Введение к работе
Актуальность проблемы. Общей тенденцией прошедшего двадцатилетия для угольной промышленности было снижение объемов добычи в целом по отрасли с 390,7 млн т в 1990 г. до 221,2 млн т в 1998 г. В последнее время наметился рост объемов добычи угля. В соответствии с новой Энергетической стратегией РФ в целях замещения экспортно-значимых газа и мазута прогнозируемые объемы добычи угля по стране должны составить до 360 млн т в 2010 г. и 430 млн т - в 2020 г. с доведением доли угля в топливно-энергетическом балансе до 22 %.
ОАО «Мосбассуголь», функционирующее на базе Подмосковного угольного бассейна, является единственным в Центральном Федеральном округе России угледобывающим предприятием, которое располагает необходимым количеством запасов угля для повышения уровня энергетической безопасности региона. Исследование регионального рынка сбыта энергетических углей показывает, что спрос на бурые угли в настоящее время имеет тенденцию к росту и по прогнозам при наличии финансирования на освоение новых месторождений в ближайшие 10…15 лет может достигать от 4,0 до 6,0 млн т в год.
Территория Подмосковного угольного бассейна характеризуется сложной экологической ситуацией, напряженность которой дополнительно усугубляется воздействием ионизирующего излучения. Основной составляющей радиационного фактора на рассматриваемой территории является естественный фон. Относительно высокие уровни естественного фона во многом обусловлены наличием скоплений урана и радия, залегающих в угольных пластах по всей территории бассейна, и распространенными на территории ураноносными песками и шахтными породами, широко применяемыми в прошлом при производстве строительных материалов, дорожных покрытий и насыпей.
Необходимо отметить, что многолетняя добыча и использование угля в теплоэнергетике привели к образованию на территории бассейна мощных отложений золошлаковых отходов, при этом содержание радионуклидов в летучих золах и шлаковых отложениях в среднем в 2…9 раз выше, нежели в углях.
Данные факторы привели к существенному превышению уровня естественного радиационного фона на территории Подмосковного угольного бассейна по сравнению с другими регионами.
Кроме того, существенное влияние на формирование негативной радиоэкологической обстановки оказала авария на Чернобыльской АЭС. К последствиям данной катастрофы относится заражение огромных территорий различными радионуклидами. Следует отметить, что в момент аварии не было достаточной информации о динамике и составе выбросов, не проводились точные измерительные работы по определению степени загрязнения пострадавших регионов, что существенно осложнило проведение реконструкции дозы облучения. До последнего времени отсутствовали надежные методики, позволяющие определить дозы облучения населения с учетом миграционных процессов и вкладов короткоживущих радионуклидов, не учитывались естественные радиационные факторы и дополнительные дозовые нагрузки, обусловленные выделениями радона в атмосферу в результате горных работ.
В связи с этим актуальной научной задачей является совершенствование методики оценки радиоактивного облучения населения, проживающего на территории Подмосковного угольного бассейна, позволяющей определить суммарные дозовые нагрузки, обусловленные последствиями Чернобыльской аварии и радоновделениями горных выработок, позволяющей повысить эффективность радиоэкологического мониторинга перспективных угленосных регионов Центрального Федерального округа РФ (Соответствует п.18 Паспорта специальности).
Целью работы является совершенствование методики оценки радиоактивного облучения населения, проживающего на территории Подмосковного угольного бассейна на основе установления закономерностей формирования и развития радиационного загрязнения окружающей среды горно-промышленного региона, находящегося в зоне следа аварии на Чернобыльской АЭС.
Идея работы заключается в том, что повышение достоверности прогноза дополнительных дозовых нагрузок населения обеспечивается адекватностью математических моделей загрязнения территории вследствие техногенной аварии, шахтных выбросов радона, разработанных с учетом данных натурных наблюдений на территории Подмосковного угольного бассейна, подвергшейся радиоактивному загрязнению вследствие аварии на Чернобыльской АЭС.
Основные новые научные результаты, полученные соискателем:
долгосрочный прогноз радиоактивного загрязнения территории Подмосковного угольного бассейна и обусловленных им дополнительных дозовых нагрузок населения проводился с помощью математической модели турбулентного конвективно-диффузионного переноса радионуклидов в атмосфере с аэрозолями выбросов аварии на Чернобыльской АЭС;
дозовые нагрузки, обусловленные аварией на Чернобыльской АЭС в расчетных точках определялись как суммарное значение всех нагрузок, полученных от отдельных радионуклидов, в том числе и от короткоживущих;
изменение дополнительных дозовых нагрузок населения на загрязненных территориях углепромышленного региона связано с радиоактивным загрязнением окружающей среды и загрязнением приземного слоя атмосферы радоном шахтных вентиляционных выбросов;
динамика выбросов радона из угольных шахт на рассматриваемой территории моделируется комплексом математических зависимостей его массопереноса в пористой среде, подземных водах, воздушных вентиляционных потоках с учетом фактического распределения урана в пределах шахтного поля;
конечные значения дозовых нагрузок в расчетных точках определяются как сумма дозовых нагрузок, обусловленных аварией на Чернобыльской АЭС и нагрузок, связанных с радоновыделением шахтных вентиляционных потоков.
Новизна основных научных и практических результатов:
установлены закономерности формирования загрязнения территории Подмосковного угольного бассейна радиоактивными выбросами аварии на Чернобыльской АЭС, отличающиеся тем, что плотность загрязнения и мощность дозы облучения предполагаются пропорциональными распределению концентрации радионуклидов в аэрозоли атмосферного воздуха, сформировавшегося в процессе конвективно-диффузионного переноса выбросов аварии на Чернобыльской АЭС;
разработана математическая модель распространения радионуклидов Чернобыльской аварии в атмосфере, отличающаяся тем, что рассматривается возвышенный точечный источник радиоактивных выбросов, поле концентраций которого описывается дифференциальными уравнениями турбулентного конвективно-диффузионного переноса;
определены численные значения параметров математической модели формирования полей радиоактивного загрязнения территории Подмосковного угольного бассейна и соответствующей дозы облучения;
разработаны математические модели переноса радона в шахтных выработках, позволяющие получить зависимости для определения равновесной концентрации радона и интенсивности валовых выбросов радона;
усовершенствованы методические рекомендации по расчету средней накопленной эффективной дозы облучения населения, проживающего на территории горно-промышленного региона, дополненные оценками дополнительных дозовых нагрузок, обусловленных радионуклидами аварийных выбросов Чернобыльской АЭС и нагрузок, связанных с радоновыделением шахтных вентиляционных выбросов.
Практическое значение работы заключается в создании регионального нормативного документа, регламентирующего единый подход к оценке радиоэкологического состояния территории Подмосковного бассейна, что согласовано с отделом радиационной безопасности и реализации эколого-радиологических программ Департамента Тульской области по экологии и природным ресурсам. Разработаны комплекты математических моделей определения выбросов радионуклидов Чернобыльской аварии, а так же радона шахтных вентиляционных выбросов для проведения экологической экспертизы. Усовершенствованы структурные и функциональные схемы мониторинга радиоэкологического состояния территорий для периодов существенного снижения экспозиционной дозы облучения населения, фиксируемой в Тульской области.
Реализация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы использованы в отделе радиационной безопасности и реализации эколого-радиологических программ Департамента Тульской области по экологии и природным ресурсам. Методика расчета рассеивания радионуклидов и прогноза средней накопленной эффективной дозы облучения внедрена в Центре «Тулагрохимрадиология». Выводы и рекомендации используются в Тульском государственном университете при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждается:
корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием классических методов математической физики, теории функций комплексного переменного, теории вероятностей и современными программными средствами;
достаточным объемом данных натурных наблюдений и вычислительных экспериментов, результаты которых свидетельствуют об адекватности разработанных моделей (погрешность не превышает 20 %).
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Аэрологии, охраны труда и окружающей среды» ТулГУ (Тула, 2000 - 2007 г. г.), Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» (Москва, 2001 г.), Второй Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (Тула, 2005 г.), XI Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2006 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 статей.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из 5 разделов, изложенных на 182 страницах машинописного текста, и содержит 31 иллюстрацию, 27 таблиц, список литературы из 154 наименований.
