存放射性污染水的儲(chǔ)存罐，將會(huì)在2022年夏季左右裝滿，而由于目前所有污水都被引入儲(chǔ)藏罐中，再建設(shè)擴(kuò)容性儲(chǔ)藏罐難度較大。這些污水罐已經(jīng)成為了隱性的威脅。

由于福島核電站的位置以及目前輻射因素存在，去當(dāng)?shù)亻_(kāi)展實(shí)際的調(diào)查難度較大，且實(shí)際地面調(diào)查對(duì)于儲(chǔ)水罐的分布及數(shù)量都會(huì)出現(xiàn)遺漏的現(xiàn)象，因此本研究擬采用遙感技術(shù)對(duì)福島核電站自2011年地震以來(lái)，9年間的變化，特別是儲(chǔ)水罐的變化進(jìn)行提取，分析其增長(zhǎng)情況和現(xiàn)狀，為公眾更加清楚地了解福島核電站的狀況提供有效客觀的信息。

二、研究方法介紹

1.遙感技術(shù)

遙感（Remote Sensing）是指非接觸的，遠(yuǎn)距離的探測(cè)技術(shù)，是通過(guò)遙感器這類對(duì)電磁波敏感的儀器，在遠(yuǎn)離目標(biāo)和非接觸目標(biāo)物體條件下探測(cè)目標(biāo)地物，獲取其反射、輻射或散射的電磁波信息（如電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁波、地震波等信息），并進(jìn)行提取、判定、加工處理、分析與應(yīng)用的一門科學(xué)和技術(shù)。

2.ENVI

本次研究主要是通過(guò)ENVI這一軟件對(duì)衛(wèi)星遙感圖像進(jìn)行圖像處理及數(shù)據(jù)分析。

ENVI（The Environment for Visualizing Images）是一個(gè)完整的遙感圖像處理平臺(tái)，應(yīng)用匯集中的軟件處理技術(shù)覆蓋了圖像數(shù)據(jù)的輸入/輸出、圖像定標(biāo)、圖像增強(qiáng)、糾正、正射校正、鑲嵌、數(shù)據(jù)融合以及各種變換、信息提取、圖像分類、基于知識(shí)的決策樹(shù)分類、與地形信息提取、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理、三維立體顯示分析。

本次研究主要運(yùn)用了ENVI中的興趣區(qū)域（Region Of Interest）功能，對(duì)所研究的放射性水儲(chǔ)存罐進(jìn)行選區(qū)、分類、計(jì)算等操作，從而達(dá)到在衛(wèi)星遙感圖像中獲取數(shù)據(jù)信息的目的。

三、研究?jī)?nèi)容報(bào)告

1.數(shù)據(jù)情況

本研究利用2011年—2019年的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對(duì)福島核電站的現(xiàn)狀和變化進(jìn)行了分析研究，所用的數(shù)據(jù)空間分辨率為0.5m左右。

2.主要分布（2019）

從下圖（圖1）中可以看出，絕大部分的放射性水儲(chǔ)存罐都分布在核電站的西南處，一小部分被保存在核電站中部和東北角，其中大部分為最早開(kāi)始使用的灰色平頂罐和后來(lái)升級(jí)的藍(lán)色圓頂罐。儲(chǔ)水罐面積總和約占整個(gè)核電站面積的15%，但其余地區(qū)都被廢棄物和建筑、材料等所覆蓋，只有人工繼續(xù)擴(kuò)大地區(qū)才能容納更多的儲(chǔ)水罐。

3.儲(chǔ)水罐分類（2019）

通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖可以看出，最早出現(xiàn)的灰色平頂罐占地面積最多，其次是藍(lán)色圓頂罐，其余類型的儲(chǔ)水罐占比較少。

4.變化趨勢(shì)

本小組根據(jù)數(shù)據(jù)做出了各年儲(chǔ)水罐占地面積及增長(zhǎng)率的折線圖：

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得，每年儲(chǔ)水罐面積與數(shù)量均持續(xù)增加，事件爆發(fā)后第一年儲(chǔ)水罐面積的增長(zhǎng)率最大，在2012-2015年期間因放射性污水排量不穩(wěn)定，儲(chǔ)水罐面積呈拋物線式增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率在73%-98%之間;2015年后污水排放量穩(wěn)定，儲(chǔ)水罐面積大致呈線性增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率低于10%。

在如此快速的增長(zhǎng)速度下，儲(chǔ)水罐已占據(jù)整個(gè)福島核電站面積的近15%，再加上大量的核廢料的堆放、建筑的占用，理想的放射性水存放面積依然不多。如果按照2011-2015年的趨勢(shì)增長(zhǎng)，在2016年就已無(wú)位置存放;如果按照2015-2019年的趨勢(shì)繼續(xù)增長(zhǎng)，約兩年內(nèi)將無(wú)理想位置存放。到那時(shí)，日本必須采取“迫不得已”的措施。

5.存在問(wèn)題

本小組在通過(guò)目視解譯分析數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)了最早出現(xiàn)的灰色平頂儲(chǔ)水罐已有106個(gè)出現(xiàn)銹蝕的情況，分別約占灰色平頂儲(chǔ)水罐和所有儲(chǔ)水罐的20%和10%。

6.研究結(jié)論

日本針對(duì)福島核電站事故采用了將經(jīng)過(guò)處理的放射性水儲(chǔ)存在儲(chǔ)存罐中以防止核輻射帶來(lái)的危害，但儲(chǔ)存罐的數(shù)量每年均在上升，受到罐體壽命、存放空間等諸多限制，以此作為事故善后是一個(gè)有效但不能長(zhǎng)久維持的方案，改善計(jì)劃迫在眉睫，日本需盡快作出處理，同時(shí)必須對(duì)接下來(lái)的做法對(duì)生態(tài)環(huán)境以及人類安全帶來(lái)的影響做長(zhǎng)足的考慮，如：維護(hù)放射性水的儲(chǔ)存，等待其中放射性元素大部分發(fā)生衰變，放射性大大減小，再將廢水合理排放;在降溫后用硼砂填滿堆芯，然后用水泥徹底封住反應(yīng)堆;請(qǐng)求其余國(guó)家?guī)椭?利用核反應(yīng)快速消耗核原料;將核廢料送入太空;深度鉆孔掩埋;海床下儲(chǔ)存核廢料等措施，堅(jiān)決避免直接將污水傾倒入海洋等不妥的做法。