LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 2
(всего 5)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

0
Март
0,5
0,1
0,833
0,568
17,5
10,8
0,5
дождь
0,613
0,472
Апрель
0,5
0,1
0,833
0,527
15
10,4
0,5
дождь
0,359
0,276
Май
0,5
0,1
0,833
0,487
15
10,0
1
0,469
0,361
Июнь
0,5
0,1
0,833
0,600
20
11,1
1
1,820
1,400
Июль
0,5
0,1
0,833
0,547
15
10,6
0,5
трава
0,436
0,336
Август
0,5
0,1
0,833
0,855
10
13,25
0,5
трава
1,875
1,442
Сентябрь
0,5
0,1
0,833
0,395
5
9,0
0,5
трава
0,021
0,016
Октябрь
0,5
0,1
0,833
0,955
2,5
14,0
0,5
дождь
0,671
0,516
Ноябрь
0,5
0,1
0,833
0,395
7,5
9,0
1
0,063
0,049
Декабрь
0,5
0,1
0,833
0,702
5
12,0
0
снежный покров
0
0
Суммарные потери за год
6,327
4,867








Таблица 3. Результаты расчетов распыления ХВХ с учетом климатических условий и пылевых бурь.
Месяц
p1
p2
p1/(p1+p2)
?, Н/м2
Кол-во дней с Uе ? 8 м/с
Uе в учетные дни, м/с
Кол-во дней с пылевыми бурями*
Потеря Q, кг/м2
Потеря Q, мм
Январь
0,5
0,1
0,833
0,320
2,5
8,1
0
0
0
Февраль
0,5
0,1
0,833
0,590
5
11,0
0
0
0
Март
0,5
0,1
0,833
0,568
17,5
10,8
7
0,245
0,189
Апрель
0,5
0,1
0,833
0,527
15
10,4
6
0,143
0,110
Май
0,5
0,1
0,833
0,487
15
10,0
6
0,187
0,144
Июнь
0,5
0,1
0,833
0,600
20
11,1
8
0,728
0,560
Июль
0,5
0,1
0,833
0,547
15
10,6
6
0,175
0,134
Август
0,5
0,1
0,833
0,855
10
13,25
4
0,750
0,577
Сентябрь
0,5
0,1
0,833
0,395
5
9,0
2
0,008
0,007
Октябрь
0,5
0,1
0,833
0,955
2,5
14,0
1
0,269
0,207
Ноябрь
0,5
0,1
0,833
0,395
7,5
9,0
3
0,025
0,020
Декабрь
0,5
0,1
0,833
0,702
5
12,0
0
0
0
Суммарные потери за год
2,531
1,947
* Примечание - количество дней с пылевыми бурями принято равным 0,4 от количества дней с Uе ? 8 м/с. Для более корректного прогноза необходимы данные метеостанций, когда зафиксирован перенос частиц на пылеуловителях.



Представленные расчеты носят оценочный характер, причем в сторону завышения, в силу следующих причин:
* Характеристики почвы ХВХ приняты усредненными для типичных видов почв и могут отличаться от реальных характеристик. В случае доминирования глинистых составляющих в почве ХВХ, результаты представленных расчетов будут явно завышены;
* В данной модели в явном виде не учитывается влияние влажности почвы на перенос частиц. В расчетах принято допущение, что во время "дождливых" месяцев половину времени почва увлажнена и не подвергнута эрозии, а вторую половину времени высушена и подвергается эрозии. В реальных условиях в весенние месяцы возможно выпадение осадков в течение месяца таким образом, что практически почва не осушается;
* В данной модели в явном виде не учитывается влияние роста травяного покрова в конце весенних и начале летних месяцев. В условиях сплошной растительности эрозии почвы практически не будет. Однако в силу отсутствия данных о характере травяного покрова на территории ХВХ принято, что половина площади ХВХ доступна ветровой эрозии.
Тем не менее, представленные расчеты позволяют качественно оценить характер ветровой эрозии почвы ХВХ. С учетом климатических условий можно ожидать предельную эрозию (размывание зеркала ХВХ) со скоростью ? 15 мм/год, в том числе пылевую составляющую (унос загрязненной почвы ХВХ) ? 2-3 мм/год. Наиболее эрозионноопасными являются весенние месяцы после завершения сезона дождей, но до начала буйного роста травяного покрова, а также после высыхания травы до начала сезона осенних дождей. Вполне возможно, что в июне (в расчетах принят как один из наиболее опасных месяцев) устанавливается травяной покров и эрозии практически не будет, а также в ноябре возможен переход от травяного покрова сразу к сезону дождей с последующим снежным покровом. В этом случае ветровая эрозия будет ниже приведенной в расчетах.
Для более достоверных расчетов развития ветровой эрозии почвы ХВХ в течение конкретного времени необходимы:
* ежесуточные данные по количеству выпавших осадков, температуре;
* времени установления травяного покрова;
* данные о наличии пыльных бурь.
При определении концентрации пыли в конкретной точке, приносимой ветром, должно учитываться не только расстояние, на которое перемещается пыль, но также концентрация и площадь всей загрязненной поверхности. Поэтому встает проблема учета переноса пыли с уже ранее загрязненных участков. А это достаточно сложная математическая задача, и поэтому при решении третьей задачи на первом этапе рассмотрено определение концентрации в первом приближении без учета пыли с ранее загрязненных участков.
Предполагается, что со временем большая часть поверхности ХВХ покрывается растительностью. Однако в первые годы поверхность ХВХ не зарастала и пылевой перенос был максимальным.
На рисунке 2 выдан ореол концентрации пыли, образующийся за один месяц (с 1.03.1999 по 31.03.1999). Зеленым цветом на рисунке закрашена площадь загрязнения, красным - площадь ХВХ, серым - ближайшие жилые массивы, синяя полоса (на дальнейших рисунках) - Большой Чуйский канал. В этом расчете предполагалось, что 25% поверхности ХВХ не подвержено дефляции.

Рис.2. Ореол загрязнения за месяц (25% поверхности не подвержено дефляции).

Потеря почвы за этот период составила 2 т/га, общая площадь загрязнения составила около 9000 га. Из рисунка 2 видно, что через месяц ореол загрязнения достигает жилых массивов.
На рисунке 3 выдан ореол концентрации пыли, образующийся за один год (с 1.01.1999 по 31.12.1999). В этом расчете также предполагалось, что 25% поверхности не подвержено дефляции.


Рис.3. Ореол загрязнения за год (25% поверхности не подвержено дефляции).

Потеря почвы за этот период составила примерно 14 т/га, общая площадь загрязнения составила около 360000 га. Из рисунка 3 видно, что ореол вытянут в юго-западном направлении, а в северном направлении достигает БЧК.
На рисунке 4 выдан ореол концентрации пыли, образующийся за один год (с 1.01.1999 по 31.12.1999). В этом расчете предполагалось, что вся поверхность подвержена дефляции.


Рис.4. Ореол загрязнения за год (вся поверхность подвержена дефляции).

Из рисунка 4 видно, что максимальная потеря почвы за этот период может составить 19 т/га. При этом общая площадь поверхности, подвергшаяся загрязнению, остается прежней (около 360000 га).
В таблице 4 приведены основные параметры ветровой эрозии почвы, полученные за один год (с 1.01.1999 по 31.12.1999) при различном моделировании размеров поверхности ХВХ, подверженной дефляции.

Таблица 4. Прогноз дефляции почвы с поверхности ХВХ за 1 год.

Площадь, подверженная дефляции (га)
61
121
181
242
Отношение площади, подверженной дефляции, ко всей площади ХВХ (%)
25
50
75
100
Площадь загрязнения (га)
360000
360000
360000
360000
Потеря почвы (т/га)
5
10
14
19
Толщина эрозийного слоя (мм)
0.4
0.7
1.1
1.5
Максимальная концентрация на загрязненной площади вне ХВХ (г/м2)
1.313
2.626
3.939
5.253

На рисунке 5 выдан ореол концентрации пыли, образующийся за 50 лет (период существования ХВХ к 2005 году). Этот прогноз основан на данных метеостанции (розе ветров) за 1999 год. Так как данные метеостанции есть только за 1999 год, они продублированы 50 раз в предположении примерно одинаковой ежегодной розы ветров. То есть в каждый рассматриваемый год принимается, что основное направление ветров аналогично розе ветров за 1999 год.


Рис.5. Ореол загрязнения за 50 лет (дефляции подвержено 25% поверхности).

Из рисунка 5 видно, что максимальная потеря почвы за этот период может составить 240 т/га. При этом общая площадь поверхности, подвергшаяся загрязнению, составляет более 800 000 000 га.
При анализе результатов, необходимо отметить следующий факт. В используемой модели присутствует параметр Uкр. - критическая скорость, при которой начинается безвозвратный перенос частиц. В ряде работ этот параметр выбирается равным 8, поэтому мы, не зная характеристик почвенного состава хвостохранилища, остановились на этом же значении. Но нам известны результаты, где для влажных почв этот параметр принимался равным 10. При таком значении параметра Uкр. масса выдуваемой почвы сократится более чем в 3 раза. Если же критическая скорость увеличится до 12, то масса выдуваемой почвы сократится при данной розе ветров более чем в 10 раз.
Из анализа численных исследований распространения загрязнения с поверхности ХВХ ветром можно сделать следующие выводы:
1. Выбор места для организации ХВХ неудачен. Даже при слабом ветре пылевое загрязнение окружающей местности было предопределено;
2. Загрязнение распространяется на площади более 1000 км2. Через 50 лет после начала эксплуатации ХВХ (к 2005 году) пылевое загрязнение распространяется на сотни километров во все стороны, на севере подходит к реке Чу, на востоке к г. Бишкек, и захватывает все окрестные районы жилых массивов;
3. Для уменьшения площади загрязнения необходимо полное покрытие поверхности ХВХ любой растительностью.

Литература к разделу I.1.

1. Андерсон С.Р., Халлет Б. Общая модель переноса частиц ветром // Вашингтон, 98195.
2. Глазунов Г.П., Гендугов В.М. Механизмы ветровой эрозии почв // Почвоведение, 2001, №6.
3. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред // М.: Наука, 1978.
4. Рахматулин Х.А. Основы газодинамики взаимопроникающих движений сжимаемых сред // ПММ, 1956, Т.20, вып.2.


I.2 Перенос радона

Попавшие в атмосферу радионуклиды подвергаются влиянию различных физических процессов, которые и определяют их дальнейшую судьбу. Наиболее важные с точки зрения дозиметрии процессы - это рассеяние радиоактивных продуктов в атмосфере и последующее их удаление из атмосферы. Рассеяние радионуклидов, поступивших в приземный пограничный слой (нижние несколько метров атмосферы), обусловлено как ветровым переносом (адвекция), так и перемешиванием (диффузия), происходящими как в локальном, так и в глобальном масштабе. Первоначально радионуклиды рассеиваются благодаря локальной циркуляции атмосферы. Этот процесс занимает несколько часов или дней и приводит к распространению их в горизонтальной плоскости на несколько километров. Разбавление и перемешивание вызываются турбулентными вихрями и сдвигами ветра. В вертикальном направлении эти вихри ограничены размерами слоя перемешивания, а в горизонтальном они распространяются в зависимости от скорости ветра. Адвективная составляющая (обычный перенос радионуклидов) определяется по измерениям параметров ветра на поверхности и на различных высотах, производимым различными метеорологическими системами, работающими как часть местных, региональных или глобальных сетей мониторинга. Ветровые потоки, наблюдаемые в отдельных регионах, можно рассматривать как состоящие из среднего ветрового компонента и накладывающегося флуктуационного компонента (обычно называемого вихревым), который может быть связан с диффузными (турбулентными) свойствами потоков. Атмосферная турбулентность состоит из широкого спектра вихрей, охватывающих расстояния от тысячи километров до размера молекул. Происходит непрерывный перенос кинетической энергии от более крупных вихревых потоков к мелким, в области которых энергия рассеивается. Интенсивность турбулентного перемешивания атмосферы в первую очередь зависит от неоднородности подстилающей поверхности, сдвигов ветра по высоте и вертикального распределения температур в атмосфере. Следовательно, можно ожидать большей интенсивности турбулентного движения над пересеченной местностью, нежели над равниной, и в периоды, когда сильный нагрев солнечным светом приводит к вертикальной температурной нестабильности. В приграничном слое турбулентность часто зависит от вертикальных температурных градиентов в атмосфере и вариабельности как горизонтальных направлений, так и скорости ветра. Теоретическая основа подобных взаимосвязей обычно мало понятна, поэтому приходится полагаться на эмпирические соотношения, полученные на базе метеорологических полевых экспериментов.
Радиоактивные продукты удаляются из атмосферы двумя основными механизмами: вымыванием с помощью осадков и сухим выпадением. Вымывание осадками - это выведение аэрозольных и газообразных веществ из атмосферы с различными видами осадков. Этот процесс включает в себя поступление радионуклидов в капли дождевой воды и последующее выпадение вещества на поверхность земли. Интенсивность данного процесса, который определяет длительность пребывания вещества в атмосфере, может в значительной степени обусловливать характер поля выпадений и концентрации переносимых по ветру веществ. Удаление радиоактивных частиц и газов из атмосферы через выпадение осадков зависит от сложных микрофизических и микрохимических процессов, которые являются функциями условий как внутри, так и вне несущих природные облака слоев. К ним относятся: образование капель на ядрах конденсации, диффузия газов и твердых частиц в облачные и дождевые капли, аэродинамический и электростатический захват, термофорез и диффузиофорез. Удаление из атмосферы посредством сухого выпадения играет большую роль в пределах лежащего у поверхности слоя, где переносимая ветром радиоактивность может приходить в контакт с поверхностью посредством различных механизмов. Это диффузия, гравитационное оседание, столкновения, захват, электростатические эффекты, диффузиофорез и термофорез. Эти процессы чрезвычайно сложны и мало изучены, поэтому их обычно моделируют через скорость осаждения, которую определяют как поток осаждаемого вещества, деленный на концентрацию в воздухе. Выпавший на поверхность материал может впоследствии снова перейти в атмосферу под влиянием ветра и механических воздействий, обусловленных человеческой деятельностью. Процесс повторного перехода в суспензию может продолжаться над загрязненной территорией в течение длительного времени. Физические процессы, включенные в явление ресуспензии, также слабо изучены и с трудом поддаются измерению. Изучение ресуспензии часто основывается на концепции коэффициента ресуспензии, который определяется отношением концентраций в атмосфере к концентрациям на поверхности. Эти коэффициенты, однако, могут варьироваться в пределах многих порядков величины, и, следовательно, их использование ограничено для предсказания ингаляционной дозы, обусловленной ресуспензированными загрязнителями. При создании численных моделей нередко используется именно скорость ресуспензии, которая является функцией различных физических процессов, таких, как скачкообразное движение частиц и перемещение по поверхности. Считается, что скорости ресуспензии зависят от типа почв, размеров частиц, влажности поверхности, силы ветра у поверхности и атмосферной стабильности, однако они также варьируются в пределах нескольких порядков величины. Таким образом, наша способность предсказывать скорость ресуспензии ограничена недостаточным пониманием задействованных физических процессов и большой изменчивостью наблюдаемых скоростей.

1. Модель переноса радона

Решение проблемы прогнозирования пространственных масштабов ореола с повышенной концентрацией радона вокруг хвостохранилища (ХВХ) радиоактивных отходов в районе г. Кара-Балта требует проведения согласованных экспериментальных и расчетно-теоретических исследований. Само хранилище представляет собой в плоскости земной поверхности вытянутый прямоугольник размерами 2LX?2LY ˜ 3006?1958м, в области которого имеет место повышенная по сравнению с природным фоном (в некоторых местах в 1000 раз) эксхаляция Rn, представляющая опасность для биологических организмов. Естественно, что наиболее опасен радон в приземном слое на высотах 1 -2 м над поверхностью, откуда он попадает в дыхательные пути человека.
Динамика распространения Rn в стороны от хранилища определяется пространственно-временными вариациями метеорологических факторов, таких как направление и сила ветра, скорость конвективного перемешивания воздушных слоев в приземном слое, количество осадков и т.д. В силу достаточно короткого времени жизни атомов этого химического элемента (период полураспада 3.8 дня) и малости коэффициента молекулярной диффузии в воздухе DM ˜ 0.1см2/с, можно ожидать, что в тихую безветренную погоду радон практически не будет загрязнять атмосферу за пределами области над хранилищем. В этом случае будет происходить только вертикальный перенос радона за счет турбулентной диффузии, создаваемой конвективными потоками воздуха (рис.6).

Рис.6. Схема распространения Rn в стороны от хранилища.

Постановка измерений концентрации Rn на разных высотах над площадью хранилища в тихие дни позволила бы определить величину коэффициента турбулентной диффузии DZ в данном районе и его зависимость, в общем случае, от времени суток и удаления от земли z (из результатов многих исследований рассеивания примесей в атмосфере следует, что DZ ˜ z). Анализ результатов таких измерений можно проводить с помощью подгонки решений одномерного стационарного уравнения диффузии:
,
где ?Rn=2.1?10-6с-1 - постоянная распада. Одно из граничных условий для этого уравнения очевидно: C=0 при z??. Второе граничное условие на поверхности земли получается из требования равенства эксхаляции радона из грунта потоку его атомов в атмосфере в точке z=0:
.
Здесь DG, CG - коэффициент диффузии и концентрация Rn в пустотном пространстве грунта, mG - пористость грунта; характерный диапазон значений DG ˜ 0.0005-0.05 см2/с. Известно, что стационарные распределения Rn вблизи земной поверхности неплохо описываются экспоненциальными законами:
, z < 0,
, z ? 0, .
Здесь KRn - коэффициент эманирования (выделения) Rn в пустотное пространство (поры, трещины), меняющийся для разных пород от сотых долей процента до ˜ 50%; Q - темп наработки атомов Rn в единице объема подпочвенного слоя. Поскольку непосредственным источником этого химического элемента является ?-распад радия, то величину Q принято представлять в виде: , PRa - весовая концентрация Ra в граммах на грамм породы плотностью ?; ?Ra и ARa - постоянная распада и атомный вес Ra.
Подставляя данные соотношения в граничное условие на земной поверхности, получим связь концентрации Rn в приземном слое C0 с величиной Q:
.
Эта связь дает возможность дополнительной оценки DZ путем измерения C0, если известен концентрационный состав урановых захоронений, а также величины KRn и m. Также необходимо знать коэффициент диффузии Rn в порах грунта DG, для чего можно провести дополнительные подземные измерения на 2-х - 3-х глубинах в пределах 1 м от поверхности.
Подводя итог, можно сказать, что систематические измерения при отсутствии ветра концентрации радона в Z-направлении совместно с численным моделированием позволяют оценить характерную высоту облака с его повышенным содержанием, подобрать коэффициенты модели, соответствующие изучаемому региону. При этом надо иметь в виду, что из-за возможных случайных и систематических вариаций параметров эксхаляции - PRa , KRn, m результаты вертикальных измерений могут существенно отличаться в разных участках хранилища. Поэтому, желательно проводить достаточно большие серии таких измерений (десятки), чтобы набрать статистику.
После изучения стационарного радонового поля необходимо провести цикл моделирования ветрового переноса за пределы хранилища. Цель этого этапа моделирования состоит в определении теоретических пределов распространения вредной для здоровья концентрации Rn, а также нахождение метеорологических условий, наиболее способствующих такому распространению.
Для решения задачи ветрового переноса использовалось нестационарное уравнение миграции в существенно двумерной и даже трехмерной постановках:
,
где - поле ветровых скоростей. Эксхаляция Rn при этом должна быть известна и определять собой граничное условие в площади хранилища:
, , .
В силу геометрических особенностей моделирование разумнее всего провести для двух направлений ветра: вдоль осей X и Y, ортогональных, соответственно, короткой и длинной сторонам хранилища. В первом случае общее уравнение миграции конкретизируется следующим образом:
,
а во втором:
.
Чтобы эти уравнения описывали реальные ситуации, необходимо подобрать коэффициенты поперечной диффузии DX, DY и задаться законами вертикальной стратификации скорости приземного ветра vвX(z) (либо vвY(z)). Для оценки коэффициентов диффузии, которые должны зависеть от силы ветра - DX(vвY), DY(vвX), разумнее всего провести в ветреные дни измерения концентрации Rn в приземном слое вдоль осей X,Y на различном удалении от хранилища, и затем, путем вариаций DX, DY , подогнать численные решения под полученные результаты.
Поскольку трудно организовать измерения, охватывающие временной период, в начале которого погода была тихой, а потом стала ветреной, то, скорее всего, речь может идти только о реализации измерений в условиях стационарного ветра в X- или Y- направлениях. Соответственно, моделирование таких измерений должно проводиться в стационарной постановке с граничным условием в виде заданной в площади хранилища эксхаляцией радона. Что касается вертикального профиля скорости ветра, то известно, что в приземном слое выполняется закономерность: , где z0 - некоторый подгоночный параметр, имеющий смысл шероховатости поверхности грунта в исследуемой области. Этот параметр можно извлечь из измерений на различных высотах над землей.
Рассмотренная здесь модель применялась для решения следующих прогнозных задач:
1. В начальный момент (t=0) над хранилищем имеет место стационарное распределение Rn по высоте - C(z,t=0). В этот же момент включается ветер в X- или Y- направлении с заданной скоростью vвX(z), либо vвY(z). В ходе решения нестационарной проблемы переноса определялся темп спада максимальной концентрации Rn в приземном слое Сmax. В ходе счета достигался режим установления, когда Сmax(x,y,t) приближалась к фоновому значению. Исходя из расчетного темпа спада Сmax , можно оценить время исчезновения повышенной концентрации Rn при постоянном ветре.
2. Из общих соображений следует, что наиболее благоприятна для распространения Rn за пределы хранилища погода с периодическим нарастанием и затуханием ветра. В периоды затишья, после того как ветер унес очередное облако с повышенным содержанием Rn, эксхаляция из грунта приводит к возникновению над хранилищем нового подобного облака. Варьируя в расчетах длительности ветрового и спокойного периодов, можно спрогнозировать режим наиболее эффективного загрязнения окрестностей этим элементом, а также оценить предельные размеры области возможного загрязнения.

2. Математическая программа МИФ для описания распространения радона

Для описания процесса распространения загрязнения в подземных водах может быть использована созданная в Российском Федеральном Ядерном Центре численная методика МИФ. Методика МИФ предназначена для решения трехмерных уравнений миграции и фильтрации на произвольных шестигранных сетках. Методика располагает набором консервативных разностных схем, позволяющих получать монотонные решения для различных классов задач. Это, во-первых, многопараметрическая ДС-схема [1,2] второго порядка аппроксимации по пространству. Во-вторых, это диссипативная схема 'РОМБ' [3], позволяющая улучшать точность результатов за счет введения диссипативных поправок.
При использовании схем второго порядка точности в численном решении могут возникать осцилляции. В работе [2] проведено исследование возникновения осцилляций методом дифференциального приближения. Рассмотрено возникновение осцилляций как в однородной, так и в неоднородной средах. В однородной среде осцилляции не возникают при выполнении ограничений на параметр Пекле. В неоднородной среде осцилляции могут возникать даже при выполнении этих ограничений. Анализ прогоночных коэффициентов позволил построить устойчивую к таким осцилляциям аппроксимацию уравнения миграции. При рассмотрении трехточечного аналога ДС-схем получено обобщенное условие Куранта, которое в нелинейном случае при разрывах в скоростях фильтрационного потока может приводить к ограничениям на шаг по времени. Здесь же исследовано возникновение осцилляций при моделировании граничных условий и приведены результаты численных расчетов двух модельных задач, где рассмотрены среды с различными скоростями фильтрации и пористостью.
В работе [4] рассмотрено применение ДС-схемы для решения трехмерного уравнения миграции радионуклидов в подземных водах на произвольных шестигранных сетках. В данной работе сделана попытка улучшить монотонные свойства разностных схем второго порядка аппроксимации по пространству, применяемых для решения уравнения миграции радионуклидов, с помощью использования диссипативной разностной схемы.
В работе [5] на ряде модельных задач производится сравнение методики МИФ с методикой MT3D при решении трехмерного уравнения миграции. Методика MT3D, использующая смешанный эйлерово-лагранжевый подход для трехмерного уравнения миграции, широко используется в США при решении задач радиоактивного загрязнения среды. Результаты, полученные по различным методикам близки между собой, но методика МИФ дает более монотонное распределение радиоактивности в пространстве при решении трехмерных задач.
Методика МИФ разрабатывалась при поддержке проекта МНТЦ №51 'Создание и проверка модели для расчета миграции радиоактивности в подземных водах' (1995-1998 г.г.). В данном проекте она применялась для описания распространения загрязнения вокруг озера Карачай, которое является крупнейшим в мире открытым хранилищем жидких радиоактивных отходов [6,7]. Численные результаты дали хорошее согласие с результатами непосредственных измерений в наблюдательных скважинах. Форма и объём ореолов загрязнения, полученных при моделировании миграции нейтральных стабильных компонентов, соответствуют реальному распространению ореолов, зафиксированным по данным режимных наблюдений.
В дальнейшем методика МИФ использовалась в проекте МНТЦ №793 (1997-1998 г.г.) 'Экспериментальное и теоретическое исследование химических и физических свойств горных пород как естественного барьера при захоронении радиоактивных отходов'. Методика применялась для численного моделирования изменения состояния геологической среды и миграции радионуклидов в период до 10000 лет при глубинном захоронении радиоактивных отходов [8,9]. В данном проекте были разработаны физико-математические модели для расчетов процессов, сопровождающих глубинное захоронение отработанного топлива АЭС с реактором типа РБМК-1000, с целью прогнозирования состояния геологической среды в зоне захоронения и распределения концентраций радионуклидов на длительный период времени. Было выяснено, что в окружающей горной породе имеет место миграция плутония преимущественно в направлении к земной поверхности со скоростью движения головного фронта, примерно 0.015 м/год, и фоновые уровни альфа-загрязнения вблизи поверхности достигаются спустя 40 000 лет после захоронения. Таким образом, с точки зрения радиационной опасности, забивочный комплекс является наиболее критичным элементом системы захоронения и предотвращение раннего выхода радиоактивности в окружающую среду требует принятия дополнительных мер по увеличению стойкости контейнера с ТВС к выщелачиванию.
В проекте МНТЦ №KR-72 'Разработка научных основ и комплексное изучение радиационной и иной опасности хвостохранилищ Северного Кыргызстана, аккумулирующих радиоактивные изотопы и сопутствующие токсичные металлы' (1997-2000 г.г.) [10-13] методика МИФ применялась для установления закономерностей пространственного распределения вокруг хвостохранилища радиоактивных и других токсичных ингредиентов вследствии их миграции от Кара-Балтинского горнорудного комбината в пределах Чуйской долины. Трудности состояли в том, что в подземных и поверхностных водах вокруг хвостохранилища необходимо определить техногенную и естественную, не связанную с хвостохранилищем, составляющие. Соотношение между ними меняется в пространстве по мере разбавления токсичных вод хвостохранилища обычными природными водами. Были построены экологические карты сопредельных с хвостохранилищем территорий с выделением экологически неблагоприятных участков различной степени опасности и даны рекомендации по снижению радиоизотопной и иной экологической опасности от хвостохранилища.
В проекте МНТЦ №KR-187.2 'Создание автоматизированной системы радонового мониторинга и разработка рекомендаций по её использованию в качестве информативного предвестника землетрясений Северного Тянь-Шаня (Кыргызская Республика)' (2001-2003 г.г.) [14] методика МИФ применялась для моделирования миграции радона в трещиновато-пористой среде в условиях принудительной откачки воздуха из приповерхностного слоя почвы. Горные породы, в общем случае, являются средами с двойной пористостью, емкость которых определяется объемом слабо проводящих поровых блоков, а проницаемость - объемом трещин (в предельных случаях, когда блоки либо монолитны, либо, наоборот, сильно раздроблены и многие поры становятся проводящими, среду можно считать чисто пористой). Соответственно, основное количество радона хранится в порах, а распространяться он может лишь по проводящим каналам - трещинам. В этом проекте сформулирована и программно реализована двумерная осесимметричная модель фильтрации и миграции радона в трещиновато-пористой среде, проведено тестирование в приближениях одномерной и двумерной геометрий.
В данном проекте методика МИФ применялась для изучения переноса радона с поверхности хвостохранилища.

3. Численные расчеты

По математической программе МИФ была проведена серия одномерных, двумерных и трехмерных численных расчетов. В одномерном случае проведены численные расчеты на получение стационарного распределения концентрации радона на стыке подпочвенного и приземного слоев. В одномерных расчетах установившегося распределения концентрации Rn, выходящего из почвы в атмосферу, проведено исследование методики на точность и выбрана разностная сетка по вертикали. Проведены сравнения с аналитическими решениями и с экспериментальными данными. Эти расчеты при отсутствии ветра позволяют оценить характерную высоту облака с его повышенным содержанием, подобрать коэффициенты модели, соответствующие изучаемому региону.
После этого были проведены двумерные и трехмерные численные расчеты для изучения радонового поля над хвостохранилищем. Цель этого этапа моделирования состоит в определении теоретических пределов распространения вредной для здоровья концентрации радона, а также нахождение метеорологических условий, наиболее способствующих распространению радона.

<< Пред. стр.

страница 2
(всего 5)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign