基于熵权集对分析法的铀矿冶设施区域辐射环境评价*

2016-06-02付勇明杨亚新郑勇明

现代矿业 2016年1期

关键词：尾矿库环境质量分析法

付勇明　杨亚新　郑勇明　张　叶　董　冲

(1.放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室；2.东华理工大学核工程与地球物理学院；3.湖北省核工业地质局放射性核素检测中心)

基于熵权集对分析法的铀矿冶设施区域辐射环境评价*

付勇明1,2杨亚新1,2郑勇明1,2张叶1,2董冲3

(1.放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室；2.东华理工大学核工程与地球物理学院；3.湖北省核工业地质局放射性核素检测中心)

摘要以某退役铀矿冶设施区域辐射环境为研究对象，采用熵权法确定评价指标权重，依次对评价区域、评价指标作集对分析。结果表明：主尾矿库和居民区辐射环境属优秀，副尾矿库辐射环境属优秀偏良好，水冶厂辐射环境属良好偏优秀，废石堆辐射环境属较好偏良好。上述评价结果表明：熵权集对分析法不仅能够对铀矿冶设施区域辐射环境质量进行有效评价，而且对于铀矿冶设施区域辐射环境治理和保护具有一定参考价值。

关键词熵权法集对分析法铀矿冶设施辐射环境

随着国民经济战略重点的调整，核能日渐受到国家的高度重视，作为核能的原料地，铀矿冶设施退役后的环境质量备受关注，尤其是已退役和正在退役治理的铀矿冶设施的辐射环境质量[1]。目前，我国铀矿冶设施退役治理后辐射环境的评价方法主要有单因素、单指标的简单评价法和多因素、多指标的数学模型综合评价法，简单评价法仅能反映局部辐射环境的影响，综合评价无法有效分析辐射环境的变化趋势[2]。采用集对分析法可对样本进行确定性和不确定性分析，通过计算其联系度可定量评价退役铀矿山的环境质量，检验其退役治理效果，并有效分析辐射环境的变化趋势。

1集对分析模型构建

1.1集对分析模型

集对分析(Set pair analysis,SPA)是我国学者赵克勤于1989年提出的一种处理不确定性系统的分析方法，其核心思想是将确定、不确定视为一个确定、不确定系统，在该系统中将确定性分为“同一”与“对立”2个方面，将不确定性称为“差异”，从同、异、反等3个方面分析事物及其系统[3]。同、异、反三者相互联系、相互影响、相互制约，又在一定条件下相互转化[4]。通过引入联系度及其数学表达可统一描述各类不确定性，从而将不确定性的辩证认识转化为数学运算。

在具体的问题背景下，对集合A和集合B组成的集对特性进行分析，共得到N个特性，其中S个特性为集对中的2个集合共有，该2个集合又在另外P个特性上相对立，在其余F个特性上关系不确定，则2个集合的联系度为[5]

(1)

式中，S/N为集合A与集合B的同一度，记为a；F/N为差异度，记为b；P/N为对立度，记为c；i为差异标记，i∈[-1, 1]；j为对立度系数，取-1，i和j也可仅起标记作用；a+b+c=1，a,b,c∈[0,1]。

由于研究对象各异，将式(1)作不同层次展开，得到多元联系数的表达式。本研究采用五元联系数，表达式为[6]

(2)

式中，b1、b2、b3为差异度分量，i1、i2、i3分别为偏同差异度系数、中差异度系数、偏反差异度系数，a+b1+b2+b3+c=1，a,b1,b2,b3,c∈[0,1]。

根据铀矿冶设施区域辐射环境评价指标的特性，可将其分为越小越优型和越大越优型，本研究采用越小越优型评价指标。

1.2熵值法确定权重系数

在信息论中，熵值反映了信息的无序程度，可度量信息量的大小，某项指标携带的信息越多，表示该项指标对决策的作用越大，此时熵值越小，即系统的无序度越小[7]。为此，可用信息熵评价所获信息的有序度及效果，即由评价指标值构成的判断矩阵确定评价指标的权重。计算步骤：①假定有m个评价对象，每个评价对象有n个评价指标，构建判断矩阵R；②将R进行归一化，得到归一化判断矩阵B；③根据传统的熵概念定义各评价指标的熵；④计算各项指标的熵权：W=[w1,w2,…，wt，…，wn]T(n为评价指标个数)。

1.3模型建立

(3)

2应用实例

以某退役铀矿冶设施区域辐射环境为例，根据该铀矿的实际分布情况，对该铀矿冶设施的主尾矿库、副尾矿库、水冶厂、废石堆及附近居民区进行环境监测。监测内容有：地表贯穿辐射剂量率(480个)、空气环境中氡及其子体浓度、222Rn析出率；地表水环境中天然放射性核素U、226Ra含量以及重金属含量；浅层地下水环境中的总α、总β放射性；土壤中U、226Ra比活度水平。将铀矿冶设施区域辐射环境的质量等级分为“优秀”、“良好”、“较好”、“合格”、“不合格”5个等级(表1)。

表1　铀矿冶设施环境质量等级指标分级标准

对该铀矿冶设施及周边地区展开环境实地调查，对采集的样品进行检测分析，结果见表2(取均值进行处理)。将环境质量等级分级的5个标准作为集对分析联系度中的同一度、差异度、对立度的取值依据，根据式(2)对5个评价区域作集对分析，其联系度系数见表3。由表3可知：环境质量由优至劣依次为居民区、主尾矿库、副尾矿库、水冶厂、废石堆，且居民区、主尾矿库和副尾矿库的环境质量等级为优秀。各评价指标的权重计算结果见表4。对15个权重评价指标作集对分析，各区域最终集对分析联系度系数见表5。

由表5可知：主尾矿库、副尾矿库和居民区环境质量属优秀，水冶厂环境质量属良好，废石堆环境质量属较好。3个优秀区域的环境质量优劣度排序为居民区>主尾矿库>副尾矿库，其中居民区和主尾矿库环境质量明显优于其他区域。副尾矿库环境质量虽属优秀，但其大气中222Rn浓度子体和土壤中222Rn 浓度偏高，联系度系数b1(0.382 7)非常接近a(0.392 4)，环境质量等级为优秀偏良好，环境质量具有下降的趋势，需应引起关注。水冶厂环境质量等级为良好偏优秀，由于大气中γ剂量率和222Rn浓度偏高，在现有修复措施的基础上保持并进一步提高要求。废石堆环境质量最差，由于地表水和土壤中的222Rn浓度偏高，其联系度系数b1和b2较接近，环境质量等级具有从较好向良好发展的趋势，应重点关注222Rn浓度的影响，加大填埋厚度，减弱其对环境的危害。