基于遥感的福岛核电站放射性水储存罐的监测与分析

聂昊阳 岳文清 张辰阳

一、背景介绍

1.事件背景

福岛核电站是世界上最大的核电站之一。在福岛事故之前，由东京电力公司运营的福岛第一核电站的六个机组为日本提供了近5GW的电力，约占日本电力构成的1.5% ，足见福岛核电站的重要性。

2011年3月，里氏9.0级地震导致福岛县两座核电站反应堆发生故障，其中第一核电站中一座反应堆震后发生异常导致核蒸汽泄漏。于3月12日发生小规模爆炸。板块撞击的巨大影响，造成了一系列的海啸，损坏了全部六个机组的抽水电机，导致全部机组失去了终端的散热装置。在不断增长的热量与压力下，3月14日，反应堆发生了一次更为严重的爆炸。

日本政府认为，泄露到太平洋中的放射性污水将“很快被海水稀释到无害程度”，但靠近福岛第一核电站附近的海水放射性辐射超标4000倍以上，救援人员只能将其暂时排放到漂在海上的临时储藏罐中。

2.储水罐

2011年3月11日福岛核事故发生后， 东京电力公司开始对放射性水进行净化处理。但净化过滤器不能去除水中所有的放射性物质。所以这些核废水被存储在地面上1000个灰色、蓝色和白色的储罐中。

截至2018年2月底，存放在福岛第一核电站内储罐中的核污染水达到约100万吨。按照目前计划，两年后核污染水将无处盛放。

目前福岛第一核电站内，用于储存放射性污染水的储存罐，将会在2022年夏季左右装满，而由于目前所有污水都被引入储藏罐中，再建设扩容性储藏罐难度较大。这些污水罐已经成为了隐性的威胁。

由于福岛核电站的位置以及目前辐射因素存在，去当地开展实际的调查难度较大，且实际地面调查对于储水罐的分布及数量都会出现遗漏的现象，因此本研究拟采用遥感技术对福岛核电站自2011年地震以来，9年间的变化，特别是储水罐的变化进行提取，分析其增长情况和现状，为公众更加清楚地了解福岛核电站的状况提供有效客观的信息。

二、研究方法介绍

1.遥感技术

遥感（Remote Sensing）是指非接触的，远距离的探测技术，是通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的一门科学和技术。

2.ENVI

本次研究主要是通过ENVI这一软件对卫星遥感图像进行图像处理及数据分析。

ENVI（The Environment for Visualizing Images）是一个完整的遥感图像处理平台，应用汇集中的软件处理技术覆盖了图像数据的输入/输出、图像定标、图像增强、纠正、正射校正、镶嵌、数据融合以及各种变换、信息提取、图像分类、基于知识的决策树分类、与地形信息提取、雷达数据处理、三维立体显示分析。

本次研究主要运用了ENVI中的兴趣区域（Region Of Interest）功能，对所研究的放射性水储存罐进行选区、分类、计算等操作，从而达到在卫星遥感图像中获取数据信息的目的。

三、研究内容报告

1.数据情况

本研究利用2011年—2019年的遥感卫星数据，对福岛核电站的现状和变化进行了分析研究，所用的数据空间分辨率为0.5m左右。

2.主要分布（2019）

从下图（图1）中可以看出，绝大部分的放射性水储存罐都分布在核电站的西南处，一小部分被保存在核电站中部和东北角，其中大部分为最早开始使用的灰色平顶罐和后来升级的蓝色圆顶罐。储水罐面积总和约占整个核电站面积的15%，但其余地区都被废弃物和建筑、材料等所覆盖，只有人工继续扩大地区才能容纳更多的储水罐。

3.储水罐分类（2019）

通过统计图可以看出，最早出现的灰色平顶罐占地面积最多，其次是蓝色圆顶罐，其余类型的储水罐占比较少。

4.变化趋势

本小组根据数据做出了各年储水罐占地面积及增长率的折线图：

根据统计数据得，每年储水罐面积与数量均持续增加，事件爆发后第一年储水罐面积的增长率最大，在2012-2015年期间因放射性污水排量不稳定，储水罐面积呈抛物线式增长，增长率在73%-98%之间;2015年后污水排放量稳定，储水罐面积大致呈线性增长，增长率低于10%。

在如此快速的增长速度下，储水罐已占據整个福岛核电站面积的近15%，再加上大量的核废料的堆放、建筑的占用，理想的放射性水存放面积依然不多。如果按照2011-2015年的趋势增长，在2016年就已无位置存放;如果按照2015-2019年的趋势继续增长，约两年内将无理想位置存放。到那时，日本必须采取“迫不得已”的措施。

5.存在问题

本小组在通过目视解译分析数据时发现了最早出现的灰色平顶储水罐已有106个出现锈蚀的情况，分别约占灰色平顶储水罐和所有储水罐的20%和10%。

6.研究结论

日本针对福岛核电站事故采用了将经过处理的放射性水储存在储存罐中以防止核辐射带来的危害，但储存罐的数量每年均在上升，受到罐体寿命、存放空间等诸多限制，以此作为事故善后是一个有效但不能长久维持的方案，改善计划迫在眉睫，日本需尽快作出处理，同时必须对接下来的做法对生态环境以及人类安全带来的影响做长足的考虑，如：维护放射性水的储存，等待其中放射性元素大部分发生衰变，放射性大大减小，再将废水合理排放;在降温后用硼砂填满堆芯，然后用水泥彻底封住反应堆;请求其余国家帮助;利用核反应快速消耗核原料;将核废料送入太空;深度钻孔掩埋;海床下储存核废料等措施，坚决避免直接将污水倾倒入海洋等不妥的做法。