Прогнозирование вертикальной миграции радионуклидов из хранилищ РАО приповерхностного типа

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОЙ МИГРАЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ ИЗ ХРАНИЛИЩ РАО ПРИПОВЕРХНОСТНОГО ТИПА

Л.Б. Прозоров, М.М. Хахунова

ГУП МосНПО "Радон1

Основной целью работы являлось определение миграционных параметров вмещающих пород по отношению к Cs137 непосредственно под днищем хранилищ различного времени заложения и прогноз вертикальной миграции основных радионуклидов.

The main purpose of the work was to determine the migration parameters of host rocks to Cs137 directly underneath the storage of different time of inception and forecast vertical migration of the main radionuclides.

Переработанные радиоактивные отходы низкой и средней активности (РАО) размещаются в приповерхностных хранилищах траншейного типа. Данный тип хранилищ представляет собой траншею глубиной 4-5 м, стены и перекрытия выполнены из железобетонных плит или монолитного бетона. Объем хранилищ - от 400 до 20000 м3. Вмещающими породами являются покровные суглинки (prQ//), мощностью до 4 м, которые подстилаются толщей моренных отложений московского и донского оледенений, мощностью до 60 м (gQ\+//ds+ms). Ниже толщи моренных отложений залегает водоносный горизонт верхнемелового возраста, воды которого активно используются в данном районе. Поэтому, в связи с увеличением времени хранения РАО, может возникнуть опасность радиоактивного загрязнения водоносных горизонтов.

Миграция радионуклидов происходит как в горизонтальном так и в вертикальном направлениях (рис.1). Данная работа направлена на определение скорости вертикального проникновения радионуклидов через моренные суглинки в подстилающие породы. При проведении изыскательских работ в начале 60-х годов обводненность покровных суглинков отмечалась только в одной скважине, расположенной в тальвеге лощины. Первый водоносный горизонт в межморенных отложениях залегает на глубине 44-45 м и характеризуется небольшой водообильностью. Отсутствие грунтовых вод, низкие коэффициенты фильтрации (0,001-0,01 м/сут) и высокие сорбционные свойства моренных суглинков, наряду с удаленностью от населенных пунктов, способствовали выбору данной площадки в соответствии с требованиями для размещения РАО.

В процессе строительства котлованов для размещения железобетонных хранилищ РАО осуществлялась засыпка свободного пространства ранее вынутым грунтом, что привело к образованию вокруг этих хранилищ зон повышенной проницаемости, в которых происходит аккумуляция атмосферных осадков. В результате на территории площадки сформировался безнапорный техногенный горизонт грунтовых вод («верховодка»), приуроченный к зоне нарушенных грунтов с коэффициентом фильтрации 0,1-1,0 м/сут.

Миграция радионуклидов в горизонтальном направлении в районе размещения хранилищ контролируется системой мониторинговых скважин. За годы наблюдений в зоне нарушенных грунтов приконтурной зоны «исторических» хранилищ отмечены ареолы растекания с повышенным содержанием радионуклидов шириной до 2-3 м. Вследствие низких фильтрационных характеристик вмещающих грунтов, их высоких

ВЕСТНИК 1/2010

сорбционных свойств и действия дренажной системы, горизонтального смещения ареолов загрязнения по площади не наблюдается.

атмосферные осадки

Рисунок 1. Распространение радионуклидов в приповерхностных хранилищах в горизонтальном и

вертикальном направлениях.

Для оценки скорости вертикальной миграции радионуклидов из «исторических» хранилищ в 2007 г. было выполнено бурение исследовательских скважин в теле хранилищ. На основании полученных данных о распределении С8137 под днищем хранилищ было проведено моделирование вертикального проникновения радионуклидов в моренные суглинки с целью решения прогнозной задачи радионуклидного загрязнения верхнемеловых водоносных горизонтов, залегающие на глубине 60-65м. Начальное решение задачи осуществлялось по результатам буровых работ, проведенных на трех хранилищах разного периода эксплуатации (40, 20, 10 лет после консервации).

Расчеты [1], проведенные на основании результатов бурения исследовательских скважин под дном хранилищ, позволяют заключить, что глубина вертикального проникновения радионуклидов из зоны хранения отвержденных отходов составляет 0,9-2,5м, независимо от возраста хранилищ. Максимальное продвижение обусловлено преимущественно фильтрационной неоднородностью подстилающих грунтов.

Для решения обратной задачи (определение коэффициента распределения основного радионуклида во вмещающих грунтах по данным контрольного бурения) были построены, откалиброваны и проверены на соответствие натурным условиям фильтрационные и миграционные модели. В качестве критериев проверки служили расход нисходящего потока, проходящего через зону хранилища, и измеренные в исследовательских скважинах концентрации основных радионуклидов-загрязнителей.

В результате расчетов установлено, что величина коэффициента распределения равна Кл = 7*10-6м3/г, а показатель дисперсии 81 изменяется от 0,1 до 1м, что характерно для неоднородных суглинков московской морены. Эта неоднородность строения моренных суглинков, связанная с наличием прослоев и линз песка, является одним из факторов переноса загрязняющих веществ.

После калибровки модели и определения коэффициента распределения грунтов было выполнено прогнозное моделирование миграции радионуклидов в двух вариантах (с разными коэффициентами фильтрации) для основного сорбируемого радионуклида С8137 с периодом полураспада равным 30 лет [2].

В результате прогнозного моделирования на период до 300 лет было установлено, что со временем на определенной глубине происходит стабилизация концентраций загрязнителей. Распространение загрязнений с концентрацией, соответствующей уровню вмешательства [2], не превысит для Cs137глубины 4-5 м через 300 лет.

По результатам выполненного моделирования сделан вывод, что загрязнение верхнемелового водоносного горизонта в результате потенциально возможной вертикальной миграции радионуклидов из хранилищ представляется маловероятным.

Литература:

1. Ефремов Д.И. «Региональная переоценка эксплуатационных запасов пресных подземных вод центральной части Московского артезианского бассейна (Московский регион)» ФГУП «Геоцентр-Москва», М, 2002 г.

2. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). СП 2.6.1.758-99, Минздрав России, 1999г.

Ключевые слова: прогнозирование, моделирование, миграция, радионуклиды, хранилища радиоактивных отходов приповерхностного типа, вмещающие породы, водоносный горизонт, бурение, исследовательские скважины.

Keywords: forecasting, modeling, migration, radionuclides, nuclear waste repository near-surface type, the host rocks, aquifer, drilling exploratory holes.

Рецензент: профессор д.г.-м.н., заместитель директора по науке ООО «Патриарший архитектурно-реставрационный центр в Троице -Сергиевой Лавре» В.В. Дмитриев

E-mail автора: mmhahunova@mail.ru