Охрана подземных вод от радиоактивных загрязнений

Распространение радиоактивных веществ в загрязненных артезианских (напорных] водах

По сравнению с грунтовыми водами проникновение за­грязнений в артезианские воды в ненарушенных гидрогеоло­гических условиях значительно затруднено. Это обусловлено тем, что глинистые породы, отделяющие воды артезианского горизонта от других водоносных горизонтов и от поверхност­ных вод, в преобладающем большинстве случаев имеют большую способность задерживать радиоактивные вещества, особенно те, которые сорбируются горными породами.

Последнее может быть показано на следующем примере.

Слой глины, разделяющий воды артезианского горизонта от грунтовых вод, загрязненных стронцием-90, имеет мощ­ность 4 м. Уровень грунтовых вод находится на 3 м выше пьезометрического уровня артезианских вод. Глины характе­ризуются относительно большой водопроницаемостью для этих пород при залегании их на значительной глубине (коэф­фициент фильтрации /Сф = 0,001 м/сутки, активная порис­тость |х = ОД) и сравнительно низкой способностью сорбиро­вать стронций-90 из пресной гидрокарбонатной воды (рас­пределительное отношение Л=0,005).

Из этих данных действительная скорость нисходящего движения загрязненной воды через указанный слой глины будет равна:

И = = -2&..І - = 0,0075 М/сутки.

При условии постоянной нисходящей фильтрации загряз­ненной воды, имеющей постоянную исходную концентрацию стронция-90, можно рассчитать по уравнению (III-6) продви­жение условной границы участка насыщения воды этим ра­диоизотопом от кровли глин. В результате расчета получены следующие данные:

Через 10 лет после начала нисходящей фильтрации загрязненной грунтовой воды 0,13 м

50 лет » » 0,65 »

100 » » » 1,3 »

200 » » » 2,6 »

Для оценки способности глин задерживать стронций-90, кроме продвижения условной границы участка насыщения, представляет интерес содержание его в воде, просочившейся через весь слой глины в артезианский горизонт (на уровне подошвы слоя глины). Расчет указанного содержания может быть сделан по уравнениям (V-2 и III-14).

В табл. 45 приведены результаты этого расчета в пре­делах возможных значений константы скорости сорбции в глинистых породах для разных периодов после начала ни­сходящей фильтрации загрязненных грунтовых вод через рассматриваемый слой глины.

Приведенный пример показывает, что выдержанный слой однородной глины с константой скорости сорбции р = = 0,1 сут-1, даже сравнительно небольшой мощностью, рав­ной 4 м, очень хорошо задерживает стронций-90 при фильтра­ции через него загрязненных пресных гидрокарбонатных вод. Однако если константа скорости сорбции в глинах прибли­жается к значениям 0,01 сут^1 и ниже, что имеет место при повышенной неоднородности их водных и сорбционных свойств, задерживающая роль глин намного снижается. По­этому в некоторых гидрогеологических условиях нельзя пол­ностью исключить возможность проникновения стронция-90 из одного водоносного горизонта в другой, когда глины, раз­деляющие указанные горизонты, имеют большую неоднород­ность в строении и в составе, а мощность их является недо­статочной для обеспечения падения содержания радиоизото­па в загрязненных водах до уровня, при котором эту воду можно считать чистой.

Имеются и другие условия, благоприятствующие мигра­ции сорбируемых радиоактивных веществ в водоносных по­родах, в том числе и в глинах. Так, в горизонтах, залегаю­щих глубоко от поверхности земли, повышению миграцион­ной способности стронция-90, а также других сорбируемых радиоэлементов, как правило, способствует значительная минерализация подземных вод. Большое содержание в этих водах кальция, магния и натрия повышает величину рас­пределительного отношения h и уменьшает значение кон­станты скорости сорбции вследствие чего условная грани­ца участка насыщения, при прочих равных условиях, продви­гается скорее, а на участке спада содержание радиоизотопа уменьшается менее резко.

Но, несмотря на все сказанное, проникновение радиоак­тивных веществ через глинистые породы является процессом очень медленным. Приведенный выше пример расчета отно­сится к случаям с облегченными условиями проникновения загрязненных вод через глинистые породы (для глин приня­ты высокие значения коэффициента фильтрации).

Минуя природные преграды в виде перекрывающих толщ глинистых пород, загрязнение артезианских горизонтов ра­диоактивными веществами может произойти при непосредст­венном удалении в эти горизонты радиоактивных отходов или при проведении глубоких подземных ядерных взрывов. Попав в артезианский горизонт, радиоактивные вещества движутся в них преимущественно в горизонтальном направ­лении, и уравнения, приведенные при рассмотрении движе­ния радиоактивных веществ в загрязненных грунтовых во­дах, могут быть применены и для условий распространения этих веществ в артезианских водах.

Следует отметить, что когда рассматривалось распрост­ранение радиоактивных веществ в грунтовых водах, то было сделано допущение, согласно которому не учитывалось из­менение мощности водоносного горизонта. Для артезианских горизонтов это более отвечает действительным условиям, так как движение воды в них сопровождается не изменением их мощности, а падением пьезометрического уровня.

При удалении жидких радиоактивных отходов в артези­анские водоносные горизонты возможен случай совместной работы поглощающей скважины и находящейся от нее на некотором расстоянии водозаборной (разгрузочной) сква­жины. В этом случае представляет интерес определение вре­мени, в течение которого загрязненная вода дойдет от по­глощающей скважины до водозаборной скважины. При оди­
наковом дебите поглощающей и водозаборной скважин расчетная схема подземного потока между ними аналогична схеме потока воды от поглощающей скважины к открытому

Водоему, рассмотренной с - В в параграфе 4 настоящей

Главы. Схема подземного потока между указанны - ЬУл^ ми двумя скважинами изображена на рис. 39. Линия АВ на схеме этого рисунка совпадает с бе­регом открытого водоема ///////, схемы рис. 35.

Исходя из сказанного, время движения воды от поглощающей скважины до водозаборной по крат­чайшей _ траектории CD определяется следующим уравнением:

4яа та% * = (VI-34)

А время движения воды по траекториям CAD и CBD, в которых точки А и В находятся на расстоя­нии а от линии, соединяю­щей обе скважины, равно:

(VI-35)

4тг;лта2

Где: т — мощность водоносного горизонта;

А — половина расстояния между поглощающей и водозаборной сква­жинами;

Q — дебит поглощающей или водозаборной скважины.

Траектории CAD и CBD ограничивают основной поток воды от поглощающей к водозаборной скважине.

Если раствор, удаляемый в поглощающую скважину, со­держит радиоактивное вещество, сорбируемое горными по­родами (например, стронцием-90), то время продвижения условной границы участка насыщения воды этим радиоак­тивным элементом по кратчайшей траектории CD равно:

1 3 (VI-36)

3Q

Время же прохождения этой условной границы по траек­ториям CAD и CBD в 3 раза больше.

Когда поглощающая артезианская скважина является несовершенной, т. е. забой ее не доходит до водоупорной подошвы водоносного горизонта, то используются допуще­ния, предложенные К. П. Добровольским или Паркером.

Если принимается допущение К. П. Добровольского, то в отличие от грунтового потока в артезианском загрязнен­ном потоке мощность его изменяется (рис. 40, а), поэтому в расчет необходимо вводить среднюю мощность активной зоны тср.

Рис. 40. Схема радиального потока от несовершенной артезиан­ской поглощающей скважины. а — по Добровольскому; б — по Паркеру.

При поправке Паркера на несовершенство артезианской поглощающей скважины мощность загрязненного потока (активной зоны) не изменяется (рис. 40, б), но она отсчиты - вается не от пьезометрической поверхности уровня воды водоносного горизонта, а от кровли этого горизонта m = 4/3S, где S — величина заглубления несовершенной скважины в артезианский горизонт.

Не всегда удаление жидких радиоактивных отходов мо­жет производиться в одиночную поглощающую артезиан­скую скважину или одиночную поглощающую шахту. Воз­можны случай, когда имеется группа поглощающих арте­зианских скважин. Тогда распространение загрязненных ар­тезианских вод от них может определяться так же, как и от участка расположения группы поглощающих скважин, вскрывших грунтовые воды, методом колодца с большим диаметром или по уравнениям плоского потока, если погло­щающие скважины расположены в один ряд (см. параграф 8 настоящей главы).