автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Основы нормирования загрязненности радиоактивными веществами водоема-охладителя и подземных вод в 30-км зоне Чернобыльской АЭС

РГб од Производственное объединение "ЧЕРНОБЫЛЬСКАЯ АТОМНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ"

1 (Г Фьй 1998

На правах рукописи УДК 614.876

ОСКОЛКОВ БОРИС ЯКОВЛЕВИЧ

ОСНОВЫ НОРМИРОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ ВОДОЁМА - ОХЛАДИТЕЛЯ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД В 30 - КМ ЗОНЕ ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ

АЭС

Специальность: 05260^, Безопасность, защита, спасение и жизнеобеспечение населения в чрезвычайных ситуациях.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Автореферат

Научный руководитель д.т.н. АЛ.Кононович

Славутич - 1997

к Ш*/¿Я.

Работа выполнена на Чернобыльской атомной электростанции.

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, ст.н.с. Бадьин В. И.

- доктор физико-математических наук, ст.н.с. Федоров Г. А.

Оппонирующая организация

- Институт экспериментальной метеорологии НПО "Тайфун"

Защита состоится

о

1997г. на заседании диссертационного Со-

вета Д 074.30.01 в ГНЦ РФ - Институт биофизики Минздрава России по адресу: 123182 г. Москва, Живописная 46.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, посылать ш адресу: 123182 г. Москва, Живописная 46, Диссертационный Совет ИБФ МЗРФ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института биофизики МЗРФ.

Автореферат разослан

4УсглУ

1997г.

/чёный секретарь диссертационного^ /совета доктор технических наук ^ /

И.К. Соколова

:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

В результате аварии на ЧАЭС в апреле 1986 года и в связи с дальнейшей эксплуатацией станции возник целый ряд вопросов в области радиационной безопасности среды обитания и охраны здоровья как населения, проживающего за пределами зоны отчуждения, так и персонала, занятого на работах в пределах зоны.

В ходе научных исследований, выполненных в последующие годы, была создана общая научная и научно-гигиеническая концепция обеспечения радиационной безопасности по ликвидации последствий такой крупной аварии. Однако создание общей концепции не решило целого ряда конкретных вопросов возникших при эксплуатации Чернобыльской АЭС в послеаварийных условиях. Отсутствие решения некоторых проблем, обусловленных аварийным загрязнением, не позволяло иметь четкую юридическую базу регламентации деятельности ЧАЭС в области охраны окружающей среды.

В настоящей работе изучена опасность радиоактивного загрязнения водоема -охладителя Чернобыльской АЭС и подземных вод в районе площадки станции. Задача рассматривается под эксплуатационно - технологическим углом зрения. Решаются проблемы оптимального регламента радиационного контроля и обоснования принципов нормирования загрязненности природных объектов для случая Чернобыльской АЭС. Работа доведена до конкретного результата - создания нормативных документов и регламентов контроля, принятых и применяемых при эксплуатации Чернобыльской АЭС.

Основное внимание в работе было уделено рассмотрению научных основ регламентации радиационного состояния водных. объектов в особых условиях, возникших в районе расположения ЧАЭС вследствие аварии 1986 года. Оценка радиационного состояния водоема - охладителя требовала как изучения существующего распределения радионуклидов, так и разработки прогноза их перераспределения методом математического моделирования. Работы, опубликованные до начала настоящего исследования, прогнозировали более быструю самоочистку водоема, чем наблюдалось в ходе радиационного контроля. Автор настоящего исследования рассмотрел роль разрушения спеченных нерастворимых частиц топлива в формировании загрязнения водоема-охладителя. Это позволило существенно" улучшить прогноз. К началу выполнения настоящего исследования не было последовательной концепции нормирования радиоактивных сбросов, при эксплуатации объектов в послеаварий-ный период. В представляемой работе автором предложены принципы нормирования сбросов на основе специально созданной классификации водоемов, по связанному с ними дополнительному радиационному риску. Разработанный автором вариант классификации согласован и утвержден в Украи-

не. Несмотря на предварительный характер классификации, она значительно облегчила регламентацию работы ЧАЭС.

Загрязнение территории в районе расположения Чернобыльской АЭС, а также организованные и стихийные могильники, возникшие в ходе ликвидации последствий аварии, создают угрозу миграции радиоактивного загрязнения с подземными водами. Автором, совместно с сотрудниками Отдела мониторинга геологической среды Института геологии АН Украины, С. П. Джепо, A.C. Скальским и др., был выполнен анализ условий миграции радиоактивного загрязнения подземных вод в районе расположения ЧАЭС. На основе которого, автором разработана концепция организации контроля подземных вод построенная на синтезе экспериментальных методов и методов математического моделирования.

Цель исследования:

• разработать научную основу оценки радиационного состояния водных объектов зоны ЧАЭС в послеаварийный период;

• опираясь на гигиенические требования, создать алгоритмы оценки степени радиационной угрозы, которую может представлять для населения конкретный объект после аварии;

• разработать научные основы регламентации радиоактивных сбросов с АЭС в послеаварийный период и определить соответствующие нормативы, для Чернобыльской АЭС;

• разработать математическую модель для прогноза изменения радиационного состояния водоема;

• разработать научную основу регламентации содержания радионуклидов в подземных водах, не являющихся источником питьевого водоснабжения. Разработать методику организации контроля радиоактивного загрязнения подземных вод в условиях послеаварийного загрязнения.

Результаты работы.

Решены следующие конкретные научные задачи:

1. Построена математическая модель изменения концентрации радионуклидов в воде водоема - охладителя стечением времени.

2. Оценен риск радиационного поражения в результате воздействия загрязнения водоема-охладителя ЧАЭС на персонал и на население.

3. Обоснованы и сформулированы условия допустимости сброса радиоактивных веществ в водоем - охладитель в послеаварийный период с учетом ги-

гиенических требований и требования не нарушать естественную самоочи-сгку.

4. Разработаны основы регламентации допустимых концентраций радионуклидов в подземных водах, не являющихся источником питьевого водоснабжения.

5. Построена приближенная модель миграции радионуклидов в районе расположения ЧАЭС с подземными водами.

6. Дано обоснование периодичности контроля радиационного состояния подземных вод, обеспечивающей радиационную безопасность персонала и населения.

Научная новизна.

1. Впервые сформулированы и обоснованы принципы нормирования сбросов радиоактивных веществ в водоем при эксплуатации АЭС в послеаварийный период.

2. Впервые построена математическая модель перераспределения радионуклидов в водоеме с учетом разрушения нерастворимых частиц топливной массы. Проверка, выполненная по программе ВЮМОУБ II, показала, что прогноз по данной модели дал наилучшее совпадение с результатами натурных измерений,

3. Впервые сформулированы и обоснованы принципы нормирования допустимых концентраций радионуклидов в подземных водах, не являющихся источником питьевого водоснабжения.

Теоретическая значимость.

Теоретическая значимость работы заключается:

• в создании целостной концепции регламентации радиоактивных сбросов АЭС при работе в послеаварийный период;

• в создании концепции нормирования допустимых концентраций радионуклидов в подземных водах, не используемых в качестве источников питьевого водоснабжения;

• в разработке метода установления регламента контроля радиационного состояния подземных вод;

• в создании математической модели процесса перераспределения нуклидов в водоеме-охладителе с учетом разрушения нерастворимых частиц топливной массы, аварийного выброса.

Практическая ценность.

Практическая ценность диссертации определяется тем, что разработанные в ней методы и алгоритмы легли в основу нормативных документов и регламентов контроля, утвержденных компетентными органами Украины и внедренных в практику работы соответствующих служб ЧЛЭС.

Автор защищает:

• Научные основы регламентации допустимых сбросов радиоактивных веществ в послеаварийный период;

• Математическую модель процесса перераспределения радионуклидов в водоеме-охладителе ЧАЭС.

• Научный подход к нормированию радиационного состояния подземных вод в районе ЧАЭС.

• Подход к обоснованию регламента контроля радиационного состояния подземных вод.

Основные материалы диссертационной работы опубликованы в следующих изданиях:

1). Кононович A.J7., Барбашов C.B., Осколков Б.Я., Коротков В.Т., Носовский A.B., Колтик И.И., Кордюк А.Г., Чабан Н.Г. Нормирование сбросов и выбросов радионуклидов и вредных веществ во внешнюю среду. Атомная энергия, 1994, т.76, вып. 6, стр. 522-526.

2). Кононович A.JL, Осколков Б.Я., Кудрявцева H.A., Коротков В.Т., Ростовцев A.JI., Носовский A.B., Васильченко В.Н., Чабан Н.Г. Оценка радиоактивного состояния подземных вод в районе Чернобыльской АЭС. - Атомная энергия, 1994, т.77, вып.5,сгр. 386-391.

3). Осколков Б .Я., Носовский A.B., Васильченко В.Н., Иванов Е.А. Радиационная опасность лесных пожаров. Доклад на конференции "Проблемы радиационной эпидемиологии медицинских последствий аварии на ЧАЭС". Материалы научной конференции с международным участием 19-20 октября 1993г. Киев, 1993, НПФ "Дншро", стр. 323-325.

4). Иванов Е.А., Хамьянов Л.П., Носовский A.B., Осколков Б.Я., РамзинаТ.В. Снова Чернобыль. Новая угроза? Статья в приложении "Информационному бюллетеню УкрЯО" №8, Одесса, 1994.

5). Кононович A.JL, Барбашов C.B., Осколков Б.Я., Носовский A.B., Колтик И.И. Кордюк А.Г. Экологическое нормирование сбросов и выбросов вредных

б

веществ во внешнюю среду. Сб. Радиационная и экологическая безопасность предприятий ядерного топливного цикла. Вып. 1, Одесса. 1995, стр. 12-19.

6). Кононович A.JI., Кудрявцева H.A., Хамьянов Л.П., Осколков Б.Я., Носовский A.B., Васильченко В.Н., Рябов И.Н. Крышев И. И. Статус водоема - охладителя Чернобыльской АЭС. Сб. Радиационная и экологическая безопасность предприятий ядерного топливного цикла. Вып. 1, Одесса. 1995, стр. 20 -25.

7). Гусев Д.И. Грачев М. И. Буянов Н.И. Катков А.Е. Осколков Б.Я. Гигиенические требования к охране от загрязнения водоемов-охладителей АЭС в связи с использованием их для рыбоводства. В сб. Вопросы безопасности АЭС и задачи научных исследований. Атомиздат. Москва. 1979.

8) Кононович А.Л. Осколков Б.Я. Куликов JT.E. Носовский A.B. Короткой В.Т. Прогноз изменения среднегодовой концентрации радионуклидов в водоёме-охладителе Чернобыльской АЭС. Атомная энергия, т.79. вып. 3. Сентябрь 1995.

Материалы диссертации изложены в следующих научных отчетах:

1). Хамьянов Л.П., A.JT. Кононович, Б.Я. Осколков и др. Анализ миграции радионуклидов в подземных водах промплощадки ЧАЭС и оценка ее возможного влияния на радиоактивное загрязнение питьевой воды. Отчет о НИР, Славутич. 1993, ВНИИАЭС-ЧАЭС.

2). Хамьянов Л.П., А.Л. Кононович, В. Т. Короткое, Б.Я. Осколков и др. Разработка норматива предельно-допустимых и контрольных сбросов радиоактивных и химических веществ в водоем - охладитель в режиме нормальной эксплуатации и при снятии с эксплуатации. Отчет о НИР, Чернобыль, 1993 г. ПО ЧАЭС - ВНИИАЭС.

3). Хамьянов Л.П., А.Л. Кононович, В. Т. Короткое, Б.Я. Осколков и др. Обоснование статуса водоема - охладителя Чернобыльской АЭС. Отчет о НИР, Чернобыль, 1993 г. ПО ЧАЭС - ВНИИАЭС

4). Джепо С.П., Скальский A.C., Д.А. Бугай, Осколков Б.Я. Носовский A.B. и др. Исследование загрязнения радиоактивными веществами подземных вод на территории промплощадки и объекта "Укрытие" ПО ЧАЭС. Промежуточный отчет НИР. ИГН HAH Украины - ПО ЧАЭС. Киев. Славутич. 1995 г.

Материалы диссертации были доложены:

На 2-м совещании - семинаре "Комплексный экологический мониторинг АЭС" Украинское ядерное общество, г. Нетешин. 26-27 апреля 1994 г.

На 4-й международной научно-технической конференции итоги 8 лет работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС", "Чернобылъ-94" п. Зеленый Мыс. Чернобыль. Украина. 6-9 декабря 1994 г.

На 6-й ежегодной научно-технической конференции Ядерного Общества. Ме-вдународная кооперация в ядерном развитии" МКЯР - 96. Киев. Украина 3 -7 июля 1995 г.

Радиационная безопасность и охрана окружающей среды на Чернобыльской АЭС. Доклад для миссии ОБАЯТ МАГАТЭ на ЧАЭС, Чернобыль, 7-18 марта 1994 г.

Публикации. По теме диссертации было опубликовано 12 работ, в том числе 4 научных отчета и 8 печатных работ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель работы, определены задачи исследования, показана научная новизна работы, сформулированы выносимые на защиту научные положения и результаты.

Во второй главе описан объект исследования и методы измерения радиоактивности.

Водоем-охладитель представляет собой искусственное водохранилище площадью 22,7 км2 и объемом 0,16 км3 со средней глубиной 7 м, расположенное по правому берегу р. Припять. Дно и берега водохранилища сложены песчаными грунтами. За время существования водоема на дне образовался слой иловых донных отложений. Южный и восточный берега водохранилища образованы искусственной намывной дамбой с бетонной облицовкой береговых откосов, отделяющей водоём от русла Припяти. В южной части по дну проходит старое русло р. Припять. К настоящему времени оно частично засыпано илом в процессе естественного переформирования водохранилища. Имеются также выемки песчаных карьеров глубиной до 15 метров. Основную часть площади дна составляет илисто-песчаная площадка. Вдоль водоема проходит струена-правляющая дамба, которая разделяет водоем на две части и, тем самым, обеспечивает равномерное распределение циркуляционной воды.

Нормальный уровень воды в водоёме -110м (БС), что выше уровня воды в Припяти, который в меженный период составляет 103,2 м (БС). Из водоёма-охладителя происходит фильтрация воды расходом 1,07-108 м3/год. Непосредственного стока в р. Припять водоём не имеет. Потери воды восполняются за счёт вод Припяти с помощью береговой насосной станции.

Измерение удельной активности воды по 137Сз выполнялось методом концентрирования на селективных сорбентах, предложенным М.С. Вакуловским и

H.A. Юзвук. Метод позволял выполнить раздельное измерение концентрации растворимых и нерастворимых форм загрязнения и приблизительно оценить размеры нерастворимых частиц. Измерение удельной активности ^Sr выполнялось рутинными радиохимическими методиками.

В третьей главе описано математическое моделирование перераспределения радиоактивного загрязнения в водоёме-охладителе.

Наибольшее распространение при рассмотрении формирования радиоактивного загрязнения водоемов-охладителей АЭС получили однородные модели, в которых распределение удельной активности по площади считается постоянным. Хорошая точность таких моделей объясняется сравнительно высокой скоростью перемешивания водных масс за счет ветроволновых течений. Ниже описывается математическая модель, построенная автором. Рассматриваются следующие элементы водоема и фазы загрязнения:

• Растворенные радиоактивные вещества в объеме воды (растворенная

фаза).

• Нерастворимые радиоактивные вещества в объеме воды (взвешенная

фаза).

• Растворенные радиоактивные вещества, сорбированные донными отложениями.

• Нерастворимые частицы в составе донных отложений.

При построении модели пренебрегают количеством радиоактивного вещества, содержащегося в биомассе, а также конечностью времени установления сорбционного равновесия для растворимых соединений. Взаимообмен между фазами, обусловленный естественными физическими и биологическими процессами, определяет следующие.обменные потоки:

• Сорбция и десорбция растворимых соединений.

• Седиментация взвешенных нерастворимых соединений на дно.

• "Взмучивание" частиц га состава донных отложений в объем воды за счет гидродинамических сот.

• Разрушение нерастворимых частиц с образованием растворимых соединений

• Унос растворимых форм, с потоком фильтрующихся вод.

• Радиоактивный распад.

При сделанных предположениях, баланс радиоактивных веществ в водоёме описывается системой дифференциальных уравнений:

аОы

а.

Я= ЬСа р

где:

д - концентрация радионуклидов в воде; р - концентрация нуклидов в донных отложениях;

Ка - коэффициент распределения (сорбции) в безразмерной форме; IV - объем водоема;

^ - площадь водоема; 3- толщина загрязненного слоя донных отложений;

6' - толщина обменного слоя донных отложений; Р- поток фильтрации из водоема-охладителя;

QN. количество нерастворимого радиоактивного вещества (Бк);

Х- постоянная распада.

Функция Г описывает разрушение нерастворимых частиц топливной массы, выброшенных при аварии 1986 г. Этот процесс является источником поступления дополнительных количеств растворимого радиоактивного загрязнения. Вид функции Г был определён Кононовичем А.Л., и использован автором при построении модели.

/ = «■

и V—! 1

ехр

6а ^ г

-СС-1+-— > —

л-4

«•¿Л

1-е

-А-1

Б'

где:

го - радиус нерастворимой частицы (мкм);

/)'- коэффициент, характеризующий скорость разрушения частицы;

а - коэффициент пропорциональности между концентрацией загрязнения е частице на поверхности поры и десорбирующим потоком.

1 о

Величины параметров определяли по методу наименьших квадратов, опираясь на результаты контроля загрязнения воды, полученные до 1991 г. Оптимальное значение т = 3,04 года, что для частиц со средним диаметром 10 мкм соответствует значению коэффициента разрушения 0'= 3,3 мкм2 /год = 10 -15 см2/с. На рис.1 представлены результаты модельных расчётов и натурных наблюдений. Как следует из рисунка, получено хорошее согласие результатов.

11« Т Ш1 411 1Ш 1111 11,? „и Щ4 1№ 1(11

Рис.1 Сравнение данных измерения и результатов расчета, среднегодовых концентраций радионуклидов в воде водоёма охладителя.

По оси абсцисс - время (годы); по оси ординат - среднегодовые концентрации радионуклидов в воде.

Важнейшим выводом настоящей главы является доказательство, что несмотря на продолжающееся разрушение топливных частиц аварийного выброса, и сопровождающее его выщелачивание радионуклидов, радиационная обстановка в водоёме-охладителе не будет ухудшаться.

В четвёртой главе описывается определение радиационного риска за счёт влияния загрязнения водоёма-охладителя. Дозовые нагрузки на людей критических групп населения, необходимые для вычисления радиационного риска, определяли, используя комбинированный метод, в котором часть параметров модели, определяющей миграцию радионуклидов по пищевым цепочкам, взята из соответствующей литературы. Такие параметры, как содержание радионуклидов в рыбе, выловленной из водоема-охладителя, были взяты по результатам измерений, выполненных И.Н. Рябовым и И.И. Крышевым непосредственно на водоеме-охладителе ЧАЭС.

Дозу внешнего облучения вычисляли по формуле:

0=Ку д г

Дозу внутреннего облучения - по формуле:

2)= К/. Кг.Р. Цыжп где: Б - дозовая нагрузка на человека;

К) - коэффициент, учитывающий облучение организма, при поступлении радионуклида с пищей;

Кг - коэффициент, учитывающий связь между концентрацией в контрольном объекте и поступлением нуклида в организм человека;

Р - норма потребления продукта питания;

Ку - коэффициент, учитывающий связь между концентрацией нуклида (ц) в воде, или на береговом грунте и дозовой нагрузкой на человека;

Я копт - концентрация радионуклидов в потребляемом пищевом продукте; г -время облучения;

Величину риска определяли по соотношению:

Кк - коэффициент радиационного риска. Кк = 0,056 Зв-' для профессионалов; Кд = 0,073 Зв-1 для населения.

Оказалось, что при полном водопользовании (включая гипотетическое потребление: рыбы, питьевой воды и т.п. из водоёма-охладителя) радиационный риск составляет 6,1-10'3 год-', что недопустимо. При запрете потребления рыбы в пищу, радиационный риск за счёт водоёма-охладителя - 3 • Ю^год1. При запрете потребления любых пищевых продуктов, получаемых при гипотетическом использовании водоёма-охладителя (в том числе и запрете пить воду из водоёма), радиационный риск не превышает 1,9 • 101 год .

Для населения, проживающего вне пределов 30-киломегровой зоны, радиационный риск за счёт водоёма-охладителя обусловлен выносом радионуклидов из водоема в реку Припять и далее в реку Днепр, за счёт фильтрации вод сквозь ограждающую дамбу. При использовании всех возможных видов водопользования для р. Днепр, радиационный риск для населения за счёт влияния водоёма-охладителя, по консервативной оценке не превосходит 1,4 ■ 10^ год-1.

В пятой главе описывается нормирование жидких радиоактивных сбросов дш Чернобыльской АЭС. Нормирование сбросов в послеаварийный период по требовало пересмотра самих принципов нормирования, в частности, в послеаварийный период неприменим консервативный подход. С другой стороны строгий оптимизационный подход не удаётся использовать из-за сложности задачи и недостатка исходной информации. Был разработан приближённый частично оптимизированный, подход. Он опирался на классификацию все> водных объектов, созданную и согласованную в Украине при непосредствен ном участии автора. Водные объекты классифицируются по уровню радиаци онного риска. Каждому классу присваивается определённый радиоэкологиче

ский статус. Диссертантом предложено 7 вариантов радиоэкологического статуса. На основе полученных величин радиационного риска, водоёму-охладителю присвоен статус "технологический водоём целевого использования" в случае продолжающейся эксплуатации ЧАЭС, и "естественное хранилище, предохраняющее регион от более тяжёлых последствий аварии" в случае прекращения эксплуатации ЧАЭС. При определении величин допустимых и контрольных сбросов в водоём указанного статуса автором, были сформулированы следующие принципы нормирования:

1. Суммарная дозовая нагрузка, с учетом обусловленной сбросами, на персонал в пределах зоны отчуждения не должны превышать 5 мЗв/год, а дозо-вые нагрузки на население за пределами зоны отчуждения не должны вызывать добавочный риск радиационного поражения, превышающий 1.0-10 5 год1.

2. Количество радиоактивных веществ, поступающее в водоем-охладитель за год не должно превосходить 5% от естественной убыли количества радиоактивных веществ, содержащихся в водоеме, т.е. 5% скорости его самоочистки. (В этом случае дополнительный вклад не превышает точности измерения.)

3. Необходимо, чтобы удельная активность вод, подлежащих сбросу, удовлетворяла требованиям Н РБ-76/87: I < 1

Ч ¿ор\

где (¡1 - удельная активность ¡-го нуклида в сбросных водах; - допустимая концентрация 1-го нуклида, т.е., чтобы сбросные воды сами по себе не относились к категории радиоактивных отходов.

Предложенные принципы были одобрены компетентными организациями Украины.

Расчёт допустимых сбросов был выполнен методом радиационных ёмкостей, что позволило применить имеющиеся методики расчёта. Радиационная емкость в данном случае используется как вспомогательный математический прием для производства расчетов. Говорить о радиационной емкости водоема-охладителя Чернобыльской АЭС в настоящее время можно лишь условно, поскольку емкость была исчерпана при аварии. Расчёт показал, что для ^г, 134Сз и 137Ся основным оказался второй принцип, т. е. требование не нарушать процесс самоочистки. При этом радиационная безопасность персонала и населения обеспечивается автоматически. Допустимый сброс для этих нуклидов 6,1 101°Бк/год.

В шестой главе приводится краткое описание гидрогеологических особенностей района расположения ЧАЭС. По схеме гидрогеологического районирования, район Чернобыльской АЭС находится на Северо-западной части Днепровского артезианского бассейна. В районе имеются верхний, водонос-

1 з

ный горизонт в четвертичных отложениях и, более глубокие, бучакско-каневский и меловой, водоносные комплексы.

Водоносный горизонт в четвертичных отложениях имеет глубину залегания от долей метра до 5-8 метров и мощность от 13-20 м на пойме, и до 26-32 м в пределах первой надпойменной террасы, представлен в основном мелко - и среднезернистыми песками, с линзами и прослоями супесей и суглинков, подстилается мергелистыми глинами, мощность от 0 до 30 м. Коэффициент фильтрации песчаных разностей, по данным откачек, изменяется в пределах 4-35 м/сут, в среднем - 10-12 м/сут. Питание водоносного горизонта происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, разгрузка осуществляется в долины рек.

Водоносный горизонт в Бучакско-каневских отложениях, напорный, служит источником хозяйственно-бытового (в том числе, и питьевого), водоснабжения для Чернобыльской АЭС и города Припять. Бучакско - каневский водоносный котшекс перекрыт сверху киевскими мергелями и глинами, а подстилается писчим мелом сенон-турона. Коэффициент водопроводимости порол 90-250 м2/сут, коэффициент пьезопроводности в среднем составляет 5.1 м/суг. Воды гидрокарбонатные, натриево-кальциевые с сухим остатком 0.2 - 0.3 г/л.

В 30-ти километровой зоне ЧАЭС основным источником радиоактивного загрязнения подземных вод служат места захоронений послеаварийных радиоактивных отходов и могильники. Критическими районами, определяющими радиационную опасность загрязнения подземных вод, являются зоны водозаборных скважин водоснабжения. В диссертации приведена карта расположе ния могильников, мест захоронения, а также расположение зон водозаборны? скважин. Выполнен оценочный расчёт времени движения радионуклидов от зон загрязнения к зонам водозаборных скважин. Расчёт выполнен по матема тической модели миграции радионуклидов в подземных водах, построенное на основе модели Дарси и Нутцмана. Скорость течения фильтрующихся во; определяется соотношением:

где Ко • коэффициент Дарси, А - тензометрическое давление.

Миграция загрязнения в фильтрующемся потоке подземных вод описывается уравнением:

где: О - тензор диффузии; V- скорость фильтрующейся воды;

д 3 д

Для песчаных аллювиальных отложений компоненты тензора диффузии определены соотношениями:

Время движения воды от источника загрязнения к зоне водозаборных скважин оценивалось соотношением:

Интегрирование вдоль линии тока Ь выполняли графически. Время движения фронта радиоактивного загрязнения оценивали соотношением:

Время движения фронта загрязнения ^Sr, в зависимости от взаимного расположения источника и критической точки, заключено в пределах от 11 лет (захоронение Янов - водозабор Шепеличи) до 320 лет (захоронение вблизи III очереди ЧАЭС - водозабор Шепеличи). Время движения фронта загрязнения l37Cs заключено в пределах от 120 лет (захоронение Янов - водозабор Шепеличи) до 3400 лет (захоронение вблизи III очереди ЧАЭС - водозабор Шепеличи).

В седьмой главе приводятся результаты измерения радиоактивности подземных вод в районе ЧАЭС, полученные, главным образом, службой контроля радиационного состояния окружающей Среды ЧАЭС под руководством автора.

В восьмой главе описано определение допустимых и контрольных уровней содержания радионуклидов в подземных водах. Нормирование концентраций строится по трёхуровневой системе контрольных уровней. Значение первого контрольного уровня определяется на основе статистического анализа результатов измерения з'дельной активности воды в скважинах за несколько лет. Оно берётся равным верхней границе доверительного интервала. Непревышение этого уровня свидетельствует о том, что в радиационном состоянии подземных вод нет существенных изменений. В качестве второго контрольного уровня выбрана величина ДКб. При превышении первого или второго контрольных уровней требуется более детальный анализ в плане изучения радиационной обстановки. Третий контрольный уровень выбран равным десятикратному значению ДКб. Как показал анализ, при превышении этого уровня, становится возможным локальное повышение концентрации нуклидов в поверхностных водах выше допустимого уровня на участках разгрузки подземных водоносных горизонтов.

DKx=arV, Dyy = ai-V; а|=50м, Юм.

Основным результатом восьмой главы является научное обоснование регламента контроля удельной активности подземных вод. Выбор величины интервала времени между отборами проб основывается на рассмотрении возможной скорости нарастания удельной активности воды при прохождении загрязненного фронта. Рассмотрение выполнено в рамках модели Нутцмана. На рис.2 и 3 показана расчётная зависимость формы фронта радиоактивного загрязнения от времени и гипотетическая зависимость удельной активности воды в наблюдательной скважине, при прохождении через неё фронта загрязнения. Видно, что благодаря медленному развитию процесса, ежемесячный контроль позволяет своевременно обнаружить значимое повышение удельной активности, если оно произойдёт.

Рис. 2 Расчётная форма фронта загрязнения через 3 года после аварии (первая кривая) и через 7 лет после аварии (вторая кривая).

По оси абсцисс - отношение расстояния в метрах к коэффициенту распределения; по оси ординат - удельная активность подземных вод в относительных единицах.

Рис. 3 Расчётная зависимость удельной активности воды в наблюдательной скважине от времени, при прохождении фронте загрязнения.

По оси ординат - удельная активность воды в наблюдательной скважине в долях от максимального значения; по оси абсцисс - время (месяцы).

ВЫВОДЫ

1. Выполненное изучение радиационного состояния водоема - охладителя 1 подземных вод в районе расположения ЧАЭС легло в основу комплексно* оценки радиационной обстановки. Комплексная оценка включила в себ) учет, как существующей радиационной обстановки, так и прогноз её изме нения с течением времени, а также нормирование радиоактивных сбросов 1 послеаварийный период. Установлено, что не менее 95 % радиоактивноп загрязнения водоема-охладителя находится в донных отложениях, из них -70 % находится в состоянии, при котором обмен с растворенной фазо] практически отсутствует.

2. Разработана математическая модель перераспределения радионуклидов ] системе водоема-охладителя ЧАЭС, отличающаяся от ранее преддоженны;

тем, что учтено разрушение нерастворимых частиц первичного загрязнения с течением времени. Согласно проверке, выполненной по результатам девятилетних наблюдений, прогноз модели совпадает с результатами натурных наблюдений с точностью не хуже 20 %. Расчет показал, что радиационная обстановка в водоеме-охладителе не будет ухудшаться в течение времени, несмотря на продолжающееся высвобождение загрязнения из частиц топливной матрицы, аварийного загрязнения.

3. Оценен вклад в радиационный риск для персонала и населения, обусловленный влиянием водоема - охладителя. Оценка включает учет фильтрации загрязнения сквозь ограждающую дамбу в р. Припять и последующий вынос за пределы 30-ти километровой зоны. Для персонала дополнительный радиационный риск составляет порядка 105 год1; для населения, проживающего за пределами 30-ти километровой зоны, - менее Ю-6 год1. Следовательно, радиоактивное загрязнение водоема-охладителя не представляет опасности для персонала и населения при условии, что водоем будет сохранен.

4. Установлен радиоэкологический статус водоема-охладителя. Статус утвержден компетентными организациями Украины. Сформулированы принципы нормирования допустимых сбросов в послеаварийный период на основе частично оптимизационного подхода. Показано, что для 90Sr и l37Cs в настоящее время основную роль играет требование не ухудшать условия естественной самоочисгки водоема.

5. Рассмотрена миграция радиоактивного загрязнения подземных вод на основе модели Нутцмана. Учтена сорбция нуклидов горными породами. Выполнены оценки времени движения фронта загрязнения от мест захоронения к водозаборным скважинам водоснабжения. Для ^Sr минимальное время движения - 11 лег (от Яновского захоронения к водозабору Шепеличи), максимальное 320 лет (от III -ей очереди ЧАЭС к водозабору Шепеличи). Для l37Cs минимальное время превосходит 150 лет. Следовательно, основное значение имеет миграция ^Sr.

6. На основе статистического анализа результатов измерения загрязненности подземных вод разработана система контрольных уровней удельной активности вод в скважинах. Теоретический анализ переноса загрязнения подземными водами и прогноз возможной скорости увеличения удельной активности при опасном развитии процесса показали, что ежемесячный контроль удельной активности достаточен для своевременного обнаружения опасной тенденции изменения загрязненности подземных вод в критических участках и, в случае необходимости, принятия защитных мер. Разработанный регламент контроля внедрен в практику работы ЧАЭС.