Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Эволюция радиационной ситуации после аварийного выброса радионуклидов чаэс на территории Беларуси 11
1.1. Общая характеристика радиоактивного загрязнения л 11
1.2. Изменение землепользования в результате эвакуации и отселения жителей как мера защиты населения 18
1.3. Влияние защитных мероприятий на динамику радиационных характеристик в сельском хозяйстве 22
1.4. Предпосылки к разработке концептуальных и методологических подходов к реабилитации загрязненных территорий 28
Глава 2. Программа, объекты и методы исследований 37
Глава 3. Методические пути решения вопросов реабилитации загрязненных территорий 40
3.1. Методика оценки возможности реабилитации района по формируемым потокам радионуклидов 40
3.2. Расчетная статистическая модель потоков радионуклидов из аграрных и естественных экосистем
3.3. Модифицированная модель потоков радионуклидов 51
3.3.1. Функции распределения потребления продуктов питания сельским жителем 53
3.3.2. Статистический анализ коэффициентов перехода в пищевую продукцию леса 57
3.3.3. Динамика содержания 137Cs в молоке, полученном при
вывпасе коров на естественных и окультуренных пастбищах 60
3.4. Модель трансформации площадей сельскохозяйственных угодий 64
3.4.1. Ожидаемая годовая доза внешнего и внутреннего облучения. Методика расчета времени достижения уровня 1 мЗв/год для среднестатистического жителя населенного пункта 66
3.5. Методика расчета дополнительной индивидуальной дозы облучения, сформированной при внесении зольных отходов на индивидуальный участок 69
3.6. Эффективность контрмер для снижения индивидуальных и коллективных доз 77
ГЛАВА 4. Методологические подходы к радиационной реабилитации загрязненных территорий 84
4.1. Территориально-локальные принципы реабилитации 84
4.2. Применение модели потоков радионуклидов для ветковского и брагинского районов гомельской области и сравнение с реальной ситуацией
4.2.1. Брагинский район 87
4.2.2. Ветковский район 113
4.2.3. Прогнозирование радиационного состояния районов (на примере Брагинского района) 137
4.3. Оценка потоков радионуклидов в масштабе области и возможности их направленного регулирования 140
4.3.1. Радиационная обстановка на загрязненных территориях 140
4.3.2. Населенные пункты 141
4.3.3. Сельскохозяйственные угодья 142
4.3.4. Лесное хозяйство 173
4.3.5. Дозы облучения 181
4.3.6. Потоки радионуклидов из сельскохозяйственных и естественных экосистем , 205
4.3.7. Оценка возможности реабилитации области 210
4.4. Баланс потоков радионуклидов на территории Республики Беларусь 214
ГЛАВА5. Комплексная реабилитация загрязненных территорий и практические пути реализации 219
Выводы 228
Заключение 235
Список цитированной литературы 23 9
- Изменение землепользования в результате эвакуации и отселения жителей как мера защиты населения
- Расчетная статистическая модель потоков радионуклидов из аграрных и естественных экосистем
- Ожидаемая годовая доза внешнего и внутреннего облучения. Методика расчета времени достижения уровня 1 мЗв/год для среднестатистического жителя населенного пункта
- Оценка потоков радионуклидов в масштабе области и возможности их направленного регулирования
Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема реабилитации загрязненных территорий и жизнедеятельности населения, проживающего на них, является одной из наиболее сложных задач постчернобыльского периода. По мнению ведущих отечественных специалистов, имеющих опыт ликвидации Кыштымской аварии, любая техногенная авария или катастрофа предполагает три временных этапа (Антропова З.Г. и др., 1990):
экстренные защитные мероприятия или аварийный период;
мероприятия по обеспечению длительного и безопасного проживания населения на загрязненной территории;
мероприятия по обеспечению безопасного сельскохозяйственного использования загрязненных территорий.
Это мнение согласуется с публикациями, относящимся к постчернобыльской ситуации (ICRP Publication 60..., 1991, Беляев СТ., 1993, Belyaev S.T. et al., 1996.), где выделены три стадии:
ранняя (early phase);
долговременная (long-term phase);
реабилитации (a final restoration phase or rehabilitation phase).
Согласно этим публикациям, настоящий период можно рассматривать как восстановительный или реабилитационный.
Первоначальное значение термина «реабилитация» имеет двоякое толкование: юридическое (восстановление в правах) и медицинское (комплекс мер, направленных на восста-
Привлечение эюго термина дм обозначения процесса радиационной ро.іил.:,ііащ:и загрязненных территорий и последующих социально-экономических шагов основано как на первом, так и на втором значении этого слова и наиболее полно отражает содержание восстановительного периода, то есть под реабилитацией следует понимать систему мер, направленных на приведение разбалансированных подсистем (окружающая среда, людские, природные и производственные ресурсы) к нормативному (безопасному для проживания) и экономически целесообразному состоянию.
Сложность проблемы реабилитации загрязненных территорий определяется множеством факторов радиоэкологического, радиационно-гигиенического, социально-экономического, демографического и психологического характера. Однако в любом случае радиационная обстановка на загрязненных территориях по-прежнему остается важнейшим
фактором, определяющим условия проживания жителей этих регионов и возможность рее билитации.
Фундаментальные работы, выполненные за последние несколько десятков лет п изучению поведения радионуклидов во внешней среде (Russell R.S., 1960; Алексахин Р.М 1963, 1977; Федоров Е.В. и др., 1969; Фредриксон Л. и др., 1971; Тихомиров Ф.А., 1972; Г} лякин И.В. и др., 1973; Корнеев Н.А. и др., 1973, 1977, 1987; Марей А.Н. и др., 1974; Юдиі цева Е.В. и др.,1981; Сельскохозяйственная радиоэкология, 1992), явились основой при прс ведении различного рода научных и технических исследований последствий Чернобыльско аварии в целях получения наиболее полной информации и представлений о:
масштабах аварии;
поведении радиоактивных веществ в объектах окружающей среды;
дозовых нагрузках на население;
эффективности различных способов дезактивации.
Результаты этих исследований подробно изложены в научных изданиях, материал; конференций, отчетах работ, выполненных в рамках национальных программ и ряда межд народных проектов.
Исследования, которые проводятся в настоящее время, включают в себя изучение і только радиологического фактора как изначальной причины создавшегося положения з грязненных регионов, но и производственной, социально-бытовой сферы деятельности, с циально-психологической и демографической ситуации. Они носят характер синтеза нако ленной информации и направлены на решение прогностических задач в целях комплексне реабилитации.
Радиационная реабилитация загрязненных территорий невозможна без количестве ных оценок уровней загрязнения всех звеньев трофической цепи (от почвы до дозовых II грузок на население), поэтому был разработан алгоритм расчета, связывающий уровни з грязнения почв, коэффициенты перехода радионуклидов по трофическим цепям и ДО30ВІ характеристики.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является создание унивс сальной статистической модели для прогноза возможности реабилитации загрязненных тс риторий на основе оценки потоков радионуклидов из аграрных и естественных экосистем,: влияния на формирование индивидуальных и коллективных доз облучения на население перераспределения на территории района, области, республики.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
формирование взаимосвязанных и надежных банков данных о динамике радиационных параметров, характеризующих все звенья трофической цепи: почва, растение, животное, человек;
исследование и анализ закономерностей и связей между звеньями цепочки, основанных на статистической обработке имеющейся информации;
проведение анализа и модификации расчетных моделей оценки и прогноза дозовых нагрузок на население за счет внешнего и внутреннего облучения с точки зрения получения адекватных результатов при локальном принципе реабилитации загрязненных территорий;
создание расчетной статистической модели потоков радионуклидов из сельскохозяйственных и естественных экосистем открытого типа;
сравнительная оценка вкладов различных типов экосистем (сельскохозяйственные и природные) в формирование дозовых нагрузок на население, проживающее в реабилитируемом регионе и вне его;
апробация моделей перераспределения потоков радионуклидов в пределах региона и вне его (на уровне хозяйства, района, области, Республики) для оценки возможных реабилитационных мероприятий.
Теоретический вклад и научная новизна результатов исследований Выполнение комплексных исследований на территории Беларуси по социально-экономическим, социально-психологическим, радиационно-гигиеническим и радиологическим направлениям в целях реабилитации загрязненньк территорий показало тесную взаимосвязь всех этих факторов.
ной статистической модели потоков радионуклидов из аграрных и естественных экосистем и се усовершенствованные модификации. На основе модельных расчетов показана определяющая роль молока в формировании дозы внутреннего облучения жителей загрязненньк территорий.
Разработаны теоретические подходы радиационной реабилитации загрязненньк территорий на основе территориально-локальных принципов.
Впервые введены понятия: экспортируемые потоки радионуклидов и экспорт потенциальной коллективной дозы за пределы загрязненного региона.
На примере Брагинского района Гомельской области по радиационным параметрам 1996 года были проведены расчеты потоков радионуклидов и доз для радиационной обстановки 1991 и 2001 годов по хозяйственно-экономическим показателям деятельности агро-
промышленного комплекса в 1991 году. Показано, что при уменьшении индивидуальной дозы внутреннего облучения на 30-40% потенциальная коллективная доза, экспортируемая за пределы района возрастает почти в 2 раза. В связи с этим утверждается, что контрмеры в звене почва-растение эффективны для снижения индивидуальных доз населения, проживающего на загрязненной территории. Для уменьшения коллективной дозы наиболее существенный вклад вносит процесс переработки произведенной продукции.
Выполнены расчеты и впервые представлена сводная информация о распределении потоков радионуклидов и дозовых характеристик в масштабе Могилевской области и Республики Беларусь по заранее обоснованным выбранным критериям. Результаты позволяют оценить значимость различных регионов в радиационном балансе Беларуси.
Практическая значимость работы. Предложенные подходы и принципы радиационной реабилитации загрязненных территорий являются теоретической основой для оценки возможности радиационной реабилитации административно-хозяйственной единицы. Реабилитация загрязненных территорий не должна ограничиваться отдельными населенными пунктами, так как структура государственных сельскохозяйственных предприятий представлена общим комплексом производственных, социально-экономических и организационных объектов с управляющим центром. Оптимальная территория для разработки системы мер по реабилитации—территория административного сельскохозяйственного района. Применение территориального подхода и аппарата математического моделирования потоков радионуклидов позволяют решать не только вопросы о реабилитируемости территорий, но и разрабатывать на практике стратегию ведения хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения с возможностью выбора наиболее оптимального варианта. Совместно с локальным подходом к реабилитируемым населенным пунктам, являющимся составной частью района, возможна адресная реализация необходимых контрмер, в чем и заключен принцип оптимизации планируемых мероприятий.
Практическая оценка радиационной ситуации и прогноз ее ослабления позволяют заключить, что загрязненная территория может быть реабилитирована в случае применения комплекса мер организационного и специального характера, обеспечивающих в течение ближайших лет снижение индивидуальных доз до 1 мЗв в год. Для снижения индивидуальных и коллективных доз внутреннего облучения существуют надежные и управляемые контрмеры, применение которых экономически целесообразно и эффективно. Переработка произведенной продукции на месте может значительно снизить вклад загрязненных территории в формирование коллективной дозы населения республики. Поэтому одной из организа-
ционных контрмер для реабилитации загрязненных территорий является развитие пищевой перерабатывающей промышленности.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Основные принципы и критерии реабилитации загрязненных территорий с использованием территориального и локального подходов к исследуемой проблеме.
-
Локальный подход к реабилитации загрязненных территорий. Комплекс оригинальных и модифицированных математических моделей текущей и прогнозной оценки радиационной обстановки и дозовых нагрузок на население.
-
Теоретические основы построения статистической модели потоков радионуклидов из аграрных и естественных экосистем. Структурная схема расчета потоков радионуклидов.
-
Результаты оценок радиационной реабилитации районов, выполненных на основе анализа радиационной ситуации и хозяйственно-экономических показателей. Варианты возможных прогнозов состояния типичного района при условии стабильного экономического положения и ведения сельского хозяйства без нарушений традиционных технологий.
-
Количественная оценка текущих радиационных характеристик и возможности реабили-їидиїї яа урозне областной административно-хозяйственной единицы.
-
Анализ баланса потоков радионуклидов на территории республики.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на: Республиканской научно-практической конференции по радиобиологии и радиоэкологии (Минск, 1988); II Всесоюзном научно-координационном совещании по проблемам ведения агропромышленного производства в районах, подвергшихся воздействию аварийного выброса Чернобьшьской АЭС (Обнинск, 1988); Международной конференции «Достижения науки
биологическом съезде (г.Пущино, 1989); I семинаре Советского отделения Международного Союза Радиоэкологов «Радиоэкология и контрмеры» (Киев, 1991); Республиканской научно-технической конференции «Методы и средства радиационного контроля» (Минск, 1991); III Республиканской конференции «Научно-практические аспекты сохранения здоровья людей, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на Чернобьшьской АЭС» (Гомель, 1992); III радиобиологическом съезде (Киев, 1993); конференции «10 лет после аварии на Чернобьшьской АЭС» (Минск, 1996); Международной конференции (Зеленый Мыс, 1996); Международной конференции «One decade after Chernobyl: summing up the consequence of the accident» (Vienna, 1996), конференции «Проблемы экологической защиты населения» (Гомель, 1998), а также на научно-практических семинарах в Министерстве по
чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь, курсах повышения квалификации по сельскохозяйственной радиологии (Гомель, Могилев, Брест).
Публикации. Основные результаты исследований, выносимые на защиту, отражены в 24 публикациях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 238 страниц машинописного текста, включает 87 таблиц, 99 рисунков. Библиография включает 205 наименований.
Изменение землепользования в результате эвакуации и отселения жителей как мера защиты населения
Республики) для оценки возможных реабилитационных мероприятий. Теоретический вклад и научная новизна результатов исследований Выполнение комплексных исследований на территории Беларуси по социально-экономическим, социально-психологическим, радиационно гигиеническим и радиологическим направлениям в целях реабилитации загрязненных территорий показало тесную взаимосвязь всех этих факторов.
Предложен оригинальный метод оценки радиационной ситуации на основе расчетной статистической модели потоков радионуклидов из аграрных и естественных экосистем и ее усовершенствованные модификации. На основе модельных расчетов показана определяющая роль молока в формировании дозы внутреннего облучения жителей загрязненных территорий.
Разработаны теоретические подходы радиационной реабилитации загрязненных территорий на основе территориально-локальных принципов.
Впервые введены понятия: экспортируемые потоки радионуклидов и экспорт потенциальной коллективной дозы за пределы загрязненного региона.
На примере Брагинского района Гомельской области по радиационным параметрам 1996 года были проведены расчеты потоков радионуклидов и доз для радиационной обстановки 1991 и 2001 годов по хозяйственно-экономическим показателям деятельности агропромышленного комплекса в 1991 году. Показано, что при уменьшении индивидуальной дозы внутреннего облучения на 30-40% потенциальная коллективная доза, экспортируемая за пределы района возрастает почти в 2 раза. В связи с этим утверждается, что контрмеры в звене почва-растение эффективны для снижения индивидуальных доз населения, проживающего на загрязненной территории. Для уменьшения коллективной дозы наиболее существенный вклад вносит процесс переработки произведенной продукции.
Выполнены расчеты и впервые представлена сводная информация о распределении потоков радионуклидов и дозовых характеристик в масштабе Могилевской области и Республики Беларусь по заранее обоснованным выбранным критериям. Результаты позволяют оценить значимость различных регионов в радиационном балансе Беларуси.
Практическая значимость работы. Предложенные подходы и принципы радиационной реабилитации загрязненных территорий являются теоретической основой для оценки возможности радиационной реабилитации административно-хозяйственной единицы. Реабилитация загрязненных территорий не должна ограничиваться отдельными населенными пунктами, так как структура государственных сельскохозяйственных предприятий представлена общим комплексом производственных, социально-экономических и организационных объектов с управляющим центром. Оптимальная территория для разработки системы мер по реабилитации—территория административного сельскохозяйственного района. Применение территориального подхода и аппарата математического моделирования потоков радионуклидов позволяют решать не только вопросы о реабилитируемости территорий, но и разрабатывать на практике стратегию ведения хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения с возможностью выбора наиболее оптимального варианта. Совместно с локальным подходом к реабилитируемым населенным пунктам, являющимся составной частью района, возможна адресная реализация необходимых контрмер, в чем и заключен принцип оптимизации планируемых мероприятий.
Практическая оценка радиационной ситуации и прогноз ее ослабления позволяют заключить, что загрязненная территория может быть реабилитирована в случае применения комплекса мер организационного и специального характера, обеспечивающих в течение ближайших лет снижение индивидуальных доз до 1 мЗв в год. Для снижения индивидуальных и коллективных доз внутреннего облучения существуют надежные и управляемые контрмеры, применение которых экономически целесообразно и эффективно. Переработка произведенной продукции на месте может значительно снизить вклад загрязненных территории в формирование коллективной дозы населения республики. Поэтому одной из организационных контрмер для реабилитации загрязненных территорий является развитие пищевой перерабатывающей промышленности.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Основные принципы и критерии реабилитации загрязненных территорий с использованием территориального и локального подходов к исследуемой проблеме.
2. Локальный подход к реабилитации загрязненных территорий. Комплекс оригинальных и модифицированных математических моделей текущей и прогнозной оценки радиационной обстановки и дозовых нагрузок на население.
3. Теоретические основы построения статистической модели потоков радионуклидов из аграрных и естественных экосистем. Структурная схема расчета потоков радионуклидов.
4. Результаты оценок радиационной реабилитации районов, выполненных на Основе анализа радиационной ситуации и хозяйственно-экономических показателей. Варианты возможных прогнозов состояния типичного района при условии стабильного экономического положения и ведения сельского хозяйства без нарушений традиционных технологий. 5. Количественная оценка текущих радиационных характеристик и возможности реабилитации на уровне областной административно-хозяйственной единицы.
6. Анализ баланса потоков радионуклидов на территории республики.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на: Республиканской научно-практической конференции по радиобиологии и радиоэкологии (Минск, 1988); II Всесоюзном научно-координационном совещании по проблемам ведения агропромышленного производства в районах, подвергшихся воздействию аварийного выброса Чернобыльской АЭС (Обнинск, 1988); Международной конференции «Достижения науки и техники в области ресурсосбережения и экологии» (Гомель, 1989); I Всесоюзном радиобиологическом съезде (г.Пущино, 1989); I семинаре.Советского отделения Международного Союза Радиоэкологов «Радиоэкология и контрмеры» (Киев, 1991); Республиканской научно-технической конференции «Методы и средства радиационного контроля» (Минск, 1991); III Республиканской конференции «Научно-практические аспекты сохранения здоровья людей, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС» (Гомель, 1992); III радиобиологическом съезде (Киев, 1993); конференции «10 лет после аварии на Чернобыльской АЭС» (Минск, 1996); Международной конференции (Зеленый Мыс, 1996); Международной конференции «One decade after Chernobyl: summing up the consequence of the accident» (Vienna, 1996), а также на научно-практических семинарах в Министерстве по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь, курсах повышения квалификации по сельскохозяйственной радиологии (Гомель, Могилев, Брест).
Основные результаты исследований, выносимые на защиту, отражены в 20 публикациях. Автор выражает свою признательность сотрудникам лаборатории проблем реабилитации загрязненных территорий НИИ радиологии МЧС РБ, а также соисполнителям НИР по разделу Государственной программы «Реабилитация загрязненных территорий» за помощь в работе над диссертацией.
Особую признательность и глубокую благодарность автор выражает доктору биологических наук Славе Константиновне Фирсаковой за консультации и поддержку в ходе выполнения работы.
Расчетная статистическая модель потоков радионуклидов из аграрных и естественных экосистем
Поскольку загрязнённые территории в основном расположены в сельскохозяйственных районах, в радиационном аспекте критической группой является в первую очередь сельское население. Информационной основой для генерации распределений явились данные о потреблении продуктов питания сельским жителем, полученные в областном статистическом управлении, отчёте по НИР БелНИИСХР (Изучение..., 1990) и научных публикациях (Frank, P. et al, 1997; Kenigsberg J., 1996; Мезян П.С., 1978).
Результаты математической обработки, где в качестве исходных данных взяты минимальное, максимальное, и среднее значения потребления основных продуктов питания, которые участвуют в формировании дозы внутреннего облучения человека, представлены на рисунках 3.3-3.9.
Для основных сельскохозяйственных продуктов питания (молоко, картофель, хлеб и свинина) функция плотности вероятности имеет нормальное распределение с небольшими значениями коэффициентов вариации - от 9% до 27% (рисунки 3.3-3.6). Функция потребления грибов и ягод характеризуется логнормальным распределением со средними значениями 3,7 и 3,8 кг/год, соответственно, и гораздо большей величиной коэффициента вариации («70%) по сравнению с функцией потребления сельскохозяйственных продуктов питания (рисунки 3.7-3.9).
Более сложно было описать функцию потребления дичи. Из литературных источников известно, что потребление дичи крайне неравномерно: от 0 до 50 кг/год, среднее значение при этом составляет 0,4кг/год (Изучение..., 1990). При таких исходных данных может быть сгенерирован массив, который хорошо описывается функцией двойного логарифма (рисунок 3.9).
Функция распределения потребления мяса диких животных Таким образом, представленные распределения потребления основных продуктов питания удовлетворяют статистическим критериям и хорошо согласуются с опубликованными данными. В дальнейшем эти массивы данных были в матричном виде внесены в стационарную базу данных модели расчёта потоков радионуклидов.
Величина коэффициентов перехода радионуклидов в лесную продукцию в научных кругах специалистов в этой области является предметом дискуссии. Значения коэффициентов вариации достигают в выборках 200%, а коэффициентов перехода - изменяются от долей единицы до нескольких сотен (Belli М. et al, 1996; Kenigsberg J., 1996; Лес и Чернобыль, 1994). Эти результаты являются плодом кропотливой исследовательской работы по анализу зависимости содержания радионуклидов в «дарах природы» от типа лесов, условий произрастания, вида продукции, уровня загрязнения лесов и т.д. Для оценки дозовых нагрузок за счет потребления пищевой продукции леса необходим учет пищевых привычек людей, проживающих на загрязненных территориях. Поэтому была использована только информация о содержании 137Cs в грибах, ягодах и дичи, сбор которых осуществлялся непосредственно жителями. В статистический анализ были включены данные, полученные в двух районах Гомельской и шести районах Могилевской областей за период с 1995 по 1997 годы. Результаты обработки коэффициентов перехода 137Cs в грибы представлены в таблице 3.2.
Данные таблицы свидетельствуют, что все представленные функции подчиняются закону логнормального распределения. Коэффициент вариации в некоторых случаях достигает значительной величины (более 100%), что, возможно, связано с недостаточным количеством измерений. Таблица 3.2.0сновные параметры статистических распределений коэффициентов перехода в грибы (Бк кг" /кБк м")
В некоторых реабилитируемых регионах информация о содержании 137Cs в лесной продукции недостаточна. Поэтому была выполнена операция объединения всех измерений в единый массив, который был заново статистически обработан. Подобная процедура была проведена для массивов измерений коэффициентов
Представленные выше результаты статистической обработки были использованы при расчетах потоков радионуклидов для конкретных районов (в частности по грибам в 8 районах). В-случае недостатка или отсутствия информации распределение находилось из следующего выражения:
Основным изначальным звеном, определяющим поступление активности с продуктами питания к человеку, является почва-растение. Научные публикации о поведении радионуклидов 137Cs и 90Sr в почве (Анохин В.Л. и др., 1974; Юдинцева Е.В. и др., 1981; Бондарь П.Ф. и др., 1984; Архипов А.Н. и др., 1994; Архипов Н.П., 1994; Salbu В. et al, 1994; Sanzharova N.I/ et al, 1994; Фирсакова C.K., 1995; Гребенщикова H.B. и др., 1996; Askbrant S. et al, 1996; Fesenko S.V. et al, 1997), в звене почва-растение на пахотных землях (Архипов Н.П. и др., 1969; Бондарь П.Ф. и др., 1991; Клечковский В.М. и др., 1973; Ратников А.Н. и др., 1992; Ратников А.Н. и др., 1989; Романенко А.А. и др., 1991; Санжарова Н.И. и др.,1995; Fesenko S.V. et al, 1995; Тимофеев С.Ф. и др., 1996.) носят характер фундаментальных исследований на уровне изучения механизмов происходящих процессов. Фактический и теоретический материал настолько обширен и статистически достоверен, что не вызывает проблем во введении в прогнозные радиологические модели такой важной характеристики, как коэффициент перехода радионуклидов из почвы в различные виды растений, и ее изменения во времени. Кроме того, с точки зрения формирования доз внутреннего облучения, в реабилитационный период вопрос о коэффициентах перехода не актуален, так как даже на высоких уровнях загрязнения растениеводческая продукция отвечает установленным нормативам.
Как уже неоднократно отмечалось, критическими по отношению к формированию дозовых нагрузок на население, проживающее на загрязненных территориях являются луговые экосистемы (опосредованно через молоко и мясо) (Корнеев Н.А. и др., 1971, 1975, 1983; Лощилов Н.А. и др., 1991; Малышева М.Р. и др., 1975; Тимофеев С.Ф. и др., 1996; Фесенко СВ. и др., 1996; Фирсакова С.К., 1974, 1992; Фирсакова С.К. и др., 1980; Belli М. et al, 1994; Fesenko S. et al, 1996; Squire H.M. etal, 1966).
Луга и пастбища, используемые для производства молока и мяса, занимают половину всей площади сельскохозяйственных угодий, и доля кормов, заготавливаемых на этих угодьях, составляет около 60% в общем кормовом балансе. Для прогноза динамики потоков радионуклидов и дозовых нагрузок в результате потребления жителями загрязненных районов коровьего молока необходима информация об изменении со временем коэффициента перехода радионуклидов из почвы в луговой травостой и формализация такой зависимости методом экстраполяции. На основании исследований коэффициентов перехода в звене почва-травостой (сено), выполненных различными авторами, были построены экстраполяционные зависимости, которые представлены на рисунке 3.13.
Ожидаемая годовая доза внешнего и внутреннего облучения. Методика расчета времени достижения уровня 1 мЗв/год для среднестатистического жителя населенного пункта
В научных публикациях очень остро ставится вопрос о контакте жителей с бытовыми зольными отходами и использовании их в качестве удобрений; зольные отходы рассматриваются как о существенный источник дозовых нагрузок (Реабилитация ... 1994; Изучить ..., 1995). Единственной эффективной контрмерой является замена загрязненной топливной древесины на газовое магистральное обеспечение населения. В этом случае газификация населенных пунктов, расположенных на загрязненных территориях, решает как социальные, так и радиологические проблемы: улучшение бытовых условий проживания населения и снижение дозовых нагрузок на жителей. Масштабы и время (плановый или экстренный режим) проведения такого мероприятия будут определяться приоритетностью причин, их вызывающих. В связи с этим были проведены оценки влияния зольных отходов как радиационного фактора. Традиционно зола, получаемая от сжигания дров в быту, используется сельскими жителями как местное удобрение. Зола является фосфорно-калийным и известковым удобрением. Содержание Р2О5 достигает 2-7%, КгО - 3-14%, СаО - 25-44%. .
Постановка задачи. В почву огорода площадью S (м ), засеянного овощными культурами (капуста, свекла, морковь, помидоры, огурцы, лук, горох), ежегодно вносится зола, получаемая от сжигания дров за отопительный период, массой mw и удельной активностью qw. Необходимо определить динамику изменения радиационных характеристик участка и динамику накопления дополнительной индивидуальной дозы внешнего и внутреннего облучения за счет времени нахождения на огороде и потребления выращенной продукции.
Величина дополнительно внесенной активности в единицах кБк/м2 в любое время п (лет), прошедшее с момента начального внесения золы, находится из следующего выражения:
Интегральные значения потока радионуклидов Cs и Sr, выносимых культурами с огорода, индивидуальных доз внутреннего и внешнего облучения за время t (лет) рассчитываются по формулам 3.49-3.51:
Средняя площадь огорода для частного хозяйства н.п. Двор Савичи - 628 м2. Масса заготавливаемой на отопительный сезон древесины составляла 2500 кг на подворье. Среднее значение зольности древесины принято равным 3%. Масса золы, получаемой с подворья, - 75 кг. Удельная активность древесины взята без превышения норматива по содержанию в топливной древесине 137Cs 740 Бк/кг, 90Sr -74 Бк/кг. Таким образом, на указанную выше площадь с золой вносится активность, эквивалентная плотности загрязнения по 13 Cs - 2.96 кБк/м\ по yuSr - 0.29 кБк/м . Время суточного пребывания человека на участке в течение 7 месяцев — 3 часа.
По формулам (3.48-3.51) была рассчитана динамика изменения радиационной обстановки и дозиметрических характеристик за 50-летний период при ежегодном внесении золы на участок. Результаты расчета представлены на рисунках 3.17-3.22.
Из рисунков3.17 и 3.18 видно, что внесение золы в течение 50 лет увеличит плотность загрязнения участка примерно в 1.5 раза как по стронцию, так и по цезию по сравнению с плотностью загрязнения, обусловленной Чернобыльскими выпадениями.
Наиболее важной характеристикой радиационной значимости применения золы в качестве удобрения является уровень доз внутреннего и внешнего облучения, динамика накопления которых проиллюстрирована на рисунках 3.21 и 3.22. Из рисунка 3.21 видно, что интегральная индивидуальная доза (за 50 лет), формируемая за счет Cs, составляет 0.8 мЗв с примерно одинаковым вкладом в дозу за счет внутреннего и внешнего облучения. Доза внутреннего облучения 90Sr за 50-летний период не превышает 0.02 мЗв.
Таким образом, расчетный вклад в суммарную дозу за 50-летний период, обусловленный внесением золы на огород в н.п. Двор Савичи, может составить от основной дозы за счет первичных выпадений радионуклидов не более 10%, что находится в пределах погрешности измерений радиационных параметров и оценок дозовых нагрузок.
В связи с неоднозначностью оценок влияния внесения золы на дозы облучения сельского жителя были проведены расчеты, проверенные в 1996 году в полевом эксперименте.
Для изучения влияния золы на размеры перехода радионуклидов в клубни картофеля в 1996 году был проведен полевой эксперимент в окрестностях н.п. Савичи Брагинского района Гомельской области на дерново-подзолистой супесчаной почве. Предшественник посева картофеля - овес. Плотность загрязнения участка I37Cs - 240.5 кБк/м . Древесную золу вносили из расчета 417 г/м2 или 4.2 т/га. Размер делянки 4x6 м. Повторность четырехкратная. Опыт был заложен на картофельном поле. Возделывание полностью механизированное. Содержание 137Cs в золе составляло 39980 Бк/кг. С золой внесено не менее 80 кг/га Р2О5; 130 кг/га КгО; и 1000 кг/га СаО. Это достаточно большое количество легкодоступных питательных веществ.
Проверка гипотезы Н0= {diff=0}, ТСтыодентафакт=-1.596, Sig level=0.126»0.05, то есть образцы не имеют достоверных различий. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что применение золы в качестве минерального удобрения не влияет на размеры перехода 137Cs в урожай.
Аналогичные исследования были выполнены по определению содержания 90Sr. Плотность загрязнения опытного участка 9 Sr составляла 32.9 кБк/м . Содержание 90Sr в золе равнялось 9850 Бк/кг, в почву было внесено 4.1 кБк/м . Результаты радиохимического анализа с последующим бета-радиометрическим определением содержания Sr в урожае картофеля, собранного с контрольного и опытного участков, представлены в таблице 3.6.
Оценка потоков радионуклидов в масштабе области и возможности их направленного регулирования
По результатам анализа информации, обобщенной в таблице 4.46, была проведена выборка населённых пунктов, где хотя бы одно значение уровня загрязнения молока частного сектора превышало РДУ-96, или среднее значение было выше 40 Бк/л. Этот критерий статистически достоверно может свидетельствовать о нестабильности кормовой базы частного молочного стада. В то же время выборка из базы данных результатов измерений удельной активности молока по шести районам показала, что только в восьми населённых пунктах среднее значение активности превышает 111 Бк/л. Результаты выборки приведены в таблице 4.47.
Из представленной таблицы видно, что наибольшее количество пунктов, выбранных по указанным критериям, располагается в Быховском районе, который можно отнести к разряду территорий с невысокими уровнями загрязнения (аср»150 кБк/м2). Среди районов Могилёвской области он является самым большим по площади. Около 40% территории покрыто лесными массивами. На территории района существует большое количество заливных и пойменных лугов, большие площади заняты болотами (-25%). Источником кормов традиционно являются сенокосы и пастбища этих экосистем, где относительно высокие коэффициенты перехода радионуклидов из почвы в растительность обусловливают высокое содержание 137Cs в молоке. В Климовичском районе проблем по производству молока, соответствующего нормам РДУ-96, нет.
Таким образом, при планировании контрмер по снижению содержания 137Cs в молоке приоритетными должны быть населённые пункты, в которых есть возможность сформировать стадо и обеспечить его окультуренными пастбищами. Там, где это невозможно (численность коров - единицы), первоочередной мерой должно стать обеспечение коров частного сектора комбикормами с ферроцином. В первом варианте таких населённых пунктов 39, во втором - 48 по всем шести районам.
В перечень для обследования кормовых угодий были включены населённые пункты, в которых годовая индивидуальная суммарная доза превышала 1 мЗв/год. Сюда же были внесены и 8 населённых пунктов с превышением содержания Cs в молоке.
Исследования проводились по стандартной методике, предполагающей отбор смешанной пробы почвы буром (5 уколов) и смешанной пробы растительности.
Видно, что коэффициенты перехода из почвы в растительность (сено) находятся в пределах, характерных для соответствующих типов пастбищ (ОД-10"3 - 5-Ю"3 м2/кг).
Из результатов исследований, представленных в таблице 4.47, следует, что только в двух населённых пунктах (Выдренка Краснопольского и Дубно Славгородского районов) можно объяснить наблюдаемое превышение содержания 137Cs в молоке. В остальных случаях можно предположить статистическую недостоверность измерения удельной активности молока (меньше 10 проб) или выпас коров на лесных, пойменных, заливных и торфяно-болотных пастбищах.
Для обследования и оценки доз от лесного компонента был определен ряд населенных пунктов, в которых суммарная доза облучения превышает 1 мЗв/год, и населенный пункт находится в окружении больших лесных массивов. Список таких населенных пунктов приведен в таблице 4.49.
На этих территориях широко распространены дерново-подзолистые почвы на лессовидных суглинках и на песчаных супесях с валунами, а также на песках, подстилаемых мореной. Значительные массивы образуют дерново-подзолисто-болотные почвы на дерново-аллювиальных песках. Торфяно-болотные почвы верхового типа и болотные почвы низинного типа встречаются небольшими участками. Распределения почв лесного фонда по типам и степени увлажнения и по зонам радиоактивного загрязнения показаны в таблицах 4.50-4.51.
Из приведенных данных видно, что лесной фонд Могилевского ПЛХО на 42.9% загрязнен радионуклидами. Наиболее загрязненными оказались леса Быховского, Костюковичского, Краснопольского, Чериковского и Могилевского лесхозов. При этом 82.2% загрязненной территории относятся к первой, 12.9% - ко второй и 4.9% к третьей зоне загрязнения.
Наибольшую площадь загрязненных территорий (70.2%) занимают хвойные породы, на долю мягколиственных пород приходится 25.5% , а твердолиственных - всего 4.3%i покрытой лесом площади. Распределение по породной структуре покрытых лесом земель и запасов насаждений Могилевского ПЛХО в зависимости от плотности загрязнения показано в таблице 4.52.
Рассчитано соотношение уровней загрязнения Cs территории населенного пункта и взвешенное по площади кварталов загрязнение лесных массивов вокруг него. На основании данных Госкомгидромета РБ и Минлесхоза РБ получено соотношение (лес/населенный пункт), равное 2.2. Некоторые населенные пункты (Майский и Норкино) имеют аномально высокое соотношение - свыше 5.
Анализ полученных результатов показывает, что расчетная доля лесного компонента в дозе внутреннего облучения в ряде случаев превышает данные прямых измерений. Таких лесных населенных пунктов в Могилевской области оказалось 4: Выдренка Краснопольского района, Майский и Боровая Чериковского района и Норкино Быховского района. Для них в будущем необходимо провести более детальный анализ.
На рисунке 4.35 показано частотное распределение вклада лесного компонента во внутреннюю дозу и его описание функцией Гаусса. Получены следующие параметры нормального распределения:
На величину внутренней дозы от лесных продуктов большое влияние оказывают два природных фактора: уровень загрязнения и количество продуктивных лесов вокруг населенного пункта (продуктивная лесистость). На рисунке 4.36 показана зависимость от этих факторов внутренней дозы Df0r от лесных продуктов. Доза Df0r возрастает с увеличением уровня загрязнения и продуктивной лесистости, что отражает алгоритмы расчета в рамках применяемой модели FORESTDOSE. Эта зависимость была аппроксимирована двухпарметрическим полиномом второй степени вида:
Анализ соответствия по критерию согласия %2 показывает, что математическое описание расчетных модельных данных выражением (4.1) имеет вероятность 99% (%2 = 0,11 при df= 18).
Изменение выборки населенных пунктов, безусловно, повлечет за собой изменение распределения Dfor и, следовательно, изменение параметров и вида выражения (4.1). Таким образом, представленное выражение можно считать предварительным. Для уточнения математических формул необходимо значительное расширение статистической выборки.
