江西某鈾尾礦庫監測評價與信息管理系統設計

發布時間：2023-07-10 09:59

摘要 I

Abstract Ill

1緒論 1

1.1研究背景及意義 1

1.2國內外研究現狀 2

1.2.1鈾尾礦治理研究方面 2

1.2.2監測評價和信息安全管理方面 3

1.3研究內容與思路 5

2鈾尾礦庫事故風險評價 7

2.1鈾尾礦庫事故分析 7

2.1.1鈾尾礦庫事故因素分析 7

2.1.2鈾尾礦庫故障樹分析 8

2.2鈾尾礦庫事故指標體系的建立 9

2.2.1指標選取原則 9

2.2.2確立指標體系 9

2.2.3指標權重分析 10

2.2.4指標權重確定 12

2.2.5指標賦值 14

2.2.6鈾尾礦庫事故風險評估模型 17

2.3鈾尾礦庫潰壩事故危害分析 17

2.3.1潰口寬度與尾礦砂流速計算 17

2.3.2壩址最大砂流量計算 18

2.3.3潰壩流量過程曲線 18

2.3.4鈾尾礦庫斷面最大流量與到達時間 19

2.3.5最大流量處平均淹沒深度 19

2.3.6污染面積計算 20

2.4本章小結 20

3江西某鈾尾礦庫信息管理系統的設計及應用 21

3.1江西某鈾尾礦庫信息管理系統的設計 21

3.1.1需求分析 21

3.1.2設計原則 21

3.1.3開發環境 22

3.1.4功能設計 22

3.2江西某鈾尾礦庫信息管理系統的應用 23

3.2.1系統界面 23

3.2.2基礎數據管理 24

3.2.3數據可視化管理 27

3.2.4監測結果分析與劑量估算 30

3.2.5鈾尾礦庫風險評價計算 31

3.2.6鈾尾礦庫事故危害分析計算 32

3.3本章小結 34

4環境監測與結果分析 35

4.1研究區域概況 35

4.2環境監測方案 36

4.3監測數據采集 37

4.3.1伽馬空氣吸收劑量率 37

4.3.2地表氡析出率 38

4.3.3大氣氡及其氡子體濃度 39

4.3.4水中鈾和鐳的含量 39

4.4管理限值 39

4.5監測結果分析 40

451y輻射劑量測量結果 40

4.5.2地表氡析出率測量結果 42

4.5.3空氣中氡濃度測量結果 43

4.5.4水中鈾和鐳-226 含量的測量結果與分析 45

4.5.5劑量估算 47

4.6本章小結 48

5結論與展望 49

5.1結論 49

5.2存在的不足與展望 49

致謝 51

參考文獻 53

圖表目錄

圖1.1 我國鈾尾礦和廢石場分布圖 1

圖1.2 研究思路 6

圖2.1 鈾尾礦庫故障樹 8

圖2.2 流量過程概化曲線 19

圖3.1 開發路線 22

圖 3.2 登錄界面 24

圖3.3 系統主界面 24

圖3.4 數據查詢與管理 25

圖3.5 數據導入 26

圖3.6 數據導出 26

圖3.7 數據可視化管理界面 27

圖3.8 監測數據查詢 28

圖3.9 監測點信息及測點圖例改變 28

圖3.10 剖面圖繪制 29

圖3.11 數據格式轉換 30

圖3.12 監測結果分析與劑量估算界面 30

圖3.13 監測結果分析與結果評價界面 31

圖3.14 尾礦砂流量隨距離的變化 33

圖3.15 尾礦砂深度隨距離的變化 34

圖4.1 工區概況 35

圖4.2 y空氣吸收劑量率測點分布 36

圖4.3 氡析出率和大氣氡及其子體濃度測點分布 36

圖4.4水樣測點分布 37

圖 4.5 y 劑量率測量 38

圖 4.6 氡析出率測量 38

圖4.7 大氣氡及其子體濃度測量 39

圖4.8 2013至2018丫劑量率等值線圖 41

圖4.9 2013至2018年y輻射劑量率平均值變化圖 42

圖4.10 2013至2018地表氡析出率等值線圖 43

圖4.11 2013至2018氡濃度等值線圖 44

圖4.12 枯水期、平水期和豐水期所測得鈾和鐳-226在水中的含量以及管理限值

圖4.13 枯水期、平水期和豐水期的鈾和鐳-226標準指數 47

表 2.1 鈾尾礦庫事故風險指標體系 10

表 2.2 判斷矩陣重要度賦值 11

表 2.3 RI 取值 12

表 2.4 準則層判斷矩陣重要度賦值 12

表 2.5 自然災害的指標權重計算 12

表 2.6 壩體穩定性的指標權重計算 13

表 2.7 壩體滲流的指標權重計算 13

表 2.8 日常監管的指標權重計算 13

表 2.9 鈾尾礦庫事故風險指標的綜合權重 14

表 2.10 降水分級 14

表 2.11 地震分級 14

表 2.12 地質構造分級 14

表 2.13 壩坡比分級 15

表 2.14 顆粒直徑分級 15

表 2.15 現狀壩高分級 15

表 2.16 堆積容重分級 16

表 2.17 排滲情況分級 16

表 2.18 排水設備分級 16

表 2.19 安全管理分級 16

表 2.20 日常監測分級 17

表 2.21 應急管理分級 17

表 2.22 流量過程概化情況 18

表 3.1 事故風險指標賦值 31

表 3.2 鈾尾礦庫潰壩事故初期情況 32

表 3.3 各斷面處最大流量情況 32

表 3.4 各斷面的尾礦庫砂流最大深度與速度 33

表4.1 2013至2018年鈾尾礦庫y輻射劑量率監測結果 40

表4.2 2013至2018年鈾尾礦庫地表氡析出率監測結果表 42

表4.3 2013至2018年鈾尾礦庫空氣中氡濃度監測結果表 45

表 4.4 采樣點水中鐳-226、鈾的含量范圍值 45

表 4.5 單因子污染指數等級劃分標準 46

表4.6 2013至2018年年均照射劑量計算值 48

1緒論

1.1研究背景及意義

隨著核技術與核工業的不斷發展，對鈾礦資源的需求也在日益增加。按照我國核電中長期的發展規劃，在“十三五”末期，我國在運核電裝機容量將達到5.8萬兆瓦，在建機組將達到3萬兆瓦以上，機組總數將位居世界第二位［1］。在對鈾礦資源開采和冶煉過程中，會對當地的空氣、土壤以及地下水環境帶來了不同程度的放射性污染。如果控制不當，將會嚴重危害當地居民的健康甚至是生存問題。我國由于鈾礦開采以及鈾水冶而形成的鈾廢石場、鈾尾礦庫等場所現有約一百八十處，分布在全國十四個省地區，三十多個地縣，鈾尾礦數量己達數千萬噸。它們在全國的分布情況如圖 1.1 所示［2］。

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■ 鈾分布

圖 1.1 我國鈾尾礦和廢石場分布圖

Figure 1.1 Distribution of uranium tailings and waste rocks in China

由圖 1.1 可知，大部分的廢石場和鈾尾礦分布在人口稠密的湘、贛、粵地區。如此大量的廢石和尾礦距離人群居住地近，對周邊生活的居民健康存在很大威脅。湘、贛、粵地區平均年降雨量在一千兩百到兩千毫米之間，年均氣溫在十四到二十攝氏度。雨水充沛、氣溫高、河流眾多，放射性廢物對土壤、水體的污染風險極高［3］。此外，開采完畢之后的鈾礦山、水冶廠以及其它鈾礦冶設施運行期滿關閉之后，仍然會持續產生放射性物質，對周邊環境形成放射性照射，并且會增加周邊生活的居民的額外輻照劑量。因此，對退役之后的鈾礦冶設施進行退役治理以及環境評價是十分重要的，不僅能確保周邊生態環境的可持續發展，更確保周邊居民的生活健康。在2017年 3 月23日，國務院批準實施《核安全與放射性污染防治“十三五”規劃及2025年遠景目標》充分體現了黨中央、國務院對核安全與放射性污染防治工作的高度重視，體現了黨中央對人民群眾切身利益的高度關切［4］。同時，開采之后的鈾尾礦以及鈾礦廢石一般堆置于依山而建的尾礦庫中，形成一個高勢能的人造泥石流危險源，同時存在著潰壩的可能，如果監測防護不當，將會對下游周邊的居民以及其它設施形成危害［5］。從災害成因上分析［6-10］，上游式筑壩方式相對其它方式而言更不穩定，事故發生幾率較高的均為土壩；尾礦庫事故的主要引發因素為洪水漫頂和壩體滲漏所造成的。

因此，通過對鈾礦冶設施的長期監測，以確保周邊居民的健康是非常重要的。于上個世紀90年代，我國就已經開始了鈾礦冶設施的退役治理工作，至今已有二十多家鈾礦冶企業進行了鈾礦冶設施的退役治理工作。在積累了幾十年的退役治理的經驗后，我國根據國情制定了一些列的鈾礦冶設施退役的相關法律法規，來指導和規范我國鈾尾礦庫的治理工作。我國規定的鈾礦冶設施治理后安全穩定壽期為100年，而加拿大和美國規定的壽期少則200年，最長可達1000年［11］。然而，鈾礦冶設施的退役治理工作是一項綜合性復雜的系統工程，由于我國鈾礦冶設施退役治理相較于其它國家歷史相對較短，我國鈾礦冶設施的退役治理在退役環境質量評估技術、管理等方面仍存在很大程度上的不足，仍有一些技術性的難題亟待解決。例如：鈾尾礦庫是一個開放的系統，隨著時間流逝，各項治理工程可能會遭受人為損壞以及自然侵蝕，長此以往，鈾尾礦庫的治理效果是否能始終如一，是否又會出現新的問題。我國鈾礦冶設施環境評價研究工作主要側重于退役治理之前的回顧評價和退役治理過程中的輻射環境影響評價［12］。對已退役整治完畢后鈾礦冶設施的環境質量評價，往往只是竣工驗收時依據我國《鈾礦冶設施退役環境管理技術規定》（GB14586-93 ［13］和《軍工鈾礦冶設施退役工程治理設計的暫行規定［14］標準，將監測點數據與國家標準進行對比，得出是否“合格”的結論；對于竣工驗收后的鈾礦冶設施環境演變規律、質量現狀評價，基本上沒有開展后續的研究工作。鈾礦冶設施退役治理完畢后，如何全面、準確的衡量鈾礦冶設施退役環境質量現狀，評估鈾礦冶設施退役后環境治理效果好壞，成為我國鈾礦冶設施退役治理后亟待解決的難題。

其中鈾尾礦庫的環境數據監測是個長期性問題，需要持續性地監測數據。因此，建立鈾尾礦庫信息管理系統勢在必行。采取信息化手段，建立鈾尾礦庫信息管理系統，以先進的技術手段來管理鈾尾礦庫，預防周邊環境問題，來確保居民的健康以及生態的可持續發展。

1.2國內外研究現狀

1.2.1鈾尾礦治理研究方面

國外針對自己國家的實際情況，對鈾尾礦治理的各方面進行了以下研究：在覆蓋治理方面，澳大利亞［15］主要采取水覆蓋、土覆蓋和回填的方法并對覆蓋層種植植被；美國［16］對多種防氡抑氡覆蓋材料進行研究，使其達到防氡降氡的目的；俄羅斯［17］利用磷肥、廢渣等其它材料進行覆蓋處理了；德國［18］采用灘面上鋪設土工布的方法來解決由尾礦沙過細導致灘面孔隙水難以排除，從而引起的無法覆蓋施工的問題；法國［19］的鈾礦開采企業(COGEMA)開展了關于覆蓋廢石對尾礦氡析出率影響的實驗。在鈾尾礦庫核素遷移方面，Brookins［20］對非洲的加蓬奧克洛鈾礦中的眾多放射性核素進行了研究，并推測出放射性核素從鈾尾礦庫泄漏后的遷移規律；Alam［21 ］等人對加拿大某一受鈾污染嚴重地區的土樣進行了研究，以探究pH和不同濃度的天然有機物等因素對鈾元素的釋放機制；Ivanova I.A等人［22］通過對尾礦在厭氧環境下的研究，發現硝酸鹽、亞鐵離子微生物氧化能增加黃鐵礦的氧化能力，增強了U和Th元素的遷移性。在鈾尾礦壩周邊土壤的放射性污染研究方面，M.R. Gbadamosi等人［23］通過對尼日利亞的三座大型鈾礦周圍土壤環境研究，發現當地土壤中的重金屬鉛、鎳、鉻、鎘、鐵、鋅濃度和核素鈾-238、釷-232以及鉀-40的平均活動濃度均高于世界平均值，并通過多種方法對當地居民進行風險評估，得出該鈾礦區可能會對周圍生活居民的健康存在威脅； Dong-Kwon Keum等人［24 ］通過采用Absalom模型對十七種不同性質的水稻土壤進行銫 -137沉降實驗，發現放射性核素會轉移或富集到植被或農作物當中。

我國根據退役治理工作的實際情況，進行了以下方面的研究工作：班改革等人［25］通過使用 COMSOL multiphysics 軟件模擬覆蓋層當中氡濃度的分布，并結合實驗模擬，得出覆蓋層厚度為1 米時，孔隙率為0.30是較為經濟合理的選擇方案；張輝等人［26］通過對比鈾尾礦庫和廢石堆的覆蓋抑氡實驗，確定了覆蓋物的各項屬性，此結果有利于指導覆土實施工作；董成蘭［27］通過對已知覆蓋厚度方法的現場試驗以及理論計算，指出用土壤和砂礫石等材料進行覆蓋來控制地表氡析出率是較為經濟和實用的一種方法。曾文淇［28］對鈾尾礦進行了靜態浸出和動態柱浸實驗，以模擬放射性核素U 和Th的釋放遷移特征。得出放射性元素在橫向遷移上受污染源影響較大，在縱向遷移上受土壤介質的組織效應對其影響較大。楊巍等人［29］通過對南方某退役鈾尾礦庫周圍環境的土壤和水質進行調查研究，發現鈾尾礦庫對周邊一定范圍內的土壤和水體會產生污染；劉平輝等人［30］通過對華東某鈾礦區采集的土樣進行質譜測定，并采取單因子指數法對水稻中放射性核素鈾進行污染情況評價，發現整個礦區的水稻土壤含量均超過當地背景值，通過計算發現，正在采礦區中的鈾含量變異系數異常的高，說明人類活動對其影響強烈；姚高揚等人［31］通過研究南方某退役鈾尾礦庫周邊土壤中放射性核素的分布特征，發現土壤中的放射性核素分布不均，且受土壤理化性質、降水量以及與鈾尾礦庫的距離等許多因素共同影響。

1.2.2監測評價和信息安全管理方面

世界上的各個國家都非常重視鈾礦冶設施監測評價以及其信息安全管理。 IAEA 很多成員國都已經制定了中長期的監測計劃與效果評價方案，以驗證退役后的環境是否符合設計與管理要求，是否達到國家或者IAEA標準相關的限值要求。美國在退役治理過程中，要求鈾尾礦庫的222Rn的地表析出率不高于0.74Bq/(m2?s)或是處置區外任意一點的氡濃度值不高于18.5Bq/m3［2］。又于1981年提出了 “鈾尾礦補救行動計劃（UMTRAP）”，并于1983年頒布了一系列污染清理技術指標，以配合“鈾尾礦補救行動計劃”的實施［11］。德國對鈾礦冶設施的退役治理以恢復被污染環境的生機為主要目標，要求被污染區域的水體能恢復到與天然水質相當的標準。為了對鈾礦冶設施進行環境監測和評價，于1990年建立了相應的數據管理庫［32］。英國鈾礦冶設施退役治理后的監測評價綜合考慮了放射性與非放射性各種因素的影響，從環境影響、健康與安全、動植物群落、社會經濟等方面進行監測評價技術研究［33］。澳大利亞、加拿大、法國、羅馬尼亞等國家［34-37］也先后對本國的鈾礦冶設施（廢石堆、尾礦庫、建（構）筑物、污染的土地以及環境）開展了退役治理工作，并制定了退役后的水環境、空氣環境的長期監測評價方案，以評價當地的環境綜合質量和工程效果。

盡管國內有許多學者做了許多鈾礦冶設施退役環境監測和評價研究，但是針對退役鈾礦冶設施的信息管理系統方面鮮有涉及，然而在礦山數據庫和其它尾礦庫信息管理領域已經展開了相關的研究工作，并有了較好的應用和發展。在鈾礦冶設施監測和評價方面，張宇［38］對我國某大型鈾尾礦區進行調查研究，對污染區域土壤的污染因子和評價指標進行篩選劃分，以含有微生物為指標，建立了土壤污染風險評價模型，并提出相應的鈾尾礦土壤污染治理的措施；張少偉［39］采用三維激光掃描技術對鈾尾礦庫進行監測，通過獲取鈾尾礦庫“面”式三維點云數據，并提取相關特征從而反映鈾尾礦庫表面的實時變化，從而對鈾尾礦庫的安全性進行分析和評價；張冠宇［40］通過對鈾尾礦庫安全致災因子進行識別劃分，建立了風險指標評價體系，又根據指標權重建立了模糊綜合評價模型。左曉輝等人［41］通過對尾礦壩壩體進行位移、浸潤線、降雨量、干灘長度、庫區水位等相關參數監測，并建立了安全管理平臺，以提高尾礦庫的安全管理水平；張艷［42］通過構建鈾尾礦庫地下水污染風險評價模型，以降低評價體系中的不確定性，并提出了“多層次—未知測度—集對分析的風險評價方法。在尾礦庫信息管理系統方面， 2004 年，國際原子能機構專家在核設施退役源項調查會議上介紹了退役過程中使用的數據庫管理模式，結合國內鈾尾礦庫的情況，對鈾尾礦庫周邊環境中的農田、池塘、農作物和y輻射劑量率建立相匹配的信息數據庫，為鈾尾礦庫的退役治理提供服務［43］；王懷杰等人［44］建立了一套鈾礦冶生產過程的數據庫系統，實現對鈾礦山開采的科學管理，對降低鈾礦冶生產成本、提高經濟效益、指導我國鈾礦系統的生產經營，具有重要的現實意義和歷史意義；劉永闊等人［45］通過收集退役核設施的相關信息，開發了基于退役核設施的信息管理系統，并對數據進行分析。該系統可提升退役過程中的管理能力，優化工作安排，減少工作人員不必要的輻射傷害；張鑫［46］通過建立商洛市尾礦庫信息安全管理系統，以提高商洛市尾礦庫安全管理以及信息化建設的水平，確保水源地的生態安全；顏奇［47］應用 GIS 技術設計了尾礦庫安全管理信息系統，不但完善了對尾礦庫資料的整編和保存，還能監測尾礦庫壩體情況，并能對所觀測到的信息進行分析和評價，保證尾礦庫的安全；孫雅楠等人［48］采用 HTML 和CSS語言，并結合Web開發，設計了尾礦庫遠程信息管理系統，使得尾礦庫的安全管理水平進一步有所提高。

我國鈾礦冶設施退役治理工作已有20余年，對于鈾礦冶設施退役治理后相應的信息管理系統的建立，有必要借鑒國外的先進經驗以及國內其它相關領域的成果，從而進行我國鈾礦冶設施退役治理后的監測、數據管理及環境質量綜合評價方面的研究工作，為我國鈾礦冶設施退役治理服務。

1.3 研究內容與思路

本論文的主體內容有三部分，第一部分是通過對國內外鈾礦冶設施退役治理以及相關領域的信息管理系統的資料收集和調研；第二部分是依據該鈾尾礦庫情況建立鈾尾礦庫風險評價體系，并通過對鈾尾礦庫需求的分析，結合ArcGIS組件進行二次開發，設計相應的鈾尾礦庫信息管理系統，目的是實現監測數據可視化，以信息化手段提高鈾尾礦庫的信息管理能力；第三部分是通過對我國南方某退役鈾尾礦庫進行實地勘察調研，進行采樣和環境監測，并對結果進行分析，對當地環境輻射水平情況進行評價。

本文研究內容主要有以下幾個方面：

（1）通過層次分析法確定鈾尾礦庫潰壩風險評價指標，建立鈾尾礦庫風險評價體系，并對其進行壩體潰壩事故的風險計算；

（2）通過學習信息管理系統的相關知識，結合 ArcGIS Engine 組件進行二次開發，設計了鈾尾礦庫信息管理系統，實現了對監測數據的存儲、查詢、管理和分析等功能；

（3）利用 ArcGIS 的圖層疊加功能，能更加直觀的顯示鈾尾礦庫各個監測點的測量值的大小，從而能更進一步確定鈾尾礦庫各個區域可能存在的輻射危害；

（4）對南方某退役鈾尾礦庫進行實地勘察和調研，之后進行監測方案的制定和實施，并對監測數據進行匯總和整理，從而進行結果分析，計算當地的輻射水平情況；

（5）根據國家相關行業的標準規范，采用單因子指數方法對鈾尾礦庫周邊水體中的放射性核素進行評價。

本文的研究思路如圖 1.2 所示：

整理

監測結果

分析與劑

量估算

民量算居劑估

鈾尾礦庫信息管

理系統

圖 1.2 研究思路

Figure 1.2 Research approach

2鈾尾礦庫事故風險評價

鈾尾礦庫風險評價是將鈾尾礦庫視為風險源，對尾礦庫退役之后發生災害的各種可能性進行分析，提出鈾尾礦庫的事故指標體系，從而提出相應地降低鈾尾礦庫風險的辦法。“風險”一詞比較通用和嚴格的定義如下：風險（人）是事故發生概率（P）與事故造成環境（或健康）后果（C）的乘積，即：

鳳危害/單位時間］=P［事故/單位時間］xC［危害/事故］（2.1）

參照此定義，鈾尾礦庫的事故風險（人）為鈾尾礦庫事故發生的概率（P）與鈾尾礦庫事故造成的環境（或健康）后果的乘積，即：鈾尾礦庫風險人=鈾尾礦庫事故概率px事故后果Co

2.1鈾尾礦庫事故分析

2.1.1鈾尾礦庫事故因素分析

鈾尾礦庫不同于其它尾礦庫的地方是，鈾尾礦庫多了放射性方面的危害，因此從鈾尾礦庫事故概率分析中不僅要考慮一般尾礦庫所造成事故的行為，還要考慮放射性因素所帶來的危害。

張家榮、劉建林［49］對我國 109起尾礦庫事故進行了統計分析，發現尾礦庫潰壩事故在所有發生的事故當中概率最大，且對下游生態環境，以及居民生活區影響最為嚴重。當尾礦庫發生潰壩事故之后，堆積在尾礦庫庫區之內的高勢能尾礦砂隨之傾瀉而出，沖擊下游的交通干道以及建筑物等基礎設施，并造成群眾傷亡和財產的損失。如果下游還存在農田、河流和水源地，尾礦中的重金屬等有毒有害物質還將污染田地和水域。若是鈾尾礦庫發生潰壩事故，除了以上惡劣的影響，還會伴隨著對周圍環境的放射性污染，以及增加周邊居民的額外照射劑量，危害當地生態環境以及居民的人生健康。我國尾礦庫潰壩事故發生的原因主要為以下幾方面：管涌破壞、洪水漫頂、壩體不穩以及地質災害。

根據以上分析，可以將鈾尾礦庫事故因素分為以下幾點：

1）自然災害由于極端天氣因素所帶來的強降水，或出現強烈地震情況導致鈾尾礦庫潰壩情況

的發生。

2）勘察設計盡管此類因素所導致的事故相對很少，但是若在勘察時地質勘測不明確，設計方

案有所欠缺都是鈾尾礦庫發生事故的潛在威脅。

3）施工

在施工時，施工單位未按照施工標準，擅自改變施工材料，或是未按設計參數的壩坡比進行施工，導致鈾尾礦庫穩定性降低，從而引發事故。

4）日常管理

對日常管理工作的不到位，比如：當地居民對尾礦庫內的覆蓋砂石進行挖掘作為自家建筑材料使用，從而導致壩體結構被破壞；平時疏于巡查，未能及時發現防洪，排水設施的堵塞或者損壞；缺少專業管理人員以及應急管理機制制度的不完善。

5）放射性

鈾尾礦庫中的尾礦砂是含有放射性的，如果覆土層被破壞，或是尾礦庫遭到破壞，都將對尾礦庫周圍環境產生放射性污染。比如：尾礦庫上有過多的樹木等植被，植被發達的根系將會破壞覆土層導致尾礦庫的地表氡析出率的增加；不知情的居民搬運鈾尾礦庫上的砂石土料用以家用，將導致居民受到額外的放射性照射，影響居民的健康。

因此，要提高鈾尾礦庫的各個環節的監督管理水平，以降低鈾尾礦庫事故風險。

2.1.2鈾尾礦庫故障樹分析

依據造成鈾尾礦庫事故的成因，以鈾尾礦庫事故作為頂事件，從自然災害、壩體安全、日常管理以及放射性四個方面分析頂事件，從而建立鈾尾礦庫事故的故障樹，故障樹如圖 2.1 所示

圖 2.1 鈾尾礦庫故障樹

Figure 2.1 Fault tree of uranium tailings

圖中T為頂事件（不希望發生的事件），代表鈾尾礦庫事故；Zi和Yi為中間事件

（位于頂事件與底事件之間），Zi為自然災難；Z2為壩體事故；Z3為管理問題；Z4為放射性超標；Y1為山體滑坡；丫2為洪水漫頂；丫3為地震液化；丫4為壩體不穩；丫5為壩體滲流；丫6為應急管理問題；丫7為運營問題；丫8為排水不及時；丫9為筑壩問題; Y10勘察設計問題；Y11為排水設備問題；Xi為底事件（位于故障樹底部，且不必再分解的事件），除了 X18為菱形事件（一定條件下可以忽略的的次要事件），其余的均為基本事件（已經探明或尚未探明其發生原因，而有失效數據的底事件），X1為超預期的特大地震災害；X2為鈾尾礦庫存在工業活動；X3為鈾尾礦庫地基不牢固；X4為超過排水設備最大限度的降雨；X5為持續性的地震災害；X6為用于筑壩的材料結構較細；X7為鈾尾礦庫壩體存在滲流情況；X8為鈾尾礦庫監測不到位；X9為應急體制漏洞; X10為鈾尾礦堆放不合理；X11為平日監管缺失；X12為較大的降雨量；X13未能及時采取其它排水措施；X14未按設計參數進行施工；X15為施工時未按標準改變了壩坡比；X16為選擇建立鈾尾礦庫地址不合適；X17為鈾尾礦庫設計方案有缺陷；X18為無排水設施；X19為排水設施損壞；X20為排水能力不足；X21為鈾尾礦庫周邊土壤和水域存在放射性污染；X22為鈾尾礦庫地表氡析出率和伽馬空氣吸收劑量率等放射性指標超標。

2.2鈾尾礦庫事故指標體系的建立

2.2.1指標選取原則

對于鈾尾礦庫來說，發生事故的因素是多方面的。因此，對于鈾尾礦庫事故的指標選擇不但要包含事故可能發生的因素，還要能反映事故發生的規律，這樣便于對鈾尾礦庫事故的風險做出評價。所以，對于鈾尾礦庫事故指標的選取并建立指標體系應當遵循以下原則。

第一條，簡明扼要。由于可能導致事故發生的因素眾多，主要選取那些能夠準確反映事故的指標，以減少不必要的工作量。

第二條，可行性。對于事故發生需要搜集的信息，有條件收集并且能做量化處理，從而能準確地反映事故的危害程度。

第三條，系統性。事故的發生是個復雜的過程，所確定的指標間既要有一定的關聯性又要有相對的獨立性。

第四條，科學性。對于指標的選取，必然要遵循科學依據，能真實有效地反映事故發生的情況。

2.2.2確立指標體系

根據鈾尾礦庫事故發生的因素，從自然災害、壩體穩定性、壩體滲流以及日常監管這四個方面來建立鈾尾礦庫事故風險指標體系，如表2.1 所示。

表 2.i 鈾尾礦庫事故風險指標體系

Table 2.i Uranium tailings pond accident risk index system

目標層(A) 準則層(B) 指標層(C)

降雨(Ci)

自然災害(Bi) 地震(C2)

地質構造(C3)

壩坡比(C4)

壩體穩定性(B2) 顆粒直徑(C5)

鈾尾礦庫事故評價指標(A) 現狀壩高(C6)

堆積容重(C7)

壩體滲流(B3) 排滲情況(C8)

排水設備(C9)

安全管理(C10)

日常監管(B4) 日常監測(C11)

應急管理(C12)

在這個指標體系中，以分析鈾尾礦庫事故為目標，將自然災害、壩體穩定性、壩體滲流和日常監管為中間準則層，以降雨因素(極端氣象條件下的降水情況)、地震因素(超過預期設計的地震造成壩體內結構變化從而引起事故發)、地質構造(鈾尾礦庫地質情況影響壩體而引起壩體沉陷)、壩坡比(壩坡比較大時，鈾尾礦庫穩定性相對較好)、顆粒直徑(尾礦庫內的物質顆粒直徑越大，抗液化能力越強，壩體越穩定)、現狀壩高(堆積壩的越高，壩體風險越大)、堆積容重(堆積容重越大，抗滲流能力越強)、排滲情況(壩體排滲對于壩體透水能力的影響)、排水設備情況(排洪，降低浸潤線高度)、安全管理(減少人為活動對鈾尾礦庫壩體以及覆土層的損毀)、日常監測(對鈾尾礦庫各項指標的測量)、應急管理(事故發生時或發生后降低事故所造成的損失)這十二項作為具體的風險評價指標。

這些指標的選取體現了指標選取原則，由于以下指標與事故的關聯性或是可行性較低或是指標之間存在包含情況，因而未被選取。浸潤線監測，尾礦庫的浸潤線埋深與滲流特性息息相關［50］，由于該鈾尾礦庫建成年份較早，有些設施未能安裝，并且后期禁止在鈾尾礦庫上鉆孔，因此這個指標是無法監測的。此外，尾礦庫庫區水位與灘頂高度差，由于該鈾尾礦庫區水位部分已經被土石料完全覆蓋填平，因而已經不存在庫區水域。而工業活動，以及放射性監測等指標被歸屬于日常安全管理范疇之內。

2.2.3指標權重分析

指標的權重代表了指標的重要性，分析指標所占的權重，能夠有效地估測事故危

害的嚴重性。采用層次分析法來確定個指標權重的大小，通過對兩兩要素分析，以判斷矩陣確立相對重要性，之后再利用數學方法對各要素進行綜合分析，確定要素的重要性排列順序。

判斷矩陣具有如下性質：

a；j= —

ij aji

對于判斷矩陣的標度方法如表2.2所示。

表 2.2 判斷矩陣重要度賦值

Table 2.2 Importance assignment of judgment matrix

因素i比因素j 量化值

同等重要 1

稍微重要 3

較強重要 5

強烈重要 7

極端重要 9

兩相鄰判斷的中間值 2、4、6、8

判斷矩陣建立好之后，再計算歸一化特征向量來檢驗判斷矩陣的一致性，判斷矩陣的特征向量求解如下所示［51］。

首先，求解矩陣中的特征橫向量：

Ci=^ nn=iSiJ （2.3）

式（2.3）中Ci為特征矩陣的橫向量；Sj為判斷矩陣中元素的值，i,J=1, 2, 3…， n。

然后對特征橫向量C= （C1，C2，…，Cn） T進行歸一化處理：

wi=CJH=iCi, （i = 1, 2,…,n）（2.4）

則向量W=（W1，W2,…，Wn） T即為歸一化后的特征向量。

接著計算判斷矩陣的最大特征值：

幾祗=扭=1晉（2.5）

式（2.5）中，Amax為特征向量的最大值，S為判斷矩陣，（SW） i為矩陣SW的第i個丿元素,i —1， 2， •…，no

最后對判斷矩陣進行一致性檢驗：

2.6)

CR=C （2.7）

式（2.6）、（2.7）中CI為一致性指標，n為判斷矩陣的階數，RI為隨機一致性指標均值，其取值如表 2.3 所示。

表 2.3 RI 取值

Table 2.3 Value of RI

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9

RI取值 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45

CR為一致性檢驗的判別式，當CR小于0.1的時候，則認為該矩陣通過一致性檢驗，反之則不具備滿意的一致性。

2.2.4指標權重確定

通過對鈾尾礦庫的事故分析以及相關資料查詢建立了如表 2.4 所示的判斷矩陣。

表 2.4 準則層判斷矩陣重要度賦值

Table 2.4 Importance assignment of criterion layer judgment matrix

A B1 B2 B3 B4

B1 1 1/5 1/3 1/3

B2 5 1 1 2

B3 3 1 1 1

B4 3 1/2 1 1

通過公式計算 W=（0.084，0.388，0.287，0.241） T，兀=4.049，CI=0.0163，根據表2.3,取RI=0.90,則CR=0.018<0.1，判斷矩陣滿足一致性檢驗的要求，該矩陣具有良好的滿意度，指標權重為（0.084， 0.388， 0.287， 0.241）。

表 2.5 自然災害的指標權重計算

Table 2.5 Index weight calculation of natural disasters

B1 C1 C2 C3 W 九max CR

C1 1 3 2 0.540

C2 1/3 1 1/2 0.163 3.009 0.008

C3 1/2 2 1 0.297

通過計算得到CR=0.008<0.1,滿足一致性檢驗的要求。與自然災害相關的指標權重為(0.540， 0.163， 0.297)。

表 2.6 壩體穩定性的指標權重計算

Table 2.6 Index weight calculation of stability of the dam

B2 C4 C5 C6 W Xmax CR

C4 1 4 3 0.625

C5 1/4 1 1/2 0.137 3.018 0.016

C6 1/3 2 1 0.238

通過計算得到C^=0.016<0.1,滿足一致性檢驗的要求。與壩體穩定性相關的指標權重為(0.625， 0.137， 0.238)。

表 2.7 壩體滲流的指標權重計算

Table 2.7 Index weight calculation of stability of the dam seepage

B3 C7 C8 C9 W Xmax CR

C7 1 1/5 1/5 0.090

C8 5 1 1 0.455 3.018 0.0001

C9 5 1 1 0.455

通過計算得到CR=0.0001<0.1,滿足一致性檢驗的要求。與壩體滲流相關的指標權重為(0.090， 0.455， 0.455)。

表 2.8 日常監管的指標權重計算

Table 2.8 Index weight calculation of stability of daily supervision

B4 C10 C11 C12 W Xmax CR

C10 1 3 3 0.594

C11 1/3 1 2 0.249 3.054 0.047

C12 1/3 1/2 1 0.157

通過計算得到CR=0.047<0.1,滿足一致性檢驗的要求。與日常監管相關的指標權重為(0.594， 0.249， 0.157)。

對準則層(B)與各項具體指標(C)進行綜合計算，鈾尾礦庫事故風險指標的綜合權重如表 2.9 所示。

表 2.9 鈾尾礦庫事故風險指標的綜合權重

Table 2.9 The comprehensive weight of uranium tailings pond accident risk index

準則層（B）具體指標（C）指標權重準則層（B）具體指標（C）指標權重

降水（C1） 0.045 堆積容重 C7) 0.025

自然災害（B1）地震（C2） 0.014 壩體滲流（B3）排滲情況（ C8) 0.131

地質構造（C3） 0.025 排水設備（ C9) 0.131

壩坡比（C4） 0.243 安全管理（ C10) 0.143

壩體穩定性（B2）顆粒直徑（C5） 0.053 日常監管（B4）日常監測（ C11) 0.060

現狀壩高（C6） 0.092 應急管理 C12) 0.038

2.2.5指標賦值根據風險概念可知，鈾尾礦庫發生事故的概率在0到1之間，因此，對指標的定量化取值應該在 0 到 1 之間。通過對國家相關分級標準以及專家學者所研究出的結果，對各項指標進行具體地賦值。

降水（C1）：對降水的分級標準，參考24h最大降水等級標準，降水賦值如表2.10 所示；地震（C2）：根據中國地震烈度，將等級分成5級，如表2.11所示；地質結構（C3）：對鈾尾礦庫地質構造的等級劃分如表2.12所示。

表 2.10 降水分級

Table 2.10 Classification of precipitation

24h最大降水量小到中雨大雨暴雨大暴雨特大暴雨

降水量（mm） 0.1~24.9 25.0~49.9 50.0~99.9 100.0~249.9 >250

賦值 0.1 0.2 0.4 0.8 1

表 2.11 地震分級

Table 2.11 Classification of the earthquake

地震烈度 5 度及以下 6度 7度 8度 8 度以上

影響基本無影響輕度影響中度影響重度影響嚴重破壞

賦值 0.1 0.2 0.4 0.8 1

表 2.12 地質構造分級

Table 2.12 Classification of geologic structure

等級地質結構情況描述賦值

I 巖體構造完整，地質不活躍、巖性地基 0.1

II 巖體構造完整，地質不活躍、軟土地基 0.2

III 巖體構造完整，有輕微的地質活動 0.4

IV 巖體構造不完整、位于小斷裂帶、地質構造活動不強烈 0.8

V 位于巖溶或是斷裂地質構造地貌，地質活動活躍 1

壩坡比（C4）：參考李全明［52 ］等人對尾礦壩潰壩風險評判的分級標準，壩坡比賦值如表2.13所示；顆粒直徑（C5）和現狀壩高（C6）：壩體物質的顆粒直徑與抗液化能力息息相關，而對于尾礦庫壩高而言，相對地面高度越高，越危險。參考劉志斌和劉媛對赤泥尾礦庫潰壩風險等級的評判標準［53］，顆粒直徑賦值如表 2.14 所示，現狀壩高賦值如表2.15所示。

表 2.13 壩坡比分級

Table 2.13 Classification of dam slope ratio

壩坡比（1:n） >5 3.0~5.0 2.0~3.0 1.0~2.0 <1.0

等級 I I I V V

賦值 0.1 0.2 0.4 0.8 1

表 2.14 顆粒直徑分級

Table 2.14 Classification of particle diameter

顆粒直徑（mm ) >0.5 0.2~0.5 0.05~0.2 <0.5

等級 I I I V

賦值 0.2 0.4 0.8 1

表 2.15 現狀壩高分級

Table 2.15 Classification of present situation of high dam

現狀壩高（m） <20 20~50 50~80 >80

等級 I I I V

賦值 0.2 0.4 0.8 0.1

堆積容重（C7）：該指標參考吳嬌對堆積容重等級的劃分［54］，如表2.16所示；排滲情況（C8）和排水設備（C9）由安全檢查部門進行檢查后，對檢查的結果進行劃分，如表 2.17 和表 2.18 所示。

表 2.16 堆積容重分級

Table 2.16 Classification of stacking density

堆積容重（t/m3） >2.0 1.7~2.0 1.4~1.7 <1.4

等級 I II III IV

賦值 0.2 0.4 0.8 1

表 2.17 排滲情況分級

Table 2.17 Classification of drainage condition

等級排滲情況賦值

I 壩體排滲正常，透水性好 0.2

I 排滲設施有損壞 0.4

I 排滲設施堵塞 0.8

V 壩體無排滲設施或不能進行排滲 1

表 2.18 排水設備分級

Table 2.18 Classification of drainage facilities

等級排水設備情況賦值

I 排水設備正常運行 0.2

I 排水設備運行正常但排洪能力不足 0.4

I 排水設備損壞或堵塞 0.8

V 無排水設備或不能對尾礦庫中的洪水進行排放 1

安全管理（C10）、日常監測（C11）和應急管理（C12）：這三項指標由監督部門和

檢查部門對鈾尾礦庫平日檢查結果進行分級，如表2.19、表2.20和表2.21所示。

表 2.19 安全管理分級

Table 2.19 Classification of safety management

等級安全管理情況賦值

I 庫區管理完善，按規定放置尾礦 0.2

I 庫區管理完善，基本落實安全管理措施，正在著手消除隱患 0.4

I 安全管理執行力度不夠，庫區存在眾多隱患 0.8

V 安全管理未落實，且未對安全隱患進行排查治理 1

表 2.20 日常監測分級

Table 2.20 Classification of daily monitoring

等級日常監測情況賦值

I 監測設備運行良好，能對鈾尾礦庫進行全方位監測 0.2

I 僅對鈾尾礦庫進行定期監測 0.4

I 僅具有部分監測設備，監測周期較長 0.8

V 無監測設備，未進行定期監測 1

表 2.21 應急管理分級

Table 2.21 Classification of emergency management

等級應急管理情況賦值

I 應急管理機制完善，定期進行應急預演 0.2

I 應急管理基本落實，但是有待加強 0.4

I 應急預案不完善，應急演練較少 0.8

V 無應急預案、應急落實不到位，未進行應急演練 1

2.2.6鈾尾礦庫事故風險評估模型

通過對鈾尾礦庫事故指標體系的綜合分析，鈾尾礦庫事故風險（人）等于鈾尾礦庫各項指標權重（必）與對應指標賦值（Qi ）乘積之和，即：

2i=1WiXQi （2.8）

2.3鈾尾礦庫潰壩事故危害分析

對鈾尾礦庫的事故的分析，有利于對事故發生的預警，以及為事故發生以后設置安全距離和撤離范圍提供依據，同時，對災難救助和事故所造成的人員損失以及物資損失等災后應急工作和統計工作具有重要的意義。通過對尾礦庫的事故調查分析可知，事故所造成影響范圍和鈾尾礦庫的壩高、庫容以及周邊的地理因素息息相關。鈾尾礦庫的壩高和庫容決定著事故的風險強度，而周邊的地理因素決定了事故發生后所影響的范圍。

2.3.1潰口寬度與尾礦砂流速計算

鈾尾礦庫在發生潰壩之后，具有高濃度、高粘度以及強沖擊力的尾礦砂傾瀉而下，對鈾尾礦庫的下游造成沖擊。而尾礦砂的傾瀉過程本質上就是一種泥石流運動過程。因此，在事故的計算過程中，可以采取泥石流運動經驗公式和水庫潰壩經驗公式來計

算潰壩的全過程［55］。潰口寬度計算公式為：

b=K（W0.5B0.5H）0.5 （2.9）

式（2.9）中：b為潰口平均寬度，單位米（m）； K為與壩體土質有關的經驗系數（黏土類K取值0.65,壤土類K取值1.3）； W為潰壩時庫容，單位萬立方米（萬m3）； B為主體壩長，單位米（m）； H為壩高，單位米（m）。

尾礦砂流速的計算公式根據鐵道部三院對泥石流的計算公式：

Vc=（ 15.5/a ）h2/f° （2.10）

式（2.10）中Vc為泥石流速度，單位米每秒（m/s）； a表示阻力系數，由查表可獲得；h為泥石流水深，單位米（m）； I為當地的縱坡比降。

2.3.2壩址最大砂流量計算當鈾尾礦庫潰壩時，鈾尾礦庫水位一般較深，可采用圣維南公式計算鈾尾礦庫最大的潰壩砂流量。公式如下：

Q，%認譽麵h'0 （2.11）

式（2.11）中：Qm為現址處最大砂流量，單位立方米每秒（m3/s）； b為潰口寬度，單位米（m）； B為尾礦庫水面寬度，單位米（m）； g為重力加速度，取值9.8m/s2； H0為現前水深，單位米（m）。

2.3.3潰壩流量過程曲線當鈾尾礦庫潰壩發生時，潰口的流量瞬間從零變到最大值，之后潰口流量快速下降至零，潰壩流量過程曲線多用四次拋物線來表示。公式如下：

f/T = （1-%T）（2.12）

式（2.12）中：/為任意時刻；T為尾礦庫泄空時間；Qt為任一時刻尾礦砂流量; Qt為泄空時間尾礦砂流量。

流量過程概化情況如表2.22所示，概化曲線圖如圖2.2所示。

表 2.22 流量過程概化情況

Table 2.22 Flow process generalization

t/T 0 0.01 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1

Qt/QT 0 1 0.81 0.66 0.41 0.24 0.13 0.06 0.03 0.01 0

Figure 2.2 Flow process generalization curve

2.3.4鈾尾礦庫斷面最大流量與到達時間從流量概化曲線可以看出，在尾礦砂傾瀉過程中，尾礦砂流以急劇變化的形式對下游地區進行沖擊，在受到地形因素的影響后，波峰逐漸開始坦化，盡管洪峰變化有所減緩，但是尾礦砂整體的運動仍呈現出不穩定的狀態。

最大流量計算公式如下：

H0.2W0.8

（2.13）

式（2.13 ）中QLm為距離L出的最大流量，單位立方米每秒（m3/s）； L為斷面距離潰壩口的距離，單位米（m）； H0位上游潰口水深，單位米（m）； W為尾礦庫泄漏的尾礦砂量，單位立方米（m3）； k為常用系數，范圍在0.22?0.6之間，平原地形k取 0.24。

最大流量到達時間計算公式如下：

t=K1L1.75101.3/W0.2H00.35 （2.14）

式（2.14）中，t為最大流量到達時間，單位秒（s）； K1為常用系數，取0.7X10- 3； W為尾礦庫泄漏的尾礦砂量，單位立方米（m3）； H0為上游潰口水深，單位米（m）； L為斷面距離潰壩口的距離，單位米（m）。

2.3.5最大流量處平均淹沒深度

最大流量出平均淹沒深度計算公式如下：

L1.3

hm=kW0.2H0.5t （2.15）

式（2.15）中，hm為最大流量的平均淹沒高度，單位米（m）； k為常用系數在0.8~1.2 之間，一般取1.1； L為斷面距離潰壩口的距離，單位米（m）； W為尾礦庫泄漏的尾礦砂量，單位立方米(m3)； H為壩高，單位米(m)； t為最大流量到達時間，單位秒 ( s)。

2.3.6 污染面積計算

鈾尾礦庫一旦發生潰壩，將會沖擊下游地區，并會淹沒一定范圍，對危險范圍進行預測和計算，對下游生態環境以及尾礦庫周邊居民的安全等方面具有重要的意義。

最大淤積厚度 h 是指所處位置的坡度下尾礦砂所能堆積的最大厚度，超過最大淤積厚度的尾礦砂流將會再次流動。盡管事故發生后，實際的淤積厚度可能會小于最大淤積厚度，但是采用最大淤積厚度來作為潰壩尾礦砂厚度，這樣對潰壩評估和防治將更為安全。最大淤積厚度 h 計算公式如下：

h=^ (2.16)

式(2.16 )中，h為尾礦砂最大堆積厚度，單位米(m)； tb為尾礦砂屈服應力，單位帕斯卡(Pa)；廠為尾礦砂飽和容重，單位千克每立方米(kg/m3)； g為重力加速度，單位米每二次方秒(m/s2)； Q為坡度。

假設整個危險區域內的堆積厚度都達到了最大堆積厚度h(m),根據尾礦庫潰壩泄砂總量W (m3)可以求得潰壩砂流的危害面積A (m2),計算公式如下：

A=W/h (2.17)

由于尾礦庫下游地區的地質條件較為復雜，每處的堆積都不一定可以達到最大堆積厚度。因此，式(2.17)確定的危險區域較實際情況會偏小，為了更加接近真實的被淹沒區域，通過對以往尾礦庫潰壩事故的調查數據以及計算數據對比，對于兩者之間的差值，找到危險區域的增幅，增幅值為20%[51]。

2.4本章小結

本章先引用以前專家學者對尾礦庫發生事故種類的調查和統計，并結合鈾尾礦庫的情況，綜合討論了鈾尾礦庫可能發生事故的情況。之后以故障樹的方式，對鈾尾礦庫事故可能發生的情況做了詳細的劃分。接著對事故進行綜合考慮之后，進行事故指標的選取，并確立了指標體系。然后對各項指標的權重進行分析計算，以及對各項指標的賦值情況進行了分析，得出鈾尾礦庫事故風險的評估模型。最后通過整理鈾尾礦庫潰壩之后的各項指標計算方法，以分析鈾尾礦庫事故所帶來的危害。

3江西某鈾尾礦庫信息管理系統的設計及應用

隨著計算機科學的不斷發展，信息系統不斷的普及，許多礦山企業和尾礦庫都已經開發了相關的信息管理系統，以加強對礦山和尾礦庫的信息管理和安全管理。

3.1江西某鈾尾礦庫信息管理系統的設計

3.1.1需求分析

需求分析，是數據庫建設中的首要任務，并且是一項技術性較強的工作，同時也是設計的基礎與關鍵。它的任務是在用戶調查的基礎上，通過整理分析相關工作中的數據使用情況，明確建立數據庫的目的。其中，參與人員主要包括信息管理系統設計者和用戶，信息管理系統設計者通過需求分析來了解和掌握系統的組織與用戶的需求，用戶與系統設計者雙方通過不斷的交流進而逐漸獲得共識，并且確定出最優的設計方案。目前我國在鈾礦冶設施退役方面的相關監測還不全面，一些退役鈾礦山還沒有進行詳細的污染物三維空間監測和相應的信息管理系統地開發。而環境數據監測是個持續性問題，需要大量的數據積累。為此，建立信息管理系統非常有必要，實現信息化建設，為今后鈾礦冶設施退役的完善與改進提供依據及參數，為我國鈾礦冶退役治理的設計及退役治理標準體系的形成提供基礎，同時為環保和政府部門的決策提供重要依據。

對于鈾尾礦庫的治理與環境評價，首先應考慮到輻射環境所帶來的影響。退役鈾礦山區域的大氣、水、土壤等環境都屬于監測目標，輻射環境中Y空氣吸收劑量率、大氣氡濃度、地面土壤氡析出率尤為重要，需要每年定期測量，觀察環境變化，科學地分析放射性環境對周圍居民生活帶來的影響。與此同時，還需考慮尾礦庫潰壩的情況所帶來的事故風險，對鈾尾礦庫事故的風險概率進行估算。

3.1.2設計原則

信息管理系統主要包含空間圖形數據以及屬性數據，以基礎數據和各種專題數據的形式存在。數據類型和數據結構多樣，為了用戶能夠高效迅捷的利用信息管理系統對數據進行查詢與應用的目的。該鈾尾礦庫信息管理系統的設計符合下列要求：

1）實用性

信息管理系統的設計需要符合該尾礦庫的實際工作需要，使用者可以通過使用信息系統對該尾礦庫有個整體的了解，以及可以對尾礦庫的風險進行評估。當用戶不斷錄入新的數據以及對數據進行更新或是需要新的業務功能時，系統都能滿足用戶的需求進行更新升級。

2）安全性

信息系統不但能穩定工作，還要考慮數據的安全性，保證數據不被惡意篡改和非

法使用。

3）數據的規范化、標準化信息管理系統數據的分類要符合行業類標準，規范數據結構，使得數據或數據庫在必要的時候能夠更方便的進行共享或跨平臺調用。

3.1.3開發環境

根據鈾尾礦庫事故的發生情況以及該尾礦庫的實際情況，本文以 SQL Server2014 作為數據庫，以C#為編程語言‘Visual Studio2012為編譯環境，并結合了 ArcGIS Engine 組件進行二次開發，構建了江西某鈾尾礦庫信息管理系統。

C#語言是一種簡單、安全、高效的編程語言，它不但繼承了 C和C++語言的強大功能，還祛除了其復雜性。同時，C#語言綜合了 Visual Basic的可視化操作，使得開發工作更加方便快捷。

ArcGIS Engine組件具有多種空間分析功能，并有可視化界面和插件接口，便于開發者進行開發和維護。結合ArcGIS Engine組件進行二次開發，不但提高了應用系統的開發效率，還使得可視化工具開發出來的程序具有更好的性能和外觀，以及便于移植等優勢。

3.1.4功能設計

圖 3.1 開發路線

Figure 3.1 Development route

本系統通過引入基本信息管理、事故風險評估、人員所受劑量照射等相應的數據，實現了對鈾尾礦庫相關信息的查詢、監測數據的添加、查詢、刪除等管理功能、監測數據可視化、事故模擬、風險評估、人員受到的劑量照射估算等多種功能。系統開發路線如圖 3.1 所示。

3.2江西某鈾尾礦庫信息管理系統的應用

3.2.1系統界面

系統用戶的用戶名及密碼存儲在SQL Sever數據庫中，為了安全起見，用戶名及密碼不支持注冊，由后臺直接寫入，登錄界面如圖3.2所示。登錄成功后將顯示系統的主界面，主界面主要由菜單欄(基礎數據、數據可視化和數據格式轉換)和系統基本功能模塊(工區概況、數據查詢、數據管理、數據導入、數據導出、數據可是化、概率風險評價、事故危害分析以及監測結果與劑量估算)組成，如圖3.3所示。用戶單擊左邊功能模塊中的任意一個功能按鍵，觸發鈾尾礦庫信息管理系統對應的窗口將在右邊的主窗口中展示，關鍵代碼如下所示：

//打開數據管理窗口

Form test = Application.OpenForms["FrmDataImport"];

if ((test == null) || (test.IsDisposed))

{

FrmDataImport add = new FrmDataImport();

OpenForm(add);

}

else

{

test.Activate();

test.WindowState = FormWindowState.Normal;/

}

//使窗口在右邊主窗口中顯示

FrmMain main = (FrmMain)this.Parent.Parent.Parent.Parent;

main.IsMdiContainer = true;

frm.MdiParent = main;

frm.DockHandler.Show(main.dockPanel1);

圖 3.3 系統主界面

Figure 3.3 System main interface

3.2.2基礎數據管理

對于基礎數據的管理，主要有數據查詢，數據管理以及數據導入、導出這四項功能。

數據查詢功能，通過點擊功能規模塊中的“數據查詢”按鈕使得查詢窗口得以在主窗口中展現，之后點擊窗口中的下拉菜單，以查詢監測數據的信息。由于目前所監測的數據不是特別的多，因此便沒有設計更智能的篩選查詢。關鍵代碼如下所示：

//查詢功能

SqlString = "select * from " + this.comboBox1.Text;

try

{

SqlCommand cmd = new SqlCommand(SqlString, conn);

SqlDataAdapter sda = new SqlDataAdapter();

sda.SelectCommand = cmd;

DataTable dt = new DataTable();

sda.Fill(dt);

dataGridViewSearch.DataSource = dt;

}

catch

{ }

數據管理功能，通過點擊功能規模塊中的“數據管理”按鈕使得數據管理窗口得以在主窗口中展現，之后點擊窗口中的下拉菜單，先對監測數據的信息進行查詢，之后再對查詢的數據表格進行添加或者刪除的操作。由于考慮到數據的安全性，防止監測數據被惡意篡改，此兩項功能待定。

圖 3.4 數據查詢與管理

Figure 3.4 Data query and management

圖 3.5 數據導入

Figure 3.5 Data import

Z施®ffl七一三鈾尾礦庫信息管”. ”遊查詢廠遊營理廠數搖導入數據導出| ▼ X

Y輻射劑hl：率2018 1

金導出文件保存路徑 <

個 > This Computer >卓面 > 環境監測谿居 0 搜索"環境監測數據" P

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事 This Computer A 名稱慘改日期大小 A

3 3D對黒薩 2018^^71 2018/12/10 14:43 Microsoft Excel ... 84 KB

龍 test 2019/10/24 9:11 Microsoft Excel ... 26 KB

臨圍片帳麴駝012 2019/8/21 17:09 Microsoft Excel ... 36 KB

0奸睦數據2013 2019/8/21 14:54 Microsoft Excel ... 26 KB

事下載 ® 琳2014 2019/8/21 14:55 Microsoft Excel ... 27 KB

V 薩城2015 2019/6/1S 17:00 Microsoft Excel ... 25 KB V

対協㈣：匚

保稲t型⑴：導出Excel (*.xlsx)

A MS：映 | 翳⑸ 耶肖

圖 3.6 數據導出

Figure 3.6 Data export

數據導入和導出功能，通過單擊功能模塊中的相應按鈕，將會彈出數據導入或者導出的窗口，根據用戶的需求將外部數據表格導入SQL Sever數據庫，或是從數據庫中導出數據。基本數據管理的操作示意圖如圖3.4、圖3.5、圖3.6所示。

3.2.3數據可視化管理

傳統的監測數據，對監測結果統計分析完之后得出的結論，單單是一些數值，更進一步也就是做出監測結果的各種統計圖，并不直觀，為了使得監測數據能更加直觀地顯示在用戶眼中，利用ArcGIS強大的成圖能力，將監測數據結果投影在所測量區域的地圖上，使得監測數據的情況能更直觀的展現。可視化管理界面如圖 3.7 所示。

圖 3.7 數據可視化管理界面

Figure 3.7 Data visualization management interface

界面主要由三部分組成，左邊的TOCControl的圖層區控制，中間MapControl的圖層顯示區以及右邊的數據剖面圖繪制區。通過點擊菜單欄的“數據可視化”選項以加載不同格式的數據，“shp文件”為監測數據轉換格式后的文件，包含了監測點的地理信息以及監測信息；“柵格文件”為監測地區經過投影之后的衛星影像圖片；“TIN 文件”為不規則網格文件，能在此數據格式的基礎上進行監測數據的剖面圖繪制。

1）監測數據信息查詢

先加載柵格文件，之后再加載監測數據的shp文件，如此監測點便投影在了衛星影像圖上，之后在點擊菜單欄中“數據可視化”中的“數據查詢”選項（此“數據查詢”是對監測數據的篩選查詢，而非功能模塊中對表格數據的查詢），然后在“字段” 和“比較”的下拉菜單中選擇，在“值”下面的文本框中輸入要查詢的值，之后點擊 “查詢條件”右側的加號，再點擊“查詢”按鍵，查詢的結果將以高亮的形式顯示在圖中，以 2018 年伽馬監測數據為操作示例，如圖 3.8 所示。之后再點擊圖層顯示區上面的“識別按鈕”，以識別查詢數據的具體信息情況。同時，如果監測數據點與衛

星影像圖片顏色相近時，可以雙擊圖層區監測數據的顏色點，然后選擇更換監測點的示例跟顏色，操作示例如圖 3.9 所示。

圖 3.8 監測數據查詢

Figure 3.9 Monitoring point information and legend changes

2)監測數據剖面圖繪制

放射性監測數據的剖面圖與鈾尾礦庫地下的情況有這一定的關聯性。由于該鈾尾

礦庫禁止進行鉆探安裝相應的監測儀器（避免鈾尾礦庫的覆蓋層遭到破壞），如果鈾尾礦庫內部出現沉降，原有的覆蓋層便出現了裂隙，該區域的地表氡析出率等相關放射性監測數據便會出現異常。因此，結合物探方法所測得的結果（如探地雷達），對相應地區的放射性監測數據進行剖面圖的繪制，若二者結果相吻合，則能大概率的確定，鈾尾礦庫內部發生了變化，從而能起到預警的作用，防止事故的發生。監測數據的剖面圖繪制如圖3.10所示，此功能為繪制任意一條直線之間的剖面圖。先加載 TIN 數據，之后點擊剖面圖繪制區中的“開始繪制”按鈕，之后在圖層顯示區中先后選取任意兩點，之后再點擊“繪制剖面圖”按鈕，繪制的剖面圖曲線將展示在下方的剖面圖繪制區中，并標出兩點之間的最大值跟最小值。

/沁砸七一三鈿尾礦庫信息営”.丿血可視化I

繪制剖面圏—

日自Map3

日0

rar®

294.189

■257.978

.221.767

■185.556

■149.344

■113.133

■76.922 113.13；

40.711 - 76.922

4.5 - 40,711

圖 3.10 剖面圖繪制

Figure 3.10 Profile drawing

此外，該界面還能對整理之后的表格數據進行格式轉，點擊菜單欄的“數據格式轉換”，可由 excel 表格轉換成 shp 文件以及 shp 文件轉換為 TIN 文件，之后便可直接加載與圖層顯示區，不需要將數據導入數據庫之后再選擇加載數據，對于shp數據轉換為TIN數據時，需要先將shp數據加載到圖層顯示區。

3.2.4監測結果分析與劑量估算

圖 3.12 監測結果分析與劑量估算界面

Figure 3.12 Interface of monitoring results analysis and dose estimation

對于鈾尾礦庫的環境輻射監測結果分析與劑量估算界面如圖 3.12 所示。該窗口主要有三部分組成，位于界面左上方的為監測結果分析區，右上方的為劑量估算區，位于界面底部的為監測結果評價區。監測結果分析區分為兩部分，位于左邊的為歷年

放射性監測數據的樹狀視圖，位于右邊的為歷年監測數據的等值線圖顯示區域，當點擊左邊的樹狀視圖中的任意一個節點的數據時，右邊的數據圖顯示區便會顯示相應的數據成圖，并且在監測結果評價那里會顯示相應的簡要結果評價。當點擊“鈾尾礦庫” 根節點下的任意子節點時，數據圖顯示區將會顯示相應的等值線圖，若存在異常點，則會標明異常點的具體值。當點擊“周邊水樣”根節點下的子節點時，將會顯示相應的散點圖。操作示例如圖 3.13 所示。

/她就七一三抽尾礦庫信息管...」'監測結果分折和劑星估算］ /KCE解七一三鈾尾曠庫信息肓》血結果分折和劑SB算I

圖 3.13 監測結果分析與結果評價界面

Figure 3.13 Interface of analysis and evaluation of monitoring results

劑量估算區上半區為劑量(外照射和內照射)估算的公式以及公式各項的含義解釋。下半區為對鈾尾礦庫歷年監測數據進行計算之后，外照射劑量、內照射劑量以及總照射劑量的統計表格。位于劑量估算區之下的文字是對歷年輻射劑量的一個評價。

3.2.5鈾尾礦庫風險評價計算

根據對該鈾尾礦庫的調查以及當地的自然地質情況，對鈾尾礦庫事故風險指標賦值情況如表 3.1 所示。

表 3.1 事故風險指標賦值

Table 3.1 Assessment of accident risk indicators

評價指標鈾尾礦庫參照情況賦值

降水情況歷史最大降水量為251.2mm 1

地震情況地震烈度為V度 0.1

地質構造巖體構造完整，地質不活躍、巖性地基 0.1

壩坡比尾礦堆積壩外坡平均邊坡為 1:4.4 0.2

顆粒直徑尾礦庫壩體堆積物質粒徑在 0.2~0.5mm 之間 0.4

現狀壩高壩頂相對地面高差 50m 0.8

堆積容重尾礦砂干灘密度大于等于 1.5t/m3 0.8

排滲情況壩體為堆石壩，排滲設施運轉良好 0.2

排水設備排水設備正常運行 0.2

安全管理庫區管理完善，基本落實安全管理措施，正在著手 0.4

消除隱患

日常監測僅對鈾尾礦庫進行定期監測 0.4

應急管理應急管理基本落實，但是有待加強 0.4

根據鈾尾礦庫指標賦值與權重取值，鈾尾礦庫事故風險 R=0.3611。

3.2.6鈾尾礦庫事故危害分析計算

假設鈾尾礦庫潰壩之后的結果以最不利條件——潰壩庫容等于尾礦庫庫容，壩前水深等于壩高來計算，計算結果如表 3.2，表 3.3，表 3.4 所示。

表 3.2 鈾尾礦庫潰壩事故初期情況

Table 3.2 The initial situation of uranium tailings pond dam break accident

計算公式計算條件結果

b=K(W0.5B0.5H)0.5 尾礦砂傾瀉量以最大庫容計算W=130

萬 m3 ；水頭以鈾尾礦庫壩高計算潰口平均寬度

H=50m；主壩體長B=300m； K為黏土 b=64.59m

Qm=(8/27)(B/&)o'4bVgH0'5 取值0.65

鈾尾礦庫水面寬度取壩體寬度

B=300m；潰口平均寬度b取計算值壩址處最大流量

64.59m；重力加速度g=9.8m/s2；壩前水 Qm=39150.92m3/s

深取壩體高度H0=50m

表 3.3 各斷面處最大流量情況

Table 3.3 Maximum flow at each section

計算公式距離潰壩處 QLm（m3/s）最大流量到達時間 t（s）

斷面 L（m）

1786.42 0.20

1026.03 0.67

589.30 2.26

338.46 7.61

244.70 15.47

100

200

400

QLm=kH00.2W0.8/L0.8 600

t=K1L1.75101.3/W0.2H00.35 800 194.40 25.59

水深H0=50 m；庫容 1000 162.61 37.82

W=130萬m3； K取值 1500 117.57 76.88

0.24； Ki=0.7X10-3 2000 93.40 127.20

2500 78.13 187.96

3000 67.52 258.60

3500 59.69 338.68

4000 53.64 427.83

5000 44.87 632.22

圖 3.14 尾礦砂流量隨距離的變化

Figure 3.14 Tailing sand flow varies with distance

表 3.4 各斷面的尾礦庫砂流最大深度與速度

Table 3.4 Maximum depth and velocity of sand flow in section tailings pond

計算公式距離潰壩處斷

面 L（m）各斷面處流速 Vc

（m/s）各斷面處深度hm （m）

50 26.15 7.53

100 16.38 5.51

200 10.26 4.04

400 6.43 2.95

匕=(15.5/0)滬.5 廣5 600 4.89 2.46

hm=kL1.3/(W0-2H0.5t) 800 4.02 2.16

水深H0=50m ；庫容 1000 3.46 1.96

W=130萬m3； k取值 1500 2.63 1.63

1.1； a=1.46； 7=0.0142 2000 2.17 1.43

2500 1.87 1.30

3000 1.65 1.19

3500 1.49 1.11

4000 1.36 1.05

5000 1.17 0.95

Figure 3.15 Tailing depth varies with distance

根據計算結果表明，當事故發生后，傾瀉而下的尾礦砂流會在 630s 的時間內快速到達距離尾礦庫下游 5 公里處。對鈾尾礦庫下游地區影響最大的區域位于下游 800m左右的范圍內區域，當鈾尾礦庫處于危急情況下，需要對鈾尾礦庫下游4km范圍內的居民進行提前預警和疏散。

3.3本章小結

本章主要介紹了江西某鈾尾礦庫信息管理系統的構建過程。首先，對鈾尾礦庫信息管理系統進行了需求分析。之后，對設計原則（主要是安全性、實用性、以及數據規范）和開發環境（以C#為編程語言、VS 2012為編程環境以及SQL Server2014為數據庫，再結合AE組件進行二次開發）進行了介紹。最后，根據需求分析和設計原則在具體的開發環境下建立了鈾尾礦庫信息管理系統的基本框架結構，完成對該系統的初步設計工作。之后通過對鈾尾礦庫安全管理現狀的分析研究，結合實際情況設計了鈾尾礦庫信息管理系統，該系統包括基礎數據管理、數據可視化管理、監測結果分析與計量估算以及鈾尾礦庫風險評價計算等功能。

4環境監測與結果分析

第三章中主要是對鈾尾礦庫信息管理系統功能的設計及實現進行了詳細描述，而本章則在信息管理系統對數據的整理收集的基礎上，進一步計算、分析鈾尾礦庫周邊放射性環境。

4.1 研究區域概況

研究的典型退役鈾礦位于我國南方某省境內，該退役鈾礦地貌主要是以山地、丘陵、湖泊為主。其范圍覆蓋比較大，該區域從東到西分布為邊緣山地、丘陵以及湖泊。其中總面積的 75%為丘陵，占總面積 11%的是水面，其它占面積的 14%，研究區域主要包括主尾礦庫、副尾礦庫、廢石堆和水冶廠，礦區區域衛星示意圖如圖 3.1 所示。主尾礦庫與副尾礦相連，主尾礦庫主壩高度差約50m,共堆存尾礦262.34萬噸。尾礦堆積壩外坡平均邊坡為144。庫內排水系統為0.4mX0.5m的回水斜槽以及直徑為 350mm鋼管接1.8mX 1.6m隧洞，排洪系統為1.0mX0.8m斜槽接1.8mX 1.6m隧洞。副尾礦庫副壩高度差27m，庫內用直徑為250mm的鋼管向庫外排水，寬淺溢洪道泄洪。廢石堆位于水冶廠的東北方向1 . 5公里。該礦區公路距縣城1 8 . 4公里，交通方便。礦區北靠高山、南迎平原，地勢較高，地形和風向都有利于大氣的稀釋和擴散。

圖 4.1 工區概況

Figure 4.1 Overview of the work area

該鈾礦冶企業有幾十年的運營歷史，開采鈾礦為火山巖型，是開采和冶煉鈾礦一體的單位。退役治理工程包括尾礦庫、廢石堆、水冶廠區等治理工程，大尾礦庫退役治理方式是覆土治理，并注重壩體、防洪設施的修筑，覆土完畢后并在土層上植被；小尾礦庫退役治理工程是通過覆土與水覆蓋相結合的方式，因此小尾礦庫有一小水池，尾礦庫的退役治理工程于2008年竣工， 2010年驗收通過。廢石堆治理工程包括鈾含量高部分廢石回填露天采礦廢墟與其余部分就地覆土治理相結合的方式，此方法“以廢治廢”治理方法不僅減少鈾含量較高廢石量，而且將其作為填充材料永久封存在地下，達到了污染物與外界環境隔離的目的。遺留廢水經水冶廠凈化處理后排放到小尾礦庫的小水池中。

4.2環境監測方案

圖4.2 y空氣吸收劑量率測點分布

Figure 4.2 Distribution of measurement points of y air absorption dose rate

圖 4.3 氡析出率和大氣氡及其子體濃度測點分布

Figure 4.3 Distribution of radon exhalation rate, atmospheric radon and its daughters concentration

通過勘察該鈾尾礦庫的實地情況，對鈾尾礦庫的大、小兩個尾礦庫以及比鄰尾礦庫的農田采取了網狀布點的方式［27］，監測點如圖4.2和圖4.3所示。由于伽馬空氣吸收劑量率的測量相對于地表氡析出率和空氣中的氡及其子體濃度更加方便快捷，因此所布的測點相對更加密集。對于鈾尾礦庫周邊水體的樣品采集如圖4.4所示。

4.3監測數據采集

在輻射監測前，對所使用的檢測儀器，都已按照計量檢定及校準要求對其檢定或者校準，以確定在監測中所使用的儀器設備都在檢定期或者是在校準期內使用，以保證測量結果的有效性。同時，為了避免環境對測量結果造成影響，監測時間均在上午 7 點至 11 點，如遇大風情況，將會對監測點重新測量，以確保數據的可靠性。 4.3.1伽馬空氣吸收劑量率

根據GB/T 14583《環境地表Y輻射劑量率測定規范》以及《輻射環境監測技術規范》的要求，Y空氣吸收劑量率指標監測選擇JB4010型的X-y劑量率儀。野外測量時，一名監測人員負責手持儀器進行測量讀數，手持探頭時，探頭豎直向下距地表約 1m 高，另一名負責對數據進行記錄，每 10s 記錄一次數據，每個測量點記 10 次數

據，其均值作為該點的測量值。

圖4.5 y劑量率測量

Figure 4.5 Measurement of y dose rate

4.3.2地表氡析出率

氡析出率使用ERS-2-S(Electrostatic-Radon -Sampler)型靜電收集式氡采樣器進行監測，ERS-2-S儀器自帶有微處理器和計算機芯片，可以自動識別出能譜中的218Po和 216Po的特征峰，并自動算出222Rn和220Rn的濃度。與RAD-7測氡儀相比，對濕度沒有要求，因此測量過程更加簡單，可以節約降低濕度所花的時間［56］。

圖 4.6 氡析出率測量

Figure 4.6 Measurement of radon exhalation rate

4.3.3大氣氡及其氡子體濃度

空氣中的氡濃度采用 SARAD RTM1688 測氡儀進行測量，方便攜帶，并且不需要干燥裝置便可直接進行測量，氡子體濃度采用Alpha GUARD進行測量。野外測量時，測氡儀進氣口距離地面高度為1 米，單次測量時間為10分鐘，每個點連續監測 6 次，取平均值作為該點的測量值。

圖 4.7 大氣氡及其子體濃度測量

Figure 4.7 Measurement of concentration of atmospheric radon and its daughters

4.3.4水中鈾和鐳的含量

鈾尾礦庫中的放射性物質會通過地表水和地下水滲流至居民生活區，要在鈾尾礦庫附近的居民生活區設置一定數量，并且具有代表性的采樣點［56］。因此，選擇了如圖

4.4所示的地表水監測點、民井監測點，并且選擇了豐水期、平水期和枯水期三個時期分別進行采樣，盡可能地保證水樣的合理性和代表性。每個水樣采集水樣10L,裝入聚乙烯桶中，并按每升水加入20±1 mL比例的濃硝酸，低溫保存，盡快送往實驗室,用WGJ-III型微量測鈾儀測定水樣中的鈾，按照GB 11214-89采用硫酸鋇共沉淀射氣閃爍法測定水樣中的鐳［57］。

4.4管理限值鈾礦冶設施退役環境治理的目標是使鈾礦冶廢物盡可能的同人類生活環境相隔離，使得放射性有害物質向環境的遷移、擴散、釋放不超過國家規定的管理限值。

1)個人劑量管理限值

根據《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》(GB 23727-2002)的規定公眾照射劑量限值：年有效劑量(平均劑量估計值)不超過ImSv，特殊情況下，任何一年的有效劑量不超過5mSv。根據《鈾礦冶輻射防護和環境保護規定》(GB 23727-2009) 的規定退役治理后公眾年有效劑量管理約束值 1mSv 的 10%~30%，公眾照射劑量限值連續5年的年平均有效劑量不超過0.5mSv/a。

2)地表氡析出率管理限值

按《鈾礦地質輻射環境影響評價要求》( EJ/T 977-95)和《鈾礦冶設施退役環境管理技術規定》(GB 14586-93)的規定，處置后露天采場廢墟、廢石場的表面年平均氡析出率不超過0.74Bq/ (m2?s),其中處置場是受控的。

3)y 輻射劑量率的管理限值

根據《鈾礦地質輻射環境影響評價要求》(EJ/T 977-95)的規定，對于有限制開放的場地，在扣除本底后小于17.4x10-8Gy/h；對于無限制開放的場地，包括本底15x10- 8 Gy/h。

4)水中 U、 226Ra 含量限值典型放射行核素(鈾、鐳-226)釋放限值不超過《軍工鈾礦冶設施退役工程前期

工作暫規定》中規定的50昭/L和1.11 Bq/Lo

4.5監測結果分析

4.5.1y 輻射劑量測量結果

鈾尾礦庫的Y輻射劑量率自2013年至2018年這6年以來的平均值分別為 65.54nGy/h、83.43nGy/h、55.46nGy/h、65.05nGy/h、57.08nGy/h 以及 45.6nGy/h。具體數據如表 4.1 所示(表中最大值和最小值是對同一點位多測量之后的均值)，等值線圖如4.8所示。

表4.1 2013至2018年鈾尾礦庫Y輻射劑量率監測結果

Table 4.1 Monitoring results of y radiation dose rate in uranium tailings ponds from 2013 to 2018

年份監測點數/個最大值/nGy/h 最小值/nGy/h 平均值/nGy/h

2013年 320 277.8 29.5 65.5

2014年 323 151.0 68.0 83.4

2015 年 323 166.8 29.3 55.5

2016 年 97 224.0 27.7 65.1

2017 年 209 162.0 21.7 57.1

2018 年 279 330.4 4.5 45.6

圖4.8 2013至2018y劑量率等值線圖

Figure 4.8 Contour map of y dose rate for 2013 to 2018

通過對測量結果進行分析發現：在2013至2018年這六年中僅2013年和2018年

出現了 2個點超標的情況，超標值分別為277.8nGy/h，330.4nGy/h，其余年份以及這兩年的其它測點的測量值均低于《鈾礦地質輻射環境影響評價要求》(EJ/T 977-95) 要求的除去本底(當地地表環境輻射劑量本底平均值69.8 nGy/h[58])之后的限值174 nGy/ho對這6年的Y輻射劑量率年平均值進行繪圖，如圖4.9所示，發現該鈾尾礦庫的Y輻射劑量率從整體上看有逐年下降的趨勢，說明對該鈾尾礦庫環境Y輻射劑量率的退役治理達到了長期穩定的目的。

4.5.2地表氡析出率測量結果

如表4.2所示， 2013至2018年6年中，有兩年的監測數據缺失，其余年份的地表氡析出率的平均值分別為0.30Bq/(m2?s)、0.37Bq/(m2?s)、0.44Bq/(m2?s)和 0.43Bq/(m2?s)，地表氡析出率等值線圖如圖4.10所示。

表4.2 2013至2018年鈾尾礦庫地表氡析出率監測結果表

Table 4.2 Monitoring results of radon exhalation rate in uranium tailings ponds from 2013 to 2018

年份監測點數/個最大值 / Bq/(m2-s) 最小值/ Bq/(m2?s) 平均值 / Bq/(m2-s)

2013年 40 1.28 0.02 0.30

2014年 40 1.24 0.04 0.37

2015 年

2016年

4.5.3空氣中氡濃度測量結果

2013、 2014、 2016、 2017和2018年這5年的鈾尾礦庫的氡濃度監測結果均值均在60Bq/m3之下，數據如表4.3所示，各年份監測結果等值線圖如圖4.11所示。

對于鈾尾礦庫空氣中氡濃度的相關國家標準尚未發布，但是根據2013~2018年這幾年的監測結果來看，氡濃度的范圍在4.8~235.2Bq/m3之間，整體來看，鈾尾礦庫的氡濃度不高，說明對鈾尾礦庫進行覆土治理的效果很好。

圖4.11 2013至2018氡濃度等值線圖

Figure 4.11 Contour map of radon concentration for 2013 to 2018

表4.3 2013至2018年鈾尾礦庫空氣中氡濃度監測結果表

Table 4.3 Monitoring results of radon concentration in uranium tailings ponds from 2013 to 2018

年份監測點數/個最大值/ Bq/m3 最小值/ Bq/ m3 平均值/ Bq/ m3

2013年 40 140.0 18.8 59.1

2014年 40 98.5 26.0 57.6

2015年

2016年 20 107.0 18.3 44.4

2017年 17 100.8 16.3 36.5

2018 年 36 235.2 4.8 49.6

4.5.4水中鈾和鐳-226含量的測量結果與分析

對鈾尾礦庫周邊水域不同時期采樣獲得的結果如表4.4和圖4.12所示。

表 4.4 采樣點水中鐳-226、鈾的含量范圍值

圖 4.12 枯水期、平水期和豐水期所測得鈾和鐳-226在水中的含量以及管理限值

Figure 4.12 The content of 226Ra and U measured in dry season, normal season and raining season and the management limits in water 為了保證水環境質量安全，典型放射行核素(鈾、鐳-226)釋放限值不超過《軍工鈾礦冶設施退役工程前期工作暫規定》中規定的50yg/L和1.11Bq/L。從圖4.12(b) 可以看出本次所測得鐳-226 三個時期在水中的含量均低于《軍工鈾礦冶設施退役工程前期工作暫規定》中規定的排放限值1.11Bq/L；鈾的含量在三個時期只有個別水樣點超過規定的限值。

同時為了保障當地居民用水安全，進一步對所采集的水樣進行評價。鐳-226以我國《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)的限值0.185Bq/L為評價依據。由于我國《生活飲用水衛生標準》中沒有對鈾的限值，所以鈾的標準濃度選取美國《國家飲用水水質標準》(EPA 816-F-09-004) 的限值30yg/L為評價依據［59］。采用單因子指數法［60］，將水樣中所測得的放射性核素鐳-226 以及鈾濃度進行污染等級評定。指數等級劃分見表4.5o單因子污染指數的計算方法為：

Pi=Ci/Si (4.1)

公式(4.1)中，Pi為某一評價指標的相對污染指數；Ci為某一評價指標的監測值；Si 為某一評價指標的最高允許標準值。

表 4.5 單因子污染指數等級劃分標準

Table4.5 Single factor pollution index grading standards

污染等級標準指數

清潔 0<P<0.7

尚清潔 0.7<P<1

輕污染 1 < P<2

污染 2< P<3

重污染 3<P

對尾礦庫豐水期、平水期和枯水期的地下水和地表水實測數據進行污染指數計算，將計算結果繪制成圖4.13所示。

從圖4.13(a)中可以得出豐水期放射性元素鈾污染分析結果：本次所測水樣點大部分為清潔水樣點，污染指數最大值在7號點，達到2.61，污染指數最小值在21號點，為0.03o結合圖4.4分析得出，鈾輕污染和污染點主要分布在大尾礦庫壩下附近地區。平水期放射性元素鈾污染分析結果為：大部分為清潔水樣點，污染指數最大值在28號點，達到2.62，污染指數最小值在一號點，為0.01 o結合圖4.4分析得出，鈾輕污染點主要分布在大尾礦庫壩下附近地區。該鈾尾礦庫枯水期放射性元素鈾污染分析結果為：小部分為清潔水樣點，污染指數最大值在7號點，與豐水期一致，污染指數為2.83，污染指數最小值出現在16號點，為0.03，鈾輕污染與污染點主要分布在大尾礦庫壩下附近地區。

從圖4.13(b)可以看出：該尾礦庫放射性元素鐳-226污染只有28號點的三個時期為污染，以及6號點的平水期，7號點的豐水期為污染，其余基本為清潔無污染。

結合圖4.13(a)和圖4.13(b)可以看出：無論是鈾標準指數還是鐳-226標準指數，平水期好于豐水期，又好于枯水期。枯水期的鈾標準指數以及鐳-226標準指數均高于豐水期的鈾標準指數以及鐳-226 標準指數的原因在于枯水期水量少，相對來說每升水中的放射性元素含量更多，因此污染指數大。豐水期比平水期的污染指數大的原因在于豐水期雨量較大，經過雨水的沖刷，向地表水以及地下水滲透的量更大。

season

4.5.5劑量估算

對劑量的估算，主要從“三關鍵”來分析，即關鍵監測點居民組、關鍵照射途徑以及關鍵核素。根據在當地進行監測期間的觀察以及咨詢，確定關鍵監測點居民組為當地牧民，關鍵照射途徑為鈾尾礦庫引起的外照射和內照射，關鍵核素為氡及其子體。

對于由Y輻射劑量率引起的外照射劑量，根據《環境地表Y輻射劑量率測定規范》中的劑量估算，公式[61]如下:

He = DYKt (4.2)

公式(4.2)中He是有效劑量當量，Sv； Dy是Y輻射劑量率，nGy/h； K是有效劑量率當量率比值,K=0.7Sv/Gy； /是居留時間，ho由于該尾礦庫很少有居民前往活動，主要是個別的放牧人員會經常前往，因此，居留時間取1095h[62]o將各個年份的y輻射劑量率平均值代入公式計算后得出，該鈾尾礦庫環境Y輻射劑量率對居民產生的年均外照射劑量分別為： 0.050mSv， 0.064mSv， 0.043mSv， 0.050mSv， 0.044mSv， 0.035mSvo

對于由空氣中氡及其子體濃度引起的內照射劑量，計算公式如下：

DRn=gRntCR (4.3)

公式(4.3)中DRn是吸入氡子體所產生的內照射劑量，Sv； gRn是吸入氡子體劑量轉換因子，2.44X10"9Sv/(Bq • h • m-3)； Cr是有限值開放使用設施的空氣中222Rn的濃度, Bq/m3； t是居留時間，ho將各個年份的空氣氡濃度平均值代入公式(居留時間h 的值同外照射時間相同)計算后得出，該鈾尾礦庫空氣中氡及其子體濃度對居民產生的年均內照射劑量分別為：0.158mSv, 0.154mSv, 0.119mSv, 0.098mSv, 0.133mSv。

表4.6 2013至2018年年均照射劑量計算值

Table 4.6 Calculated value of mean annual exposure dose from 2013 to 2018

2013 年 2014 年 2015 年 2016 年 2017 年 2018 年

外照射/mSv 0.050 0.064 0.043 0.050 0.044 0.035

內照射/mSv 0.158 0.154 0.119 0.098 0.133

總劑量/mSv 0.208 0.218 0.169 0.142 0.168

對這六年中由y輻射劑量率引起的外照射劑量和由空氣中氡及其子體濃度引起的內照射劑量進行匯總計算，如表4.6所示。分析結果得出：這六年中，鈾尾礦庫對居民(主要是放牧人員)產生的年均總照射劑量(外照射與內照射之和)均符合《鈾礦冶輻射防護和環境保護規定》(GB 23727-2009)中規定的退役治理后公眾年有效劑量管理約束值1mSv的10%?30%。

4.6 本章小結

本章先介紹了環境監測區域的主要概況以及環境監測的實施方案，之后根據相關規定標準，對監測數據進行了分析評價，確定各項指標對生態環境以及周邊居民的影響。

5結論與展望

5.1結論

本文在對江西某鈾尾礦庫科學調查研究的基礎上，對其周邊地理環境進行了相關的放射性監測和評價。之后，采取層次分析法，建立鈾尾礦庫事故風險評價模型。最后，分析了江西某鈾尾礦庫的信息化建設現狀，并結合信息化管理情況，以C#為編程語言，SQL Server2014為數據庫并結合ArcGIS Engine組件進行二次開發，構建了江西某鈾尾礦庫信息管理系統。通過本論文的研究，得出以下結果：

(1)通過故障樹的方式，先對鈾尾礦庫事故可能發生的情況做了詳細的劃分。接著對事故進行綜合考慮之后，進行事故指標的選取，并確立了指標體系。然后對各項指標的權重進行分析計算，以及對各項指標的賦值情況進行了分析，得出鈾尾礦庫事故風險的評估模型并計算出鈾尾礦庫事故風險為0.3611。最后通過整理鈾尾礦庫潰壩之后的各項指標計算方法，以分析鈾尾礦庫事故所帶來的危害。

(2)根據江西某鈾尾礦庫實際情況設計了江西某鈾尾礦庫信息管理系統，該系統包括基礎數據管理、數據可視化管理、監測結果分析與計量估算以及鈾尾礦庫風險評價計算等功能。以信息化手段提高江西某鈾尾礦庫管理水平。

( 3)對鈾尾礦庫輻射環境監測研究發現，六年中 y 劑量率整體平穩，只有兩個測點低于規定限值；盡管氡析出率變化波動較大，但整體均值處于規定限值之下；空氣中的氡濃度整體測量值不高。由此可說明對鈾尾礦庫的覆土治理取得了一定的效果。

(4)鈾尾礦庫對居民(主要是放牧人員)產生的年均總照射劑量(外照射與內照射之和)均符合相關規定中退役治理后公眾年有效劑量管理約束值 1mSv 的 10%?30%。說明對鈾尾礦庫的治理取得了長期穩定效果。

(5)對所測量的水樣點發現，鐳-226的含量未超過我國鈾礦冶行業相關管理限值1.11Bq/L,而鈾的含量僅個別測點超過了 50yg/L。通過單因子指數法進行污染分析得出，無論是鈾標準指數還是鐳-226標準指數，平水期好于豐水期，又好于枯水期。

5.2存在的不足與展望

通過對江西某鈾尾礦庫及其周邊的輻射環境監測和評價，以及對該鈾尾礦庫建立風險評價模型以及信息管理系統。盡管取得了一定的預期成果，但是在此過程中由于本人水平有限，加之時間上略有倉促，其中某些地方還有待改進。

(1)在對該鈾尾礦庫建立事故風險評價模型過程中，由于該鈾尾礦庫禁止鉆孔等因素無法獲取某些參數(例如：浸潤線埋深，尾礦庫地層結構等)，因此在選取參數時只能以相關參數來代替，這樣得到的結果可能會有略微的偏差。如果以后能對該鈾尾礦庫進行鉆探監測，那么則可以修正此模型。

(2)本文只對事故危害進行了理論計算，如果可以做動態模擬，那么將更加直

觀展現事故危害的范圍，有利于后續救援工作以及撤離工作地實行。

(3)對鈾尾礦庫的環境監測是人工出野外測量，持續時間較短，不能對鈾尾礦庫進行全天候監測，盡管監測結果表明該鈾尾礦庫環境整體質量滿足國家相關的規定要求，但若發生突發情況并不能及時反應，有必要對該鈾尾礦庫進行長期的監測，以便更加準確地評價該鈾尾礦庫的退役治理效果。

由于本人知識水平以及認識有限，論文中有許多不足和不妥之處，懇請各位專家學者批評指正。

致謝

本論文得到以下項目的資助：江西省重點科技項目“典型退役鈾尾礦庫的長期穩定性監測與預警(20171BBG70033)”；國家基金項目“鈾礦冶設施退役治理環境效果評價方法研究(41174089)”。

綠樹成蔭，鳥語花香，這是讓我留戀的校園。轉眼之間，我已經在美麗的東華理工大學度過了碩士研究生三年。這三年是我人生中非常重要的三年，我不僅有幸遇到了傳授我知識和學問的老師，而且還得到了導師從人生價值追求等方面的高層次指導。正是遇到了他們，讓我留下了美好的碩士研究生生活，使我獲得了追求知識的動力，并且堅定了以后的人生方向。在此，我向尊敬的教師們和美麗的母校表達我誠摯的謝意！

這篇論文是在楊亞新教授的多次指導下完成的。無論是從論文的選題到結構安排，還是內容與文字修辭，都凝聚了她大量的心血。在論文撰寫的過程中，楊老師不辭辛苦，就論文中多個核心內容與我做細致深入地討論，并給與我切實可行的指導意見，之后還細致入微地修改完善我的論文。楊老師這樣盡職盡責的精神，令我倍加感動。最重要的是，楊老師在指導我撰寫論文的過程中，始終秉持著“授人以漁”的原則，對我的論文進行指導。她經常教導我要目光長遠，嚴守學術道德規范，為日后工作打下良好的基礎。在此，請允許我向尊敬的楊亞新教授表達誠摯的感謝！

在此，還要感謝課題組成員張葉、羅齊彬、黃啟帆、符志軍、王帥帥和洪昆，不僅在論文的寫作中給予了許多指導和建議，而且在平時學習、生活中也給予了許多幫助，是你們與我一起完成了野外監測和實驗數據整理工作，我相信那些野外一起工作的時光將會是我們美好的回憶。謹在此表示衷心的感謝！同時，還要感謝和我一起生活了三年的室友，是你們在我低谷的時候給我陪伴，在我憂傷時，是我重新振作快樂起來，讓我在人生這一個驛站中感到溫暖。

最后，最要感謝的是我的生身父母，他們不僅教育我是我對知識產生濃厚的興趣，讓我在慢慢人生路上找到了心靈的慰藉，也是我能順利完成碩士研究生學業的強有力的精神支柱。再往后的日子里，我會更加努力的學習、深造，不辜負父母對我的殷切希望！

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