粤港澳大湾区某地天然放射性环境调查与评价

赵迷迷

（广东省核工业地质局二九二大队，广东 广州 510800）

近年来，人居环境引起全世界的关注，人居环境可持续发展已经成为全球性的普遍纲领，而天然放射性辐射是衡量优质人居环境的一项重要指标。人类在长期的实践和应用中发现，少量的辐射不会危及人类的健康，过量的辐射会对人体产生伤害，使人致病、致癌，甚至失去生命。

20世纪80年代，原国家卫生部、原国家环境保护总局开展了全国性的放射性环境调查，全面摸清了我国环境天然放射性现状水平、分布及其规律，估算了全国居民的受照射剂量（王其亮，1987；何振芸等，1992）。2007年原国家环境保护总局建立了国家辐射环境监测网，截至2019年，全国共布设空气吸收剂量率监测站167个，包括120个地级及以上城市辐射环境连续监测和236个地级及以上城市的累积剂量监测（中华人民共和国生态环境部，2018；2019；2020）。此外，广东省、福建省、江苏省等地区也相继开展了部分区域的放射性环境调查（莫纯銮，2010；王春梅等，2015；史天骄等，2009；张保生等，2017；韩志滨等，2020；陈斌等，2004）。然而，上述天然放射性调查均为小比例尺的区域性调查，一般将工作区划分为20 km×20 km～25 km×25 km的网格，在每一个网格中布设测点，同时进行原野、道路、室内γ辐射剂量率测量，或者采用自由网格的方式，不规定测点位置，在城市中随机选择点位进行测量，且观测网格普遍较稀，获得的样本数也较少。但是城市建设过程中，不同程度的土地开发和建筑材料的使用，地表环境的放射性核素具有较大差异，因此，在城市开展天然放射性环境调查时，必须采用较大比例尺的地表γ辐射剂量率测量。

工作区位于粤港澳大湾区的核心区，区内地形是在华南准地台的基础上，经过漫长的气候变化和风雨侵蚀，形成了以冲积平原为主，低山丘陵台地错落其间的水乡地形地貌。出露地层以广泛发育的新生界第四系为主，在中部出露有大面积的花岗类岩石，沉积岩出露较少。区域内曾开展的放射性环境调查工作有：2002—2004年，原中国国土资源航空物探遥感中心在广东省南部开展了面积为15000 km2的航空放射性测量，取得了详细的天然放射性水平分布状况，发现华南某地区天然放射性辐射水平相当高，并查明了地质影响因素和分布特征，为广东省南部发达地区的辐射生态环境评价提供了宝贵的资料（吴其反等，2005；方迎尧等，2007）；2013—2016年，广东省核工业地质局辐射环境监测中心对广东省陆地区域进行了原野、道路、室内等场所的γ辐射剂量率调查和就地γ能谱测量，分析了土壤、水、底泥岩石、生物样等介质样品，基本查明了全省环境介质天然放射性的辐射水平、现状和分布以及对人居环境的影响。2020年，中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所组织开展了广东省部分地区土壤放射性核素的测定和剂量评估，表明广东省土壤核素水平高于国内和全球的平均水平，是我国天然放射性高背景区，但γ辐射剂量率、等效镭比活度和年有效剂量率远低于安全值，广东省放射性水平处于正常范围（杨剑洲等，2020）。因此，工作区内尚未开展过较大比例尺专项放射性环境调查工作，2020年5月—10月，笔者在工作区内开展了1∶25000环境地表γ辐射剂量率测量，旨在查明工作区内的放射性环境情况，获得环境γ辐射天然本底水平及其分布资料和人类实践活动所引起的环境γ辐射水平变化的资料，估算公众成员因环境γ辐射所致的有效剂量，为评价城市地质环境承载力、构建城市地质数据库、开展城市地质信息服务积累可靠的数据和资料，为城市的规划、管理、综合开发和治理提供依据。

1 仪器与方法

1.1 仪器设备

采用FD-3013H环境监测用γ辐射剂量率仪，根据HJ 1157－2021《环境γ辐射剂量率测量技术规范》，测量地表上方1 m处由周围物质中的天然核素和人工核素发出的γ射线产生的空气吸收剂量率值。该仪器耐用防水，轻便易于携带，能有效节约测量时间和人力，适宜于野外工作。仪器量程下限不高于1×10-8Gy·h-1；相对固有误差＜±15%；能量相应为50 keV～3 MeV，相对响应之差＜±30%（相对137Cs参考γ辐射源）；角响应为0～180°且R’/R≥0.8（137Cs参考γ辐射源，R’为角响应平均值，R为角响应值）；温度为－10～＋40℃（即时测量仪表）；相对湿度＜95%（35℃）。本次工作共投入使用该仪器8台，经广东省核工业地质局放射性计量站和上海市计量测试技术研究院华东国家计量测试中心进行检定，仪器准确性均符合检定要求。在测量条件一致的情况下，投入使用的8台仪器分别置于同一标准源测量，仪器的相对误差值为-8.93%～5.36%，均在±10%以内，仪器的一致性合格。利用同一标准源分别对8台仪器进行短期稳定性检查，仪器的相对误差值为-3.42%～3.54%，均在±10%以内，仪器的短期稳定性检查合格。野外测量工作每天使用仪器前、后，选择固定测点处进行仪器的长期稳定性测量，仪器的相对误差值为-9.8%～9.84%，均在±10%以内，仪器的长期稳定性检查合格。

1.2 工作方法

（1）布点原则

测量工作开始之前先选择数条踏勘路线进行巡测，根据巡测结果，将人口密集的城镇区、断裂构造点附近、花岗岩裸露区等划分为重点调查区，采用250 m×100 m的测量网度布置测量点；其他区域划分为一般调查区，采用线距500 m×100 m的测量网度布置测量点。当发现异常区域时，加密网度布置测量点，其中当测点位于重点调查区时，按线距250 m×50 m的加密网度布置测量点；当测点位于一般调查区时，按线距250 m×100 m的加密网度布置测量点。测线的布置垂直于主要构造线、地层接触界线，并与土壤迁移方向及河流流向基本一致。

由于工作区位于城市辖区，部分测点位于建筑物内部或私人辖区，难以到达指定地点测量的，将测点偏移至三分之一网格间距开展测量；当测点位于水库、河流中央等地段，且超出网格间距三分之一的，做弃点处理；当测点位于鱼塘、沼泽地等地段，无法到达设计点测量的，沿可通行路线开展路线测量。本次工作区总面积约800 km2，有效测点共18016个，平均约每平方千米测点达23个。

（2）工作方法

本次工作区面积较大，传统的纸质版图件已经很难满足工作需求，取而代之的是利用“奥维互动地图”规划测量路线，确定实时位置。测量工作之前，先将设计好的测点及测量网格的矢量数据导入“奥维互动地图”中，并根据Google卫星混合图中的地物地貌及道路信息，提前规划测量路线，提高测量效率，节省工作时间；测量工作中，以手机客户端App软件“奥维互动地图”中的Google卫星混合图为底图，到达设计点位后，先在其周围半径10 m范围内巡测，用辐射剂量率仪垂直对准被测物体，在距离其1 m高处进行测量，确定好具有代表性的测量点位后，每个测量点位测量10次，单次测量时间间隔约10 s，将其记录在原始记录表中，并在手机客户端APP软件“奥维互动地图”中相应测点位置处标注点号。同时，记录测点的手持GPS坐标、测点序号、点号、测量日期、气象条件、土壤类型、土地利用等信息。当发现测量数值出现异常高值时，拍摄现场测量照片和仪器读数照片，并按照布点原则中加密网度布置测量点，查明异常高数值原因。

（3）数据处理

测量工作结束后，根据HJ 61－2021《辐射环境监测技术规范》，及时对测量数据进行自检、互检、可疑数据的剔除、数据样本置信水平测试和数据分布特征检验等。其中，可疑数据的剔除是在仔细审查未发现有导致数据偏离一般范围的原因后，采用Grubbs准则剔除不合理数据。本次工作取显著性水平为0.05，置信水平为95%，10次测量数据对应的统计量T（10，0.05）为2.176，即当计算统计量T≤2.176时，此数据可不予剔除，否则剔除。剔除后取其平均值作为测点的原始测量数据，但剔除后的数据不应少于8个，否则该组数据作废。样本容量的确定方法一般包括经验法和公式法，由于天然放射性水平检测的总体样本均值未知，故根据总体比例法确定样本容量。本次工作共测得有效数据18016个，大于理论计算值16384个，因此样本置信水平大于99%。

测点的环境地表γ辐射剂量率根据各个测点的原始测量数据，经修正后按公式（1）计算：

式中：Dγ为环境地表γ辐射剂量率；k为各个仪器校正因子，由检定单位给出；R1为修正后的测量值；R2为仪器对宇宙射线的响应值（测量工作之前，按照HJ 1157－2021《环境γ辐射剂量率测量技术规范》在开阔水面上测得）。

环境地表γ辐射剂量率本底值的计算是根据各个工作区的数据直方图的分布形态，剔除极高值点（大于平均值加3倍标准差的高值点）及极小值点（小于平均值减3倍标准差的低值点）后，按公式（2）计算本底值，按公式（3）计算标准差（λ），用以描述工作区天然放射性本底特征。

通过测量数据的处理与分析得知，数据分布形态呈近似正态分布，数据的平均值及标准差可代表工作区内的环境地表放射性水平本底值，测量数据能有效反映工作区内的环境地表γ辐射放射性水平。

2 结果与分析

（1）数据统计分析

工作区共分A区、B区和C区，全区环境地表γ辐射剂量率为20～1738 nGy·h-1，本底值为113 nGy·h-1，标准差为38，高于《1983—1990年中国环境天然放射性水平》中全国及广东省原野γ辐射剂量率平均水平（62.8±31.2，85.3±27.4），但与周边城市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年全国辐射环境质量报告》中该地自动监测站的平均水平（97.3～97.8）（表1、图1）。因此，区内环境地表γ辐射剂量率平均水平与历年调查结果基本一致，整体辐射环境未发生明显的变化。

图1 2020年测量数据与历年文献数据对比图Fig. 1 Comparison of measurement data from 2020 with historical literature data

表1 各工作区环境地表γ辐射剂量率测量结果表Tab. 1 Results of surface γ radiation dose rate measurement in each working area

（2）异常高数值区（点）分析

将γ辐射剂量率高于本底值加3倍标准差及以上数值点确定为异常高数值区（点），全区共发现10处，其中A区8处、B区2处，总面积约1.48 km2，占工作区总面积的0.185%。异常高数值点均与区内裸露的花岗岩及断裂构造带密切相关（图2），表现为直接裸露的花岗岩石场和部分断裂构造的断裂面，γ辐射剂量率普遍异常高。异常高数值区的平面形态与花岗岩石场采坑基本吻合，而采石场周围植被茂密、覆盖层较厚未见异常。个别异常高数值点与当地装饰装修采用的花岗岩石材密切相关。

图2 部分异常高数值区（点）分布图Fig. 2 Part of abnormal high value area (point) distribution chart

（3）环境地表γ辐射水平分布特征及影响因素分析

通过绘制γ辐射剂量率等值线图（图3）可知，γ辐射剂量率的分布与土地利用类型及基岩裸露程度有关，表现为成片的种植区、养殖区γ辐射剂量率数值偏低，而人口密集的城镇区、基岩裸露区γ辐射剂量率数值相对较高。因此，工作区内环境地表γ辐射水平可分为城镇人口密集区、基岩出露区和原野区3类。

图3 A工作区γ辐射剂量率等值线图Fig. 3 The γ radiation dose rate contour map of working area A

经统计，各工作区内人口密集区的环境地表γ辐射水平略高于天然本底值2.48%～13.73%（表2），主要原因为：人类在发展过程中，在土方开挖、室内外装修等工程建设过程中，将地表覆盖物进行了扰动或者揭露，将原本在地下，对人的生活环境没有影响的天然放射性物质提升至地面，使得放射性本底较高的岩石或其风化物暴露于空气中，增加了放射性核素与空气的接触面，在地表自然环境的影响下，放射性核素随着岩石的风化扩散到了空气中或水中，从而增加了当地的放射性水平。

表2 各城镇人口密集加密区测量结果统计一览表Tab. 2 Statistical table of measurement results in densely populated areas of cities and towns

基岩出露区环境地表γ辐射水平普遍高于天然本底值3.92%～65.29%（表3），其中花岗岩基岩出露区高于天然本底值8.26%～65.29%，这是因为花岗岩往往含有镭、钍、钾等放射性元素所致。而片岩和砂砾岩地区环境地表γ辐射水平分别略高于天然本底值3.92%和5.88%；砂岩地区环境地表γ辐射水平略高于天然本底值17.31%。

表3 各基岩出露区测量结果统计一览表Tab. 3 Statistical table of the measured results in the exposed areas of bedrock

原野区环境地表γ辐射水平普遍低于环境本底值（表4），其中连片的水产养殖区内环境地表γ辐射剂量率低于环境本底28.10%，蔬菜种植区、园艺园林区和其他经济作物区内环境地表γ辐射剂量率低于环境本底17.65%～40.20%。

表4 各原野区测量结果统计一览表Tab. 4 Statistical table of field survey results

（4）公众剂量估算

根据HJ 1157－2021《环境γ辐射剂量率测量技术规范》，环境γ辐射致公众成员年有效剂量采用公式（4）估算：

式中，He为有效剂量当量，单位为Sv；Dγ为环境γ辐射空气吸收剂量率，单位为Gy；K为空气吸收剂量与有效剂量的换算系数，取值为0.7，单位为Sv·Gy-1；t为人员每年在测量点位环境中的停留时间，取值为8760 h。

因此可估算工作区内居民所受环境地表γ辐射所致公众人均年有效剂量平均值为0.693 mSv·a-1，高于1983—1990年全国和全省的平均水平，但低于1983—1990年周边城市D、G的平均水平，与2017—2019年全国辐射环境质量报告中的水平相当。

根据GB 18871－2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》，实践使公众中有关关键人群组的成员所受到的平均剂量估计值不应超过年有效剂量1 mSv，可圈定异常（区）点4处，其中1号异常区域面积最大，约为0.75 km2，异常区与1处采花岗岩石场密切相关，公众人均年有效剂量平均值为1.278 mSv·a-1。目前场地内为石料加工厂，已停止采矿活动，场地内有常驻工作人员数名，需适当减少停留时间，做好防护措施；其他3处为废弃的花岗岩采石场或裸露的断裂构造面，无常驻人员，影响较小。

3 结论与建议

（1）通过对粤港澳大湾区某市开展环境地表γ辐射剂量率测量，基本了解了工作区内的放射性环境情况，获得了环境γ辐射天然本底水平及其分布资料，通过与历年数据比较，工作区内整体辐射环境未发生明显的变化，且处于正常水平。根据环境影响因素将γ辐射水平可大致分为城镇人口密集区、基岩出露区和原野区3部分，其中城镇人口密集区和基岩出露区环境地表γ辐射水平普遍高于环境本底值，而原野区环境地表γ辐射剂量率低于环境本底值。

（2）区内共发现异常高数值区（点）共10处，总面积约1.48 km2，占工作区总面积的0.185%，均位于花岗岩裸露区，部分为采石场。建议在异常区内开展土壤氡浓度测量、空气氡浓度测量，及土壤样、岩石样、固体样、水样和底泥样等取样工作，进一步综合评价异常高数值区域内的天然放射性环境质量现状。

（3）对于γ辐射剂量率较高数值点及公众剂量外照射量大于1 mSv的点，不适宜人类长期居住，城市规划中应尽量避开，确需规划使用的需避免建成人员密集场所，并采用覆土、植树、植草或建成混凝土地板等方法设置屏蔽体。对于已废弃的采石场及城市建设中导致裸露的花岗岩体应尽早进行覆土、植树、植草，对于尚处于生产中的工作人员，需严格把控停留时间。

（4）在城市地质调查中，采用网格化布设测量点，开展大比例尺环境地表天然辐射水平调查，是有效评估城市环境承载能力的有效手段。建议在粤港澳大湾区其他区域内开展放射性环境调查工作，针对异常高数值点建立长期监测站，评估放射性环境影响，从而为建立宜居宜业宜游的优质人居环境奠定基础。