楊 波

(廣東省核工業(yè)地質(zhì)局輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)中心, 廣州 510800)

前 言

在放射性數(shù)據(jù)處理方面，沙連茂及莫光華等人[1～3]就輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)合理性探討過程中，重點(diǎn)闡述了探測(cè)限附近測(cè)量結(jié)果的不確定度的評(píng)定方法，并對(duì)土壤中放射性核素238U和226Ra，陸地介質(zhì)樣品中137Cs 和90Sr等問題進(jìn)行了探討，并對(duì)歷年數(shù)據(jù)差異性的解釋說明提出了期盼。顧建德[4]采用不同的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法進(jìn)行了監(jiān)測(cè)及取樣的設(shè)計(jì)，并對(duì)正態(tài)分布及非正態(tài)分布情況下的分別適用于參數(shù)檢驗(yàn)法和非參數(shù)檢驗(yàn)法的樣本量設(shè)計(jì)，并對(duì)污染合適是否存在于本底中采用符號(hào)檢驗(yàn)和威爾科充森秩和檢驗(yàn)方法進(jìn)行了模擬。鄭麗結(jié)合實(shí)際工作，對(duì)如何剔除可疑數(shù)據(jù)及判定儀器穩(wěn)定性方面采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行了判斷[5]。

上述幾位學(xué)者從數(shù)據(jù)的可靠性、關(guān)聯(lián)性以及統(tǒng)計(jì)學(xué)的理論基礎(chǔ)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)提供了一個(gè)良好的開頭，但是如何去實(shí)際指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的處理評(píng)價(jià)工作卻留下了很多值得商榷的內(nèi)容，重點(diǎn)體現(xiàn)在問題一，某區(qū)域連續(xù)監(jiān)測(cè)幾年或者幾十年，而數(shù)據(jù)到底變化程度有多大，若因?yàn)榉治稣叩慕y(tǒng)計(jì)分析能力限制，導(dǎo)致分析數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)很主觀性，往往無法得出客觀的評(píng)價(jià)；問題二，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)異常，若未將其特殊說明，則往往會(huì)將調(diào)查整體結(jié)果偏離實(shí)際情況。本文從獲得的具體數(shù)據(jù)出發(fā)，從數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、樣本量估算、多組數(shù)據(jù)分析的角度，即立足于標(biāo)準(zhǔn)，又綜合了前人的工作經(jīng)驗(yàn)，完成了由數(shù)據(jù)到評(píng)價(jià)的整個(gè)過程，對(duì)后人進(jìn)行輻射水平評(píng)價(jià)具有可操作性的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

采用國內(nèi)先進(jìn)的γ輻射劑量率儀對(duì)特定調(diào)查區(qū)按照5km×5km的網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)查，所用的設(shè)備經(jīng)過宇宙射線扣除得到原野γ輻射劑量率，在此過程中主要采用如下的質(zhì)量控制方法，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及真實(shí)性。

(1)對(duì)參與現(xiàn)狀調(diào)查測(cè)量的人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)的培訓(xùn)。

(2)項(xiàng)目使用到的設(shè)備6150AD/b型輻射儀都經(jīng)計(jì)量檢定或校準(zhǔn)合格的，并參與與廣東省環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)中心組織的機(jī)構(gòu)間比對(duì)，比對(duì)結(jié)果位滿意。

(3)現(xiàn)狀調(diào)查的監(jiān)測(cè)布點(diǎn)嚴(yán)格按照國家、行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定進(jìn)行；原野γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)點(diǎn)位主要選擇原生態(tài)土壤點(diǎn)位，周邊10m×10m區(qū)域γ輻射劑量率巡測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

(4)針對(duì)本次調(diào)查制定了相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手冊(cè)及監(jiān)測(cè)記錄表格，確保監(jiān)測(cè)結(jié)果具有客觀性、代表性和公正性。

(5)項(xiàng)目調(diào)查過程中通過對(duì)設(shè)備的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、一致性三個(gè)方面進(jìn)行儀器設(shè)備的質(zhì)量控制，保證項(xiàng)目數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

(6)為保證調(diào)查的均勻性，綜合以往調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，都采用了5km×5km的網(wǎng)格調(diào)查法，測(cè)量土壤表面1m處的γ輻射空氣吸收劑量率，在考究數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性方面，還采集了部分點(diǎn)位的土壤樣品，根據(jù)Beck公式：

Dr=0.043CK+0.427CRa+0.662CTh.

(1)

公式(1)中：Dr為γ輻射劑量率，nGy/h;

CRa、CTh、CK分別為土壤中226Ra、232Th、40K比活度，Bq/kg。

通過Beck公式計(jì)算其地表1m高處的γ輻射劑量率值，與直接測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)比較見表1。

表1 原野γ輻射劑量率直接測(cè)量值及理論計(jì)算值Tab.1 Direct measurement and Theoretical calculation value of field gamma radiation dose rate

陸地γ輻射劑量率與各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤核素比活度經(jīng)Beck公式計(jì)算的理論值進(jìn)行比較，其Beck公式計(jì)算理論值和實(shí)測(cè)值的相對(duì)偏差在0.4%～4.8%之間，全國第一次輻射水平調(diào)查各省實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值相對(duì)偏差<10%，但是UNSCEAR 1982年報(bào)告中報(bào)道，若實(shí)測(cè)值與計(jì)算值相對(duì)偏差>30%時(shí)，至少有一種方法不可靠，而本次調(diào)查的實(shí)測(cè)結(jié)果和理論結(jié)果的相對(duì)偏差都小于30%，因此此次測(cè)量結(jié)果與計(jì)算結(jié)果吻合程度較好，說明在嚴(yán)格的質(zhì)量控制下，土壤中放射性核素按Beck公式計(jì)算理論值和γ劑量率測(cè)量值比較可靠。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣本分布規(guī)律的檢驗(yàn)

為了解某市區(qū)γ輻射劑量率水平，采用5km×5km的網(wǎng)格進(jìn)行，為說明數(shù)據(jù)特征，取其中的某區(qū)γ輻射劑量率進(jìn)行分析，其中某區(qū)γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)點(diǎn)位41組[6]，數(shù)據(jù)分布見表2。

表2 某區(qū)原野γ輻射劑量率Tab.2 Field γ Radiation dose rate in a certain area (nGy/h)

對(duì)表2中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分布規(guī)律的檢驗(yàn)，這組測(cè)量數(shù)據(jù)在不知道其各數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻數(shù)時(shí)，采用W檢驗(yàn)[2]，W檢驗(yàn)全稱Shapiro-Wilk檢驗(yàn)(只針對(duì)樣本量8

通過計(jì)算得到W=0.940，查文獻(xiàn)[7]表11給出n=41且p=a=0.05時(shí)的p分位數(shù)為0.941(其中n=41且p=a=0.01時(shí)的p分位數(shù)為0.92)，由于計(jì)算得到的W值小于該值，所以在該組數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，因此有必要對(duì)上述數(shù)據(jù)的異常值進(jìn)行單獨(dú)分析，

2.2 異常數(shù)據(jù)的取舍

采用格拉布斯方法[8]對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍，可知105-30點(diǎn)位數(shù)據(jù)306.7，為異常數(shù)據(jù)，對(duì)其剔除，對(duì)其再次進(jìn)行W檢驗(yàn)，計(jì)算得W=0.943，查文獻(xiàn)[7]表11給出n=40且p=a=0.05時(shí)的p分位數(shù)為0.940(其中n=40且p=a=0.01時(shí)的p分位數(shù)為0.919)，由于計(jì)算得到的W值大于該值，剔除該數(shù)據(jù)后符合正態(tài)分布，其調(diào)查數(shù)據(jù)正態(tài)分布檢驗(yàn)P-P圖見下圖，圖中顯示大部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都在直線附近，因此定此次除105-30調(diào)查點(diǎn)外其余數(shù)據(jù)近似符合正態(tài)分布。在此情況下，對(duì)105-30點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密測(cè)量分析，有必要針對(duì)這片區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。

圖 原野γ輻射劑量率的正態(tài)分布P-P檢驗(yàn)圖Fig. P-P test chart of normal distribution of Field gamma radiation dose rate

2.3 樣本容量的檢驗(yàn)

對(duì)項(xiàng)目的樣品容量進(jìn)行檢驗(yàn)[9]，首先確定異常數(shù)據(jù)剔除后，40個(gè)樣品數(shù)據(jù)能否代表該地區(qū)的輻射水平，先通過檢驗(yàn)其方差能否代表該地區(qū)的分散性，可通過F檢驗(yàn)。

2.3.1 方差穩(wěn)定性檢驗(yàn)

從表1中隨機(jī)抽取20組數(shù)據(jù)，計(jì)算均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差，進(jìn)行放回式隨機(jī)抽取16個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算響應(yīng)的均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差，數(shù)據(jù)列表見表3。

表3 方差穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of variance stability test (nGy/h)

由表3可知，顯然F

2.3.2 樣本量N的確定

(2)

公式(2)中a成為可接受的危險(xiǎn)度，如P=0.05，a=5%，即允許5%概率判斷錯(cuò)；則ε定義為調(diào)查精度，就是與正態(tài)分布μ的接近程度，當(dāng)樣本量N趨于無窮大時(shí)，ta=1.96。

按照上述公式的得出，考察N=40樣本量是否能代表本區(qū)域的γ輻射劑量率，取調(diào)查精度ε確定為10%，計(jì)算得N=39。

由此可見，在不確定度為10%，樣本容量為39個(gè)，本調(diào)查中樣本量為40個(gè)，滿足調(diào)查要求。

上述樣本量的方法的使用需要注意[5]比如調(diào)查對(duì)象總體目標(biāo)的問題，調(diào)查參數(shù)關(guān)聯(lián)性問題等。

2.4 原野γ輻射劑量率趨勢(shì)性分析

2014年、2016年先后兩家單位采用同樣的網(wǎng)度5km×5km進(jìn)行了場(chǎng)地調(diào)查，為比較2組數(shù)據(jù)的差異性，先對(duì)各組樣本的方差進(jìn)行F檢驗(yàn)，采用雙總體t 檢驗(yàn)對(duì)兩個(gè)單位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，分析結(jié)果見表4。

表4 2014年、2016年某區(qū)域調(diào)查結(jié)果對(duì)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 測(cè)量結(jié)果的表示

調(diào)查人員一般表示調(diào)查結(jié)果為：

這種表達(dá)方式往往只說明了樣本的均值與樣本的方差(表征樣本的波動(dòng)性)，這時(shí)并沒有把樣本與總體的特征數(shù)聯(lián)系起來。根據(jù)中心極限定理可知總體平均值的結(jié)果應(yīng)該表示為：

(3)

(4)

對(duì)照本調(diào)查資料可知：df40=40-1=39時(shí)，其ta=2.02，某區(qū)原野γ輻射率應(yīng)該表示為：

(5)

2.6 異常數(shù)據(jù)分析

105-30點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在異常，經(jīng)過對(duì)比地質(zhì)環(huán)境可知：根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造知道這一帶土壤基本由花崗巖風(fēng)化而來，所處巖體類型為佛岡巖體，花崗巖的鈾、鐳含量都偏高。該點(diǎn)位于萬建軍等人的課題調(diào)查區(qū)域內(nèi)，其調(diào)查結(jié)果顯示其佛岡地區(qū)花崗巖的Th/U比值較為穩(wěn)定，比值范圍為2.46～2.62。與粵北地區(qū)其他巖體(諸廣、貴東、下莊、熱水巖體)相比較，優(yōu)勢(shì)明顯，高于大部分巖體及粵北地區(qū)花崗巖的平均值[11]。萬建軍等人的調(diào)查得出此區(qū)域?qū)儆跓嵋盒突◢弾r體，其γ輻射劑量率高于同類型的其他地區(qū)的花崗巖體。

5 結(jié) 論

通過上述運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法得出。

5.1 調(diào)查區(qū)域剔除105-30監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)后呈現(xiàn)正態(tài)分布，所有數(shù)據(jù)經(jīng)過樣本容量、方差檢驗(yàn)等可以確定該區(qū)域的原野γ輻射劑量率值為146.8±15.0nGy/h。

5.2 先采用樣本的方差進(jìn)行F檢驗(yàn)，再采用雙總體t 檢驗(yàn)對(duì)兩個(gè)單位調(diào)查區(qū)的原野γ輻射劑量率判斷，可知原野γ輻射劑量率較2014年未發(fā)生變化。

5.3 通過查閱前人工作成果可知105-30點(diǎn)處于佛岡巖體范圍內(nèi)，屬于熱液型花崗巖體，其γ輻射劑量率高于同類型的其他地區(qū)的花崗巖體。

綜上所述，對(duì)放射性評(píng)價(jià)過程采用數(shù)據(jù)分布檢驗(yàn)、樣本量估算、多數(shù)據(jù)比較分析、異常結(jié)果分析等應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)觀點(diǎn)能很科學(xué)評(píng)價(jià)區(qū)域放射性水平，避免了因評(píng)價(jià)者水平導(dǎo)致的隨機(jī)性及客觀性，本文處理過程對(duì)該類項(xiàng)目的評(píng)價(jià)提供了一個(gè)很好的開端，在放射性評(píng)價(jià)方面具有一定的指導(dǎo)意義。