Введение к работе
Актуальность темы. Катастрофа на Чернобыльской АЭС нанесла колоссальный вред огромной территории страны - погибли люди, множество населенных пунктов прекратило существование, значительные площади сельскохозяйственных угодий не используются, опустели фермы, остановлены промышленные предприятия. Но жизнь на этих территориях продолжается, необходимо учиться оценивать воздействие радиоактивного облучения и разрабатывать мероприятия по его снижению.
Исследованиями ученых установлено, что радионуклиды в почве находятся в водорастворимой, обменной, необменной, прочно фиксированных формах. Формы радионуклидов, физико-химические свойства почв, метеорологические условия влияют на механизм миграции, диффузии в почвенном растворе и твердой фазе и конвективный перенос с потоком воды, влаги.
Процессы миграции радионуклидов в горизонтальном направлении, особенности их распределения по поверхности территории в разных условиях недостаточно изучены.
Настоящие исследования посвящены вопросам переноса 137Сs в горизонтальном направлении с учетом стока, поискам новых возможностей для создания эффективных мероприятий по борьбе с загрязнением почв и сельскохозяйственной продукции радионуклидами. Работа выполнялась в соответствии с целевой федеральной программой «Социальное развитие села до 2010 года». Тема исследований соответствует также координационно-тематическому плану научных исследований Брянской государственной сельскохозяйственной академии.
Цели и задачи исследований. Целью работы является научное обоснование инженерных реабилитационных мероприятий на водосборных площадях.
Для достижения поставленной цели потребовалось решение ряда задач:
1) Изучить распространение радионуклидов по территории в почвах наиболее загрязненных юго-западных районов Брянской области.
2) Исследовать горизонтальную миграцию радионуклидов с потоком поверхностных, внутрипочвенных и грунтовых вод.
3) Анализ экспериментальных исследований по изучению экспозиции, уклона склонов, формы профиля, формы водосбора.
4) Изучение процесса горизонтальной миграции при ускорении стока воды гидротехническими сооружениями.
5) Получение натурных данных, характеризующих интенсивность отвода радионуклидов каналами.
6) Построение математической модели передвижения радионуклидов по территории со стоком воды.
7) Построение математической модели изменения концентрации радионуклидов под влиянием стекания воды по водоупору и под действием дренажа.
8) Дать оценку эффективности решения вопроса строительства систем реабилитационных сооружений.
Методика исследований. В работе был использован метод математического моделирования, нашедший широкое применение в химической физике. В рамках этого подхода строятся и анализируются соответствующие кинетические модели, которые представляют собой систему линейных дифференциальных уравнений, исследования их проводятся современными математическими методиками. Исследования выполнялись по схеме известного положения видного математика Ляпунова А.А.:
1. Достаточно полное эмпирическое изучение процессов.
2. Разработка математической теории, на базе которой строятся модели.
3. Получение исходных эмпирических данных, необходимых для функционирования моделей. Производство расчетов на основе моделей и их сличение с реальностью, в случае необходимости - улучшение модели.
Исследовано в полевых условиях концентрация радионуклидов по створам, совмещенным с линиями тока воды. Построены графики изменения концентрации радионуклидов по территории, в том числе и на мелиорированных землях. Проведено сравнение с экспериментальными данными, полученными в ходе собственных полевых исследований, лабораторных анализов, и результатами наблюдений других исследователей. Выполнены измерения гамма - фона, удельной активности почв (приборами).
Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:
- построены и используются кинетические модели по переносу радионуклидов стоком воды в горизонтальном направлении;
- впервые рекомендованы новые инженерные мероприятия для удаления радионуклидов, даются методы их расчета и предложения по применению;
- обнаружена высокая степень выноса 137Сs с поверхностным и внутрипочвенным стоком при осушении, болотных и низинных почв и слабый вынос с дренажным стоком.
Практическая значимость работы и достоверность результатов. Полученные данные расширяют представления о закономерностях миграции радионуклидов на различных водосборах. Построенные новые модели позволяют рассчитывать перенос радионуклидов по территории под влиянием естественного поверхностного, внутрипочвенного, грунтового стока и ускоренного инженерными мероприятиями.
Результаты исследований могут быть использованы для выявления областей с повышенным содержанием радионуклидов, замедленных процессов самоочистки и для решения практических задач минимизации негативных последствий аварии, рационального природопользования в пострадавших от аварии регионах.
Модели проверены на большом экспериментальном полевом материале; модели базируются на основополагающих законах сохранения вещества; согласуются с исследованиями в других областях науки.
Основные положения, защищаемые в работе:
1. Экспериментальные данные по горизонтальному распределению 137Сs на водосборах.
2. Математические модели.
3. Методы ускорения отвода 137Сs с помощью каналов – собирателей.
4. Методы определения экономической эффективности.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались и обсуждались на межвузовских научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия» (2002-2008 гг.). Автор участвовал с докладами в международных научно-практической конференциях «Проблемы экологической безопасности и природопользования» г. Москва (2007 г), «Проблемы энергетики природопользования, экологии» г. Брянск (2008 г). Результаты исследований опубликованы в рукописном отчете о научно исследовательской работе по федеральной целевой программе «Социальное развитие села до 2010 года» (2005г). Результаты работы были доложены на заседании научно-технического совета ОАО «Брянскгипроводхоз» - одобрены и рекомендованы к внедрению.
Выполненные исследования в установленном порядке рекомендованы к внедрению в строительство. Апробированы результаты расчетов на осушаемых участках открытыми каналами и густой сетью закрытых дрен и коллекторов, орошаемых участках и на участках богарного типа.
Структура и объем работ. Диссертация написана на русском языке, включает 148 страниц текста из 6 глав, список литературы из 159 наименований, 14 рисунков, 19 таблиц, заключение и 4 приложения.
