CC BY
41
УДК УДК 911.9
К ВОПРОСУ ЗОНИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИИ БЫВШЕГО СЕМИПАЛАТИНСКОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ПОЛИГОНА С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ
Юлия Юрьевна Яковенко
Филиал «Институт радиационной безопасности и экологии» РГП НЯЦ РК, 071100, Казахстан, ВКО, г. Курчатов, ул. Красноармейская, 2, начальник лаборатории геоинформационных технологий, тел. (72251)2-58-63, e-mail: Yakovenko_Yu@nnc.kz
Ярослава Георгиевна Пошивайло
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры картографии и геоинформатики, тел. (383)361-06-35, e-mail: yaroslava@ssga.ru
В статье представлены результаты исследований по определению критериев для зонирования территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона по степени поверхностного загрязнения радионуклидами, с применением методов геоинформационного картографирования.
Ключевые слова: зонирование, базовые параметры загрязнения, радиоэкологические исследования, уровни загрязнения, ядерный полигон.
ON THE QUESTIN OF ZONING THE FORMER SEMIPALATINSK TEST SITE TERRITORY USINHG GEOINFORMATIONAL MAPPING
Yuliya Yu. Yakovenko
Brunch «Institute of Radiation Safety and Ecology » of the RSE NNC RK, 071100, Kazakhstan, EKD, Kurchatov city, 2, Krasnoarmeyskaya st, Head of the laboratory for geoinformational technologies, tel. (72251)2-58-63, e-mail: Yakovenko_Yu@nnc.kz
Yaroslava G. Poshivaylo
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., candidate of technical sciences, Associate Professor, Chair of Cartography and GIS, tel. (383)361-06-35, e-mail: yaroslava@ssga.ru
The paper provides results of researches to determine criteria for zoning territory of the former Semipalatinsk Test Site based on intensity of surface radioactive contamination using methods of geoinformational mapping.
Key words: zonning, basic contamination parameters, radioecological researches, contamination levels, nuclear test site.
В настоящее время территория Семипалатинского испытательного полигона (СИП) площадью около 18,4 тысячи квадратных километров отнесена к категории земель запаса и деятельность на ней регламентируется нормативно-правовыми актами, в соответствии с которыми любая деятельность на ней должна быть лицензирована как деятельность по использованию атомной энергии.
Для проведения оценки и разработки рекомендаций по дальнейшему использованию земель СИП необходимо провести зонирование территорий по степени радиоактивного загрязнения природных сред - радиоэкологическое зонирование, результаты которого помогут объективно оценить степень радиационного воздействия на обследованные территории, выявить участки с высоким радиационным фоном и четко определить их границы.
В основу выделения зон при радиоэкологическом зонировании положены, в первую очередь, особенности поверхностного загрязнения, которые непосредственно влияют на формирование радиационной ситуации на территории полигона.
В литературе зоной называют участок территории, выделенный с определенной целью по количественным и качественным критериям, для реализации конкретных функций [1].
Для оптимизации проведения радиоэкологических исследований с применением методов геоинформационного картографирования необходимо определить данные критерии для зонирования по степени поверхностного загрязнения территорий, подвергшихся техногенному радиационному воздействию.
Территории полигона, где непосредственно проводились испытания - основные технические площадки «Опытное поле», «4», «4А», Балапан», «Деге-лен» и «Сары-Узень», использования для проживания человека и ведения хозяйственной деятельности никогда не будут, это 9 % от общей площади территории полигона. Поэтому план проведения исследований поверхностного загрязнения предусматривает обследование территории за пределами технических площадок.
С учетом всех особенностей поверхностного загрязнения принят следующий план исследования [2]:
• отбор проб почвы по сетке 1х1 км со сгущением при необходимости;
• глубина отбора проб почвы 0-5 см, площадь отбора 10 х 10 см;
• гамма-спектрометрический анализ 137Сб, 241Лш (60Со, 152,154Еи);
• радиохимический анализ 238' 239+240Ри, 90Бг.
Чтобы разработать алгоритм и автоматизировать процесс зонирования территории с помощью ГИС, необходимо определить факторы, которые влияют на размер и форму зон, какие зоны считать незагрязненными (фоновыми).
Качественные характеристики поверхностного загрязнения
К основным радиационным событиям, определяющим радиоактивное загрязнение поверхности территории Семипалатинского полигона, относятся:
• воздушные, приземные, наземные ядерные испытания и модельные эксперименты, проведенные на территории площадки «Опытное поле»;
• испытания боевых радиоактивных веществ на площадках «4» и «4а»;
• подземные ядерные испытания в штольнях (горизонтальная горная выработка) и скважинах, а также с выбросом грунта на площадках «Балапан», «Де-гелен» и «Сары-Узень» и «Телькем».
Анализ и систематизация собранных исторических материалов, результатов аэрогаммасъемок, проведенных на территории Семипалатинского полигона рисунок) и частичные площадные наземные исследования, позволили выявить общую картину радиационной обстановки на полигоне.
На текущий момент можно выделить 4 основных типа поверхностного радиоактивного загрязнения местности за пределами технических площадок:
1. Следы радиоактивных выпадений от взрывов большой мощности, вышедшие за пределы мест проведения испытаний более чем на 100 км.
2. Следы радиоактивных выпадений от ядерных испытаний средней и малой мощности, вышедшие за пределы мест проведения испытаний от нескольких километров до 20-30 км. К данному типу загрязнения можно отнести и радиоактивные выпадения, сформированные в результате экскавационных ядерных взрывов («Атомное озеро», скважины на площадке «Сары-Узень»), а также испытания с нештатной радиационной ситуацией (аварийные выбросы) на площадках «Дегелен» и «Балапан».
3. Радиоактивное загрязнение русел водотоков вследствие выноса техногенных радионуклидов из мест проведения ядерных испытаний за пределы технических площадок - ручьи горного массива Дегелен, река Шаган.
4. Радиоактивные «пятна» площадью в несколько квадратных километров, расположенные на удалении от мест проведения испытаний и вне основных
Условные обозначения
"йграница СИП
□ границы испытательных площадок Сз-137, Ки/кв.км
п< 0.10
□ О.10-0.14
□ О.14-0.18
0.18-0.22 0.22-0.26 0.26-0.30 0.30-1
>1
0 5 10_20_золм!
137
Рис. Распределение Cs на территории СИП по результатам аэрогаммасъемки 1991 г.
следов радиоактивных выпадений. Данный тип загрязнения был зафиксирован в результате проведения комплексных исследований, проводимых Институтом радиационной безопасности и экологии с 2008 г. [3].
Третий тип загрязнения не рассматривается как критерий в рамках данной статьи, так требует дополнительных исследований других сред окружающей среды кроме почвы.
Площадное загрязнение (территория следа радиоактивного облака) первого и второго типа можно классифицировать следующим образом: следы от взрывов, по расчетным оценкам длина которых составляет Ь=(15-100) км и ширина 7=(7-12) км. Распределение активности происходит вдоль оси следа и в направлении, ортогональном оси следа облака взрыва.
Размеры четвертого типа загрязнения - «пятен», расположенных вне основных следов радиоактивных выпадений и на значительном удалении от технических площадок СИП, составляют в поперечнике - 1-3 км, в длину -1-8 км. Принятая схема обследования по сети 1х1 км позволяет обнаруживать радиоактивные «пятна» площадью несколько квадратных километров, что сопоставимо с площадями выпаса скота и сенокосными угодьями. Говоря иначе, при исследовании территорий, которые планируется использовать для хозяйственной деятельности, принятая схема обследования гарантирует обнаружение участков радиоактивного загрязнения площадью, соизмеримой с размерами сельхозугодий.
Очевидно, что на СИП существуют и более «мелкие» участки радиоактивного загрязнения, площадью менее 1 кв. км, которые практически невозможно выявить при обследовании территории по сети 1х1 км. Однако, необходимо понимать, что если рассматривать сценарий «фермер, ведущий натуральное хозяйство», который предусматривает выпас скота (20-30 квадратных километров, в зависимости от вида животных) на данной территории, вклад в дозу облучения радиоактивного «пятна» площадью 5 кв. км будет нивелироваться разницей в площадях. К тому же, выпас животных отличается от стойлового содержания, т.е. животные практически все время выпаса передвигаются, а значит остаются в зоне влияния «пятна» непродолжительное время.
Итак, пространственные параметры радиационного поверхностного загрязнения можно определить следующим образом:
• локальные радиоактивные «пятна» площадью менее 5 кв. км не являются зоной «с повышенными концентрациями»;
• площадное загрязнение (в том числе территории следов) более 5 кв. км являются зоной «с повышенными концентрациями»;
• форма зоны вытянута вдоль оси следа.
Количественные характеристики поверхностного загрязнения
Основными источниками радиоактивного поверхностного загрязнения территории вследствие рассматриваемых ядерных взрывов к данному времени,
90 137
являются активность долгоживущих радионуклидов Sr и Сs и активность изотопов Ра Определяющее значение указанных радионуклидов обусловлено
их относительно большой наработкой в ядерных взрывах, высоким биологическим действием, значительным промежутком времени с момента проведения взрывов, вследствие чего активность более короткоживущих радионуклидов исчезла или резко снизилась из-за их естественного распада.
Количественные значения активности искусственных радионуклидов в почвенном покрове на исследуемой территории определяются по результатам комплексных гамма-, бета- и альфа-спектрометрических измерений образцов верхнего слоя почвы (0-5 см). Принятый комплексный подход позволяет идентифицировать максимально возможное количество долгоживущих радионуклидов, формирующих дозу облучения от техногенных источников излучения. Так,
137 241
содержание Cs и Ат в почве определялось гамма-спектрометрическим ме-
90 238 239+240
тодом; концентрация Бг и Ри, Ри -спектрометрическими измерениями после предварительной радиохимической подготовки образца. Радионуклиды 60Со, 152Еи, 154Еи и др. также идентифицируются, если их содержание в почве находится на уровне выше предела измерений спектрометрической аппаратуры.
Однако радиохимический анализ 239+240Ри и 9<^г является очень затратным. А в силу своего происхождения, 239+240Ри генетически связан с 241 Ат, а 90 Sr с
137
Cs, то для определения количественного критерия для зонирования территории будут рассматриваться именно результаты гамма-спектрометрических анализов 241 Ат и 137Сб.
На начальных этапах исследований количественным критерием для зонирования территории по степени загрязнения являлась только одна более или менее достоверная величина - «фон глобальных выпадений» для данной территории.
Глобальные выпадения обусловлены мелкодисперсными аэрозольными частицами, долгое время находящимися в тропосфере и стратосфере после чрезвычайных ситуаций. Затем искусственные радионуклиды из атмосферы с осадками и сухими выпадениями поступают на поверхностный слой почвы -глобальные выпадения. Плотность (фон) глобальных выпадений зависит от географической широты местности, от времени, прошедшего после выброса искусственных радионуклидов в атмосферу, от сезона и сильно зависит от метеорологических факторов. Но эта величина не может однозначно характеризовать загрязнение территории полигона и прилегающей к нему территории. Это связано с тем, что территория полигона и прилегающие территории находятся в зоне ближних радиоактивных выпадений и, как следствие, подверглась гораздо большему радиоактивному воздействию, чем зона дальних выпадений.
Для расчета фона территории СИП были проанализированы данные, полученные за несколько лет проведения комплексных исследований на его территории. Был обобщен весь накопленный материал и на его основе определены базовые параметры, характеризующие «фоновые территории СИП» [4].
Данные территории располагаются в географически разных частях полигона и на существенно разном расстоянии от основного источника поверхностного загрязнения -площадки «Опытное поле». Для проведения статистического анализа имеющиеся результаты по всем проведенным радиологическим исследованиям были объединены в один общий массив. После анализа объединен-
137 241
ных данных, полученные средние значения удельных активностей Cs и Лш в почве с 10 % интервалом (10 % интервал был выбран исходя из того, что 10% это стандартная погрешность гамма-спектрометрического анализа) были определены как базовые параметры (БП), характеризующие фоновые территории СИП - «условно-фоновые» (таблица).
Таблица
Базовые параметры для «условно-фоновых» территорий СИП
Вид радионуклида 137Cs 241Am
БП, Бк/кг 18 0,9
Итак, для проведения зонирования территории по степени радиоактивного загрязнения был выбран следующий количественный критерий: содержание радионуклидов в почвах территории считается фоновым (территория незагрязненной), если значения содержания радионуклидов не превышают БП.
Таким образом, основная задача, стоящая при обследовании мест радиационного загрязнения техногенного характера - зонирование территорий по уровню загрязнения. Наиболее удобный способ для решения этой задачи -геоинформационное картографирование.
Для оптимизации проведения радиоэкологических исследований с применением геоинформационного картографирования были определены количественные и качественные критерии для зонирования по степени поверхностного загрязнения территорий, подвергшихся техногенному радиационному воздействию. Данные критерии необходимо учесть, чтобы разработать алгоритм и автоматизировать процесс зонирования территории с помощью ГИС.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Истомина Е.А., Черкашин А.К. Применение математических методов и ГИС-технологий при функциональном зонировании территории // Экология ландшафта и планирование землепользования. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000 - С. 98-105.
2. Применение геоинформационных технологий при составлении карт-схем для мониторинга и оценки радиационной обстановки на Семипалатинском испытательном ядерном полигоне / Г. А. Уставич, Л. К. Зятькова, Я. Г. Пошивайло, Ю. Ю. Яковенко // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2014. - № 4/С. - С. 200-206.
3. Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Оптимизация исследований территорий Семипалатинского испытательного полигона с целью их передачи в хозяйственный оборот ]: монография / Под. рук. С.Н. Лукашенко. - Павлодар: Дом печати, 2015. - Вып. 5. -356 с. - ISBN 978 - 601 - 7112 - 99 - 8.
4. О некоторых характерных параметрах радионуклидного загрязнения бывшего Семипалатинского испытательного полигона / Каширский В. В., Лукашенко С. Н., Яковенко Ю. Ю., Романенко Е. В. // Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Сборник трудов Института радиационной безопасности и экологии за 2011-2012 гг.]. - Вып. 4. - Т. 2. - Павлодар: Дом печати, 2013. - С. 11-23.
© Ю. Ю. Яковенко, Я. Г. Пошивайло, 2016
