МОНІТОРИНГ ДОВКІЛЛЯ У ЗОНІ ВПЛИВУ СХОВИЩ РІДКИХ РАДІОАКТИВНИХ ВІДХОДІВ

Єремєєв І. С., Державна академія житлово-комунального господарства, Київ, Україна

Проблема зберігання радіоактивних відходів (РАВ) пов’язана з необхідністю захисту довкілля від розповсюдження РАВ за межі сховищ. Рідкі РАВ являють собою компоненти цементних розчинів, що заливають у сталеві контейнери, які після цього герметизують та розміщують у сховищі. Міграція радіонуклідів унаслідок вилуговування з цементних матриць може бути обумовлена двома чинниками: дифузійними процесами, які є дуже повільними, та прямим витіканням через розгерметизацію контейнерів, яка може бути наслідком стихійних лих, аварій чи терористичних актів. Оскільки РАВ є токсичними речовинами, контроль за їхньою міграцією має величезне значення на будь-яких етапах.

Цей моніторинг має включати такі процедури:
– визначення рівня забрудненості в певних (критичних) точках, таких як свердловини у водоносних шарах на границях сховища, в пробах повітря та ґрунту на напрямках від сховища до житлових масивів, зон відпочинку тощо;
– порівняння значень забрудненості з припустимими рівнями та з рівнями, які були визначені під час минулих спостережень;
– обчислення трендів та надання рекомендацій щодо подальшого функціонування сховища (його експлуатування, закриття або утворення штучного захисного бар’єра з метою загальмувати міграцію РАВ).

Залежно від умов експлуатування сховищ моніторинг передбачає такі режими:
– рутинний, коли умови відповідають прийнятим нормальним умовам (зазвичай, цей режим визначення РАВ у довкіллі передбачає щорічні вимірювання концентрації РАВ у заздалегідь зазначених точках);
– каузальний, зокрема аварійний, коли певні події (пожежа, повінь, землетрус, торнадо, вибух тощо) можуть порушити герметичність сховища або структуру ґрунту навколо нього (цей режим передбачає таку частоту визначання концентрації РАВ у воді, ґрунті та повітрі, яка адекватна швидкості процесів, що спричинили перехід від рутинного моніторингу до каузального та подальшу міграцію РАВ);
– післяаварійний, роль якого полягає у визначенні меж міграції РАВ, можливих граничних значень РАВ та термінів стабілізації процесів міграції чи повернення їх у нормальні межі (цей режим характеризується поступовим зменшенням частоти визначень концентрацій РАВ від каузальної до рутинної процедур).

Треба зазначити, що під час рутинного моніторингу сховищ значення концентрацій РАВ найчастіше перебувають на межі чутливості детекторів, що ускладнює завдання визначення динаміки плям забруднень. Тому у подібних ситуаціях необхідно, по-перше, подбати про представницькі вибірки даних вимірювань, тобто виконувати вимірювання багаторазово з метою обчислити математичне очікування розподілу забруднень, а по-друге, застосувати запропонований свого часу автором метод визначання динаміки плям забруднень (так званий метод еталонів). Під час рутинного моніторингу сховищ вимірювальний моніторинг взагалі може не дати результатів, оскільки швидкості міграції РАВ надто малі і кількість виходу РАВ за межі сховища не можна визначити безпосередньо. У подібній ситуації варто звернутися до модельного моніторингу, тобто до обчислення можливої міграції РАВ, зважаючи на процеси дифузії, фільтрації та реальних умов довкілля навколо сховища.

Схему потрапляння РАВ з поверхні ґрунту (під впливом опадів) у воду відкритого водоймища через ненасичену зону ґрунту і водоносний шар ґрунтових вод наведено на рисунку.

Схема шляхів мігрування РАВ у ґрунтових водах

Відстань від поверхні ґрунту до рівня ґрунтових вод D_wt(t) у функції від часу t визначають з виразу:

Обчислені за допомогою моделі значення (наприклад, час, за який концентрація РАВ досягне певної частки гранично припустимого значення) можна використати для ініціювання фізичного вимірювання концентрації РАВ у тій чи іншій точці для перевіряння. Моделювати поширення забруднень у водному середовищі та геосфері необхідно для довгострокового прогнозування змін станів. Воно має ґрунтуватися на аналізі накопичених за довгий термін даних з використанням моделей дифузії, процесів розчинення та дефляції.

Вище йшлося про рутинний моніторинг, коли швидкість потрапляння забрудників у довкілля дуже мала. Але під час катастрофічних явищ усе змінюється. Зауважимо, що до каузального режиму моніторингу переходять зазвичай не через виявлення значних за концентрацією забрудників, а на підставі опосередкованої інформації, наприклад, інформації про землетрус, повінь, чи торнадо, пожежу або терористичний акт, які зачепили околиці сховища. Евристики, які зумовлюють обрання того чи іншого режиму моніторингу, наведені нижче. Розглянемо їх.

1. ЯКЩО ([динаміка плями РАВ обмежена 2(сигма) (ПЛСТАБ)] І [протягом попереднього циклу вимірювань не було природних або техногенних катастроф (ПТК, або ПТК = 0)]), ТО [режим моніторингу — рутинний (МОНР)].

2. ЯКЩО [ПЛСТАБ] І [мали місце ПТК, або ПТК=1], ТО [разом з МОНР передбачити каузальний моніторинг (КМ) точок, розташованих з боку напрямку від епіцентру катастрофи ТЕЦ, тобто МОНР + КМТЕЦ].

3. ЯКЩО [ПЛСТАБ] І [є тенденція до збільшення у середньому монотонного зсуву плями РАВ у один і той самий бік в межах 2(сигма) (ТМЗ2(сигма))], ТО [МОНР + КМНМЗ] (тут КМНМЗ — каузальний додатковий моніторинг точок у напрямку монотонного зсуву плями РАВ).

4. ЯКЩО ([ПЛНСТАБ] І [ПТКВ] І [НСТАБНК]), ТО (перевірити адекватність моделі поширення РАВ [ПАМТВ]) (тут ПЛНСТАБ — виявлення тенденції виходу плями РАВ за межі 2(сигма), НСТАБНК — динаміка плями РАВ не є катастрофічною).

5. ЯКЩО ([ПЛНСТАБ_n-1] І [ПЛНСТАБ_n] I [ПТКВ] І [НСТАБНК] І [вектори зсуву плям РАВ не розташовані в одному квадранті = ВЗНКВ]), ТО [ПАМТВ]. (Тут ПЛНСТАБ_n-1 і ПЛНСТАБ_n — виявлена динаміка плям РАВ у (n-1)-у і n-у циклах вимірювань.

6. ЯКЩО ([ПЛНСТАБ_n-1] І [ПЛНСТАБ_n] І [НСТАБНК] І [ПТКВ] І [вектори зсуву плям РАВ розташовані в одному квадранті = ВЗОКВ]), ТО ([ПАМТВ] І [проаналізувати щільність сховища або окремих блоків = АЩСХ]).

7. ЯКЩО ([НСТАБК] І [ПТКМ] І [ВЗНКВ]), ТО ([необхідно перейти на критичний режим моніторингу — КРМ] І [використати критичні моделі поширення РАВ КМТВ]). КРМ передбачає зміну діапазону — замість мінімально можливого порогу — поріг, на порядок більший, зміну частоти вимірювань параметрів у всіх точках навколо сховища з вибірковим вимірюванням (позачерговим) у тих точках, де параметри мають максимальні значення. КМТВ — моделі, пов’язані з утворенням каналів, уздовж яких РАВ поширюються інтенсивніше (наприклад, уздовж русел руху ґрунтових вод, уздовж тектонічних розламів тощо).

8. ЯКЩО ([НСТАБК] І [ПТКМ] І [ВЗОКВ]), ТО ([КРМ] I [КМТВ] I [рекомендації щодо встановлення штучного захисного бар’єра на шляху руху плями РАВ — РВШЗБ], якщо цей рух спрямований у бік населених пунктів, точок водозабору для потреб населення тощо).

Однією з головних проблем міцності сховищ є сейсмічна стійкість. Її забезпечують завдяки як відповідній конструкції сховищ, так і моніторингу споруд і конструкції сховища (з використанням прямих і опосередкованих методів) з метою виявлення і усунення небезпеки щодо їхнього руйнування, збирання даних про сильні зсуви ґрунтів, підвищення знань про зміни у перерозподілі головного напрямку руху ґрунтових вод, складання карт сейсмонебезпечних зон, які мають зв’язок із зоною впливу сховища.

При цьому евристики 1–8, наведені вище, можуть набути такого вигляду:

1-а. ЯКЩО ([ПЛСТАБ] І [ПТКВ] І [ТЕКВ]), ТО [МОНР]
(тут ТЕКВ — тектонічні зсуви відсутні, або АТЕК ≤ П₁, де АТЕК — акумульовані зсуви, П₁ — поріг для випадку, коли максимальне значення поштовху не перевищує значення середнього мінімального поштовху за весь час спостерігання).

2-а. ЯКЩО ([ПЛСТАБ] І [ПТКМ] І [ТЕКМ1]), ТО ([КМТЕК] + [МОНР]
(тут ТЕКМ1 — наявні тектонічні зсуви, але їхня амплітуда мала, хоча й перевищила П₁).

3-а. ЯКЩО ([ПЛСТАБ] І [ТМЗ2(сигма)] І [ТЕКМ2]), ТО (МОНР] І [КНММ3])
(тут ТЕКМ2 — тектонічні зсуви помітні, акумульовані зсуви А_З перебувають у межах П1 < АЗ < 0,2ПР).

4-а. ЯКЩО ([ПЛНСТАБ] І [ПТКВ] І [НСТАБНК] І [ТЕКМ2]), ТО [ПАМТВ].

5-а. ЯКЩО ([ПЛНСТАБ_n-1] І [ПЛНСТАБ_n] І [ПТКВ] І [НСТАБНК] І [ВЗНКВ] І [ТЕКМ2]), ТО [ПАМТВ].

6-а. ЯКЩО ([ПЛНСТАБ_n-1] І [ПЛНСТАБ_n] І [НСТАБНК] І [ПТКВ] І [ВЗОКВ] І [ТЕКМ3]), ТО [АЩСХ]
(тут ТЕКМ3 — тектонічні зсуви, характерні значеннями 0,2ПР ≤ АЗ ≤ 0,4ПР).

7-а. ЯКЩО ([НСТАБК] І [ПТКМ] І [ВЗНКВ] І [ТЕКМ3]), ТО [КРМ].

8-а. ЯКЩО ([НСТАБК] І [ПТКМ] І [ВЗОКВ] І [ТЕКМ4]), ТО ([КРМ] І [КРМЗ] І [РВШЗБ])
(тут ТЕКМ4 — тектонічні зсуви з АЗ у межах 0,4ПР ≤ АЗ ≤ 0,7ПР).

Виконання процедур, що описані вище, буде сприяти ефективній і достовірній оцінці стану довкілля навколо сховищ РАВ та прогнозування його динаміки.

ENVIRONMENTAL MONITORING IN THE ZONE AFFECTED BY LIQUID RADIOACTIVE WASTE DEPOSITORIES

Yeremeyev I. S., Municipal Engineering State Academy, Kyiv, Ukraine

Radioactive wastes (RAW) are liquid components of cement solutions that are used to fill steel containers. These containers then placed to a depository. The radionuclide migration due to leaching from cement matrices may be caused by two factors: diffusion processes (with very slow rate) and direct leakage due to the loss of container integrity as a result of natural disasters, accidents or terrorist attacks. Given the extremely high toxicity levels in the RAW materials, the monitoring of their migration routes is very important. The heuristic monitoring system model is proposed in the paper that takes into account the potential causes of changes in the migration dynamics in order to enable the adjustment of monitoring regime and procedures.

Главная страница

Сведения об авторах

Еремеев Игорь Семенович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой коммунального хозяйства, Государственная академия жилищно-коммунального хозяйства, ул. Глазунова, 2/4, Киев, 01042, Украина. Тел. (044) 540-79-65, факс (044) 521-17-21. E-mail

Последние изменения внесены 22.09.08