ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2009, том 51, № 4, с. 308-324
УДК 551.49
МОДЕЛЬ ПЕРЕНОСА РАДИОНУКЛИДОВ ПОДЗЕМНЫМИ ВОДАМИ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА "КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ"
© 2009 г. В. И. Мальковский*' **, В. И. Величкин*, Ю. Е. Горлинский***,
Е. И. Владимирова**
*Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимиии РАН 119017, Москва, Ж-17, Старомонетный пер., 35 **Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева 125047, Москва, Миусская пл., 9 ***Российский научный центр "Курчатовский институт" 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1 Поступила в редакцию 11.09.2008 г.
Проведено моделирование конвективного переноса радионуклидов 137С8 и 908г подземными водами на территории Российского научного центра "Курчатовский институт" (РНЦ КИ).
На основании анализа данных по геологии участка РНЦ КИ и возможных источников радионуклидов показано, что наиболее вероятной областью переноса радиоактивного загрязнения является верхний водоносный горизонт, сформированный четвертичными отложениями. Поскольку преобладает латеральная миграция радионуклидов, для прогноза распространения радиоактивного загрязнения подземной среды используется двумерная плановая модель процесса.
Основные источники загрязнения подземных вод - временные или долгосрочные хранилища радиоактивных материалов на территории РНЦ КИ (сосредоточенные источники) и породы водоносного горизонта, загрязненные в результате выносарадионуклидов из этих хранилищ (распределенный источник). Начальные распределения 137С8 и 908г для прогнозирования их миграции были определены на основании данных по содержанию этих радионуклидов в образцах пород, полученных при проведении разведочного бурения на загрязненных участках территории РНЦ КИ. Область миграции радионуклидов ограничена снизу слоем слабопроницаемых моренных суглинков, а сверху - зеркалом подземных вод. Для определения верхней и нижней границ области были построены плановые распределения высотных отметок уровня подземных вод и кровли слоя моренных суглинков.
Были проанализированы данные метеонаблюдений за длительный период времени и построено плановое распределение интенсивности атмосферных осадков на рассматриваемой территории. Плотность пород верхнего водоносного горизонта и коэффициенты распределения радионуклидов между породами и подземными водами оценивались на основе данных лабораторных исследований образцов пород, извлеченных из керна разведочных скважин.
Были проанализированы имеющиеся данные по проницаемости образцов пород и результаты опытных откачек в некоторых скважинах. Результаты этого анализа и данные по уровню зеркала подземных вод позволили сформулировать калибровочную задачу для определения планового распределения коэффициента фильтрации в верхнем водоносном горизонте на рассматриваемой территории. Эта задача была решена с учетом интенсивности атмосферных осадков, определенной из анализа данных метеонаблюдений. Полученные таким образом характеристики свойств верхнего водоносного горизонта и начальные распределения в нем радионуклидов были использованы в качестве исходных данных для моделирования миграции 137Св и 908г на территории РНЦ КИ за период 50 лет.
ВВЕДЕНИЕ
Начальная стадия развития атомной промышленности связана с появлением двух основных источников потенциальной экологической опаности: центров ядерных исследований, оборудованных атомными реакторами, и предприятий атомной промышленности. Экологическая угроза от этих
Адрес для переписки: В.И. Мальковский. E-mail: malk@ig-em.ru
объектов была обусловлена размещенными на их территории радиоактивными материалами (РМ).
На территории РНЦ КИ в течение длительного времени проводились исследования с использованием РМ. После проведения исследований возникла необходимость в размещении (или захоронении) радиоактивных отходов, представлявших собой отработавшие расходные РМ или сильно загрязненные радионуклидами элементы оборудования. Для этого
на территории РНЦ КИ были созданы специальные хранилища радиоактивных отходов. По всей видимости, при проектировании этих хранилищ уделялось внимание мерам безопасности в связи с возможностью выноса радионуклидов из хранилищ и последующего радиоактивного загрязнения окружающей среды. Однако на ранней стадии ядерных исследований экологическая опасность, обусловленная радиоактивным загрязнением, недооценивалась (Лаверов и др., 1991; Рыбальченко и др. 1994). В связи с этим меры безопасности, предпринимавшиеся при создании хранилищ радиоактивных отходов, были не всегда достаточными для надежной изоляции отходов от окружающей среды.
Некоторую информацию по источникам радиоактивного загрязнения подземной среды можно получить из архивной технической документации, содержащей относительно подробные описания типа и количества отходов в хранилищах, инженерных барьеров (кирпичной кладки, бетонного чехла), ограничивающих вынос радионуклидов в биосферу. Эта информация характеризует только специальные хранилища использованных РМ на территории РНЦ КИ, которые далее будут называться сосредоточенными источниками радионуклидов. Помимо сосредоточенных источников необходимо иметь в виду распределенный источник радионуклидов, представляющий собой породы, либо вмещающие аварийные захоронения РМ, либо загрязненные радионуклидами, вынесенными из специальных хранилищ в результате деградации инженерных барьеров. Данные, характеризующие распределенный источник радионуклидов, могут быть получены только путем анализа пород, извлеченных при бурении разведочных скважин на территории РНЦ КИ, и из данных каротажа наблюдательных скважин. Следует отметить крайнюю ограниченность этих данных и необходимость дополнительных усилий для распространения результатов локальных измерений на всю область загрязненных пород.
Основной механизм распространения радиоактивного загрязнения в подземной среде - это конвективно-дисперсионный перенос радионуклидов подземными водами. Как следует из имеющихся данных, областью миграции радионуклидов на участке РНЦ КИ является верхний водоносный горизонт, сложенный песчаными четвертичными отложениями с относительно высокими значениями коэффициента фильтрации (1-20 м/сут.). Наличие сосредоточенных и (что особо важно) распределенного источников радионуклидов может привести в этом случае к быстрому увеличению загрязненной области.
Зона подземного загрязнения расположена под густо населенным районом (фиг. 1). Она находится близко от магистралей с интенсивным движением автотранспорта. Таким образом, высачивание за-
Ьч
:—i 1
i-] 2
■'..■■- 3 4
* 5
Фиг. 1. Положение РНЦ КИ на территории г. Москвы. 1 - территория города; 2 - открытые водоемы; 3 - реки и каналы, соединяющиеся с речной сетью; 4 - основные магистрали с интенсивным движением транспорта; 5 - территория РНЦ КИ.
грязненных подземных вод на поверхность может привести к быстрому переносу радиоактивных пыли и капель влаги колесами проходящих автомашин (The nuclear..., 2007). Зона подземного загрязнения находится недалеко от водоемов, связанных с речной сетью. Разгрузка радиоактивных вод в речную сеть приведет к загрязнению реки, протекающей через город с многомиллионным населением. Следовательно, экологическая опасность, обусловленная радиоактивным загрязнением подземной среды на территории РНЦ КИ, может быть значительной. Хотя такая угроза является только потенциальной, администрация РНЦ КИ при поддержке Федерального агентства по атомной энергии и правительства Москвы приняла меры по ликвидации находящихся на территории РНЦ КИ хранилищ РМ. Накопленные в них отработавшие РМ переведены в специальные хранилища Московского научно-производственного объединения "Радон", обеспечивающие достаточно надежную изоляцию этих материалов от биосферы. Представляется целесообразным оценить экологическую угрозу, связанную с рас-
у, м 250
200
150
100
50
+ 1
2
N
N \ I
А
X
X
-и- I
+ I
-V
+ i
х*ж ч !
\ |
* + 4t
_1_
_1_
_1_
0 50 100 150 200 250
х, м
Фиг. 2. Карта-схема рассматриваемого участка.
1- скважины, пробуренные в 1991-92 гг.; 2 - разведочные скважины, пробуренные в 2002 г. Пунктирная линия обозначает ограду участка и границу территории РНЦ КИ.
пространением остаточного радиоактивного загрязнения на территории РНЦ КИ, и эффективность предпринятых мер по ликвидации этой угрозы. Для этого было проведено компьютерное моделирование распространения загрязнения подземной среды изотопами 137С8 и 90Бг.
Методы компьютерного моделирования являются эффективным средством прогнозирования развития гидрогеологических процессов. Однако достоверность таких прогнозов зависит от полноты и надежности исходных данных, включающих, в частности информацию о сосредоточенных и распределенных источниках загрязнения и данные о границах и транспортных свойствах области миграции радионуклидов.
Некоторые данные по типу и количеству РМ, размещенных в хранилищах, содержатся в архивной технической документации.
Наиболее достоверная информация, касающаяся свойств подземной среды и масштабов ее загрязнения на территории РНЦ КИ, получена с помощью разведочного бурения. Разведочные скважины пробурены на загрязненном участке в 1991-1993 гг. и в 2002 г. Однако не все скважины, пробуренные в 1991-1993 гг., использовались впоследствии для систематического мониторинга. Большинство этих скважин было выведены из эксплуатации и, вероятно, зацементировано. Вследствие неполноты имеющейся информации недостающие исходные данные для моделирования необходимо получить путем косвенных оценок и решения калибровочной задачи.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Введем на рассматриваемом участке декартовы координаты {x, y, z}. Плоскость ху горизонтальна и расположена на уровне моря в Балтийской системе. Ось х направлена с запада на восток, ось у - с юга на север, а ось z - вертикально вверх, т.е. значение координаты z какой-либо точки равно высоте этой точки над уровнем моря. В координатах ху рассматриваемый участок с указанными положениями разведочных скважин показан на фиг. 2.
Источники подземного радиоактивного загрязнения в РНЦ КИ расположены н
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.