CC BY
30
УДК 622:577.4 В. С. Гупало
РАЗРАБОТКА ПОДХОДОВ К ВЫБОРУ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПУНКТОВ ЗАХОРОНЕНИЯ РАО
Разработаны рекомендации по выбору геологических формаций для создания приповерхностных и подземных объектов окончательной изоляции, стадийности проведения изысканий и объему получаемых параметров.
Ключевые слова: захоронения РАО, выбор геологических формаций, безопасность окончательной изоляции.
Основной задачей предпроектных стадий исследований места потенциального размещения объекта захоронения является получение данных для оценки способности геологической среды локализовать загрязнение в пределах санитарной защитной зоны планируемого объекта окончательной изоляции.
Проведение таких работ проводилось с ориентировкой на требования действующих нормативных документов, определяющих объем изыскательских работ для объектов гражданского строительства. Общий порядок действий при проведении таких работ можно представить в виде схемы, приведенной на рис.
1.
На данной схеме представлен порядок действий от стадии определения целей инвестирования до техникоэкономического обоснования. В силу того, что целесообразность перехода к более детальной стадии исследований, в случае создания пункта захоронения РАО, будет определяться результатами оценки безопасности предполагаемого объекта, в схему включены предшествующие основным стадиям этапы, целью которых является сбор сведений, необходимых для оценки безопасности.
То есть, перед каждой нормативно-регламентированной стадией исследо-
ваний производится комплекс изысканий, направленный на получение необходимого количества исходных данных, характеризующих геологическую среду, для моделирования потенциально небезопасных процессов и оценки безопасности. Положительный результат прогнозирования является основанием для проведения последующей более детальной стадии изысканий, регламентированной нормативными документами.
Проведенный анализ приведенных нормативных подходов к выполнению изысканий показал, что их общим недостатком является не учет специфики объектов окончательной изоляции и протекающих процессов при реализации захоронения, а также ориентировка на получение необоснованно избыточного количества информации. Это приводило к получению большого количества параметров, не влияющих на оценку безопасности - т.е. на обоснование пригодности места для расположения могильника, а необходимых только для стадии проектирования и строительства объекта на уже выбранном месте. Это можно объяснить тем, что большинство параметров,
Рис. 1. Методика проведения инженерных изысканий при обосновании пригодности мест для размещения объектов окончательной изоляции РАО
определяемых этими изысканиями (как тепловые и механические свойства образцов пород, плотность, упругость, коэффициент сдвиговых деформаций) напрямую не влияют на безопасность окончательной изоляции РАО в пределах площадки.
Другим недостатком сложившихся подходов является ориентировка при оценке пригодности геологической
рии приемлемости породных массивов для захоронения РАО, определяющие необходимость поиска слабопроницаемых блоков с коэффициентами фильтрации ниже 10-3 м/сут. Однако, эффективность задержки радионуклидов определяется комплексом физических процессов: физическая локализация, геохимическая локализация, растворение и распад. Таким образом, общим недостатком этих
критериев является отсутствием взаимосвязи требуемых характеристик геологических формаций с объемом и составом изолируемых отходов.
Приведенные недостатки обуславливают необходимость разработки единого подхода к оценке геологических формаций с точки зрения их пригодности для создания объектов окончательной изоляции РАО. Т.е. для обоснования пригодности места необходимо установить ряд параметров, влияющих на безопасность объекта окончательной изоляции и с учетом их вклада в обеспечение безопасности и процедур по созданию таких объектов определить стадийность их получения для предпроектной и проектной стадии создания объекта.
Для решения этого вопроса предложено исходить из того, что одни параметры в той или иной степени более необходимы на ранних стадиях, а другие - на более поздних. Т.е., для обоснования безопасности захоронения в данном месте необходимо изначально определять лишь те параметры, которые напрямую влияют на безопасность и участвуют в моделировании процессов миграции радионуклидов из рабочего пространства могильника. Этот подход должен позволить проводить предпроект-ную (на стадиях ДОН, ОБИН) оценку в максимально короткие сроки и не привязываться к накоплению излишней горногеологической информации, необходимой позже, на стадии проекта.
Таким образом, для обоснования пригодности места необходимо установить только ряд параметров, определяющих безопасность объекта окончательной изоляции. Т.е., учитывая специфику процедур по окончательной изоляции РАО, для предпро-ектных стадий исследований логичнее опираться в первую очередь на расчеты безопасности (нераспространения радионуклидов из рабочего пространства) планируемого объекта.
Для определения перечня таких параметров было проведено моделирование процессов распространения радионуклидного загрязнения с использованием математической модели, позволяющей исследовать влияние изменения скорости растворения, проницаемости формации, объемов водопроявлений и т.д.
Используя частное аналитическое решение основного уравнения массопе-реноса с учетом сорбции в одномерном случае при постоянной концентрации на «левой» границе проведем оценку вклада получаемых при инженерногеологических изысканиях параметров на безопасность планируемого объекта окончательной изоляции. В качестве показателя безопасности примем значение удаления фронта предельно допустимой концентрации радионуклидов от пункта захоронения
Рис. 2. Анализ влияния свойств геологической среды на показатели безопасности окончательной изоляции РАО
(
2 С-
С
л
0
в
----г
по
Ь(С{, t) = — г + 2е^е
по
где П0 - активная трещинова-
тость/пористость среды, доли ед.; V -скорость фильтрации по Дарси, м/год; С^ - значение искомой предельно-
допустимой концентрации (Cf < С0), кг/м3; С0 - значение растворимости радионуклида в поровых водах, кг/м3; В -обобщенный коэффициент дисперсии (гидродисперсии), м /год.
В = Вм + вк,
вм - коэффициент молекулярной диффузии, м2/год; Вк - коэффициент механической дисперсии (Вк = XV),
м2/год;
Результаты моделирования приведены на рис. 2. Полученные результаты показывают, что в зависимости от состава изолируемых отходов, свойств геологической среды и степени эффективности задерживающих механизмов параметры безопасности объекта окончательной изоляции будут варьироваться при одних и тех же значениях коэффициентов фильтрации.
Это означает, что нет универсальных параметров пригодности геологической среды, определяющих безопасные условия для создания объекта окончательной изоляции. И критерием пригодности геологической среды является показатель безопасности окончательной изоляции в данных геологических условиях отходов с данными параметрами.
Совместный анализ результатов моделирования и приведенной на рис. 1 и стадийности проведения
де
~Ы
дЫ
= в
( д 2е^
\дх J
- V-
1 де дх
п
0
Характеристики защитных механизмов геологической среды, определяющих безопасность окончательной изоляции РАО
Параметр Значение ДОН ОБИН ТЭО
Lm , м длина путей миграции загрязнения ** *** ***
P , м длина траектории фильтрации ** ***
- , м пространственное расположение нарушенных зон, определяющих траектории фильтрации и миграции * ***
AH, м гидростатические напоры, определяющие градиенты потоков подземных вод * ** ***
СЛ S 6 гидрогеологический баланс поверхностных и подземных водотоков * **
S h, мощность фильтрующих зон ** *** ***
kф , м/год проницаемость (коэффициент фильтрации) ** *** ***
% м К активная пористость/трещиноватость * ** ***
D, м2/год обобщенный коэффициент механической гидродисперсии *
Dц , м2/год коэффициент диффузии ього радиоизотопа *
У, кг/ м3 объемная масса пород * **
а'с, 1/год скорость сорбции 1-го радионуклида *
K'd1 , м3/кг распределение фаз при сорбции 1-го радионуклида для j-ого мигрирующего соединения * ** ***
Nmax , кг/ м3 сорбционная емкость 1-го радионуклида * **
- , г/л химический состав подземных вод * **
- , г/л химический и минеральный состав пород *
pH , mV электрохимический потенциал подземных вод * ** ***
eH , mV окислительно-восстановительный потенциал * ** ***
- , % минеральный состав материалов-заполнителей нарушенных зон * **
А , Вт/ м ■ К теплопроводность горных пород * *
исследований позволили обосновать минимально необходимый перечень параметров, необходимый для получения в ходе изыскательских работ для различных стадий создания пункта захоронения.
Заключение
1. Показано, что программа исследований, определяемая требованиями действующих нормативных документов, не позволяет получить параметры геологической среды, являющиеся необходимыми для проведения оценок безопасности и обоснования пригодности участка для создания объекта окончательной изоляции.
2. На основе требований к исходным данным для проведения моделиро-
380
_ Коротко об авторе ___________________
Гупало В.С. - ОАО ВНИПИпромтехнологии, г. Москва, [email protected]
вания процессов, определяющих долговременную безопасность, определен перечень первоочередных параметров геологической для обоснования пригодности места захоронения.
3. Показано, что критерием принятия решения о необходимости создания регионального объекта окончательной изоляции является соответствие задерживающих характеристик вмещающих могильник природнотехнических систем свойствам размещаемых радиоактивных отходов, определяя тем самым минимально необходимый перечень параметров необходимый для получения в ходе изыскательских работ. іДїш
