貝新宇，陳璋如

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

國外高放廢物地質(zhì)處置庫地下實驗室環(huán)境監(jiān)測與影響評價淺析

貝新宇，陳璋如

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

系統(tǒng)分析芬蘭ONKALO地下實驗室環(huán)境監(jiān)測要素和因子，梳理美國尤卡山高放廢物處置庫環(huán)境影響評價工作內(nèi)容，與我國擬建地下實驗室進行對比分析，為我國相關(guān)研究及后續(xù)處置庫環(huán)境影響評價提出工作建議。

地下實驗室；環(huán)境監(jiān)測；環(huán)境影響評價；經(jīng)驗借鑒

Abstract:The environmental monitoring elements and factors of Finland ONKALO URL were systematically analyzed，the contents of environmental impact assessment of Yucca Mountain high level radioactive waste disposal repository in USA were comprehensively summarized.The above contents were compared with the proposed URL in China，specific suggestions on related research and environmental impact assessment of subsequent high level radioactive waste repository in China were proposed.

Key words:URL environmental monitoring； Environmental Impact Assessment； experience for reference

根據(jù)我國擬建高放廢物地質(zhì)處置庫地下實驗室的地理位置、地質(zhì)特征、自然環(huán)境和社會經(jīng)濟等條件，選擇芬蘭ONKALO地下實驗室［1］和美國尤卡山高放廢物地質(zhì)處置庫的環(huán)境監(jiān)測及環(huán)境影響評價報告［2］做比對。以從其特征來優(yōu)選我國高放廢物地質(zhì)處置庫地下實驗室環(huán)境影響評價需要參考和借鑒的工作內(nèi)容。

選擇此兩處比對的根據(jù)：（1）芬蘭是世界上即將最先建成高放廢物地質(zhì)處置庫的國家，其ONKALO地下實驗室又會作為處置庫的一部分；（2）芬蘭高放廢物地質(zhì)處置庫的圍巖是花崗巖，圍巖類型與我國地下實驗室擬建位置相同；（3）尤卡山高放廢物地質(zhì)處置庫場址環(huán)境影響評價工作開展得極為詳細，報告長達萬余頁，該場址也曾一度被布什總統(tǒng)批準；（4）尤卡山場址的圍巖雖然是凝灰?guī)r，但和花崗巖一樣同屬硬巖，在工程力學(xué)性能上較為相似；（5）尤卡山場址干燥少雨、人煙稀少，自然環(huán)境與我國地下實驗室擬建地點相似。

1 芬蘭ONKALO地下實驗室概況

芬蘭目前在運核電機組為4臺，在建1臺，計劃1臺，擬建1臺，現(xiàn)全年核電發(fā)電量22.3 TWh，占全國總發(fā)電量的33.7%。若上述7臺核電機組全部運行，最終將產(chǎn)生12 000 tU乏燃料。

芬蘭的核廢物地質(zhì)處置研發(fā)工作始于1978年，根據(jù)自己的國情，選擇出一條具有特色的處置技術(shù)路線，即選址-特定場址地下試驗室-處置庫。選址研究在1983—2000年間實施；1994年核能法令修正案規(guī)定所有的核廢物都在芬蘭貯存、處理和最終處置，并初步確定在Olkiluoto島基巖的400～700 m深處建設(shè)處置庫。而特定場址地下實驗室-ONKALO正是位于Olkiluoto島，ONKALO地下實驗室2004年開始建設(shè)，2014年完成［3］。

芬蘭高放廢物的處置采用多重屏障原則，仿效瑞典KBS-3處置方案（圖1），最終處置設(shè)施分兩部分：處置庫地表封裝廠和地下基巖處置部分。

1.1 ONKALO地下實驗室的目標

（1）查明圍巖容量及特征

①必須達到計劃的處置深度；②必須超過第1期處置巷道的巖體容量；③必須提出對Olkiluoto巖體不均一性的預(yù)測。

（2）確保處置庫圍巖盡可能接近原始狀態(tài)

①減小地下水流經(jīng)處置庫區(qū)域；②減少有害物質(zhì)利用；③圍巖損壞和擾動程度降至最低。

（3）允許地下試驗室成為處置庫的一部分

地下實驗室將來擴展成為處置庫（圖2）（紅色為未來處置庫部分，無色為地下實驗室部分）［4］。

①地下實驗室設(shè)計和定位要考慮處置庫運行的后勤需求，如廢物罐運輸、緩沖/回填材料運輸、通風(fēng)等；②地下實驗室設(shè)計和建設(shè)遵循核設(shè)施建設(shè)的相關(guān)規(guī)定，如建造和運行的評審批準、管理系統(tǒng)的評審、監(jiān)管制度，安全保證、安全和質(zhì)量管理等；③地下實驗室和規(guī)模要考慮巷道的坡度、足夠通風(fēng)風(fēng)量、緊急出口設(shè)置和消防措施等。

（4）考慮處置庫設(shè)計、建造和運行的不確定性

①圍巖條件的不確定性；②處置庫巷道位置的不確定性；③后勤保障計劃的不確定性；④建造方式的不確定性等。

圖1 芬蘭高放廢物處置系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of Finland high level radioactive waste disposal system

1.2 ONKALO地下實驗室的工程概況

ONKALO地下實驗室位于Olkiluoto島，地表建筑面積20 ha；地下處置設(shè)施占地根據(jù)處置乏燃料數(shù)量的不等分為兩種情況：當處置6臺機組產(chǎn)生9 000 tU乏燃料時，占地面積190 ha；當處置7臺機組產(chǎn)生的12 000 tU乏燃料時，占地面積240 ha。

ONKALO地下實驗室于2004年夏季開挖。2010年進展至-420 m深度，2012年冬季開挖完成并申請建設(shè)執(zhí)照。2013年開挖示范巷道，2014年6月開挖plug slot實驗硐室，2015年施工試驗處置孔。

ONKALO地下試驗室工程整體開挖量340 000 m3，巷道和豎井總長9.5 km。主巷道長5 km，斜坡道坡度1∶10，斷面尺寸5.5 m×6.3 m； 3個豎井直徑分別為3.5、4.5和3.5 m。處置庫最終建成時（處置12 000 tU乏燃料），廢石總量將達到 2 080 000 m3［5］。

圖2 芬蘭地下實驗室與處置庫相互關(guān)系示意圖Fig.2 Schematic diagram of interrelation between URL and high level radioactive waste repository in Finland

2 芬蘭Olkiluoto處置庫運行前環(huán)境監(jiān)測

2.1 制定監(jiān)測計劃

針對處置庫運行前的環(huán)境監(jiān)測，Posiva制定了Olkiluoto地區(qū)2012—2018年環(huán)境監(jiān)測計劃，并已按照計劃持續(xù)開展工作。監(jiān)測計劃包含下述內(nèi)容：（1）監(jiān)測的定義和對象；（2）影響長期安全的措施；包括：ONKALO地下實驗室的建設(shè)過程、工程屏障、對生物圈的監(jiān)測（表1）、 對地表環(huán)境的監(jiān)測（表 2）； （3）提供場址特征評價的成果和模式；（4）分析環(huán)境影響；（5）提供處置庫設(shè)計和建造所需資料；（6）監(jiān)測環(huán)境放射性水平和釋放量。

2.2 巖石力學(xué)的監(jiān)測計劃

（1）現(xiàn)有監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)測網(wǎng)（在2004年ONKALO地下實驗室建設(shè)之初，Posiva即在Olkiluoto地區(qū)開展相關(guān)監(jiān)測工作，2012—2018年監(jiān)測計劃是對前述工作的延續(xù)和完善）；（2）2012—2018年巖石力學(xué)監(jiān)測計劃；包括應(yīng)力重新分布、現(xiàn)在裂隙帶的活動和新的裂隙的形成、巖石蠕變、剝落（3）熱演化；（4）均質(zhì)基巖的穩(wěn)定性；（5）構(gòu)造基巖的移動；（6）地震。

表1 生物圈模擬輸入數(shù)據(jù)、主要參數(shù)和輔助參數(shù)Table 1 Target and auxiliary parameters and monitoring timescales to meet the monitoring targets of the biosphere modelling input data

續(xù)表1

表2 地表環(huán)境監(jiān)測中化學(xué)和物理參數(shù)分類Table 2 Classification of chemical and physical parameters in the surface environment monitoring program

2.3 水文學(xué)監(jiān)測計劃

（1）現(xiàn)有監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)測網(wǎng)； （2）2012—2018年監(jiān)測計劃。包括地下水位的演變、地下水流的演變、水力聯(lián)系和裂隙特征的演變、水頭的演變、進入處置庫區(qū)域的地下水流、地下水鹽度分布的演變、Korvensuo水庫的影響、地表水文擾動。

2.4 水文地球化學(xué)監(jiān)測計劃

（1）現(xiàn)有監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)測網(wǎng)；（2）2012—2018年水文地球化學(xué)監(jiān)測計劃；包括淺層地下水質(zhì)的演變、深層地下水質(zhì)的演變、Korvensuo水庫的影響、外部物質(zhì)的影響、流入ONKALO巷道的水流、ONKALO的流出水；（3）對運行期間水文地球化學(xué)監(jiān)測的描述。2.5 地表環(huán)境監(jiān)測計劃

（1） 目標

包括影響長期安全的過程、提供場地特征評價和模擬數(shù)據(jù)與涉及生物圈模型輸入數(shù)據(jù)、地表環(huán)境和基巖內(nèi)地下水之間的相互作用（表3）、環(huán)境中的放射性測量。

（2）2012—2018年地表環(huán)境監(jiān)測計劃

①巖石圈演化：地下水滲入、地面抬升；②生物圈模擬輸入數(shù)據(jù)：重要元素、覆蓋層、森林和沼澤、生物統(tǒng)計和生長、被動吸收（蒸騰作用）、可食用物中的主動吸收和轉(zhuǎn)移、陸生和鳥類食物鏈中的轉(zhuǎn)移、作物吸收、水生生態(tài)系統(tǒng)、海水和河水的質(zhì)量、侵蝕和沉積作用、水生植物統(tǒng)計和初期產(chǎn)物的吸收、水生食物鏈中的轉(zhuǎn)移；③地表環(huán)境和基巖中地下水之間的相互作用、土地利用變化、森林管理、河道疏浚和蘆葦蕩砍割、地表水流、氣象觀察、雪覆蓋和地面森林；④環(huán)境影響：物理環(huán)境影響、自然資源影響、放射性本底水平（表4）；⑤放射性流出物監(jiān)測（表5）；⑥監(jiān)測實施計劃表；⑦運行期間地表環(huán)境監(jiān)測的描述。

表3 地表環(huán)境與基巖地下水相互作用的監(jiān)測計劃Table 3 Monitoring program of the interaction between surface environment and groundwater in the bedrock

表4 環(huán)境影響監(jiān)測計劃Table 4 Monitoring program of environmental impact

2.6 外部物質(zhì)的監(jiān)測計劃

2012—2018年外部物質(zhì)的監(jiān)測計劃包括：資料手冊、用外部物質(zhì)填充基巖的研討、水泥利用監(jiān)測、對運行期間外部物質(zhì)監(jiān)測的描述。

2.7 工程屏障系統(tǒng)監(jiān)測計劃

（1）2012—2018年工程屏障監(jiān)測計劃

包括廢物罐、膨潤土緩沖材料、回填、填塞和封閉。

（2）運行期間工程屏障監(jiān)測的描述

3 美國尤卡山地質(zhì)處置庫環(huán)境影響報告概要

美國尤卡山高放廢物地質(zhì)處置庫環(huán)境影響評價報告長達萬余頁，內(nèi)容豐富，對各國高放廢物地質(zhì)處置的開發(fā)研究具有重要的參考和借鑒作用。該報告共分四卷，主要包括［2］：

第1卷：環(huán)境影響分析，共15章；第2卷：附錄，從A至O共15個；第3卷：公眾意見回應(yīng)文件；第4卷：必要附加信息。

（待續(xù)）

Preliminary analysis on environmental monitoring and impact assessment of foreign high level radioactive waste repository

BEI Xinyu，CHEN Zhangru
（Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China）

TL942

A

1672-0636（2017）03-0180-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2017.03.009

2017-01-05；2017-03-23

貝新宇（1983— ），男，天津人，高級工程師，主要從事環(huán)境影響評價和環(huán)境監(jiān)測工作。E-mail：beixinyu_0211011@163.com