CC BY
41
2010
УДК 556.3.07 + 621.039.75
П.В. Амосов, Н.В. Новожилова
ОЦЕНКА ЗОНЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА (НА ПРИМЕРЕ ПОДЗЕМНОГО РАДИАЦИОННООПАСНОГО ОБЪЕКТА)
И подземный объект окончательной изоляции радиационно-опасных материалов (РОМ)
-Ш.Ж. схематично представляет собой нескольких подсистем [1]: область источника радионуклидов, инженерная часть объекта, ближняя зона, дальняя зона, окружающая среда. Предметом изучения данного исследования является установление пространственных границ дальней зоны регионального объекта изоляции РАО и ядерных материалов [2] на потенциальной площадке Сайда-губа [3]. Нормативный документ [1] трактует границы дальней зоны объекта следующим образом: за их пределами при любых сценариях возможного нормального облучения популяции человека концентрации радионуклидов в элементах окружающей среды не могли бы превысить значения, при которых эффективные дозы облучения критической группы лиц из населения могут быть выше 10 мкЗв/год.
Обратим внимание на две позиции определения дальней зоны объекта. Первое, речь должна идти не только о сценарии нормальной эволюции (СНЭ) объекта, но и об альтернативных сценариях. Второе, критерий мощности дозы имеет значение, которое соответствует требованиям СПОРО-2002 («Облучение критической группы населения за счет захоронения РАО не должно превышать 10 мкЗв/год») и ОСПОРБ-99 («Эффективная доза облучения населения (уже население, а не критическая группа!), обусловленная РАО, включая этапы хранения и захоронения, не должна превышать 10 мкЗв/год»). Указанная мощность дозы практически соответствует значению установленной нормативным документом [4] уровню пренебрежимого риска 10-6 год-1.
Согласно ОСПОРБ-99, под термином санитарно-защитная зона (СЗЗ) подразумевается территорию вокруг источника ионизирующего излучения, на которой уровень облучения людей в условиях нормальной эксплуатации данного источника может превысить установленный предел дозы облучения населения. Таким образом, в попытке определить границы дальней зоны радиационно-опасного объекта, мы практически выходим на оценку территории СЗЗ или другими словами зоны экологического риска на уровне пренебрежимого.
Сценарии эволюции объекта
Нормативные документы МАГАТЭ и РФ предписывают необходимость рассмотрения двух типов сценариев эволюции объекта: нормального и ряда альтернативных [1]. Первый тип сценария принято называть базовым сценарием эволюции, описывающий нормальное протекание природных процессов. Для рассматриваемого объекта на базе 4-х слойной модели площадки Сайда-губа этот сценарий был подробно проанализирован авторами в работах [3, 5]. Альтернативные сценарии имеют вероятность своего осуществления существенно меньше, чем единица, и являются дополнением к СНЭ объекта. Из стандартного перечня, приведенного, например, в регламентирующем документе [1], по результатам выполненного авторами анализа и отбора к описываемой проблеме имеют отношение следующие сценарии:
1) непредусмотренное проявление конвективного потока подземных вод через инженерные барьеры объекта, что приводит к изменению концентрации на границе ближней и дальней зон объекта. При этом модель дальней зоны остается той же, что и в СНЭ объекта;
2) ошибка в предсказании сорбционных свойств радионуклидов в материалах инженерных барьеров и вмещающего массива. В основе этого сценария лежит СНЭ объекта, но предполагается, что в отношении какого-либо радионуклида обнаруживается ошибка в определении, например, коэффициента распределения в материалах инженерных барьеров (бетон, бентонит) и вмещающего массива. Естественно, что в данном сценарии модель дальней зоны также остается прежней;
3) сооружение скважины откачки питьевой воды, располагаемой в районе наиболее опасного распространения радиоактивного загрязнения. В рамках данного сценария имеет место вариация выходного параметра дальней зоны объекта.
Указанные сценарии эволюции объекта проанализированы через сценарий облучения популяции человека при потреблении загрязненной питьевой воды (скважина откачки). Подробные описания концептуальной и математической моделей, а также результаты анализа альтернативных сценариев эволюции объекта представлены в публикациях [6-8].
Далее основное внимание будет уделено сравнению результатов СНЭ объекта и сценария, связанному с непредусмотренным проявлением конвективного потока подземных вод. Именно этот сценарий, по мнению авторов доклада, приводит к наиболее масштабным изменениям размера зоны экологического риска.
Следует сразу отметить, что относительно данного сценария мнения исследователей неоднозначное. С одной стороны, например, в рекомендациях Госатомнадзора России [1] даже для СНЭ объекта закладывается наличие конвективного потока через барьеры, правда, в предположении поступления осадков на момент его закрытия, что приводит к насыщению водой, как инженерных барьеров, так и дренажных слоев. С другой стороны, например, в рамках работы по проекту R4.10/95 такой сценарий рассматривался, как альтернативный, который можно обосновать, например, некачественным запечатыванием перемычки вскрывающего ствола или уклонов, повреждением транспортных выработок, а также наличием невыявленного в процессе исследования площадки разлома, или его повторной активацией.
Выходным параметром, требующим анализа и сравнения с результатами для СНЭ объекта, является максимальная концентрация изотопа i в воде вблизи внешней границы нарушенной зоны Гтахг. [5, 7], т.е., в рамках этого сценария имеем вариацию указанного параметра для ближней зоны объекта.
Как и для СНЭ объекта, рассматривается два типа моделей:
модель постоянной толщины нарушенной зоны массива, в которой увеличение толщины барьеров происходит за счет уменьшения толщины вмещающего массива;
модель постоянной толщины ближней зоны (инженерные барьеры и нарушенная зона массива (НЗМ)). В этом случае, рост толщины инженерных барьеров обеспечивается за счет Толщины бетона и бентонита, м___________________________________________________
Бетон Бентонит
0,5 0,0 0,5 1,0
1,0 0,0 0,5
1,5 0,0
сокращения толщины НЗМ, т.е. в этой модели толщина вмещающего массива выдерживается постоянной.
Изменение толщины инженерных барьеров имеет шаг дискретности равный 0,5 м. Первым барьером, окружающим зону отходов, является бетон, а вторым - бентонит. Всего было изучено 6 вариантов в каждой обозначенной выше модели. Рассмотренные варианты отвечают толщинам барьеров, размеры которых указаны в таблице.
Методический подход
В соответствии с используемой авторами методологии оценки зоны экологического риска основным показателем, представляющим интерес, является уровень загрязнения подземных вод. На основе этого показателя далее определяется эффективная годовая доза населения при потреблении загрязненной питьевой воды. Эффективная годовая доза И dwi при потреблении
питьевой воды за счет радионуклида i рассчитывается посредством перемножения концентрации этого радионуклида в питьевой воде и пище на ежегодный уровень потребления и соответствующий дозовый коэффициент
И = Г • I • DF (1)
11 dw,i ^ dw,i 1 dw 1У1 ^ ,г У1)
где I^ - годовое потребление питьевой воды, которое в соответствии с нормативом составляет 730 (кг/год) для взрослых [4]; DFingi - эффективный дозовый коэффициент радионуклида i при потреблении питьевой воды и пищи (Зв/Бк) [4]; Гdwi - концентрация радионуклида i в питьевой воде (Бк/кг).
Предполагается, что скорость откачки питьевой воды такова, что она не вызывает дополнительного разбавления загрязненной воды. В результате этого концентрация в воде из скважины та же самая, что и концентрация в водоносном горизонте в точке забора, т.е.
Cdw t = Cwi, где Cw t - концентрация радионуклида i в воде водоносного горизонта (Бк/кг), определяемая соотношением
Cw ,i = Cmax, i ' FD / Pw = Cmax, i ' FD (2)
где pw - плотность питьевой воды, принятой равной 1000 (кг/м3); Cmaxi - максимальная
концентрация i-го радионуклида на выходе из ближней зоны (Бк/м3) (C^sx_i - имеет другую
размерность (Бк/кг); FD — коэффициент разбавления в точках контроля, которые могут являться точками водозабора (-). Напомним, что указанный параметр определяется через отношение
концентрации в точках контроля C(г, tj к условной постоянной концентрации пассивного стабильного трассера C0 на границе НЗМ и дальней зоны объекта. При условии C0 = 1 имеем
Fd = C(г, tj. Именно этот вариант и реализован в исследовании загрязнения дальнего поля в нашем случае.
Для оценки зоны экологического риска (размера территории СЗЗ) рассматриваемого объекта было предложено: 1) зафиксировать нормативное значение мощности дозы Hdwi на уровне 10 мкЗв/год и 2) согласиться с расчетным значением максимальной концентрации i-го радионуклида
Cmax, i .
Тогда в соответствии с выражением (1) дальнейший анализ с помощью графической опции программного кода AQUA3D проведен относительно безразмерного фактора разбавления FDi.
Другими словами, для различных слоев модели построены границы загрязнения дальней зоны объекта, для которой выполняется условие (1). При этом учтено, что среди радионуклидов, рассмотренных в сценариях и расчетные значения которых позволяют построить указанные
границы, оказалось всего два - 1291 и 19Se .
Обсуждение результатов
На рис. 1 представлены пространственные распределения фактора разбавления FDi в 1-м и 4-м
слоях модели площадки Сайда-губа для изотопа 1291 для модели постоянной толщины инженерных барьеров. Поперечный размер модели площадки составляет 2900 м, а расстояние между центрами слоев 1 и 4 модели по вертикали составляет порядка 100 м.
СНЭ (изолинии 1,0Е-2; 1,3Е-2) Сценарий с конвективным потто- ком (изолинии 7,7Е-4; 7,0Е-3)
Нет загрязнения
1 слой 1 слой
( # ^
4 слой 4 слой
для изотопа 1291 (модель постоянной толщины инженерных барьеров)
При сравнении представленных пространственных распределений видно, что область
129 т
загрязнения подземных вод на принятом нормативном уровне изотопом I увеличивается с ростом глубины (см. рис. 1).
Однако, существенным моментом является другой факт. А именно, для условий альтернативного сценария, связанного с конвективным потоком подземных вод через инженерные барьеры, прогнозируется загрязнения подземных вод изотопом 1291 уже в 1-м слое модели, т.е. в области потенциальных источников водопользования для площадки Сайда-губа. Для СНЭ объекта подобных загрязнений подземных вод не прогнозировалось
СНЭ (изолинии 1,0Е-3; 1,6Е-3)
т=
Сценарий с конвективным потоком (изолинии 1,0Е-4; 1,2Е-4)
1 слой
1 слой
4 слой
4 слой
Рис. 2. Пространственное распределение фактора разбавления FDІ в 1-м и 4-м слоях модели площадки Сайда-губа для изотопа 79Se (модель постоянной толщины инженерных барьеров)
и площадка, в принципе, могла бы иметь статус приемлемой для размещения подобного объекта. На рис. 2 представлены пространственные распределения загрязнения подземных вод в
единицах фактора разбавления FDІ изотопом 79Se для анализируемых сценариев эволюции
подземного объекта в 1 и 4 слоях модели.
Отметим, что по фактору разбавления, соответствующему критерию мощности в 10 мкЗв/год, в каждом рассмотренном сценарии размеры зоны экологического риска заметно увеличиваются от 1-го слоя к 4-му. Причем, наиболее существенное, как и в ситуации с изотопом 1291, увеличение площади соответствует альтернативному сценарию, связанному с конвективДля радионуклида
79Se зона экологического риска выше уровня 10 мкЗв/год прогнозируется в 1-м слое модели площадки Сайда-губа (рис. 2) и в СНЭ объекта, и в альтернативном сценарии. Для сценария, связанного с конвективным потоком подземных вод через инженерные барьеры, размер зоны экологического риска выше нормативного уровня оказывается по площади существенно больше, чем для СНЭ.
Отметим, что с целью уменьшения количества изолиний на рис. 1 и 2 при построении использовались наименьшее и наибольшее значения фактора разбавления, что в свою очередь связано с вариацией толщины инженерных барьеров (см. табл.).
Заключение
Таким образом, из анализа пространственного распределения фактора разбавления с учетом принятых консервативных предположений для рассмотренной модели площадки, можно сделать следующие выводы:
размер зоны экологического риска определяется глубиной от поверхности анализируемого сечения модели;
потенциально более опасна ситуация для альтернативного сценария, связанного с наличием конвективного потока подземных вод через инженерные барьеры. Прогнозируется заметное увеличение площади санитарно-защитной зоны объекта по сравнению с размером санитарнозащитной зоны в сценарии нормальной эволюции;
по критерию мощности дозы для населения 10 мкЗв/год вывод о безопасности объекта на рассмотренной площадке представляется преждевременным. Для такого вывода необходимо провести дополнительные исследования, например, по влиянию вариации глубины размещения объекта на загрязнение подземной гидросферы.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Оценка безопасности приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов (РБ-011-2000) // Вестник Госатомнадзора России. - 2002. - № 3. - С. 59-86.
2. Мельников, Н.Н. Радиогеоэкологические аспекты безопасности подземного захоронения радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива на европейском Севере России / Н.Н. Мельников и др. - Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2001. - 194 с.
3. Амосов, П.В. Применение цифровой гидрогеологической модели потенциальной площадки размещения радиационно-опасного объекта для обеспечения экологической безопасности / П.В. Амосов, А.В. Наумов, Н.В. Новожилова // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск: Дальний Восток. - 2007. № ОВ 9. - С. 536-547.
4. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). - М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, 1999. - 116 с.
5. Амосов, П.В. Радиогеоэкология: использование цифровой гидрогеологической модели размещения экологически безопасной площадки для подземного радиационно-опасного объекта / П.В. Амосов, А.В. Наумов, Н.В. Новожилова // Инженерная экология. - 2007. - № 3. - С. 3-13.
6. Амосов, П.В. Анализ альтернативного сценария «Скважина откачки» (на примере площадки Сайда-губа) / П.В. Амосов // Вестник МГТУ. - 2007. - Т. 10. - № 4. - С. 519-522.
7. Амосов, П.В. Радиогеоэкология: моделирование эволюции подземного объекта долговременного хранилища радиационно-опасных материалов (связанного с наличием конвективного потока подземных вод через инженерные барьеры) / П.В. Амосов, А.В. Наумов, Н.В. Новожилова // Инженерная экология. - 2008. - № 2. - С. 28-42.
8. Амосов, П.В. Анализ альтернативного сценария «Ошибка в определении сорбционных свойств радионуклидов на материалах инженерных барьеров и вмещающего массива» в оценке экологической безопасности радиационноопасных объектов / П.В. Амосов, Н.В. Новожилова //Вестник МГТУ. -2009. - Т. 12. - № 1. - С. 89-96. ИТШ
— Коротко об авторе ----------------------------------------------------
Амосов П.В. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник,
Новожилова Н.В. - младший научный сотрудник,
Горный институт Кольского научного центра РАН, Мурманская область, г. Апатиты, vosoma@goi.kolasc.net.ru.
