核电站事故对水资源安全的影响研究

靳 顶，曹淑敏，丁晓雯，陈庆伟

（1.水利部水资源管理中心，100053，北京；2.华北电力大学，102206，北京）

随着国家能源结构的调整，发展新能源、节能减排的战略实施，核能因其优质稳定、清洁、经济、安全等特性，成为我国新能源的主力军，其健康发展对于提高人民生活质量、保护生态环境、促进社会经济和谐发展等均具有重要意义。2011年3月11日，日本发生里氏9级的大地震，并引发福岛核电站机组爆炸，造成了严重的核泄漏事故和水资源安全危害，这给我国的核电水资源管理提出了新的警示。

核电建设和运行过程对水资源需求巨大，所以核电站一般布设在水资源丰富的区域，往往滨海、滨河、滨湖库。尤其对于我国将稳步推进内陆核电，其依托的水系，还承担着重要的饮用、灌溉和养殖等功能，一旦因核电站事故造成水体的放射性污染，将对事故区域及下游的水安全构成严重危害。历史上国外发生的几次重大核电站事故对生态环境、社会经济以及公众身心健康都造成了巨大的威胁和危害。

因此，探究核电站事故对水资源安全的影响、保障核事故状态下的饮用水安全成为我国核工业发展应关注的重要问题之一，其对于维护我国稳定的能源供应体系及可靠的水安全保障体系具有极其重要的意义。

一、国外重要核电事故及其对水资源安全的影响

在核电发展史上，曾经发生过多次核泄漏事故，其中以美国三里岛核电站事故、苏联切尔诺贝利核电站事故及日本福岛核电站事故最为严重。这三起核电站事故对一定范围内的水资源安全造成了不同程度的威胁和危害。

1.三里岛事故及其对水资源安全的影响

三里岛核电站位于美国宾夕法尼亚州首府哈里斯堡东南16 km附近，其2号机组（TMI-2）是由美国巴布科克和威尔科克斯公司设计、大都会爱迪生公司运行的950 MW电功率（880 MW净电功率）压水反应堆。1978年3月28日达到临界，一年后的1979年3月28日发生了美国商用核电站历史上最严重的事故——三里岛核电站事故。这次事故由给水丧失引起瞬变开始，经过一系列事件造成了堆芯熔化，大量裂变产物释放到安全壳。

少量受放射性污染的水从工业废物处理系统的一个沉淀池泄漏到附近的萨斯奎哈河。此次事故级别定义为5级事故。对电站下游两个不同地点采集的河水样品的分析结果表明，由于泄漏的放射性物质较少、河水稀释、自身衰变衰减等原因，没有发现河水中的放射性异常。虽然三里岛核电站事故中有放射性废水流入萨斯奎哈河，但因为泄漏的放射性物质相对较少、主要泄漏物131I半衰期较短、河流扩散稀释等原因，没有对萨斯奎哈河产生显著的放射性污染。

2.切尔诺贝利事故及其对水资源安全的影响

1986年4月26日，苏联切尔诺贝利4号机组发生了核电历史上第一次最高级别的7级核电站事故。该核电站事故是在反应堆安全系统试验过程中发生功率瞬变，引起瞬发临界而造成的严重事故。反应堆堆芯、反应堆厂房和汽轮机厂房被摧毁，大量放射性物质释放到环境中。

切尔诺贝利事故发生后，放射性元素通过大气干湿沉降、地表水和地下水的迁移扩散以及其他因素作用，对周边水体造成了不同程度的放射性污染，尤其是核电站周围30 km范围内的河流、湖泊和水库受放射性污染严重，大部分放射性沉降物进入了普里皮亚季河、第聂伯河、杰纳斯河和索日河等河流的集水区域。

普里皮亚季河是其下游3000万人的供水水源，131I、90Sr、137Cs 和139Pu等放射性物质污染造成了区域水质型缺水，其中基辅水库的污染浓度比限定标准高5～10倍，水体遭受的放射性污染程度严重。这些地区也成为第聂伯河—索日河系统中长期放射性核素（如137Cs）的潜在来源。在雨季，雨水入渗使得沉积在土地表面的放射性物质进入地下水系统，使得地区的地下水遭受污染。随着区域产流、汇流和其他水流运动，放射性物质在地下水中得以迁移、运动，使得更大面积的地下水遭受污染，并最终进入集水区的河流，对地表水又造成一定程度的污染。

尽管切尔诺贝利事故已经过去26年，流域内的一些区域（尤其是切尔诺贝利周围30 km的隔离区）仍然有放射性核素进入河流。切尔诺贝利核电站隔离区内的普里皮亚季河漫滩污染区以及来自基辅水库的水成为主要的二级污染源，其中主要的90Sr污染被带进了第聂伯河。

总之，切尔诺贝利事故对水安全的危害是巨大、深远的。目前，受影响地区的放射性污染仍未结束，事故带来的水环境影响仍在进一步研究之中。为避免放射性物质对人类及其他生物的辐射危害，部分受到放射性污染的水体丧失了饮用水水源的功能。而那些受污染严重的水体，一方面遭受了半衰期较短核素（如131I等）带来的短期污染影响，另一方面承受并还将继续承受半衰期较长核素 （如137Cs）带来的长期辐射效应。

3.福岛事故及其对水资源安全的影响

2011年3月11日，日本东部发生里氏9.0级大地震，并引发次生灾害——海啸，福岛第一核电站受地震和海啸的影响，损毁极为严重，大量放射性物质泄漏到外部。

日本福岛核电站事故对周边的水资源造成了极大危害。核泄漏事故发生后，福岛核电站周边的地表水、地下水检测出放射性物质超标，当地居民饮用水受到严重威胁，导致这些地区用水紧张。通过水质监测发现：除福岛县存在生活饮用水放射性超标个例外（如饭馆村、川俣町），其他县市生活饮用水中虽存在放射性核素异常，但未发现超标。其中福岛县生活饮用水中的放射性核素浓度明显大于其他县市，放射性核素在福岛县有较大沉降。水体的放射性使得超标自来水无法饮用，局部地区发生灾后水质型缺水。另外，在中国、美国、韩国等国家的水体中检测到微量来自福岛核电站事故的放射性元素，这些微量放射性核素不会对人体造成危害。2011年3月18—31日，日本文部科学省对福岛第一核电站 25～58 km范围内的土壤的放射性物质检测结果表明，地下水体也受到了一定程度的污染，浅层地下水首当其冲。2011年4月2日，在附近的海水中也检测出了3 MBq/cm3的放射性131I，是法定标准的750万倍。可见，饮用水、地表水、地下水和海水均受到了污染，事故泄漏的放射性物质已经严重污染了当地水体环境，尤其给饮用水安全保障带来了极大威胁。

4.三起核电站事故的影响比较

在回顾核电历史上三起重要事故的基础上，从事故等级、核电站类型、堆型、事故原因、应急措施、对水资源安全的影响程度等方面进行比较和总结，详见表1。

二、核电站事故对水资源安全的影响

核电站事故发生后，放射性元素一旦进入水体，可能对水资源安全产生巨大危害，使得水资源水质受损，可用水量减少，水生原有功能丧失，从而对水资源安全造成威胁或损害。尤其对于内陆核电站而言，影响的范围和深度比沿海核电更为复杂。

1.核电站事故对水质的影响

几次重大核电事故均表明：核电站事故引起的放射性物质泄漏，可能会污染核电站周围的地表水和地下水水质，尤其易对敞开式水源造成放射性污染。

（1）影响范围

就地表水而言，重大事故的影响范围很大，甚至是世界范围的影响，但最主要受影响的是核电站周围60 km范围内的地表水体，其中30 km范围内河流、湖泊和水库的放射性污染最为严重。放射性物质在土壤、植被中的沉降、积累也会造成地下水污染。与地表水类似，在核电站周围60 km范围内的地下水，尤其是30 km范围内地下水的放射性污染最为严重；从深度上来说，事故对地下水的影响范围主要在容易渗水的泥沙层，放射性物质超标的地下水埋深可能超过15m，承压水层可能受到一定影响。

表1 核电三大事故对水资源影响的对比

（2）影响时间

放射性物质污染对水体水质的影响在事故初期尤为明显，之后随着水体的稀释和扩散、自身衰变、吸附和沉淀作用逐渐减弱，甚至消除。一方面要考虑短半衰期放射性元素（例如131I）带来的短期内的辐射影响，另一方面要考虑长半衰期放射性元素（例如137Cs）带来的长期潜在效应。

半衰期相对较短的131I一般在数个半衰期（半衰期为8.04 d）后，浓度有较大下降；对水质的影响在第一个半衰期影响最大，在1个月后影响大为削减，2～3个月以后影响基本消除。

半衰期相对较长的137Cs（半衰期约 30.0 a）和90Sr（半衰期 29.1 a）对地表水和地下水水质的影响在事故初期最大，在2～3个月之后因为水体的迁移、扩散有很大程度的衰减。但由于其半衰期较长，加上土壤、植被及底泥中沉积的放射性物质的淋溶、释放作用，这些放射性元素对水体的影响在短期内无法完全消除，可能长达数十年；但水体中放射性物质可能含量较低，水质仍处于达标的状态，是一种持久、低浓度、累积的影响，尤其是沉积在封闭水体（如湖泊、水库）中的长半衰期核素，对水体的污染更为长久。

（3）饮用水水质超标情况

核电站发生放射性物质泄漏后，对水体水质最重要的影响是导致饮用水水质超标、水体饮用功能丧失。放射性物质进入河流、水库等可直接导致饮用水水源放射性物质超标；而沉降在土壤、植被上的放射性物质则成为影响地表水和地下水水源水质的潜在污染源，一旦发生降雨、水土流失等，饮用水水质就可能受到污染，对流域居民饮用水安全构成威胁。

核电站事故释放的放射性物质以β放射性核素为主，我国的《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2005）要求饮用水水质总β放射性的上限为1Bq/L。对照该标准，切尔诺贝利事故对饮用水水质的危害是巨大、深远的，有关国家至今仍在研究其所带来的水环境问题。但其他一些重大事故由于放射量小，受纳水体容量大，水动力条件好，加上河水的扩散、稀释、自身衰变衰减等原因，核电站事故对饮用水水质的影响是有限的，通过水体自净、寻找其他替代水源、挖掘深井等途径可获取水质达标的饮用水。

2.核电站事故对水量的影响

核电站事故对水量的影响主要表现在事故处置水量、可供水量减少和为满足居民用水需要提供的应急饮用水水量三方面。核电站事故发生后，为防止事故升级 （如堆芯熔毁等），需向反应堆注入冷却水，事故处置需要用水，并排放含放射性的污水等。其次，放射性污水可能进入河流、湖泊及海洋等水体，造成一定范围内的地表水、地下水中放射性物质浓度升高，水质恶化、水体原有功能丧失，从而导致可用水量减少。此外，当水体的饮用功能丧失时，为解决受核电站事故影响范围内居民的正常生活用水，需从事故影响范围之外调水。

核电站核泄漏事故发生后，首先需向反应堆注水，给反应堆降温，为机组乏燃料棒水池加水，防止核反应堆堆芯熔毁、放射性物质泄露。事故处置过程需水量巨大。对于滨海核电站而言，虽有海水可作为冷却水，但由于海水中的盐分会锈蚀管道，缩短维护周期，增加维护成本，所以滨海核电站的事故处置也优先使用淡水，只有在淡水供应不足的情况下，迫不得已才使用海水。而对于内陆核电站，由于无海水可用，所有的事故处置用水均为淡水。可见，不管是滨海核电站还是内陆核电站，事故处置对水资源，尤其是淡水资源的需求是巨大的。此外，核电站核泄漏事故发生后，大量冷却水注入的同时，也产生许多放射性污水，含有放射性物质冷却水的储存和处理也是核电站事故处置过程的重要环节之一。

其次，当废水中放射性水平较低时，可经过核电站的综合污染处理设施处理后，排到河流、湖泊、海洋等水体；如果水体放射性水平较高，可先煮沸，将废水中的放射性物质沉淀，再过滤后排放。但当核电站的废水处理设施在事故中受损，或大量的中高浓度核污染废水超出核电站处理和存储的极限时，大量的中高浓度核污染废水将可能流入附近的河流、湖泊、水库和海洋中，从而对地表水造成污染，地表水的补给也会影响当地的浅层地下水，使水质受损，具备原有功能的水资源量减少。

此外，放射性物质的沉降将会造成当地饮用水污染，使得被污染水体的放射性核素超出安全标准，对当地饮用水安全构成威胁。此种情况下，为了解决核电站事故影响范围内居民的正常用水，需从其他区域调水，从而对调水区的可用水量也造成一定影响。

3.核电站事故对水功能区的影响

核电站事故发生后，放射性核素可能进入水体，其放射性、温度升高、毒理性等均可能导致水体水质恶化，可用水量减少，水生生态环境受损，进而影响水功能区功能。水功能一级区无法正常发挥其保护、缓冲、开发利用和保留的功能；具体到水功能二级区，则将影响饮用水水源、工业用水、农业用水、渔业用水、景观娱乐用水的功能，使过渡区无法实现过渡功能，排污控制区的排污控制不达标。

三、总 结

通过国外重要核电站事故回顾及其对水资源安全的影响分析，可以看出：①就地表水而言，重大核电站事故的影响范围很大，不排除世界范围的影响，但最主要受影响的是在核电站周围60 km范围内的地表水体，其中30 km范围内河流、湖泊和水库的放射性污染最为严重。放射性物质在土壤、植被中的沉降、积累也会造成地下水污染。在核电站周围60 km范围内的地下水，尤其是30 km范围内地下水的放射性污染最为严重；从深度上来说，放射性物质超标的地下水埋深可能超过15 m，承压水层也可能受到影响。滨海核电站事故产生的放射性物质主要通过大气沉降的方式污染地表、地下水体。②放射性物质污染对水体水质的影响在事故初期尤为明显，之后随着水体的稀释和扩散、自身衰变、吸附和沉淀作用可逐渐减弱，甚至消除。③核电站事故对水量的影响主要表现在事故处置水量、可供水量的减少和为满足居民用水需要提供的应急水量三方面。④当核电站发生事故时，放射性核素可能进入水体，导致水体水质恶化，可用水量减少，水生生态环境受损，进而影响水功能区的功能实现。

核电站事故发生后，从水资源安全角度出发，建议应重点关注核电站周围60 km范围内 （尤其是30 km范围内）的地表水体，埋深超过15 m的地下水及承压水层的水质也应开展监测。特别关注饮用水水源地的安全。主要关注的元素是I和Cs，在事故发生后1～2个月，主要关注131I等短半衰期核素对水资源安全的影响，此后主要关注134Cs、137Cs等长半衰期核素对水资源安全的影响。建议对受纳水体的底泥进行长期的放射性监测与治理。在核电站选址及建设过程中，应充分考虑到事故发生后，对水量的巨大需求。新建内陆核电站应根据堆型、水资源条件、人口密度等，论证需要配备事故冷却水池和事故废水容纳池的规模、事故应急水源的来源和保障程度等。核电站的设计中，增加风冷、空调等方式的冷却比重。在核电站事故处置过程中，采用空调和风冷等方式对核岛进行降温，尽量减少因冷却水使用产生的放射性污水，减轻核电站事故对当地水资源量的影响。建议在核电站设置取水井，用于抽取被污染的地下水。从水资源保护的角度出发，应结合水功能区管理要求来确定核电站的选址。

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