Охрана подземных вод от радиоактивных загрязнений

Распространение радиоактивных веществ с водами, движущимися в неоднородных условиях

Неоднородность водных и сорбционных свойств водо­носных пород может обусловливать неравномерное пере­мещение загрязненных подземных вод в различных на­правлениях, изменчивость скорости движения этих вод и размазывания фронта распространения радиоактивных ве­ществ.

В одном водоносном слое ширина зоны размазывания фронта распространения радиоактивных веществ, не сор­бируемых горными породами, определяется соотношением величин максимальной, средней и минимальной действи­тельных скоростей движения загрязненных подземных вод.

Распространение радиоактивных веществ, сорбируемых горными породами, зависит еще и от неоднородности сорбционных свойств этих пород. Как было указано в гла­ве III, фильтрационная неоднородность некоторых свойств горных пород (различная величина пор, неодинаковый об­мен воды между порами, различная сорбционная способ­ность частиц, слагающих породу, и т. д.) учитывается величиной константы скорости сорбции р, определенной в фильтрационных колоннах или приборах. Однако, когда загрязненные подземные воды движутся в хорошо водо­проницаемых породах (пески, галечники и трещиноватые скальные), величины константы скорости сорбции р при поглощении породами стронция-90 имеют относительно большие значения, вследствие чего в подобных загрязнен­ных подземных потоках длина участка спада содержания в воде этого изотопа имеет небольшую величину по сравнению с длиной условного участка насыщения. Это дает возможность распространения стронция-90 в указанных по­токах рассчитывать только по длине условного участка насыщения, пренебрегая длиной участка спада. Но в при­родной обстановке неравномерность движения подземной воды и неоднородность водных и сорбционных свойств по­род выражена более резко, чем в образцах, исследуемых в лабораторных условиях, поэтому возникает необходи­мость оценки влияния указанной природной неоднород­ности условий движения загрязненных вод на распростра­нение в них стронция-90 или другого сорбируемого радио­изотопа. Некоторые соображения поэтому вопросу имеются в работе В. М. Шестакова (1961 и 1963). Предложенные им уравнения, по нашему мнению, могут быть исполь­зованы во всех общих случаях для каждого неоднородно­го водоносного слоя, например:

Для определения относительной длины зоны размазы­вания:

/__ hu

Ір \1+А шах \1+А шіп 7 = " " . , \ (lv-oj

'ср / пи

1 +А/ ср

Положения середины зоны размазывания:

(lv-4)

Положения границы максимального распространения ра­диоактивного вещества:

/та x = f-r5V) *> (IV-5)

\ 1 г « / шах где* b — длииа зоны размазывания;

1ср — средняя длина зоны размазывания.

При слоистом строении песчаных толщ средние, мини­мальные и максимальные величины должны быть опреде­лены для каждого слоя песка, а затем, учитывая мощность слоев, можно получить эти величины для всей толщи.

! В уравнениях (IV-3, IV-4 и IV-5) символы, принятые В. М. Ше- етаковым, заменены символами, используемыми в настоящей работе.

Таким образом, для количественной оценки влияния неоднородности водных и сорбционных свойств песков в их естественном залегании на распространение строн­ция-90 в загрязненных подземных водах, удовлетворяющей практическим целямч необходимо иметь большое количест­во данных определений величин распределительного отношения и фильтрационных свойств песков. В случае ка­жущейся беспорядочной неоднородности эти данные, полученные при проведении полевых и лабораторных гидро­геологических и физико-химических исследований, должны быть обработаны статистическими методами для получе­ния средних, минимальных и максимальных величин. В це­лях исключения случайных значений минимальные и максимальные величины указанных параметров следует принимать:

М ± 27,

Где: М — среднее значение, а а—среднее квадратичное отклонение. Тогда, согласно теории ошибок, в пределы принятых значений будет входить 95,5% всех полученных определений.

Исходя из рассчитанных средних, минимальных и мак­симальных величин по уравнениям (IV-3, IV-4 и IV-5), можно определить распространение стронция-90 в загряз­ненной воде природного подземного потока.

Для прогнозирования распространения стронция-90 в загрязненных водах, проникающих через глинистые поро­ды, как уже указывалось, нельзя пренебрегать длиной участка спада. Поэтому для оценки влияния природной неоднородности этих пород расчет движения стронция-90 в загрязненных водах должен производиться не только по уравнению (III-6), но и по уравнениям (III-18 или 111-19). При этом могут быть использованы данные лабо­раторных определений величин распределительного отно­шения h и константы скорости сорбции р, обработанные статистическими методами. Расчет распространения строн- ция-90 следует проводить ло двум вариантам: при средних и максимальных значениях указанных параметров. Одна­ко необходимо отметить, что если величины распредели­тельного отношения для рыхлых глинистых пород в их естественном залегании (с пересчетом им плотности), по - видимому, близки данным лабораторных определений, то значения константы скорости сорбции для этих пород в природной обстановке должны иметь меньшие величины
по сравнению с величинами, определенными в лаборатор­ных условиях. Последнее обусловлено тем, что глинистые породы в природной обстановке обычно имеют агрегатное строение и обмен воды между межагрегатными и межзер - новыми порами происходит очень медленно. В качестве примера ниже приводятся данные полевого опыта по опре­делению движения растворимого стронция-90 в почве и подстилающих породах на одном экспериментальном участке, находящемся на междуречной ровной сухой мест­ности лесной зоны. На этом участке было произведено равномерное загрязнение поверхности земли растворимым соединением стронция-90 с иттрием-90, находящимся в равновесии со стронцием-90.

Почвенный разрез участка следующий: от 0 до 20 см — горизонт Ai — глинистая среднеподзо­листая лесная почва с большим количеством гумуса и не - разложившихся корней растений, сухая;

От 20 до 40 см — горизонт А2 — суглинок желтый, сред­ний, с редкой галькой, слабо влажный;

От 40 до 80 см — горизонт В — суглинок темно-желтый плотный, структурный слабо влажный;

От 80 до 110 см — горизонт Сі—і суглинок темно-жел­тый, неструктурный, плотный, более влажный.

По трем образцам, взятым из шурфов, были произве­дены определения катионообменной емкости поглощения и коэффициента распределения стронция-90 между исследо­ванными образцами и пресной гидрокарбонатной водой в статических условиях. Результаты этих определений при­ведены в табл. 32.

Таблица 32

Емкость поглощения и коэффициенты распределения стронция-90 в образцах пород, вскрытых шурфами

Коэффициент распределе­ния строн­ция-90

Емкость по­глощения, в мг-экв/100 г породы

Глубина взятия об­разца, в см

10 30 110

12,0

10,4 34,2

85.4

90.5 297,0

Средняя сумма годовых осадков в указанной местности составляет 300—400 мм в год. Через один год и через 5 лет на этом участке были сделаны два шурфа, находя-

Щиеся в расстоянии 5 м друг от друга, со стенок которых на разной глубине были взяты образцы почвы и подсти­лающих пород для определения в них стронция-90 (табл. 33 и рис. 31).

Таблица 33

Содержание стронция-90 в почве и в подстилающих породах на различной глубине от поверхности земли

Шурф № I. Через 1 год после загрязне­ния поверхности земли

Шурф № 2. Через 5 лет после загрязне­ния поверхности земли

Горизонт почвы

Глубина взя­тия образца, в см

Содержание стронцня-90, кюрн/г (без иттрия-ЭО)

Горизонт почвы

Глубина взя­тия образца, в см

Содержание стронцня-90, кюрн/г (без нттрия-90)

Ао

Поверхность земли

2,4-10~7

Поверхность земли

7,5-10"8

Ах

5

5,5- Ю~10

Ах

7,5

1,8-10~9

Аа

10 20

30

1,8-10"10 4,0- Ю-11

1,6- Ю-11

Аа в

С

15

25 35 50 70 90 110

1,1-10~9 8,0 10~10 7,5- Ю-11 1,2-10"11

4.4- Ю-12

1.5- lO"12 1,1-ю-12

Полученные в полевом опыте данные были использова­ны для ориентировочного определения величины константы скорости сорбции при поглощении стронция-90 из почвен­ных вод исследованными среднеподзолистыми лесными почвами в природных условиях.

Коэффициент распределения для слоя до глубины 40 см, определенный в статических условиях:

85,4 - f 90,5 д^, = 2 — % 88.

По литературным данным, природная средняя общая пористость данной почвы в горизонтах Ai и А2 принимает­ся р — 55, а средняя активная пористость (водоотдача) fi = 0,22 (А. А. Роде, 1952). При удельном весе почвы •уп = 2,7 ее объемный вес

Из этих данных по уравнению (ІП-8) распределитель­ное отношение равно:

H = y^gg = 0,0052.

Распространение радиоактивных веществ с водами, движущимися в неоднородных условиях

Глубина шурфа 6 см

Рис. 31. Миграция стронция-90 в почвах и подстилаю­щих породах.

І — через I год после начала загрязнения поверхности землн; 2 — то же через 5 лет.

Принималось, что из общего количества выпавших атмосферных осадков треть идет на инфильтрацию. Таким образом, средняя скорость инфильтрации (v инф) равна:

350

Vamp = ТО - 3 365~ " 0,032 СМ/СуТКНГ,

А средняя действительная скорость движения воды:

0,032

Иср --- ~~q22~ ^ 0,145 см/сутки.

Содержание стронция-90 на поверхности земли было принято равным единице.

Используя уравнение (III-6), определили, что расстоя­ние Xq,5, соответствующее относительной концентрации стронция-90 ф = 0,5, равно:

А) в шурфе № 1 (через 1 год после начала загрязнения):

0,0052-0,145 *о,5 = пг + 0,0052""360 = 0,28 см;

Б) в шурфе № 2 (через 5 лет после начала загрязнения):

0,0052-0,145 *0,5 = "І + 0Т0052 1800 = 1,4 см-

На кривой содержания стронция-90 через 1 год после загрязнения поверхности земли выбирается точка на глу­бине 20 см, в которой относительная концентрация <р = = 1,7 • Ю-4 (см. табл. 33, рис. 31).

По уравнению (111-14) для этой концентрации соответ­ствует параметр w = 2,68. Для случая через 5 лет после загрязнения берется точка, находящаяся на глубине 35 см с относительной концентрацией стронция-90 ф=1 • 10~3; ей соответствует параметр ш = 2,2.

Определенные выше величины позволили по уравнению (111-20) определить значения константы скорости сорбции р для обоих рассмотренных случаев:

А) по данным шурфа № 1 (через 1 год после загряз­нения) :

_ JJ2.68)2/ 0.0052 • (0,145)2 -365 ° — (1 0.0052)3-(20 — 0,28)2 " "" 0,003 сутки '

Б) по данным шурфа № 2 (через 5 лет после загряз­нения) :

4 (2,2)2-0,0052-(0,145)2-1825 ялл, Р = —(Г+ 0,0052р". (35 — 174)2 " = 0,0034 СУТКИ •

Полученные по данным двух шурфов значения констан­ты скорости сорбции мало отличаются друг от друга и находятся на уровне п • Ю-3, что примерно на два порядка ниже величин, определенных в лабораторных условиях для глинистых пород (см. табл. 20).

В настоящее время данные определения параметров сорбционной способности пород в их естественном залега­нии весьма ограничены, но это не исключает, что прогноз распространения радиоактивных веществ в загрязненных подземных водах не может быть сделан на основании лабо­раторных анализов.

Исходя из приведенного выше сопоставления величии, мы считаем возможным при расчетах распространения стронция-90 в загрязненных водах, проникающих через рыхлые глинистые породы в их естественном залегании, использование значений констант скорости сорбции, полу­ченных по данным лабораторных исследований, при усло­вии уменьшения их в 10—100 раз в зависимости от. сте­пени естественной неоднородности этих пород. Понимание общих гидрогеологических условий и местной природ­ной обстановки позволяет внести в лабораторные данные те или иные коррективы и с той или иной точностью опре­делить ожидаемое распространение радиоактивных ве­ществ в загрязненных подземных водах в каждом от­дельном случае. Вполне понятно, что такие определения являются сугубо ориентировочными, но и это является весьма необходимым при решении различных практических задач.

Охрана подземных вод от радиоактивных загрязнений

Оценка надежности подземных источников водоснабжения при загрязнении поверхности земли продуктами ядерных взрывов

Из радиоактивных веществ, образующихся при прове­дении воздушных и наземных ядерных взрывов, наиболее: опасными для загрязнения подземных источников водо­снабжения являются: стронций-90, йод-131, рутений-106.. Первые два элемента почти не поглощаются горными по­родами, …

Санитарно-гидрогеологические условия при удалении твердых и небольших Количеств жидких радиоактивных отходов

В настоящее время радиоактивные вещества использу­ются многими промышленными и сельскохозяйственными предприятиями, научными и лечебными учреждениями. В большинстве случаев на каждом объекте образуется не­большое количество, преимущественно твердых, радиоактив­ных отходов. Основное количество …

ОРИЕНТИРОВОЧНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕ­НИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Независимо от характера источника загрязнения радиоак­тивные вещества, попав в водоносный горизонт, движутся с потоком подземных вод. Для упрощения проводимых да­лее ориентировочных расчетов принимается, что в источнике загрязнения эти вещества равномерно …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.