научная статья по теме ОЦЕНКА ДОЛГОСРОЧНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ. 1. ПАЛЕОРЕКОНСТРУКЦИЯ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД Геология

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА ДОЛГОСРОЧНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ. 1. ПАЛЕОРЕКОНСТРУКЦИЯ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД»

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.

Показать целиком