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, поэтому хорошо проникают с фильтрующимися водами. Стронций-90, являясь биологически очень опасным продуктом деления, характеризуется большим периодом полураспада и сравнительно повышенной миграционной способностью в подземных водах.

Для загрязнения радиоактивными продуктами ядерных взрывов более уязвимы подземные источники водоснабже­ния грунтового типа, особенно в тех участках, в которых возможно непосредственное подсасывание поверхностных вод подземными водозаборами. Когда грунтовые воды в указанных участках находятся в трещиноватых или закар - стованных скальных породах, то по уровню современных знаний нет возможности дать общую оценку надежности находящимся здесь подземным водозаборам. Надежность каждого такого водозабора должна рассматриваться инди­видуально на основании изучения местных гидрогеологи­ческих и санитарных условий. Но если водоносный гори­зонт приурочен к рыхлым осадочным породам (пескам, гра - вийно-галечниковым отложениям), то время дохождения воды от открытого водоема или загрязняющих ее радиоизо­топов до водозаборной скважины может быть ориентировоч­но определено по уравнениям, приведенным в разделе 4 гла­вы VI. Однако очень многие водозаборы грунтовых - вод расположены в условиях, в которых исключается непо­средственное подсасывание поверхностных, вод. В этих случаях защитой источников водоснабжения от проникно­вения в них продуктов воздушных и наземных ядерных взрывов являются породы, залегающие в. зоне аэрации.

Наибольшее загрязнение поверхности земли радио­активными продуктами ядерных взрывов происходит при выпадении местных осадков в первые часы после взрыва. Исходя из мощности дозы 3000 р/час на следе радиоактив­ного облака (по истечению 1 часа после взрыва) в бли­жайшем районе к эпицентру взрыва, содержание йода-131 на поверхности земли будет составлять 3-Ю-4 кюри/дм2, содержание рутения-106 — 3-Ю-6 кюри/дм[8] и содержание стронция-90 — 6,9-Ю-7 кюри/дм2 (М. П. Гречушкина, 1964; Р. В. Петров, В. Н. Правецкий, Ю. С. Степанов и др., 1963)

Если принять, что в Наиболее опасных местных осад­ках количество растворимых радиоизотопов, составляющих 5% (см. раздел 3 главы I), в течение 1 суток после взрыва попадает в водоносный горизонт мощностью 2 м, сложен­ный песками с общей пористостью р = 0,4, то среднее содер­жание этих радиоизотопов в грунтовой воде будет состав­лять:

А) йода-131

„ 3-10~~*-0,05 , п 1л-6 / С= — 20 0>4' - = 1.9-10 кюри/л;

Б) рутения-106

C=ll10~6-°'05.= 1,9.10-* кюРи/л;

20-0,4 у '

В) стронция-90

Г 6,9- Ю-7-0,05 ло. п-Э / = ~ 20 - 0,4 =4*3'10 кюри/л.

Предельно допустимая концентрация йода-131 в питье­вых водах в военное время принимается 2 • Ю-6 кюри/л (Р. В. Петров, В. Н. Правецкий, Ю. С. Степанов и др., 1963). Следовательно, полученное содержание этого изо­топа в грунтовых водах уже в первые сутки после взрыва находится на уровне указанной предельно допустимой кон­центрации, а через 100 суток снизится до предельно допу­стимого уровня в мирных условиях — 6-Ю-10 кюри/л.

Полученное расчетным путем содержание рутения-106 в грунтовых водах примерно в 6 раз больше допустимой концентрации его в питьевых водах для мирных условий — 3-Ю-9 кюри/л.

В приведенных ориентировочных расчетах взяты наибо­лее опасные условия, так как принят район, непосредствен­но примыкающий к месту взрыва, где по уровню внешнего гамма-излучения продолжительное время не могут нахо­диться люди. Таким образом, при отсутствии непосредст­венного подсасывания подземными водозаборами поверх­ностных вод йод-131, а также рутений-106 не могут пред­ставлять опасность для загрязнения грунтовых вод, зале­гающих даже неглубоко от поверхности земли, под толщей рыхлых осадочных пород мощностью всего 1—2 м. Зона аэрации, сложенная Зтими породами, мощностью 1—•2 м является достаточной преградой, препятствующей проник­новению твердых частиц местных радиоактивных осадков в грунтовые воды с загрязненной поверхности земли.

Предельно допустимая концентрация стронция-90 в питьевых водах в мирных условиях равна 1 • Ю-10 кюри/л. Следовательно, приняв сделанное допущение о мгновенном проникновении этого изотопа в водоносный горизонт песков мощностью 2 м, содержание его в грунтовых водах будет примерно в 40 раз превосходить указанную предельно до­пустимую концентрацию. Но, как известно, такое допуще­ние для этого изотопа является неоправданным, так как движение его через породы зоны аэрации задерживается процессами сорбции. Поэтому для оценки опасности про­никновения стронция-90 в грунтовые воды следует исполь­зовать расчеты, приведенные в предыдущем параграфе.

Результаты этих расчетов, указанные в табл. 34 и 36, показывают, что зона аэрации, сложенная рыхлыми поро­дами мощностью 1—2 м, также достаточно защищает грун­товые 'воды от проникновения в них заметного количества стронция-90 с загрязненной поверхности земли в течение 5 лет, а в большинстве случаев даже и 10 лет после про­ведения ядерного взрыва. Для более удаленных периодов с момента загрязнения поверхности земли радиоактивными веществами по тем же расчетам можно принять следующие ориентировочные значения мощности пород зоны аэрации, обеспечивающие полную защиту грунтовых вод от проник­новения в них стронция-90 с этой поверхности;

Глинистые породы (глины, суглин­ки, супеси) 2—5 м Пески мелкозернистые 5—8 » » среднезернистые 8—12 » » крупнозернистые 12—20 » Гравийно-галечниковые отложения 20—28 »

Указанные мощности пород зоны аэрации получены ис­ходя из данных расчета проникновения стронция-90 в те­чение 100 лет для территории с относительно равномерной по площади инфильтрацией атмосферных осадков. Кроме того, принято, что интенсивность загрязнения поверхности земли стронцием-90 является очень высокой.

Незащищенными от проникновения радиоактивных про­дуктов ядерных взрывов следует считать грунтовые воды, имеющие зону аэрации, сложенную скальными и полускаль­ными трещиноватыми или закарстованными породами, а также галечниковыми и валунными скоплениями, не покры­тыми глинистыми или песчаными породами или почвен­ным слоем. В этих случаях возможен замыв твердых радио­активных частиц через зону аэрации в грунтовые воды.

Определяя роль зоны аэрации в защите грунтовых вод от проникновения в них продуктов подземных и надземных ядерных взрывов, выше мы рассматривали природные усло­вия за пределами городов, крупных поселков, промышлен­ных предприятий и т. д. В указанных же пунктах естест­венные гидрогеологические условия обычно нарушены, име­ются строительные и горные выработки, а также подземные коммуникации, нарушающие изолирующую способность покровных пород, и ряд других факторов, увеличивающих инфильтрацию атмосферных осадков. В городах и крупных населенных и промышленных пунктах большей частью су­ществует сложившаяся система водоснабжения, в которой не исключается подсасывание подземными водозаборами поверхностных вод. Изложенное говорит о том, что оценка надежности подземных источников водоснабжения на тер­риториях этих пунктов должна быть основана на проведе­нии в каждом отдельном случае гидрогеологического, тех­нического и санитарного обследования территории и всей водопроводной системы рассматриваемого пункта.

Артезианские водоносные горизонты практически не уязвимы для 'попадания в них продуктов ядерных взрывов с загрязненной поверхности земли. Но при несоблюдении санитарно-технических требований при -выполнении кон­струкции и оборудования водозаборных скважин не исклю­чается проникновение поверхностных загрязнений через оголовки или межтрубные или затрубные пространства этих скважин. Кроме того, при установке в водозаборных 'сква­жинах воздушных водоподъемников (эрлифтов) может происходить подсос с атмосферным воздухом радиоактивных аэрозолей. Надежными водоподъемниками в отношении устранения возможности радиоактивного загрязнения воды в водозаборных скважинах являются погружные центро­бежные насосы.

При получении грунтовых вод шахтными колодцами чи­стота воды в них также зависит от их оборудования. Шахт­ные колодцы следует устраивать закрытыми и водоподъем из них осуществлять насосами даже простейшего типа. Применение заборных ведер не исключает занесение в ко­лодцы радиоактивных загрязнений.

Из приведенного материала видно, что при соблюдении общих санитарных требований к сооружению и эксплуа­тации подземных водозаборов артезианские горизонты яв­ляются абсолютно надежными источниками водоснабжения в условиях загрязнения поверхности земли, продуктами ядерных взрывов. Попадание радиоактивных продуктов воздушных и наземных взрывов в грунтовые воды в преоб­ладающем большинстве случаев тоже не может привести к ограничению использования этих вод для водоснабжения. Но в более редких случаях при отсутствии в зоне аэрации рыхлых осадочных образований и при небольшой ее мощ­ности или тогда, когда происходит подсасывание загряз­ненных поверхностных 'ВОД, нельзя исключить возможность заметного повышения содержания радиоактивных веществ в воде подземных водозаборов. Однако <в любых условиях радиоактивного загрязнения поверхности земли подземные воды, в том числе и грунтовые, являются более надежными источниками водоснабжения, чем воды открытых водоемов.