ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2009, том 36, № 2, с. 219-227
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ^^^^^^^^^^ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 55:504;550.424
ОЦЕНКА ДОЛГОСРОЧНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ. 1. ПАЛЕОРЕКОНСТРУКЦИЯ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД1
© 2009 г. И. В. Токарев*, А. А. Зубков**, В. Г. Румынии*, С. П. Поздняков***, В. А. Поляков****, В. Ю. Кузнецов*****
*Санкт-Петербургское отделение Института геоэкологии Российской академии наук 199004 Санкт-Петербург, ВО, Средний пр., 41 ** Сибирский химический комбинат 636000 Северск, ул. Курчатова, 1 ***Московский государственный университет 119991 Москва ГСП-1, Ленинские горы ****Всероссийский научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии
142452 Московская обл., пос. Зеленый *****Санкт-Петербургский государственный университет 199004 Санкт-Петербург, ВО, Средний пр., 4 Поступила в редакцию 02.10.2007 г.
Выполнено определение изотопных характеристик (52Н, 5180, 234U/238U, Лт, 3Н) природных и техногенно измененных вод в районе полигона захоронения Сибирского химического комбината с целью определения условий циркуляции природных вод и оценки надежности изоляции РАО в пластах-коллекторах.
Природные воды не имеют трития, напротив, в радиоактивных отходах (РАО) содержания трития весьма высоки, что позволяет легко различать эти воды. Формирование природных вод пластов-коллекторов происходило в холодных климатических условиях, на что указывает их изотопный состав 52Н = -127.. .-140,5180 = -17.0...-18.2%е, значительно отличающийся от современного 52Н = -117 и 518О = -15.7%е. Техногенные воды образуют единую обособленную группу со специфическим изотопным составом 52Н = -111.-121 и 518О = -13.8...-16%е, обусловленным испарением воды в технологическом цикле. Данные по стабильным изотопам согласуются с температурой, рассчитанной для инфильтрационных вод по благородным газам £ = -0.2...4.2°С. Изотопный состав растворенного в подземных водах природного урана значительно варьирует 234и/238и = 1.74.16.1 (по активностям), крайние значения 234и/238и > 5-6 указывают на наличие талых вод, образованных за счет деградации мерзлоты. Природные и техногенные воды четко различаются по изотопным характеристикам, что позволяет строго локализовать фронт ореола РАО. Таким образом, три независимых изотопных систематики, характеризующих природные
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ
(гранты 04-05-97508 р_офи и 07-05-00796-а), Международ-
ного научно-технического центра (гранты 3193 и 3590) и
Фонда гражданских исследований и развития (грант СЯЭБ
Яи02-2821-М0-06).
воды пластов-коллекторов, указывают на то, что они сформировались в холодный климатический период, сразу вслед за деградацией мерзлоты.
Предотвращение неконтролируемого распространения радиоактивности в окружающей среде -одна из приоритетных задач предприятий, входящих в структуру Федерального агентства по атомной энергии. Удаление в геологическое пространство является, по-видимому, наилучшим способом обеспечения безопасности при обращении с жидкими РАО, требующими захоронения [5].
Основным инструментом прогнозной оценки поведения РАО в подземной гидросфере являются численные модели фильтрации и массопереноса, параметрически поддержанные комплексом аналитических, лабораторных и полевых исследований. Выделяют два пространственно-временных масштаба рассмотрения миграции техногенных радионуклидов в природных средах. Ближнесроч-ные прогнозы миграции для короткоживущих нуклидов, таких как 3Н, 908г, 957г, 95№, 106Ии, 137С8, 144Се и др., включают рассмотрение миграции на локальных участках, временная шкала моделирования составляет десятки - первые сотни лет. Долговременные и сверхдолгосрочные прогнозы необходимы при захоронении РАО, содержащих уран и трансурановые нуклиды, в этом случае используется региональный масштаб рассмотрения,
временная шкала прогнозирования составляет тысячи и сотни тысяч лет.
Современная технология создания техногенных барьеров обеспечивает сохранность РАО, содержащих короткоживущие нуклиды в течение времени, необходимого для их распада до безопасного уровня активности. Геологическая среда в этом случае выступает в качестве дополнительного фактора безопасности, например, исключает прямой доступ к охраняемым объектам. При построении краткосрочных прогнозов модельные параметры могут быть найдены с помощью лабораторных и натурных экспериментов, а также по результатам наблюдений за эксплуатируемыми объектами.
Оценка долгосрочной перспективы сохранности РАО на периоды времени в несколько тысяч или десятков тысяч лет требует существенно иного подхода к построению моделей. В связи с этим отметим необходимость задания изменений граничных условий во времени, а также фильтрационной и миграционной неоднородности в региональном масштабе. При этом верификация моделей на базе решения эпигнозных задач должна производиться с учетом имевших место в голоцене вариаций климата.
В связи с вышесказанным можно уверенно утверждать, что фильтрационные и миграционные параметры, получаемые "обычными" экспериментальными методами, в том числе по данным об эксплуатации существующих объектов, не обеспечивают правильность калибровки долгосрочных прогнозных моделей. Наиболее информативными в плане получения параметров для валидации моделей являются изотопные исследования природных вод как среды и агента массопереноса.
Объектом данного исследования является полигон захоронения жидких РАО Сибирского химического комбината (СХК) (г. Северск Томской обл.). Комбинат входит в число крупнейших предприятий, работающих с делящимися материалами. Полигон эксплуатируется начиная с 1963 г., захороненные к настоящему времени отходы содержат суммарную активность ~800 млн. Ки [8].
По результатам режимных наблюдений за период эксплуатации полигона можно сделать вывод, что технология захоронения обеспечивает полную изоляцию РАО в отношении короткожи-вущих нуклидов. Однако, РАО содержат также долгоживущие трансурановые изотопы, поэтому для полного обоснования безопасности захоронения необходим прогноз их миграции как минимум на 1000-летний период. В этой перспективе водозаборы г. Северска, г. Томска и р. Томи являются объектами потенциального воздействия РАО.
В данной работе приведены результаты изотопных исследований, направленных на решение вопроса о безопасности долгосрочного захоронения РАО на полигоне СХК. Комплекс работ вклю-
чал изучение изотопного состава воды (52H, 518O) и растворенного урана (234U/238U), привлечение данных по благородным газам (Ar) и тритию (3H), а также палеореконструкцию условий формирования подземных вод по изотопным данным.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ
ПОЛИГОНА ЗАХОРОНЕНИЯ РАО
Материалы по геологическим и технологическим условиям эксплуатации полигона захоронения жидких РАО СХК представлены в [8]. В геолого-структурном отношении площадь исследований расположена на северо-западном фланге Томско-Каменского выступа фундамента (рис. 1), в гидрогеологическом плане она относится к юго-восточному флангу Западносибирского артезианского бассейна. Погружение кровли фундамента, увеличение мощности отдельных слоев и всего осадочного чехла в целом происходит в северо-западном и северном направлении от р. Томи.
Фундамент представлен складчатыми породами палеозоя - сланцами и песчаниками, которые прорваны роями даек преимущественно долеритового состава. Формирование чехла происходило в период мел-антропоген с перерывом в неогене. Осадочные породы отлагались в однотипных прибрежно-морских и лагунно-континентальных условиях за счет сноса терригенного материала с обнаженной части фундамента в направлении с юго-востока на северо-запад. В литологическом отношении чехол представляет собой монотонное чередование песчаных и глинистых разностей пород, слабо различающихся по минералогическому составу. Повсеместно отмечается значительная примесь частично обугленных растительных остатков.
По преобладанию песчаного или глинистого материала в отдельных интервалах разреза чехла, по различию в фильтрационных свойствах и напорах выделены водоносные горизонты I-VI (снизу-вверх) и разделяющие слои A-G (рис. 2). Проницаемость верхней части разреза (IV-VI - горизонты) значительно выше проницаемости нижней части (I - III горизонты) - их водопроводимость составляет около 1600 и 70 м2/сут соответственно. Фильтрационные свойства пород фундамента детально не изучались, однако, имеющиеся данные свидетельствуют об их низкой проницаемости.
Питание подземных вод инфильтрационное, современная область питания I-V горизонтов расположена вблизи водораздела рек Томи и Чулыма на расстоянии ~40 км от полигона. Региональным базисом разгрузки является р. Томь, расположенная примерно в 8 км от южной границы полигона захоронения РАО вниз по потоку подземных вод. Гидродинамическая сетка течения регионального потока подземных вод (кроме VI горизонта) в естественных условиях приближалась к плоско-
„ См-14
\
250 ) п
100м С м
н- у. м0 100 км (
V-№ 54
Вддэ-1 /А 01 • 2*3
С-14 Вдз-2 А-Б 5 £)6
р.Г°МЪ 0 ¿}7 Вдз-18
5 км
0
Рис. 1. Схема расположения пунктов опробования в районе полигона захоронения РАО СХК. 1 - кусты ярусных скважин на 1-У горизонты; 2 - одиночные скважины; 3 - геологическая скважина, не задействованная в опробовании; 4 -площадки в пределах полигона захоронения РАО СХК; 5 - линия разреза; 6 - граница горного отвода СХК; 7 - граница полигона захоронения; 8 - водозаборы, эксплуатирующие У горизонт.
!-У! 5 А-Б 6 Г-6 7
Рис. 2. Геологический разрез по линии А-Б. 1 - водоносные горизонты; 2 - водоупорные слои; 3 - метаморфические породы палеозойского складчатого фундамента; 4 - ореол распространения РАО на площадках захоронения; 5 - номера водоносных пластов (II и III - пласты-коллекторы РАО, I и IV - буферные горизонты, У - эксплуатируемый на воду горизонт); 6 - индексы разделяющих слоев; 7 - номера скважин.
параллельной, с общим направлением движения с северо-востока на юго-запад. В настоящее время она искажена куполом напоров, сформировавшимся вокруг полигона захоронения РАО СХК, площадь купола сопоставима
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.