Охрана подземных вод от радиоактивных загрязнений

Распространение радиоактивных веществ, поступающих через одиночную совершенную поглощающую скважину

Наиболее простой схемой движения грунтовых вод от поглощающей совершенной скважины является та, у ко­торой ненарушенный уровень этих вод (при отсутствии работы поглощающей скважины) образует горизонтальную поверхность. Схема движения воды от совершенной по­глощающей скважины в таком грунтовом потоке изобра­жена на рис. 7. В этом радиальном потоке время движения воды t от поглощающей скважины до выбранного сечения данного радиального потока может быть ориентировочно определено уравнениями (1-9 или 1-10).

Подставляя в уравнения (1-9 или 1-10) эффективную активную пористость рэ вместо величины р. и среднюю МОЩНОСТЬ ВОДОНОСНОГО горизонта #ср вместо величины т, получаем время движения условной границы участка насыщения, в которой содержание в воде сорбируемого радиоактивного вещества <р = 0,5 от исходной концентра­ции его в растворе в поглощающей скважине:

(VI-5)

Или

(VI-6)

Как указывалось выше, при решении многих задач ра­диусом г0 можно пренебречь, так как его величина несо­измеримо меньше величины Rx.

Приведенные уравнения (VI-5, VI-6) в том виде, как они представлены, использовать для определения величин t или jRo>5 не представляется возможным, так как в них входит еще одна зависимая величина Нср. Для того чтобы указанные уравнения использовались для расчетов, счита­ем возможным вместо средней мощности радиального по­тока принять мощность водоносного горизонта при нару­шенном режиме Я. Указанное допущение приводит к зани­жению величины t или к завышению величины Rgt5, что дает более высокую степень безопасности при санитарной оцен­ке процесса миграции радиоактивных веществ от погло­щающих скважин.

Подставив в уравнение (VI-6) величину Я вместо Нгр, можно для различных периодов движения загрязненной воды ориентировочно определить продвижение поверхности поперечного сечения радиального потока с относительным содержанием в воде сорбируемого радиоактивного вещест­ва ср = 0,5.

В качестве примера в табл. 40 приведены данные расче­та положения условной границы участка насыщения воды

Стронцием-90 от поглощающей скважины при разном рас­ходе удаляемого раствора и при разной мощности водо­носного горизонта, сложенного среднезернистыми песками (эффективная активная пористость среднезернистых пес­ков принята по данным табл. 38).

Когда радиоактивные растворы удаляются в водонос­ный горизонт, в котором грунтовые воды образуют естест­венный плоский поток со значительным уклоном поверхно­сти их уровня, то от 'работы поглощающей _скважины возникает сложный радиальный поток. В горизонтальном сечении симметричную форму он имеет только в направле­нии, перпендикулярном к естественному движению воды.

В-верх этого потока граница его значительно ограничена (точкой А), а вниз загрязненные воды от поглощающей

Скважины могут распространяться на большие расстояния (рис. 32).

Положение границ распространения загрязненных вод, идущих от поглощающей скважины вверх и в сторону по направлению естественного плоского грунтового потока, в рассматриваемом случае определяется следующими урав­нениями:

А) вверх от поглощающей скважины по естественному грунтовому потоку:

~2лКфІїГ ^

Б) в сторону от поглощающей скважины перпендику­лярно направлению естественного потока:

** - ІкінГ (VI-8)

Где:

/ — уклон поверхности уровня воды в естественно плос­ком грунтовом потоке.

Вниз от поглощающей скважины по естественному грун-

145

Товому потоку ширина зоны распространения загрязнен­ных вод постепенно увеличивается и в пределе она равна:

Следовательно, предельно максимальное положение бо­ковой границы указанной зоны вниз ло естественному грун­товому потоку находится от середины 'этой зоны (линии CD, см. рис. 32) на расстоянии:

Rma^-ЩНГ (VI-10>

Используя уравнения (VI-7, VI-8 и VI-10) и исходные величины в примерах, разобранных ранее (см. табл. 38, 39, 40), для рассматриваемого сложного загрязненного потока рассчитываем R', /?", i^'max — предельные зна­чения распространения воды от поглощающей скважины вверх и в стороны естественного плоского потока в водо­носном горизонте, сложенном среднезернистыми песками (табл. 41).

Таблица 41

Предельные значения распространения воды от поглощающей скважины вверх и в стороны естественного плоского потока

Вниз по поглощающей скважине по линии CD распро­странение загрязненных вод в неограниченном естествен­ном потоке зависит от количества и продолжительности удаления в скважину растворов. Рассматривая движение воды по этой линии как слагаемое естественного плоско­го потока и радиального потока, идущего от поглощающей скважины, можно получить выражение (уравнение Тей - са), определяющее зависимость распространения загряз­ненной воды по указанной линии R"' и времени движения этой воды t от поглощающей скважины:

Если перейти к десятичным логарифмам и заменить л его численным значением, то уравнение (VI-11) принима­ет следующий вид:

Подставляя в выражение (VI-11а) вместо величины р, эффективную активную пористость рз, получаем уравнение распространения условной границы участка (по линии CD), в которой относительное содержание в - виде сорби­руемого радиоактивного вещества (стронция-90) - состав­ляет ф = 0,5:

Определить величину R"'0,5 по известному времени t непосредственно из уравнения (VI-12) весьма сложно, по­этому для каждого случая составляется график зависимо­сти этих величин. Так, например, через поглощающую скважину радиоактивные растворы в количестве 1000 м3/сутки, содержащие стронций-90, удаляются в во­доносный горизонт ереднезерниетых песков, имеющих ко­эффициент фильтрации Кф = 10 м/сутки и эффективную пористость рэ—4,6 (см. табл. 38); мощность водоносного горизонта Я = 20 м, а естественный уклон подземного по­тока / = 0,01. По этим данным можно определить время движения условной границы участка насыщения воды стронцием-90, например, для следующих значений R"'0,5: 500, 700, 1000 и 1500 м. По полученным данным еоставля-

Ется график (табл. 42; рис. 33), по которому можно опре­делить значение величины R'"o$ для интересуемого време­ни t после начала работы поглощающей скважины.

Таблица 42

Зависимость величины R"'0,5 и t вниз от поглощающей скважины

Данные для построения кри­вой зависимости величин

JRn _ и t по уравнению 0,5

(VM2)

Величины, полученные из графика рис. 33

Подобным же образом величина R"'0,5 определяется и для других условий движения загрязненной воды.

По приведенным выше уравнениям можно ориентиро­вочно определить положение границы распространения радиоактивных веществ в загрязненном потоке по основ­ным направлениям. Если необходимо знать продвижение этих веществ в других направлениях от скважины, то сле­дует использовать уравнения и графики, предложенные Е. Л. Минкиным (1965).

Рассмотренные расчеты распространения стронция-90 в радиальных потоках были сделаны для однородных условий движения загрязненных вод. Когда радиальный поток движется в слоистой толще водоносных пород, то для расчета продвижения фронта распространения загряз-, ненных вод и условной границы насыщения необходимо знать расход загрязненной воды в каждом слое. Так, на­пример, если водоносная толща, в основном состоящая из мелкозернистых песков, содержит слой крупнозернистых песков (рис. 34), то часть расхода, удаляемого в погло­щающую скважину раствора, идущего в этом слое Q2, можно определить из следующего уравнения:

+Ml+ .К*"9

Н-з

Где:

QcyM — общий расход раствора, удаляемого в поглощающую скважину, Кф, Кф и Кф — коэффициенты фильтрации пород каждого слоя, fji, u2> fJ-з — активная пористость пород каждого слоя, Н1г Н2, Я3 — мощность каждого слоя.

Если принять, что общая мощность толщи водоносных песков Ясум = 50 м, мощность слоя крупнозернистого песка Н2 = 5 м, коэффициенты фильтрации и активная пори­стость песков согласно данным табл. 38, то при общем ко­личестве удаляемого в поглощающую скважину раствора QcyM = 500 м3/час, расход его в слое крупнозернистого пес­ка Q2 будет равен:

100-5 rnrt -0^-500

Qa =--------- ii[9] 100-5 1-15---------------- = 435 м3/сутки,

0,15 + 0.25 +0,15"

А в мелкозернистых песках:

Qi + Q3 = 500 — 435 = 65 м3/сутки.

По этим данным в табл. 43 приведены результаты расче­та положения границы участка с относительным содержани­ем в воде стронция-90 <р = 0,5, выполненного по уравнению (VI-6).

Расстояние Rq 5 в м, в котором относи­тельное содержание стронция-90 9 = 0,5

Через 100 лет

124 11,5