3.3.4.1. Cơ sở lý thuyết và thực tiễn của việc lựa chọn phương pháp
Quá trình khai thác quặng gây ra sự phát tán các chất phóng xạ vào môi trường không khí gồm khí phóng xạ radon và thoron. Khí phóng xạ radon sinh ra do quá trình phân rã của dãy urani, còn khí thoron sinh ra là do quá trình phân rã của dãy thori. Như NCS đã trình bày, mỏ đồng Sin Quyền có hàm lượng urani cao, hàm lượng thori thấp, hơn nữa khí phóng xạ thoron có chu kỳ bán rã ngắn 55,6s không đi xa được khỏi nguồn, còn khí phóng xạ radon có chu kỳ bán rã là 3,8 ngày, vì vậy NCS chỉ nghiên cứu khả năng phát tán khí phóng xạ radon. Khu vực nhà dân tái định cư với không gian khép kín thường xuyên tạo thuận lợi quá trình tích luỹ khí phóng xạ radon. Để xác định sự phát tán của khí phóng xạ từ khu vực mỏ ra môi trường xung quanh, NCS sử dụng mô hình thuật toán cây quyết định (M5P) đánh giá mối liên hệ giữa hàm lượng urani cộng sinh trong quặng đồng với hàm lượng khí radon đo tích lũy tại khu vực nhà dân xung quanh mỏ đồng Sin Quyền. Tham số đặc trưng cho urani ở mỏ chính là giá trị suất liều gamma, đại lượng đã được chứng minh có mối quan hệ tương quan chặt chẽ với hàm lượng urani trong quặng đồng Sin Quyền (xem hình 3.4, hình 3.5).
Cây quyết định là hiện diện của thuật toán ở dạng cây tạo nên từ các nút thông tin. Các nút thông tin liên kết nối với nhau qua hệ thống cành (nhánh) cho tới khi xuất hiện lá – các nốt thông tin cuối cùng. Hình 3.9 cho thấy một mô hình cây quyết định đơn giản để phân loại với x1 và x2 làm tham số. Để thiết kế thuật toán M5P, không gian vấn đề được chia thành nhiều không gian con và mô hình hồi quy đa biến được đưa ra cho mỗi không gian con. Thực tế, phương pháp này cung cấp một tập hợp các phương trình, mỗi phương trình đều đúng trong một không gian con nhất định (Hình 3.9a). Thuật toán phân tách các không gian đa biến và tự động tạo ra các mô hình phù hợp cho các không gian. Do đó, không gian phân tách có thể được hiển thị bằng mô hình cây (Hình 3.9b). Mô hình này trực tiếp giải thích các chức năng và các mối quan hệ giữa dữ liệu với một số nguyên tắc và phương trình hồi quy.
Bộ dữ liệu sử dụng cho mô hình phát tán bao gồm 5.000 điểm dữ liệu mạng lưới kèm theo tọa độ giá trị suất liều gamma trong khu vực mỏ đồng Sin Quyền. Dữ liệu đo suất liều gamma, khí radon và thoron bằng CR-39 ở trong và ngoài nhà của 21 nhà dân xung quanh khu vực khai thác mỏ Sin Quyền.
Hình 3.9. (a) Phân tách không gian đầu vào thành x1 x x2 bằng mô hình cây M5P và (b) cho các nguyên tắc dự đoán
Mặc dù sự phát tán khí phóng xạ radon phụ thuộc vào hàm lượng U có trong quặng và đất đá, đặc điểm nứt nẻ, dập vỡ, thời tiết (mưa, nhiệt độ, hướng gió), đặc điểm địa hình, và cường độ gamma tại vị trí đo ở nhà dân. Việc sử dụng giá trị suất liều gamma ở vị trí 1m đã đặc trưng và trung bình hóa thành phần phóng xạ trong đất đá gần bề mặt xung quanh vị trí được đo.
Trong trường hợp đo tích lũy radon theo trong thời gian 3 tháng thì yếu tố thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió, tốc độ) được coi là hằng số trung bình với trọng số và ảnh hưởng phi tuyến khi dùng thuật toán M5P để xây dựng mô hình phát tán, khi đó các giá trị tham số đầu vào liên quan đến khí tượng trong trường hợp riêng nghiên cứu của luận án đã được sử dụng là các nút dữ liệu tham khảo của mô hình phát tán. Mặt khác thông tin tham khảo này cũng được thỏa mãn thêm bởi yếu tố thời tiết về tốc độ gió và hướng gió trong thời gian nghiên cứu trong các tháng 4, 5, 6 của năm, đây là giai đoạn có lượng mưa ít, độ ẩm trung bình, gió phơn tây nam
với vận tốc gió ở ngưỡng trung bình thấp theo địa hình thung lũng đi từ khu khai trường và xưởng tuyển đến khu vực dân cư tái định cư.
Thuộc tính được đánh giá và sử dụng làm yếu tố đầu vào tiếp theo là suất liều gamma, nhân tố thể hiện mối quan hệ giữa thành phần radon đo được với sự phát radon tại chỗ. Đây được coi là một trong những yếu tố then chốt quyết định thành công của mô hình khuyếch tán radon về mặt lý thuyết. Về yếu tố địa hình không có sự thay đổi đáng kể, có ảnh hưởng theo hằng số tới quá trình xây dựng mô hình, được đưa vào tham số đầu vào khi xây dựng mô hình.
Một yếu tố khác là mức độ eman liên quan đến độ rỗng, độ nứt lẻ và dập vỡ của đối tượng cũng được coi là hằng số khi đối tượng là khai trường đang khai thác. Yếu tố tham số đầu vào này chỉ có ý nghĩa khi áp dụng cho đối tượng là tự nhiên, hoặc sử dụng đối sánh trước khi khai thác. Như vậy, yếu tố đầu vào lúc này sẽ chỉ còn bốn yếu tố quyết định là:
- Khoảng cách từ điểm có dữ liệu ở khu vực khai trường đến vị trí khảo sát,
- Hướng địa lý từ điểm có dữ liệu khu vực khai trường so với vị trí khảo sát, đơn vị: độ. - Suất liều gamma ở độ cao 1m khảo sát tại khai trường, đơn vị: Sv/h
- Suất liều gamma ở độ cao 1m so với bề mặt tại vị trí khảo sát, đơn vị: Sv/h.
Số liệu được sử dụng cho mô hình dự đoán là 5.000 dữ liệu mạng lưới 5x5m điểm suất liều gamma trong khu vực mỏ đồng Sin Quyền. Số liệu quan trắc khí phóng xạ radon tại 21 điểm trong nhà dân tích lũy trong 3 tháng là kết quả tác động tổng hợp từ tất cả các điểm dữ liệu trên và tại vị trí khảo sát.
Hình 3.10 tóm lược nội dung chính và nhiệm vụ nghiên cứu. Với sơ đồ 3.10 đưa ra quy trình làm việc - những bước chuẩn bị và triển khai ứng dụng thuật toán M5P để xây dựng mô hình M5P phát tán khí radon. Bước đầu tiên cần chuẩn bị dữ liệu đưa vào. Dữ liệu bao gồm các giá trị của mỗi tham số của từng đối tượng mẫu. Việc lựa chọn tham số hợp lý sẽ giúp giảm kích thước dữ liệu đưa vào, qua đó giảm tải thời gian xử lý và tất nhiên tăng tỉ lệ hợp lý của mô hình.
Bước tiếp theo là phần chính trong xây dựng mô hình. Với sự hỗ trợ của hệ thống máy tính, các thuật toán được lập trình sẵn xử lý dữ liệu đưa vào, tạo ra các mô hình dự đoán. Về cơ bản, quá trình phân loại và khoanh vùng thông tin, liên tục chia nhỏ các phân nhóm số liệu đến mức đặc trưng chung nhất. Sau đó sẽ là bước kiểm tra mô hình với chính các dữ liệu đầu vào và so sánh kết quả dự đoán với kết quả đo ghi để kết luận mức độ tương quan của mô hình dự đoán. Đó cũng là bước cuối cùng trước khi đưa ra mô hình tối ưu hoàn chỉnh.
Hình 3.10: Sơ đồ tóm tắt quy trình xây dựng mô hình M5P 3.3.4.2. Kết quả đánh giá độ tin cậy của mô hình M5P
Sau bước kiểm tra mô hình cuối cùng đã xác định được hàm lượng khí radon phát tán dự đoán tại các điểm quan trắc dựa trên các thuộc tính của tham số đầu vào
của giá trị suất liều gamma tại khai trường, khoảng cách, hướng và giá trị suất liều gamma tổng. Tương ứng mỗi vị trí quan trắc là các giá trị hàm lượng khí radon phát tán từ khu vực nguồn phát ra nó.
Kết quả sau khi chạy mô hình đã dự đoán nồng độ khí phóng xạ radon trong 21 nhà dân tại khu vực tái định cư gần khu vực mỏ. Trong đồ thị hình 3.11 biểu diễn các giá trị dự đoán trung bình, lớn nhất và nhỏ nhất tại 21 điểm quan trắc tích lũy radon bằng CR-39. Tại các điểm dự báo đều có giá trị dự đoán trung bình thấp nhất, giá trị trung bình cao nhất ở vị trí 21 nhà dân. Dải giá trị dự đoán rộng nhất thuộc về điểm 6, hẹp nhất thuộc về điểm 7. Sử dụng M5P góp phần xây dựng mô hình phát tán khí phóng xạ radon với các kết quả đánh giá độ tin cậy Peason (Sig <0.01) về hằng số tương quan và với giá trị hằng số tương quan R=0,95 cho độ sai lệch giữa giá trị trung bình dự báo và giá trị thực hoạt độ radon đo được bằng CR-39 (xem hình 3.11).
Hình 3.11. Đồ thị thể hiện sự tương quan dự đoán phát tán khí Radon tại nhà dân quanh khu vực mỏ đồng Sin Quyền
Như vậy, với việc xây dựng mô hình dự đoán sự phát tán khí phóng xạ từ khu vực mỏ đồng Sin Quyền, đã cho thấy có sự tương quan chặt chẽ giữa hàm lượng, suất liều gamma tại khu vực mỏ đồng có sự cộng sinh urani với nồng độ khí phóng xạ radon tại các khu vực nhà dân cách xa hơn 1km (hệ số tương quan về độ tin cậy giữa giá trị radon dự báo và giá trị thực được xác định R=0,95). Vì vậy, có thể
khẳng định nồng độ khí phóng xạ radon đo được tại các khu vực nhà dân là do sự phát tán từ mỏ đồng Sin Quyền trong quá trình khai thác quặng. Tuy nhiên, do mới chỉ nghiên cứu tại 21 nhà dân độc lập có vị trí khác nhau ở một khu vực tái định cư mỏ đồng Sin Quyền nên nghiên cứu về đặc điểm phát tán khí phóng xạ trong luận án mới chỉ mang tính chất xây dựng phương pháp và thử nghiệm bước đầu.
CHƯƠNG 4. XÁC ĐỊNH SỰ BIẾN ĐỔI VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG MÔI TRƯỜNG PHÓNG XẠ DO KHAI THÁC, CHẾ BIẾN QUẶNG ĐỒNG CHỨA URANI, MỎ SIN QUYỀN