统计学在某区域环境放射性评价中的运用

2021-08-26杨波

四川环境 2021年4期

杨波

(广东省核工业地质局辐射环境监测中心, 广州 510800)

前言

在放射性数据处理方面，沙连茂及莫光华等人[1～3]就辐射环境监测数据合理性探讨过程中，重点阐述了探测限附近测量结果的不确定度的评定方法，并对土壤中放射性核素238U和226Ra，陆地介质样品中137Cs 和90Sr等问题进行了探讨，并对历年数据差异性的解释说明提出了期盼。顾建德[4]采用不同的统计学处理方法进行了监测及取样的设计，并对正态分布及非正态分布情况下的分别适用于参数检验法和非参数检验法的样本量设计，并对污染合适是否存在于本底中采用符号检验和威尔科充森秩和检验方法进行了模拟。郑丽结合实际工作，对如何剔除可疑数据及判定仪器稳定性方面采用数理统计法进行了判断[5]。

上述几位学者从数据的可靠性、关联性以及统计学的理论基础对环境监测数据的评价提供了一个良好的开头，但是如何去实际指导现场数据的处理评价工作却留下了很多值得商榷的内容，重点体现在问题一，某区域连续监测几年或者几十年，而数据到底变化程度有多大，若因为分析者的统计分析能力限制，导致分析数据的变化趋势很主观性，往往无法得出客观的评价；问题二，部分监测点数据异常，若未将其特殊说明，则往往会将调查整体结果偏离实际情况。本文从获得的具体数据出发，从数据检验、样本量估算、多组数据分析的角度，即立足于标准，又综合了前人的工作经验，完成了由数据到评价的整个过程，对后人进行辐射水平评价具有可操作性的指导意义。

1 材料与方法

采用国内先进的γ辐射剂量率仪对特定调查区按照5km×5km的网格进行调查，所用的设备经过宇宙射线扣除得到原野γ辐射剂量率，在此过程中主要采用如下的质量控制方法，保证了数据的准确性及真实性。

(1)对参与现状调查测量的人员进行监测技术的培训。

(2)项目使用到的设备6150AD/b型辐射仪都经计量检定或校准合格的，并参与与广东省环境辐射监测中心组织的机构间比对，比对结果位满意。

(3)现状调查的监测布点严格按照国家、行业的标准方法规定进行；原野γ辐射剂量率监测点位主要选择原生态土壤点位，周边10m×10m区域γ辐射剂量率巡测数据稳定。

(4)针对本次调查制定了相应的现场监测手册及监测记录表格，确保监测结果具有客观性、代表性和公正性。

(5)项目调查过程中通过对设备的准确性、稳定性、一致性三个方面进行仪器设备的质量控制，保证项目数据的准确性。

(6)为保证调查的均匀性，综合以往调查经验，都采用了5km×5km的网格调查法，测量土壤表面1m处的γ辐射空气吸收剂量率，在考究数据准确性方面，还采集了部分点位的土壤样品，根据Beck公式：

Dr=0.043CK+0.427CRa+0.662CTh.

(1)

公式(1)中：Dr为γ辐射剂量率，nGy/h;

CRa、CTh、CK分别为土壤中226Ra、232Th、40K比活度，Bq/kg。

通过Beck公式计算其地表1m高处的γ辐射剂量率值，与直接测量结果进行比较，数据比较见表1。

表1 原野γ辐射剂量率直接测量值及理论计算值Tab.1 Direct measurement and Theoretical calculation value of field gamma radiation dose rate

陆地γ辐射剂量率与各个监测点土壤核素比活度经Beck公式计算的理论值进行比较，其Beck公式计算理论值和实测值的相对偏差在0.4%～4.8%之间，全国第一次辐射水平调查各省实测值与理论计算值相对偏差<10%，但是UNSCEAR 1982年报告中报道，若实测值与计算值相对偏差>30%时，至少有一种方法不可靠，而本次调查的实测结果和理论结果的相对偏差都小于30%，因此此次测量结果与计算结果吻合程度较好，说明在严格的质量控制下，土壤中放射性核素按Beck公式计算理论值和γ剂量率测量值比较可靠。

2 结果与讨论

2.1 样本分布规律的检验

为了解某市区γ辐射剂量率水平，采用5km×5km的网格进行，为说明数据特征，取其中的某区γ辐射剂量率进行分析，其中某区γ辐射剂量率监测点位41组[6]，数据分布见表2。

表2 某区原野γ辐射剂量率Tab.2 Field γ Radiation dose rate in a certain area (nGy/h)

对表2中的监测数据进行分布规律的检验，这组测量数据在不知道其各数据出现的频数时，采用W检验[2]，W检验全称Shapiro-Wilk检验(只针对样本量8

通过计算得到W=0.940，查文献[7]表11给出n=41且p=a=0.05时的p分位数为0.941(其中n=41且p=a=0.01时的p分位数为0.92)，由于计算得到的W值小于该值，所以在该组数据不符合正态分布，因此有必要对上述数据的异常值进行单独分析，

2.2 异常数据的取舍

采用格拉布斯方法[8]对数据进行取舍，可知105-30点位数据306.7，为异常数据，对其剔除，对其再次进行W检验，计算得W=0.943，查文献[7]表11给出n=40且p=a=0.05时的p分位数为0.940(其中n=40且p=a=0.01时的p分位数为0.919)，由于计算得到的W值大于该值，剔除该数据后符合正态分布，其调查数据正态分布检验P-P图见下图，图中显示大部分监测数据点都在直线附近，因此定此次除105-30调查点外其余数据近似符合正态分布。在此情况下，对105-30点数据进行加密测量分析，有必要针对这片区域进行详细调查。

图原野γ辐射剂量率的正态分布P-P检验图Fig. P-P test chart of normal distribution of Field gamma radiation dose rate

2.3 样本容量的检验

对项目的样品容量进行检验[9]，首先确定异常数据剔除后，40个样品数据能否代表该地区的辐射水平，先通过检验其方差能否代表该地区的分散性，可通过F检验。

2.3.1 方差稳定性检验

从表1中随机抽取20组数据，计算均值及标准偏差，进行放回式随机抽取16个数据计算响应的均值及标准偏差，数据列表见表3。

表3 方差稳定性检验结果Tab.3 Results of variance stability test (nGy/h)

由表3可知，显然F

2.3.2 样本量N的确定

(2)

公式(2)中a成为可接受的危险度，如P=0.05，a=5%，即允许5%概率判断错；则ε定义为调查精度，就是与正态分布μ的接近程度，当样本量N趋于无穷大时，ta=1.96。

按照上述公式的得出，考察N=40样本量是否能代表本区域的γ辐射剂量率，取调查精度ε确定为10%，计算得N=39。

由此可见，在不确定度为10%，样本容量为39个，本调查中样本量为40个，满足调查要求。

上述样本量的方法的使用需要注意[5]比如调查对象总体目标的问题，调查参数关联性问题等。

2.4 原野γ辐射剂量率趋势性分析

2014年、2016年先后两家单位采用同样的网度5km×5km进行了场地调查，为比较2组数据的差异性，先对各组样本的方差进行F检验，采用双总体t 检验对两个单位监测数据结果的一致性进行检验，分析结果见表4。

表4 2014年、2016年某区域调查结果对比表Tab.4 Comparison of survey results of a certain region in 2014 and 2016

由表4得到的T=1.60

2.5 测量结果的表示

调查人员一般表示调查结果为：

这种表达方式往往只说明了样本的均值与样本的方差(表征样本的波动性)，这时并没有把样本与总体的特征数联系起来。根据中心极限定理可知总体平均值的结果应该表示为：

(3)

(4)

对照本调查资料可知：df40=40-1=39时，其ta=2.02，某区原野γ辐射率应该表示为：

(5)

2.6 异常数据分析

105-30点位的监测数据存在异常，经过对比地质环境可知：根据地质构造知道这一带土壤基本由花岗岩风化而来，所处岩体类型为佛冈岩体，花岗岩的铀、镭含量都偏高。该点位于万建军等人的课题调查区域内，其调查结果显示其佛冈地区花岗岩的Th/U比值较为稳定，比值范围为2.46～2.62。与粤北地区其他岩体(诸广、贵东、下庄、热水岩体)相比较，优势明显，高于大部分岩体及粤北地区花岗岩的平均值[11]。万建军等人的调查得出此区域属于热液型花岗岩体，其γ辐射剂量率高于同类型的其他地区的花岗岩体。