ПРОСТЕЙШИЕ ЭКОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ (Методика измерений радиационного фона)

 А.В. Платов

 (Источник: «Родники Подмосковья»: опыт проведения полевых лагерей / Сост. С.Э. Ермаков.
М.: МООО «Экологический союз Подмосковья», Изд-во «Ладога-100», 2006. 216 с. С. 150-156).

 Общие сведения о полевых эколого-геофизических исследованиях

 Полевые геофизические методы применяют при проведении экологических экспедиционных работ для изучения экологической ситуации в исследуемом районе с точки зрения воздействия на человека и окружающую среду естественных и антропогенных геофизических факторов и для оценки пригодности территории для осуществления на ней той или иной человеческой деятельности.

В настоящее время наиболее распространенными геофизическими методами, находящими применение в полевых экологических исследованиях, являются:

1. Радиационная съемка. Включает в себя измерение мощности потоков ионизирующих излучений (суммарной или раздельно альфа-, бета- и гамма-) на исследуемой площади и составление карт радиационного фона.

2. Магнитометрические и радиоэлектромагнитные исследования. Включают ряд методов (магнитная съемка, изучение высокочастотных вариаций геомагнитного поля и т.д.), позволяющих оценивать электромагнитно-экологическую ситуацию в районе проведения работ.

3. Измерения суммарной мощности импульсного электромагнитного поля, имеющие первостепенное значение с точки зрения электромагнитной экологии района проведения работ.

4. Измерения степени ионизации воздуха. Их выполняют в районах значительных антропогенных (в основном, промышленных) воздействий.

Исследования, обозначенные в п.п. 2-4, требуют, как правило, использования специальной и нередко дорогостоящей аппаратуры. В случаях, когда таковая аппаратура недоступна (например, для организаторов полевого молодежного лагеря), эколого-геофизические работы могут ограничиваться исследованиями радиационного фона.

 Методика измерений радиационного фона

 Идеальной аппаратурой для проведения радиационных измерений являются профессиональные геофизические радиометры. В работе экологического лагеря могут также применяться полупрофессиональные и бытовые радиометры различных марок (Радэкс, Полимастер и т.д.), хотя качество получаемых данных в таком случае оказывается несколько ниже. Отчасти это может быть компенсировано одновременным использованием двух радиометров с последующим осреднением результатов (см. ниже).

Перед началом проведения измерений следует определить средний разброс результатов для каждого используемого прибора. Средний разброс является важной характеристикой прибора и непременно должен учитываться при обработке результатов полевых работ. Эту операцию необходимо заново производить при смене места проведения работ, а также, по возможности, каждый рабочий непосредственно перед началом измерений, поскольку разброс может меняться с течением времени и при переходе с одного места на другое.

 Определение среднего разброса

 Определение среднего разброса результатов производится следующим образом. Радиометр приводят в рабочее состояние и в соответствии с инструкцией по эксплуатации производят серию измерений (не менее 20-25) на одном и том же месте в течение небольшого промежутка времени (10-20 минут). Далее находят среднее арифметическое значение, которое затем вычитают из каждого результата. Полученные цифры, представляющие собой разницу между средним значением и показаниями прибора в ходе проведения измерений, берут со знаком «плюс» и снова осредняют. Результат этого осреднения и есть искомый разброс показаний прибора. Ниже приводится пример определения среднего разброса радиометра:

В каждой точке определения радиационного фона проводят не менее 5 последовательных измерений, по результатам которых вычисляют среднее арифметическое значение. Если работа ведется двумя приборами, конечным результатом является среднее между значениями, полученными с помощью каждого из приборов. Когда точек, в которых производят измерения, много, данные и рассчитанные результаты рекомендуется оформлять в виде следующей таблицы:

Методика проведения полевых радиометрических исследований

 В зависимости от поставленных задач применяют один из двух основных методов проведения полевых исследований:

- профильную разведку (измерения радиационного фона производят через равные расстояния вдоль одной прямой линии, которая называется профилем; каждая точка, в которой измеряется фон, называется пикетом);

- площадную съемку (измерения радиационного фона производят по всей исследуемой площади по равномерной сетке, т.е. по нескольким параллельным профилям, отстоящим друг от друга на расстояние, равное расстоянию между пикетами).

Рабочий шаг, т.е. расстояние между точками, в которых проводят измерения (между пикетами на профиле и между самими профилями), устанавливают в зависимости от характера исследований, размера исследуемой территории и необходимой степени детализации. Ниже приведены значения рабочего шага, рекомендуемые при проведении разного рода полевых работ. Однако при выборе шага всегда следует учитывать, что:

- данные, полученные с большой степенью детализации (т.е. с меньшим рабочим шагом), всегда более достоверны и имеют большую ценность; напротив, излишнее увеличение шага может привести к потере важных для исследования подробностей (например, локальных аномалий радиационного фона);

- с другой стороны, выбор слишком маленького шага приводит к увеличению общего числа пикетов и, соответственно, к повышению трудоемкости и продолжительности выполняемой работы.

 Рекомендуемый шаг измерений величины радиационного фона при проведении полевых работ

Перед проведением собственно измерений на местности выполняют разметку профилей и пикетов на них с помощью компаса и рулетки. Очень удобны в работе небольшие яркие флажки на прочных древках; впрочем, отмечать точки пикетов можно и просто заготовленными заранее прутьями, на которые прицепляют бумажки с номерами пикетов. Как правило, если участок имеет компактную форму, профиля для удобства дальнейшей работы с картой прокладывают в направлении север-юг или запад-восток. Однако в случаях, когда исследуемый участок сильно вытянут, нередко более оправданной оказывается прокладка профилей параллельно или перпендикулярно длинным сторонам участка.

Обработка полевых данных и представление результатов

Результаты проведения полевых измерений радиационного фона подвергают обработке и представляют затем в специальном виде для большей наглядности и удобства их осмысления. Желательно по возможности производить хотя бы первичную обработку данных непосредственно в поле на месте проведения работ, чтобы в случае выявления недостаточной детализации или неполноты результатов можно было провести дополнительные (или контрольные) измерения.

Ниже приведен способ "ручной" обработки данных, так же возможно производить обработку и построение изолиний на компьютере с помощью соответствующего ПО, например, Surfer от Golden Software (работа с ПО и обработка данных на компьютере будет представлена в другом материале):
 
Пространственное распределение величины радиационного фона представляют в графическом виде либо как график изменения радиационного фона вдоль профиля (при проведении профильной разведки), либо как карта радиационного фона (при площадной съемке).

При составлении графика изменения фона вдоль профиля следует помнить, что оси координат графика должны быть подписаны с указанием единиц измерения (например: вертикальная ось – «Радиационный фон, мкР/ч», горизонтальная ось – «Расстояние вдоль профиля, м).

Составление карты радиационного фона по данным измерений по сетке требует внимательности и аккуратности, поскольку небрежность в проведении линий карты может привести к искажению результатов. При этом допускается использование специальных компьютерных математических и геофизических программных средств, однако предварительные наброски по причинам, указанным выше, желательно выполнить уже в поле.

Общая последовательность операций при составлении карты такова. Прежде всего на лист бумаги наносят в масштабе будущей карты саму сетку, по которой производили измерения. В каждом узле сетки вписывают результат измерений радиационного фона на соответствующем данному узлу пикете. Следующий, наиболее ответственный, этап – проведение изолиний, т.е. линий, соединяющих на карте точки с равными значениями радиационного фона.

В зависимости от масштаба карты и степени изменчивости фона на исследуемом участке определяют сечение или шаг изолиний, т.е. величину, на которую отличаются значения фона вдоль одной изолинии от значений вдоль соседней. Как сечение, так и значения фона по изолиниям, по возможности, должны быть целыми величинами. Например: сечение – 1 мкР/ч, значения по изолиниям – 9, 10, 11, 12, 13 мкР/ч; или: сечение – 2 мкР/ч, значения по изолиниям – 8, 10, 12, 14 мкР/ч.

Разумеется, совершенно не обязательно, что все значения фона, нанесенные на будущей карте в узлах сетки, совпадут со значениями по изолиниям; соответственно, и сами изолинии не обязательно должны проходить через узлы сетки. Например, если в соседних узлах радиационный фон составляет 9 и 11 мкР/ч, то изолиния со значением 10 мкР/ч пройдет между ними. При проведении изолиний между соседними узлами сетки следует также рассчитывать, на каком удалении от одного и от другого узлов должна пройти изолиния. Например, если фон в соседних узлах составляет 9,5 и 11,5 мкР/ч, то очевидно, что изолиния со значением 10 мкР/ч пройдет ближе к первому узлу, чем ко второму. Конкретные расстояния от изолинии до узлов сетки определяются составлением элементарной пропорции.

При проведении изолиний следует учитывать следующие простые правила, очевидным образом вытекающие из самого их определения:

- изолинии никогда не пересекаются;

- изолинии никогда не обрываются на поле карты – они либо замыкаются сами на себя, либо выходят на границу рабочего листа;

- не могут соседствовать изолинии со значениями, отличающимися более чем на один шаг: так, например, при шаге 2 мкР/ч между изолиниями 10 и 14 мкР/ч всегда пройдет изолиния 12 мкР/ч.

Пример рабочей карты с нанесением изолиний приведен на рисунке слева.

После того, как все изолинии на рабочей карте проведены, их переносят на чистый лист итоговой карты. Каждую изолинию маркируют числом, отражающим ее значение фона. Карту снабжают рамкой (при необходимости – масштабной) и масштабом, обозначенным в любом удобном виде (например: «1:500» или «в 1 см 5 м»).

Для большей наглядности значения радиационного фона на карте могут быть переданы не только изолиниями, но и раскраской – цветной или черно-белой. В первом случае минимальные значения, как правило, отражают синим цветом, максимальные – красным. Во втором случае разные значения передают разными типами штриховки.

Пример итоговой карты радиационного фона приведен на рисунке справа.

Рис. слева. Пример проведения изолиний на рабочей карте радиационного фона. Вертикальные и горизонтальные прямые обозначают сетку, по которой производились измерения. Цифры возле узлов сетки – результаты измерений.

Рис. справа. Итоговый вид той же карты радиационного фона.

Несколько слов о разбросе данных

Как уже говорилось, при осмыслении результатов полевых исследований следует учитывать средний разброс для используемых приборов, определенный перед началом работ. Знание данной величины позволяет судить о степени достоверности выявленных аномалий радиационного фона.

Величиной аномалии называется разница между максимальными и минимальными зафиксированными значениями. Значение величины аномалии (ВА) всегда следует сопоставлять со значением среднего разброса данных (СРД):

- если ВА меньше СРД, нельзя говорить о корректном выявлении аномалии;

- если ВА больше СРД, но значительно меньше удвоенного СРД – можно говорить о предполагаемой аномалии;

- если ВА вдвое и более превышает СРД, аномалия выявлена однозначно и корректно.

Составление итогового отчета

Итоговый отчет о проведении полевых радиационных исследований должен содержать сведения:

- о времени проведения полевых работ;

- о бригаде, осуществлявшей полевые работы;

- о типах использованных радиометров;

- о паспортной погрешности каждого прибора (в процентах);

- о среднем разбросе для каждого прибора (в мкР/ч);

- о расстоянии между пикетами по профилю или о рабочем шаге сетки, по которой производилась съемка.

Кроме того, должны быть представлены графические материалы, отражающие результаты работы (график изменения фона вдоль профиля или карта радиационного фона), а также таблицы, содержащие результаты полевых измерений (в случае, если предполагается последующая компьютерная обработка данных).