粵港澳大灣區某地天然放射性環境調查與評價

趙迷迷

（廣東省核工業地質局二九二大隊，廣東 廣州 510800）

近年來，人居環境引起全世界的關注，人居環境可持續發展已經成為全球性的普遍綱領，而天然放射性輻射是衡量優質人居環境的一項重要指標。人類在長期的實踐和應用中發現，少量的輻射不會危及人類的健康，過量的輻射會對人體產生傷害，使人致病、致癌，甚至失去生命。

20世紀80年代，原國家衛生部、原國家環境保護總局開展了全國性的放射性環境調查，全面摸清了我國環境天然放射性現狀水平、分布及其規律，估算了全國居民的受照射劑量（王其亮，1987；何振蕓等，1992）。2007年原國家環境保護總局建立了國家輻射環境監測網，截至2019年，全國共布設空氣吸收劑量率監測站167個，包括120個地級及以上城市輻射環境連續監測和236個地級及以上城市的累積劑量監測（中華人民共和國生態環境部，2018；2019；2020）。此外，廣東省、福建省、江蘇省等地區也相繼開展了部分區域的放射性環境調查（莫純鑾，2010；王春梅等，2015；史天驕等，2009；張保生等，2017；韓志濱等，2020；陳斌等，2004）。然而，上述天然放射性調查均為小比例尺的區域性調查，一般將工作區劃分為20 km×20 km～25 km×25 km的網格，在每一個網格中布設測點，同時進行原野、道路、室內γ輻射劑量率測量，或者采用自由網格的方式，不規定測點位置，在城市中隨機選擇點位進行測量，且觀測網格普遍較稀，獲得的樣本數也較少。但是城市建設過程中，不同程度的土地開發和建筑材料的使用，地表環境的放射性核素具有較大差異，因此，在城市開展天然放射性環境調查時，必須采用較大比例尺的地表γ輻射劑量率測量。

工作區位于粵港澳大灣區的核心區，區內地形是在華南準地臺的基礎上，經過漫長的氣候變化和風雨侵蝕，形成了以沖積平原為主，低山丘陵臺地錯落其間的水鄉地形地貌。出露地層以廣泛發育的新生界第四系為主，在中部出露有大面積的花崗類巖石，沉積巖出露較少。區域內曾開展的放射性環境調查工作有：2002—2004年，原中國國土資源航空物探遙感中心在廣東省南部開展了面積為15000 km2的航空放射性測量，取得了詳細的天然放射性水平分布狀況，發現華南某地區天然放射性輻射水平相當高，并查明了地質影響因素和分布特征，為廣東省南部發達地區的輻射生態環境評價提供了寶貴的資料（吳其反等，2005；方迎堯等，2007）；2013—2016年，廣東省核工業地質局輻射環境監測中心對廣東省陸地區域進行了原野、道路、室內等場所的γ輻射劑量率調查和就地γ能譜測量，分析了土壤、水、底泥巖石、生物樣等介質樣品，基本查明了全省環境介質天然放射性的輻射水平、現狀和分布以及對人居環境的影響。2020年，中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所組織開展了廣東省部分地區土壤放射性核素的測定和劑量評估，表明廣東省土壤核素水平高于國內和全球的平均水平，是我國天然放射性高背景區，但γ輻射劑量率、等效鐳比活度和年有效劑量率遠低于安全值，廣東省放射性水平處于正常范圍（楊劍洲等，2020）。因此，工作區內尚未開展過較大比例尺專項放射性環境調查工作，2020年5月—10月，筆者在工作區內開展了1∶25000環境地表γ輻射劑量率測量，旨在查明工作區內的放射性環境情況，獲得環境γ輻射天然本底水平及其分布資料和人類實踐活動所引起的環境γ輻射水平變化的資料，估算公眾成員因環境γ輻射所致的有效劑量，為評價城市地質環境承載力、構建城市地質數據庫、開展城市地質信息服務積累可靠的數據和資料，為城市的規劃、管理、綜合開發和治理提供依據。

1 儀器與方法

1.1 儀器設備

采用FD-3013H環境監測用γ輻射劑量率儀，根據HJ 1157－2021《環境γ輻射劑量率測量技術規范》，測量地表上方1 m處由周圍物質中的天然核素和人工核素發出的γ射線產生的空氣吸收劑量率值。該儀器耐用防水，輕便易于攜帶，能有效節約測量時間和人力，適宜于野外工作。儀器量程下限不高于1×10-8Gy·h-1；相對固有誤差＜±15%；能量相應為50 keV～3 MeV，相對響應之差＜±30%（相對137Cs參考γ輻射源）；角響應為0～180°且R’/R≥0.8（137Cs參考γ輻射源，R’為角響應平均值，R為角響應值）；溫度為－10～＋40℃（即時測量儀表）；相對濕度＜95%（35℃）。本次工作共投入使用該儀器8臺，經廣東省核工業地質局放射性計量站和上海市計量測試技術研究院華東國家計量測試中心進行檢定，儀器準確性均符合檢定要求。在測量條件一致的情況下，投入使用的8臺儀器分別置于同一標準源測量，儀器的相對誤差值為-8.93%～5.36%，均在±10%以內，儀器的一致性合格。利用同一標準源分別對8臺儀器進行短期穩定性檢查，儀器的相對誤差值為-3.42%～3.54%，均在±10%以內，儀器的短期穩定性檢查合格。野外測量工作每天使用儀器前、后，選擇固定測點處進行儀器的長期穩定性測量，儀器的相對誤差值為-9.8%～9.84%，均在±10%以內，儀器的長期穩定性檢查合格。

1.2 工作方法

（1）布點原則

測量工作開始之前先選擇數條踏勘路線進行巡測，根據巡測結果，將人口密集的城鎮區、斷裂構造點附近、花崗巖裸露區等劃分為重點調查區，采用250 m×100 m的測量網度布置測量點；其他區域劃分為一般調查區，采用線距500 m×100 m的測量網度布置測量點。當發現異常區域時，加密網度布置測量點，其中當測點位于重點調查區時，按線距250 m×50 m的加密網度布置測量點；當測點位于一般調查區時，按線距250 m×100 m的加密網度布置測量點。測線的布置垂直于主要構造線、地層接觸界線，并與土壤遷移方向及河流流向基本一致。

由于工作區位于城市轄區，部分測點位于建筑物內部或私人轄區，難以到達指定地點測量的，將測點偏移至三分之一網格間距開展測量；當測點位于水庫、河流中央等地段，且超出網格間距三分之一的，做棄點處理；當測點位于魚塘、沼澤地等地段，無法到達設計點測量的，沿可通行路線開展路線測量。本次工作區總面積約800 km2，有效測點共18016個，平均約每平方千米測點達23個。

（2）工作方法

本次工作區面積較大，傳統的紙質版圖件已經很難滿足工作需求，取而代之的是利用“奧維互動地圖”規劃測量路線，確定實時位置。測量工作之前，先將設計好的測點及測量網格的矢量數據導入“奧維互動地圖”中，并根據Google衛星混合圖中的地物地貌及道路信息，提前規劃測量路線，提高測量效率，節省工作時間；測量工作中，以手機客戶端App軟件“奧維互動地圖”中的Google衛星混合圖為底圖，到達設計點位后，先在其周圍半徑10 m范圍內巡測，用輻射劑量率儀垂直對準被測物體，在距離其1 m高處進行測量，確定好具有代表性的測量點位后，每個測量點位測量10次，單次測量時間間隔約10 s，將其記錄在原始記錄表中，并在手機客戶端APP軟件“奧維互動地圖”中相應測點位置處標注點號。同時，記錄測點的手持GPS坐標、測點序號、點號、測量日期、氣象條件、土壤類型、土地利用等信息。當發現測量數值出現異常高值時，拍攝現場測量照片和儀器讀數照片，并按照布點原則中加密網度布置測量點，查明異常高數值原因。

（3）數據處理

測量工作結束后，根據HJ 61－2021《輻射環境監測技術規范》，及時對測量數據進行自檢、互檢、可疑數據的剔除、數據樣本置信水平測試和數據分布特征檢驗等。其中，可疑數據的剔除是在仔細審查未發現有導致數據偏離一般范圍的原因后，采用Grubbs準則剔除不合理數據。本次工作取顯著性水平為0.05，置信水平為95%，10次測量數據對應的統計量T（10，0.05）為2.176，即當計算統計量T≤2.176時，此數據可不予剔除，否則剔除。剔除后取其平均值作為測點的原始測量數據，但剔除后的數據不應少于8個，否則該組數據作廢。樣本容量的確定方法一般包括經驗法和公式法，由于天然放射性水平檢測的總體樣本均值未知，故根據總體比例法確定樣本容量。本次工作共測得有效數據18016個，大于理論計算值16384個，因此樣本置信水平大于99%。

測點的環境地表γ輻射劑量率根據各個測點的原始測量數據，經修正后按公式（1）計算：

式中：Dγ為環境地表γ輻射劑量率；k為各個儀器校正因子，由檢定單位給出；R1為修正后的測量值；R2為儀器對宇宙射線的響應值（測量工作之前，按照HJ 1157－2021《環境γ輻射劑量率測量技術規范》在開闊水面上測得）。

環境地表γ輻射劑量率本底值的計算是根據各個工作區的數據直方圖的分布形態，剔除極高值點（大于平均值加3倍標準差的高值點）及極小值點（小于平均值減3倍標準差的低值點）后，按公式（2）計算本底值，按公式（3）計算標準差（λ），用以描述工作區天然放射性本底特征。

通過測量數據的處理與分析得知，數據分布形態呈近似正態分布，數據的平均值及標準差可代表工作區內的環境地表放射性水平本底值，測量數據能有效反映工作區內的環境地表γ輻射放射性水平。

2 結果與分析

（1）數據統計分析

工作區共分A區、B區和C區，全區環境地表γ輻射劑量率為20～1738 nGy·h-1，本底值為113 nGy·h-1，標準差為38，高于《1983—1990年中國環境天然放射性水平》中全國及廣東省原野γ輻射劑量率平均水平（62.8±31.2，85.3±27.4），但與周邊城市D、E、F相近（115.5±26.1、95±20、91.8±31.3），略低于G城（151.9±7.8）；略高于《2017、2018、2019年全國輻射環境質量報告》中該地自動監測站的平均水平（97.3～97.8）（表1、圖1）。因此，區內環境地表γ輻射劑量率平均水平與歷年調查結果基本一致，整體輻射環境未發生明顯的變化。

圖1 2020年測量數據與歷年文獻數據對比圖Fig. 1 Comparison of measurement data from 2020 with historical literature data

表1 各工作區環境地表γ輻射劑量率測量結果表Tab. 1 Results of surface γ radiation dose rate measurement in each working area

（2）異常高數值區（點）分析

將γ輻射劑量率高于本底值加3倍標準差及以上數值點確定為異常高數值區（點），全區共發現10處，其中A區8處、B區2處，總面積約1.48 km2，占工作區總面積的0.185%。異常高數值點均與區內裸露的花崗巖及斷裂構造帶密切相關（圖2），表現為直接裸露的花崗巖石場和部分斷裂構造的斷裂面，γ輻射劑量率普遍異常高。異常高數值區的平面形態與花崗巖石場采坑基本吻合，而采石場周圍植被茂密、覆蓋層較厚未見異常。個別異常高數值點與當地裝飾裝修采用的花崗巖石材密切相關。

圖2 部分異常高數值區（點）分布圖Fig. 2 Part of abnormal high value area (point) distribution chart

（3）環境地表γ輻射水平分布特征及影響因素分析

通過繪制γ輻射劑量率等值線圖（圖3）可知，γ輻射劑量率的分布與土地利用類型及基巖裸露程度有關，表現為成片的種植區、養殖區γ輻射劑量率數值偏低，而人口密集的城鎮區、基巖裸露區γ輻射劑量率數值相對較高。因此，工作區內環境地表γ輻射水平可分為城鎮人口密集區、基巖出露區和原野區3類。

圖3 A工作區γ輻射劑量率等值線圖Fig. 3 The γ radiation dose rate contour map of working area A

經統計，各工作區內人口密集區的環境地表γ輻射水平略高于天然本底值2.48%～13.73%（表2），主要原因為：人類在發展過程中，在土方開挖、室內外裝修等工程建設過程中，將地表覆蓋物進行了擾動或者揭露，將原本在地下，對人的生活環境沒有影響的天然放射性物質提升至地面，使得放射性本底較高的巖石或其風化物暴露于空氣中，增加了放射性核素與空氣的接觸面，在地表自然環境的影響下，放射性核素隨著巖石的風化擴散到了空氣中或水中，從而增加了當地的放射性水平。

表2 各城鎮人口密集加密區測量結果統計一覽表Tab. 2 Statistical table of measurement results in densely populated areas of cities and towns

基巖出露區環境地表γ輻射水平普遍高于天然本底值3.92%～65.29%（表3），其中花崗巖基巖出露區高于天然本底值8.26%～65.29%，這是因為花崗巖往往含有鐳、釷、鉀等放射性元素所致。而片巖和砂礫巖地區環境地表γ輻射水平分別略高于天然本底值3.92%和5.88%；砂巖地區環境地表γ輻射水平略高于天然本底值17.31%。

表3 各基巖出露區測量結果統計一覽表Tab. 3 Statistical table of the measured results in the exposed areas of bedrock

原野區環境地表γ輻射水平普遍低于環境本底值（表4），其中連片的水產養殖區內環境地表γ輻射劑量率低于環境本底28.10%，蔬菜種植區、園藝園林區和其他經濟作物區內環境地表γ輻射劑量率低于環境本底17.65%～40.20%。

表4 各原野區測量結果統計一覽表Tab. 4 Statistical table of field survey results

（4）公眾劑量估算

根據HJ 1157－2021《環境γ輻射劑量率測量技術規范》，環境γ輻射致公眾成員年有效劑量采用公式（4）估算：

式中，He為有效劑量當量，單位為Sv；Dγ為環境γ輻射空氣吸收劑量率，單位為Gy；K為空氣吸收劑量與有效劑量的換算系數，取值為0.7，單位為Sv·Gy-1；t為人員每年在測量點位環境中的停留時間，取值為8760 h。

因此可估算工作區內居民所受環境地表γ輻射所致公眾人均年有效劑量平均值為0.693 mSv·a-1，高于1983—1990年全國和全省的平均水平，但低于1983—1990年周邊城市D、G的平均水平，與2017—2019年全國輻射環境質量報告中的水平相當。

根據GB 18871－2002《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》，實踐使公眾中有關關鍵人群組的成員所受到的平均劑量估計值不應超過年有效劑量1 mSv，可圈定異常（區）點4處，其中1號異常區域面積最大，約為0.75 km2，異常區與1處采花崗巖石場密切相關，公眾人均年有效劑量平均值為1.278 mSv·a-1。目前場地內為石料加工廠，已停止采礦活動，場地內有常駐工作人員數名，需適當減少停留時間，做好防護措施；其他3處為廢棄的花崗巖采石場或裸露的斷裂構造面，無常駐人員，影響較小。

3 結論與建議

（1）通過對粵港澳大灣區某市開展環境地表γ輻射劑量率測量，基本了解了工作區內的放射性環境情況，獲得了環境γ輻射天然本底水平及其分布資料，通過與歷年數據比較，工作區內整體輻射環境未發生明顯的變化，且處于正常水平。根據環境影響因素將γ輻射水平可大致分為城鎮人口密集區、基巖出露區和原野區3部分，其中城鎮人口密集區和基巖出露區環境地表γ輻射水平普遍高于環境本底值，而原野區環境地表γ輻射劑量率低于環境本底值。

（2）區內共發現異常高數值區（點）共10處，總面積約1.48 km2，占工作區總面積的0.185%，均位于花崗巖裸露區，部分為采石場。建議在異常區內開展土壤氡濃度測量、空氣氡濃度測量，及土壤樣、巖石樣、固體樣、水樣和底泥樣等取樣工作，進一步綜合評價異常高數值區域內的天然放射性環境質量現狀。

（3）對于γ輻射劑量率較高數值點及公眾劑量外照射量大于1 mSv的點，不適宜人類長期居住，城市規劃中應盡量避開，確需規劃使用的需避免建成人員密集場所，并采用覆土、植樹、植草或建成混凝土地板等方法設置屏蔽體。對于已廢棄的采石場及城市建設中導致裸露的花崗巖體應盡早進行覆土、植樹、植草，對于尚處于生產中的工作人員，需嚴格把控停留時間。

（4）在城市地質調查中，采用網格化布設測量點，開展大比例尺環境地表天然輻射水平調查，是有效評估城市環境承載能力的有效手段。建議在粵港澳大灣區其他區域內開展放射性環境調查工作，針對異常高數值點建立長期監測站，評估放射性環境影響，從而為建立宜居宜業宜游的優質人居環境奠定基礎。