Введение к работе
Актуальность работы. Природные и искусственные радиоактивные вещества присутст-: во всех составляющих окружающей среды. В связи с их потенциальными свойствами, ными для человека и живых организмов, необходим контроль при их использовании, сбросе спространении. Некоторые долгоживущие техногенные радионуклиды, обладающие доста-о большим периодом полураспада (например, радиоактивные цезий I37Cs и стронции '"Sr с годом полураспада около 30 лет), переходя в различные химические формы, имеют способ-ь накапливаться в отдельных элементах экосистемы водоемов. Попадая в поверхностные і, они постепенно, за счет процессов переноса, сорбции-десорбции, седиментации и накоп-и через пищевые цепочки распространяются во всех звеньях экосистемы, причем умепыпе-их концентрации, например в воде, означает, что их содержание в других составляющих емы, например в донных отложениях (седиментах) повысилось. Так, в результате Черноуской аварии атмосферные выпадения п поверхностный сток в сотни раз увеличили содер-їє радиоактивных веществ на поверхности Балтийского моря, но затем концентрации их на рхяости уменьшались вследствие разбавления и оседания образовавшихся химических со-гений на дно. Однако все радиоактивные вещества остались внутри системы и продолжают пливаться в отдельных ее составляющих и по сегодняшний день. Таким образом, суммарная язненность экосистем водоемов долгоживущими техногенными радионуклидами, например, хэнием, не уменьшается, а постоянно увеличивается, что рано или поздно может оказать : влияние при превышении допустимых значений их концентрации для отдельных звеньев истем.
Пути попадания техногенных радионуклидов в поверхностные воды различны и зависят сточников. Так, смыв радионуклидов с поверхности загрязненных территорий, сточные во-ї атмосферные осадки являются источниками радиоактивного загрязнения как вследствие іальной радиоактивной загрязненности природной среды в результате ядерных испытаний в зсфере (например, на полигонах Новая Земля и Невада), масштабных аварий на объектах лого комплекса (например, Чернобыльских выбросов 86-го года, Кыштымской аварии 57-го і и др.) так и в связи с выбросами при нарушении технологических режимов в атомной про-зяенности (например, масштабных сбросов в озеро Карачай и реку Теча радиохимического бината "Маяк" на южпом Урале, или Хендфордского ядерно-оружейного комплекса в США -х годах и др.). Отдельную группу потенциальных источников радиоактивного загрязнения ;ставляют собой захоронения отходов атомной промышленности (как подземные хранили-представляющие угрозу в случае попадания радиоактивных веществ в грунтовые воды с по-іующей их фильтрацией в водные объекты, так и захоронения контейнеров в морях, имев-место в международной практике, куда можно отнести также аварии па атомных подвод-лодках, например на АЛЛ "Комсомолец").
По данным исследований на сегодняшний день Балтийское, Черное и Ирландское м< наиболее загрязненные техногенными радионуклидами моря мира. Так, Балтийское море площади 400.000 кв. км весьма мелководно (средняя глубина 50 м, объем около 20.000 куб. и из-за сильной обособленности от океана среднее время полной замены воды в нем состав не менее 27 лет. В связи со сбросом в его воды промышленных отходов девяти страп, СТОК! давляющего большинства рек северной и центральной Европы, наличия на берегах Балтики витой атомной энергетики вопросы распространения радионуклидов имеют для населения ное социальное, экономическое и, часто, - политическое значение. Это связано как с пост ным загрязнением Балтики сточными водами и осадками, содержащими радиоактивные ее нения в результате неконтролируемых выбросов (например, вследствие Чернобыльской ав или внештатных выбросов предприятий атомной промышленности), так и возможных ава ных ситуаций на ядерных объектах, расположенных в пределах водосбора акватории Балл вероятность возникновения которых может значительно повлиять иа развитие экологиче ситуации в регионе.
В соответствии с международными принципами и нормами радиационной защиты с ствуют критерии, на основе которых вырабатываются рекомендации по принятию мер дл щиты населения и минимизации радиационного ущерба на основе оценки состояния регис прогнозирования развития ситуации (как реального радиоактивного загрязнения, так и для можпой аварийной ситуации). Для этого необходимо изучение механизмов распространеї пакопления радионуклидов в различных звеньях экосистемы, в частности в поверхности придонном слоях воды, биоте, взвесях, донных отложениях.
Оценка механизмов распространения и накопления радионуклидов в окружающей ( требует разработки различных методик химического анализа и моделирования процессов пространения этих радионуклидов, а также оценки их возможного влияния на экосистему. 1 моделирование должно быть ориентировано на решение конкретной постановки задачи, необходимы как простейшие модели и методы, предназначенные для аварийных ситу! дающие возможность оперативно давать приближенную оценку загрязненности и быстрого гнозирования развития ситуации, так и более сложные модели распространения радионукш учитывающие большой спектр факторов и предназначенные для исследования долговремеї переноса и перераспределения радионуклидов между различными элементами экосистемы.
Существует много различных методик и моделей по расчету радиационного загряз* водных объектов, прогнозирования поведения радионуклидов в водоемах, расчету доз об: ния населения, оценке "доза-эффект", выработке соответствующих рекомендаций. Эко математические модели интегрируются с целью создания из них замкнутой цепочки "Вь радионуклидов - Загрязнение земной дозерхйости и водоемоз - Прогноз поведения радиогг дов - Оценка доз внешнего и внутреннего облучения - Выработка рекомендаций". Такая си<
гся средством оценки последствий различных выбросов радиоактивных веществ, послед-различных аварийных ситуаций, расчета допустимого и предельно допустимого сбросов в мы, оценки радиационного ущерба от радиационно-опасных объектов, поддержки приня-ялений при проведении профилактических противорадиациоїшьіх мероприятий. Разрабо-і в настоящей диссертационной работе модель миграции и аккумулирования радионукли-водоемах является звеном в указанной выше цепочке и должна поставлять данные для га и оценки доз возможного внешнего и внутреннего облучения. Дель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является:
-
Проведение анализа и классификации современных методов моделирования распро-япія техпогепных радионуклидов (в первую очередь, - важнейших дозообразующих ра-гивных изотопов цезия, стронция и йода) в поверхностных водах.
-
Разработка методов для математического моделирования распространения техноген-адионуклидов при их попадании в поверхностные воды (в первую очередь,- небиологиче-гроцессов с включеішем важнейших биологических факторов: адсорбшш и накопления нуклидов планктоном). В постановку задачи входило рассмотреть и описать обусловлен-іецифическими физико-химическими свойствами отличие распространения и транспорта нуклида от транспорта растворенной субстанции, рассчитываемое на основе уравнений -Стокса и транспорта-диффузии. Для описания всего комплекса процессов распростране-ідионуклидов в экосистеме водоема требовалось сочетать уже существующий алгоритм ирования транспорта растворенных примесей с разработанным методом расчета поправки щессы сорбции-десорбции радионуклидов взвесями, седиментацию-ресуспензию и накоц-в дояных отложениях адсорбирующих радионуклиды примесей, радиоактивный распад.
-
Компьютерная реализация разработанного метода и верификационные расчеты рас-эанения радионуклидов при их попадании водный объект. В постановку задачи входила іотка независимых программных блоков, описывающих процессы адсорбции-десорбции ауклида примесями, седиментации-ресуспензии взвесей, процесс образования ветровых вызывающих придонные течения п коренным образом влияющих на характер седимента-їсуспензии и количество адсорбирующей радионуклид взвеси в воде, а тем самым, и ра-клида. Разработанные программные блоки стыкуются с базовой моделью гидродинамиче-роцессов и могут независимо друг от друга развиваться и дополняться.
Исходные материалы и методика исследований. В процессе проведения исследований ьзовались различные методики и данные, разработанные и полученные в научно-говательском центре ГКСС-Геестахт (Германій) (моделирование процессов ресуспензии и гнтадни взвесей, гидродинамические модели для расчета транспорта растворенных при-I а также данные по загрязненности техногенными радионуклидами акватории Балтийска-
го моря Лаборатории регионального экологического мониторинга и Лаборатории монито радиоактивного загрязнения окружающей среды Радиевого института им. В.Г.Хлогшна.
Научная новизна. На сегодняшний день разработано большое количество мето; моделей для оценки и расчета загрязненности радионуклидами различных водных сред распространения. Такие модели разработаны для применения в различных ситуациях и о тированы для решения различных задач, но даже самые сложные из них, учитывающие бол спектр факторов влияния, оперируют осредненными величинами. В разработанном по, впервые рассматривается распространение радионуклидов в водных объектах на основе і порта и седиментадии-ресуспензии адсорбирующих радионуклид примесей, который, в очередь, привязан к метеорологическим условиям и гидродинамике через определение кретных на данный момент значений размытых или осевших взвесей, что сильно влияет і рактер транспорта радионуклидов. Так, например, сила ветра может в течении суток неск раз меняться, вызывая в прибрежной зоне ветровые волны, обуславливающие придонные ния и, тем самым, - ресуспензию. Взмытые взвеси адсорбируют растворенный радионуы затем, при уменьшении силы ветра и уменьшении суммарной скорости течения, осаждакя дно. Уже при одном таком цикле ресуспензии-седиментации суммарное количество ради лида в объеме воды (растворенного и адсорбированного) может измениться в зависимое характера адсорбции-десорбции и размыва в несколько раз. Разработанный подход и его р зация в виде компьютерной модели учитывают эти процессы для 4 различных фракций вз с различными физико-химическими свойствами (размывающие скорости, коэффициенты пределения между растворенной и адсорбированной фазами).
Практическая значимость. Разработанная методика и компьютерная программа и ляет оценивать и прогнозировать потенциальные и фактические загрязнения водных си связанные с функционированием радиациопно опасных объектов, вырабатывать требован ограничение сбросов и выбросов радиоактивных веществ с целью обеспечения нормам требований по допустимому уровню загрязнения водных объектов.
Разработанная методика применима для планирования и оценки эффективности ра ных природоохранных мероприятий, связанных с уменьшением радиационного загрязі водпых систем. Эта методика может служить базой для создания конкретных объе ориентированных моделей, привязанных к конкретным условиям, предназначенных для держки пршштия решений по защите населения и окружающей среды от радиационного ] как в штатном, так и в возможном аварийном режиме функционирования данного раяиада опасного объекта.
Апробация результатов работы и публикации. Основные результаты диссертацис работы докладывались на конференции "Вайсержойзер-Штранд-Ч?", Германия, на междун ной конференции "Экобалтика XXI век" (С. Петербург, 1996) а также докладывались на
* семинарах института физики водных сред и атмосферы научно-исследовательского центра DC-Геестахт (1997-1998) и семинарах кафедры "Экологические основы природопользования" бГТУ (1994-1998). По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, [ска литературы и приложений. Работа изложена на НО с. машинописного текста, ючаег // таблиц и 2 V рисунков. Список использованной литературы содержит 6І наснований.
