EU-Vorhaben TERRITORIES: Quantifizierung des Unsicherheitsbudgets radioökologischer Modelle

Wenn Messungen von Umweltkontaminationen durch Radionuklide nicht zur Verfügung stehen oder nicht praktikabel sind, werden radioökologische Modelle benötigt, um den Transfer von Radionukliden in der Umwelt zu quantifizieren. Modelle können aber nur vereinfacht die Realität abbilden und sind von Unsicherheiten geprägt.

Die Quantifizierung der Unsicherheit eines Modellergebnisses ist nicht nur Teil der guten wissenschaftlichen Praxis, sondern trägt auch zur fundierten Entscheidungsfindung bei und wird von Entscheidungsträger*innen, Interessensgruppen sowie von der Bevölkerung vermehrt erwartet.

Zielsetzung

Vor diesem Hintergrund zielte TERRITORIES auf die Quantifizierung von Unsicherheiten bei der Dosisermittlung bei langanhaltenden Expositionssituationen ab, wie z. B. Altlasten mit erhöhter natürlicher Radioaktivität (NORM-Altlasten) und die langfristige Exposition nach unfallbedingten Freisetzungen von Radionukliden.

Das Fachgebiet Radioökologie (UR 6) des Bundesamtes für Strahlenschutz war federführend zuständig für die Erstellung eines Leitfadens mit dem Fokus auf radioökologische Modellunsicherheiten. Ziele des Leitfadens waren

• die Theorie und die Methoden zur Durchführung der Unsicherheitsanalyse bei radioökologischen Modellen zusammenzustellen,
• praktische Anwendungen ("Fallstudien") der Unsicherheitsanalysen darzustellen und
• aus den gewonnenen Erkenntnissen Empfehlungen für die Durchführung von Unsicherheitsanalysen abzuleiten.

Durchführung und Ergebnisse

Der Leitfaden wurde auf der Basis einer Literaturrecherche (auch in Verbindung zu anderen Umweltdisziplinen) und ausführlichen Diskussionen mit beteiligten Expert*innen entwickelt. Die wichtigsten Unsicherheitsbeiträge wurden identifiziert und der aktuelle Stand von Wissenschaft und Technik in Bezug auf Methoden für deren Quantifizierung recherchiert und bewertet.

Das Gesamtunsicherheitsbudget eines radioökologischen Modells besteht im Wesentlichen aus den Beiträgen zur Unsicherheit von

• Parametern und Inputvariablen,
• vereinfachten mathematischen Strukturen (konzeptionelle Unsicherheit) und
• vereinfachten Annahmen zur Kontaminationssituation (Szenariounsicherheit).

Bei einer umfassenden Unsicherheitsanalyse sollten alle Beiträge berücksichtigt werden sowie die spezifischen Herausforderungen der Radioökologie, wie z. B. hohe Perzentile und die Wahl geeigneter Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktionen, der Umgang mit Parameterkorrelationen und die Auswirkungen der natürlichen Variabilität.

Wenn Messdaten zu Umweltkontaminationen zum Vergleich zur Verfügung stehen, eignen sich analytische (Unsicherheitsfortpflanzung), probabilistische (Monte Carlo) oder Bayessche Ansätze. Wenn Messdaten nicht verfügbar sind, eignen sich eine systematische Analyse auf der Basis wissenschaftlicher Kriterien, eine Expertenschätzung oder eventuell Modell-Modell-Vergleiche.

Diese Methoden sowie Methoden zur Sensitivitätsanalyse für Parameter und Prozesse werden im Leitfaden auch anhand von Beispielen erläutert. Diese wurden zum Teil mit Daten aus einer Datenbank (TERRITORIES Library Database) erstellt, die radioökologische Informationen zu verschiedenen Gebieten enthält, die mit natürlichen Radionukliden oder durch unfallbedingte Freisetzungen kontaminiert sind.

Unter der Annahme, dass die Unsicherheitsbeiträge additiv sind, wurde zudem eine Methodik entwickelt, um den Beitrag der konzeptionellen Unsicherheit von der Parameterunsicherheit zu unterscheiden (Urso et al., 2022).

Literatur

Urso, L., Sy, M.M., Gonze, M.-A., Hartmann, P. and Steiner, M. (2022), Quantification of Conceptual Model Uncertainty in the Modeling of Wet Deposited Atmospheric Pollutants. Risk Analysis, 42: 757-769.