烏魯木齊市地下水中總α、β放射性的測定及其天然放射性所致內(nèi)劑量的估算

韓芹芹，張 燕，李 凡

(1.烏魯木齊市環(huán)境監(jiān)測中心站，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆自治區(qū)自然資源廳機(jī)關(guān)服務(wù)中心，新疆 烏魯木齊 830002)

烏魯木齊市(以下簡稱烏市)是新疆維吾爾自治區(qū)的首府，地處亞歐大陸腹地，屬干旱半干旱區(qū)，氣候干燥，水資源極度匱乏。近年來，全市社會經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，城市建成區(qū)逐年擴(kuò)展，截止2019年，建成區(qū)面積已達(dá)458.36 km2，常駐人口也較十年前增長了近70%達(dá)355.2萬[1]，城市飲用水是市民最基本的生存需求，作為其主要來源的城市地下水水質(zhì)和輻射環(huán)境安全問題直接關(guān)系到廣大人民群眾的身體健康和社會穩(wěn)定，倍受社會各界的廣泛關(guān)注。自2019年開始，按照國家和自治區(qū)的相關(guān)要求，烏魯木齊市地下水常規(guī)監(jiān)測中已增加了總α放射性和總β放射性兩項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)，因此對城市地下水放射性所致居民輻射風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估顯得十分必要和緊迫。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測點(diǎn)位概況

烏魯木齊地勢呈狹長的南北條狀分布，不同區(qū)域地下水所處地理位置不同，埋深程度也不同，受地下儲水介質(zhì)和地表污染源的影響也各有不同，因而水質(zhì)存在明顯差異。為了便于系統(tǒng)性評價(jià)，按不同水系及地下水走向?qū)豸斈君R地下水分成四個(gè)地下水區(qū)，即東南郊片區(qū)、市區(qū)南片區(qū)、市區(qū)北片區(qū)及西北郊片區(qū)。東南郊片區(qū)地下水屬于烏魯木齊河水系上游，市區(qū)南片區(qū)地下水屬于烏魯木齊河水系中上游、分布在烏魯木齊市紅山以南的廣大區(qū)域，市區(qū)北片區(qū)地下水屬于烏魯木齊河水系中下游、分布在烏魯木齊市紅山以北的廣大區(qū)域，西北郊片區(qū)屬于頭屯河水系，分布在烏魯木齊火車西站以北的廣大區(qū)域，各片區(qū)地下水監(jiān)測井分布詳見表1。

表1 烏魯木齊城市地下水監(jiān)測點(diǎn)位一覽表

1.2 監(jiān)測分析方法及評價(jià)

現(xiàn)場監(jiān)測嚴(yán)格按照《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T164-2004)，于每年的豐水期和枯水期各監(jiān)測一次，全年監(jiān)測兩次。

分析方法根據(jù)《水質(zhì) 總α放射性的測定 厚源法》(HJ 898-2017)和《水質(zhì) 總β放射性的測定 厚源法》(HJ 899-2017)，原理：緩慢將待測樣品蒸發(fā)濃縮，轉(zhuǎn)化成硫酸鹽后蒸發(fā)至干，然后置于馬弗爐內(nèi)灼燒得到固體殘?jiān)?，?zhǔn)確稱取不少于“最小取樣量”的殘?jiān)跍y量盤內(nèi)均勻鋪平，置于低本底α、β測量儀上測量總α、總β的計(jì)數(shù)率，以計(jì)算樣品中總α、總β的放射性活度濃度。

測試分析中使用的分析試劑和材料采用均符合國家標(biāo)準(zhǔn)的分析純試劑，實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水或蒸餾水，試劑的總α放射性均低于方法探測下限，并全部采用有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。測定結(jié)果保留三位有效數(shù)字。

監(jiān)測結(jié)果評價(jià)執(zhí)行《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)，當(dāng)測定結(jié)果低于監(jiān)測方法的最低檢出限時(shí)，按《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》(SL219-98)的規(guī)定，以1/2最低檢出限參加統(tǒng)計(jì)處理。

1.3 年有效劑量估算

地下水的天然放射性主要來源于天然鉀、鈾系釷系及其衰變產(chǎn)物，其中α輻射體主要包括238U、234U、239Th、226Ra、210Po、232Th和228Th，β輻射體主要包括40K、210Pb和228Ra[2]。通過點(diǎn)位周邊現(xiàn)場實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測井周圍無輻射相關(guān)產(chǎn)業(yè)集聚，地下水放射性主要由天然放射性核素引起，因此內(nèi)照射劑量估算主要考慮天然α輻射體和β輻射體的貢獻(xiàn)。

年有效劑量估算公式[3]：AED = AxVxC ,其中AED為年有效劑量當(dāng)量(mSv/a )，A為放射性活度濃度(Bq/L ) , V為WHO推薦成人年飲用水量(730 L/a ) , C為成人攝取放射性核素劑量系數(shù)(mSv/Bq) ，參考WHO《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》(第四版)，見表2。

表2 放射性核素劑量系數(shù) Sv/Bq

2 結(jié)果與討論

2.1 地下水總α、總β放射性濃度評價(jià)

2019-2020年烏魯木齊市城市地下水放射性濃度統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：總α放射性濃度2019年為0.016～0.234 Bq/L，2020年為0.016～0.167 Bq/L，最大濃度值范圍以頭屯河水系西北郊片區(qū)0.133～0.234 Bq/L最高，其次是烏魯木齊河水系上游東南郊片區(qū)0.053～0.167 Bq/L，再次是烏魯木齊河水系中下游市區(qū)北片區(qū)0.162 Bq/L，烏魯木齊河水系中上游市區(qū)南片區(qū)0.026 Bq/L最低。

總β放射性濃度范圍2019年為0.028～0.457 Bq/L，2020年為0.028～0.260 Bq/L，且2020年較2019年整體有所下降，最大濃度值范圍以頭屯河水系西北郊片區(qū)0.121～0.868 Bq/L最高，其次是烏魯木齊河水系上游東南郊片區(qū)0.169～0.536 Bq/L，再次是烏魯木齊河水系中下游市區(qū)北片區(qū)0.140 Bq/L，烏魯木齊河水系中上游市區(qū)南0.073 Bq/L最低。

總α、總β放射性濃度區(qū)間在不同年份、不同水期之間比例分布詳見圖1，放射性指標(biāo)最大值均集中出現(xiàn)在2019年，2020年最大濃度值所占比例均下降了33.4%，總α放射性豐水期占比最大，總β放射性枯水期占比最大，兩個(gè)水期之間比例差值均為33.4%；放射性指標(biāo)最小值均集中出現(xiàn)在2020年，總α放射性和總β放射性較2019年分別升高了75.0%和29.4%，總α放射性枯水期占比最大，較豐水期高出了75.0%，總β放射性豐水期占比最大，較枯水期高出了41.2%。

圖1 2019-2020年地下水放射性指標(biāo)濃度區(qū)間不同水期比例分布

2.2 總α、總β輻射體所致年有效劑量估算

總α、總β輻射體所致內(nèi)照射劑量估算詳見表3，總α輻射體中各輻射子體除210Po外所致居民有效劑量估算值均較小且不超過WHO個(gè)人輻射劑量標(biāo)準(zhǔn)0.1 mSV/a，與亓恒振等[4]的研究結(jié)論具有一致性。

表3 烏魯木齊地下水α、β輻射體年有效劑量 μSv/a

210Po是238U 衰變系列天然放射性核素，半衰期為138.4 d，發(fā)射 a 射線的能量為5.304 MeV，衰變后成為穩(wěn)定態(tài)鉛(206Pb)[4]。210Po致居民年有效劑量估算值較大，2019年地下水超標(biāo)率為27.8%，2020年降至17.6%，將城市地下水放射性濃度統(tǒng)計(jì)結(jié)果對照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)，α輻射體中210Po超標(biāo)時(shí)段與總α放射性濃度超《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)(0.1 Bq/L)時(shí)段一一對應(yīng)，詳見表4，烏魯木齊河水系210Po超標(biāo)集中出現(xiàn)在豐水期，其中上游東南郊片區(qū)CD2#井超標(biāo)0.1～0.5倍，中下游市區(qū)北片區(qū)CB1#井超標(biāo)0.4倍；頭屯河水系西北郊片區(qū)也以豐水期居多，豐水期超標(biāo)0.2～1.1倍、且2020年低于2019年，枯水期僅2019年超標(biāo)0.4～0.9倍、2020年未出現(xiàn)超標(biāo)。

再將城市地下水放射性濃度統(tǒng)計(jì)結(jié)果對照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)，β輻射體中228Ra和210Pb超標(biāo)時(shí)段也與總β放射性濃度超《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)(0.1 Bq/L)時(shí)段一一對應(yīng)，詳見表5。228Ra和210Pb超標(biāo)倍數(shù)2020年較2019年下降顯著，分布在烏魯木齊河水系上游東南郊片區(qū)CD1#和CD2#井2019年和2020年分別超標(biāo)1.7和0.8倍，頭屯河水系西北郊片區(qū)CX2#井全部集中在豐水期，2019年和2020年分別超標(biāo)3.4倍和0.2倍， CX3#井2019年枯水期超標(biāo)0.4倍，其余監(jiān)測井估算值均低于0.1 mSV/a。

表4 總α濃度超Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)及210Po子體超標(biāo)統(tǒng)計(jì)

表5 總β濃度超Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)及β輻射體超標(biāo)統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)語

(1)2019年以來，烏魯木齊河水系上游東南郊片區(qū)α、β放射性致居民年有效劑量估算值均出現(xiàn)超標(biāo)，中下游市區(qū)北片區(qū)僅α放射性所致有效劑量出現(xiàn)超標(biāo)，而且烏魯木齊河水系α放射性所致有效劑量超標(biāo)時(shí)段全部集中出現(xiàn)在豐水期。

(2)2019年以來，頭屯河水系西北郊片區(qū)CX2#、CX3#井α、β放射性致居民年有效劑量估算值均出現(xiàn)超標(biāo)，CX2#井全部集中在豐水期，CX3#井基本集中在2019年枯水期，CX1#和CX2#僅α放射性所致有效劑量出現(xiàn)超標(biāo)。

(3)與2019年相比，2020年α、β放射性致居民年有效劑量超標(biāo)倍數(shù)均呈下降趨勢，且降幅顯著，其中α放射性致居民年有效劑量降幅達(dá)50.0%～80.0%，β放射性致居民年有效劑量降幅達(dá)52.9%～94.1%。

(4)通過點(diǎn)位周邊現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測井周圍無輻射相關(guān)產(chǎn)業(yè)集聚，地下水放射性主要由天然放射性核素引起，可在超標(biāo)區(qū)域?yàn)豸斈君R河水系上游東南郊片區(qū)、中下游市區(qū)北片區(qū)及頭屯河水系西北郊片區(qū)進(jìn)行加密監(jiān)測，包括增加監(jiān)測點(diǎn)位和監(jiān)測頻次等手段，進(jìn)一步摸清放射性指標(biāo)的濃度分布規(guī)律和變化趨勢。同時(shí)還需進(jìn)一步做特定核素篩查，確定天然核素構(gòu)成，判斷水質(zhì)放射性狀況是否適合飲用，為首府地下水的保護(hù)和相關(guān)研究工作提供依據(jù)。