鐘齊佳，花 明，羅 姣

(1.東華理工大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院，江西 撫州 344000；2.東華理工大學(xué) 地質(zhì)資源經(jīng)濟(jì)與管理研究中心，江西 撫州 344000；3.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655)

鈾資源是重要的戰(zhàn)略資源，也是發(fā)展新能源的物質(zhì)基礎(chǔ)。鈾礦山開(kāi)采幾十年后面臨著退役，退役之后的環(huán)境質(zhì)量，一直是很多學(xué)者比較關(guān)注的問(wèn)題。退役鈾礦山的環(huán)境整治，要根據(jù)環(huán)境整治規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理、決策及污染程度，對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求目標(biāo)等結(jié)合國(guó)家財(cái)力和技術(shù)水平，制定其環(huán)境整治方案，力爭(zhēng)費(fèi)用最省，所獲得的效果最佳。

1 退役鈾礦山的概況

1.1 退役鈾礦山與退役標(biāo)準(zhǔn)

鈾礦山退役是指對(duì)永久中止運(yùn)行的鈾礦冶設(shè)施所做的善后處理，以保證工作人員和公眾免受殘留放射性的照射和其它可能的危害(據(jù)GB14586—93)。退役鈾礦山整治，是一項(xiàng)非常復(fù)雜而龐大的綜合性工程，需要對(duì)礦區(qū)的井巷工程、塌陷坑、廢石堆、尾礦庫(kù)、貯礦場(chǎng)、水冶廠房、受污染的設(shè)備和器材及受污染的農(nóng)田、水體等，進(jìn)行徹底的清污、治理和處置，使礦區(qū)的環(huán)境質(zhì)量達(dá)到退役標(biāo)準(zhǔn)[1]。

我國(guó)于1988年頒布了《輻射防護(hù)規(guī)定》的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定：“伴有輻射照射的一切實(shí)踐和設(shè)施的選址、設(shè)計(jì)、運(yùn)行和退役，都必須遵守本規(guī)定，都必須符合實(shí)踐的正當(dāng)性和輻射防護(hù)最優(yōu)化的原則，并確定個(gè)人所受的照射低于相應(yīng)的劑量限值”。輻射防護(hù)三原則是實(shí)踐的正當(dāng)性、輻射防護(hù)的最優(yōu)化和對(duì)個(gè)人劑量的限制。標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)個(gè)人劑量限值、γ輻射劑量、α表面污染程度、氡析出率等有關(guān)輻射防護(hù)做了限制標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)一系列治理工程后，水環(huán)境、土壤環(huán)境和大氣環(huán)境達(dá)到退役標(biāo)準(zhǔn)后，可以宣布鈾礦山退役[2]。

1.2 鈾礦山概況

某鈾礦山位于中國(guó)南方，雨水充沛，礦區(qū)主要由東、西礦區(qū)組成。有露天采場(chǎng)2個(gè)，礦井5個(gè),共采出礦石約104萬(wàn)t(金屬995t)，廢石290萬(wàn)t,地表存留有大小廢石堆12處，廢石堆裸露面積約17.3萬(wàn)m2。礦坑污水中鈾、鐳含量較高，治理前，廢石堆氡氣年排放量達(dá)6.51×1012Bq。該礦屬于典型的淺部“三下”(村鎮(zhèn)下、河流下、道路下)開(kāi)采礦床。不僅嚴(yán)重威脅橋梁、河流和建筑物的安全，同時(shí)影響地方土地開(kāi)發(fā)和利用。退役工程包括二次封閉坑(井)口26個(gè)；治理廢石場(chǎng)、工業(yè)場(chǎng)地1.5萬(wàn)m2；建構(gòu)筑物拆除(處理)9800m2；處置塌陷區(qū)6個(gè),約2.4萬(wàn)m2；注漿4380m3；回填和充填3237m3；擋渣墻1644m，6200 m3；排水溝3025m，3660m3；覆土69700m3；植樹(shù)58900棵，植被49500m2；廢石外運(yùn)87800m3；等等。

1.3 退役鈾礦山治理后的環(huán)境效益分析

通過(guò)對(duì)退役鈾礦山的綜合治理，各個(gè)環(huán)境指標(biāo)都達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，取得了很好的環(huán)境效益。為了具有代表性，選取氡析出率、集體有效劑量、土壤恢復(fù)改善程度、γ輻射劑量率、公眾個(gè)人輻射劑量、水質(zhì)污染程度、大氣污染程度、植被覆蓋率、土地恢復(fù)使用率和礦區(qū)生物量，作為衡量退役鈾礦山環(huán)境治理效益的指標(biāo)[3,4]。

輻射環(huán)境。以某礦山為例，通過(guò)系統(tǒng)的退役治理，地表222Rn析出率已由治理前的平均1.73Bq/m2s降到管理限值(0.74Bq/m2s)以下，其總平均值為0.29Bq/m2s，最高0.48Bq/m2s。氣態(tài)流出物所致的最大個(gè)人劑量在評(píng)價(jià)中心的E方位0～1km子區(qū)內(nèi)，從治理前的0.132mSv/a降到治理后的0.0124mSv/a，遠(yuǎn)小于0.25 mSv/a的管理限值以下，降低了91.6%；在0～80km范圍內(nèi)，集體輻射劑量從治理前的0.59人·Sv/a降到治理后的0.179人·Sv/a，降低了69.6%；γ輻射劑量率由治理前的76.3×10-8Gy/h降到了20.68×10-8Gy/h，降低了73%；礦區(qū)大氣222Rn濃度從治理前的平均36.4 Bq/m3降到治理后的平均16.18 Bq/m3，降低了56%。

水環(huán)境。礦區(qū)內(nèi)地表水系為河流，實(shí)施坑口堵水工程和地表治理工程后，整個(gè)礦區(qū)環(huán)境水體質(zhì)量較治理前明顯好轉(zhuǎn)，河水水質(zhì)達(dá)到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。具體的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 某退役鈾礦區(qū)環(huán)境水質(zhì)量指標(biāo)值

鈾礦山附近河水中U、226Ra指標(biāo)，從治理前的0.146 Bq /L、0.076 Bq/L降到治理后的0.037 Bq /L、0.01 Bq/L，pH值上升為7.6，水質(zhì)達(dá)到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。尾礦水和廢石場(chǎng)滲水中的pH值，由治理前的3.6～4.8降到6.5～7.5，水中BOD、SS和鎘等金屬離子治理后濃度基本達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

土壤環(huán)境。礦區(qū)污染農(nóng)田的土壤經(jīng)改種、改水治理后，土壤環(huán)境質(zhì)量較治理前明顯好轉(zhuǎn)。土壤中的U、226Ra含量較治理前明顯下降，分別為11.1mg/kg和151 Bq/kg，遠(yuǎn)低于管理限值。蔬菜中U的含量為0.16mg/kg，低于管理限值(1.5mg/kg)；農(nóng)田稻谷中U的含量為1.3mg/kg，低于管理限值(1.9mg/kg)。具體的土壤環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 土壤環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)

鈾礦山塌陷坑、廢石堆、尾礦庫(kù)、貯礦場(chǎng)、水冶廠房等經(jīng)過(guò)整治，覆土種植之后各項(xiàng)重金屬含量都能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。礦區(qū)土壤由于酸法浸鈾使pH值偏低，經(jīng)過(guò)退役治理后基本上能達(dá)到6.5左右。

其他環(huán)境指標(biāo)。礦區(qū)退役工程植樹(shù)58900棵，植被49500m2，植被覆蓋率達(dá)到84%，礦區(qū)的大氣環(huán)境也明顯變好。如TSP和SO2濃度基本降到0.2mg/m3和0.15 mg/m3以下；通過(guò)退役治理后，以前征用的土地(包括農(nóng)田、荒山荒坡地和公益林地)重新種植和恢復(fù)生產(chǎn)，土地恢復(fù)使用率達(dá)到90%。由于礦區(qū)在山區(qū)，且環(huán)境和周邊地區(qū)環(huán)境相同，退役后的礦區(qū)由于周邊的生物遷入而繼續(xù)繁衍，使生物量基本恢復(fù)開(kāi)采前的水平。

2 退役鈾礦山綜合環(huán)境效益計(jì)算

2.1 用層次分析法確定綜合環(huán)境效益各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重

綜合環(huán)境效益計(jì)算從自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境出發(fā)，分析評(píng)價(jià)退役鈾礦山區(qū)域治理后的效果。鈾礦山治理效益計(jì)算系統(tǒng)，是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)和制約、多因素構(gòu)成的系統(tǒng)。而層次分析法(簡(jiǎn)稱AHP法)[5]是一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策方法，常用于求解服從某一總目標(biāo)的多目標(biāo)的權(quán)重，或求解多個(gè)因素對(duì)所關(guān)聯(lián)的另一因素的權(quán)重。其方法步驟如下：

(1)建立效益計(jì)算指標(biāo)體系。合理選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及控制指標(biāo)量，是建立退役鈾礦山環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析、研究鈾礦山各因素之間的關(guān)系，選取10個(gè)代表性的指標(biāo)因子，建立退役鈾礦山環(huán)境效益計(jì)算指標(biāo)體系，見(jiàn)圖1。

圖1 退役鈾礦山環(huán)境效益分析框架圖

(2)構(gòu)造判斷矩陣。判斷矩陣P是表示本層所有的因素針對(duì)上一層某一個(gè)因素的相對(duì)重要性的比較。判斷矩陣的元素aij用Santy的1-9標(biāo)度方法給出。

(3)對(duì)應(yīng)于判斷矩陣最大特征根λmax的特征向量，經(jīng)歸一化(使向量中各元素之和等于1)后記為W。W的元素為同一層次因素對(duì)于上一層次某因素相對(duì)重要性的排序權(quán)值，這一過(guò)程稱為層次單排序。W計(jì)算方法，可以歸結(jié)為采用平均近似法計(jì)算判斷矩陣的特征值和特征向量。對(duì)結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：

式中，CI為一致性指標(biāo)，其值越大表示判斷矩陣一致性越差；λmax為判斷矩陣的最大特征根；n為判斷矩陣的階數(shù)；CR為隨機(jī)一致性比例；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，見(jiàn)表3。當(dāng)CR<0.1時(shí)，判斷矩陣的不一致程度在容許范圍之內(nèi)，可用其歸一化特征向量作為權(quán)重量，否則要重新構(gòu)造判斷矩陣，對(duì)判斷矩陣加以調(diào)整。

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)對(duì)照表

(4)層次總排序及一致性檢驗(yàn)。計(jì)算某一層次所有因素對(duì)于最高層(總目標(biāo))相對(duì)重要性的權(quán)值，稱為層次總排序。這一過(guò)程是從最高層次到最低層次依次進(jìn)行的。

2.2 綜合效益各項(xiàng)指標(biāo)的歸一化處理

退役鈾礦山環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)的量綱不同，而且有些指標(biāo)間的數(shù)量級(jí)存在明顯的差異，這給環(huán)境治理效益的分析帶來(lái)很大的難題。為了縮小指標(biāo)間的數(shù)量級(jí)和統(tǒng)一量綱，本文采用極值法處理各個(gè)指標(biāo)，進(jìn)行歸一化處理。[6]根據(jù)所選取的10個(gè)指標(biāo)的數(shù)量級(jí)和量綱，將其分為2類：

(1)正向指標(biāo)，即針對(duì)極大型指標(biāo)值的處理，歸一化公式為：

ui=(xi-xmin)/(xmax-xmin)

(2)負(fù)向指標(biāo)，即針對(duì)極小型指標(biāo)值的處理，歸一化公式為：

ui=(xmax-xi)/(xmax-xmin)

式中，ui為第i種指標(biāo)的歸一化指標(biāo)值；xi為第i種指標(biāo)的實(shí)際指標(biāo)值；xmin、xmax分別為同類指標(biāo)中實(shí)際最小值和最大值。由于退役治理后，鈾礦山的各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)都達(dá)到退役的標(biāo)準(zhǔn)，本文中大部分指標(biāo)，是以廢物處理率作為鈾礦山退役治理的效益值[7]。

2.3 結(jié)果與分析

2.4 指標(biāo)的權(quán)重確定和歸一化處理

通過(guò)計(jì)算和歸一化處理，得到各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。

表4 環(huán)境效益指標(biāo)的權(quán)重和歸一化指標(biāo)值

2.5 退役鈾礦山治理綜合效益的計(jì)算

退役鈾礦山環(huán)境治理的綜合指數(shù)等于各個(gè)指標(biāo)分值加權(quán)之和，即：

F=∑Wj·uj

式中，F(xiàn)是退役鈾礦山環(huán)境治理效益的綜合指數(shù)；uj是歸一化指標(biāo)j的數(shù)值；Wj是指標(biāo)j的權(quán)重值，即通過(guò)層次單排序獲得的數(shù)值。所得的環(huán)境綜合效益指數(shù)可以從指數(shù)對(duì)照表(表5)來(lái)評(píng)定環(huán)境效益的好壞。

表5 環(huán)境效益綜合指數(shù)對(duì)照表

所以環(huán)境效益綜合指數(shù)為：

F=∑Wj·uj=0.1639×0.8681+0.1437×0.6960+…+0.0714×0.6000=0.7985

也即是退役鈾礦山的效益為0.7985，說(shuō)明此鈾礦退役治理的總體效果較好。但集體有效劑量、土壤改善程度和礦區(qū)生物量治理效果不明顯，需要進(jìn)一步治理。在以后的工作中，需要對(duì)鈾礦山進(jìn)行后評(píng)估。

3 結(jié)語(yǔ)

退役鈾礦山環(huán)境效益分析是對(duì)鈾礦山全面退役治理后，從自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的角度，來(lái)評(píng)價(jià)鈾礦山退役治理的效果，在數(shù)學(xué)的角度上給出一種評(píng)價(jià)等級(jí)。本文以某鈾礦山為例，應(yīng)用層次分析方法計(jì)算得到退役治理的環(huán)境效益，認(rèn)為此鈾礦山的治理效果較好，但也存在著不足之處。因所選取的指標(biāo)不夠全面，沒(méi)有全面的分析經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，后續(xù)研究中應(yīng)進(jìn)行深入調(diào)查，獲得可靠數(shù)據(jù)予以分析。在分析過(guò)程中，僅僅是一個(gè)鈾礦的效益分析，在縱橫向比較上，需要在后續(xù)研究中繼續(xù)深入探討。

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