Главная>
Мониторинг среды>
Динамика загрязнения>
Статья
Основные закономерности распределения радионуклидов в системе реки Теча по результатам многолетних наблюдений.
Гидрологическая характеристика реки Теча.
Река Теча вытекает из оз.Иртяш и, протекая в восточном и северо-восточном направлении, впадает в р.Исеть - р.Обь. Длина реки при выходе из оз.Иртяш 243 км, падение реки 145 м, средний уклон 0,6 промилле. Основные притоки: р.Мишеляк, р.Зюзелга, р.Басказык.
По особенностям строения долины и русла в пределах Челябинской области р.Теча можно разделить на 2 участка.
Первый участок: исток – с.Муслюмово. Длина 81 км. Пойма двухсторонняя, преобладающая ширина поймы 2,0–2,5 км в сужениях 0,4-0,8 км, в конце участка до 150-120 м, наибольшая – до 3,5 км в районе устья р.Мишеляк. Поверхность поймы заболоченная, кочковатая. Пойма затапливается ежегодно во время половодья слоем 0,2-1,0 м и до 2 м в высокое половодье. Река выходит из болот у с.Муслюмово. Глубина реки на перекатах 0,3-0,8 м, на плесах до 5 м, скорость течения 0,1-0,4 м/с.
Второй участок: с.Муслюмово – с.Нижнепетропавловское, длина 60 км. Пойма двухсторонняя, асимметричная, ширина в среднем 300-400 м, с колебаниями от 30-35 м у с.Муслюмово до 700 м у с.Нижнепетропавловское. Затапливается пойма на всем протяжении при обычных половодьях на глубину 0,5–2,5 м. Глубина на перекатах 0,4-0,6 м, на плесах – 2-3 м. Скорость течения на перекатах до 1,2 м/с, на плесах до 0,4 м/с.
Половодье проходит обычно в апреле. Наибольшая интенсивность подъема уровней воды во время половодья составляет 30 см/сек, наибольшая интенсивность спада 70 см/сутки. Меженные уровни неустойчивы. Колебания их в году довольно резкие, но незначительные, 20-50 см. Дождевые паводки не характерны для реки Теча.
По средним многолетним данным посезонное распределение стока в процентах составляет следующие значения:
Весна – 50,1%, лето - 26,3%, осень – 8,6%, зима – 15,0%.
Формирование радиоактивного загрязнения в бассейне реки Теча.
Загрязнение реки Теча произошло в результате санкционированного и аварийного сброса жидких радиоактивных отходов реакторов ПО «Маяк» в открытую гидрографическую сеть. В 1949-1951 годах была сброшена основная масса радиоактивных нуклидов (около 12 ПБк стронция-90, 13 ПБк цезия-137, 106 ПБк короткоживущих радионуклидов). В период с 1951 по 1956 годы интенсивность сбросов активности в речную систему снизилась в 100 раз, а после 1956 года среднеактивные отходы стали поступать в открытую гидросеть в небольших количествах. Тем не менее, за период с 1949 по 1956 годы в экосистему реки Теча попало порядка 76 млн.м3 сточных радиоактивных вод, общей активностью по бета-излучению 2,75 МКи.
Из всего количества сброшенных в открытую гидрографическую сеть техногенных радионуклидов, около 75% задерживалось в болотистой пойме и донных отложениях в верховьях реки. Наибольшая аккумуляция радионуклидов в верховье реки объясняется наличием там заболоченной поймы, в которой имеются значительные торфяные отложения с максимальной сорбционной емкостью по сравнению с суглинками и супесями, характерными для более узкой поймы среднего и нижнего течения.
Сбросы в открытую гидрографическую сеть были практически прекращены в 1956 году. Около 80% всей площади поймы реки, на которой было аккумулировано до 98% всей активности радионуклидов, депонированных в пойменных и русловых наносах, было изолировано путем создания каскада водоемов. В 1956 году долина была перекрыта глухой плотиной, и поступление радиоактивных веществ в нижележащие участки реки сократилось до уровней около 0,5 Ки/сутки. Строительство еще одной плотины в 1963-1964 году почти полностью изолировало гидрохимические объекты предприятия, при этом образовался Течинский каскад водоемов (ТКВ).
Начиная с 1964 года и по настоящее время, когда сбросы жидких радиоактивных отходов в реку Теча полностью прекращены и наиболее загрязненная часть реки практически изолирована от ниже расположенных участков плотинами, основными источниками поступления радионуклидов в реку являются:
-
два обводных канала: левобережный (ЛБК) и правобережный (ПБК), по которым отводятся поверхностные паводковые воды, ЛБК регулирует сток воды из Иртяшско-Каслинской системы озер, а ПБК – сток реки Мишеляк;
-
пойменные участки реки, расположенные ниже плотины водоема №11, загрязненные ранее в результате разлива реки. К ним, в частности, относится заболоченная территория по обеим сторонам реки, площадью около 30-40 км2 с запасом активности примерно 6 ККи по стронцию-90, 9 ККи по цезию-137 и 11 Ки по изотопам плутония. Повышенная сорбционная емкость заболоченных почв обусловила высокие уровни их загрязнения во время разливов реки, и в настоящее время Асановские болота являются постоянным источником вторичного загрязнения речной воды в результате смыва содержащихся в них радионуклидов с паводковыми и поверхностными водами.
Водно-балансовые расчеты, осуществленные специалистами ПО «Маяк», показывают, что в условиях установившейся в регионе положительной водности из консольного водоема ТКВ происходит фильтрация воды через тело плотины 11 и боковые дамбы, через ЛБК и ПБК.
В целом, общий сток реки Теча формируется под влиянием двух основных факторов:
-
природной подпитки:
-
паводковые воды;
-
дождевые воды;
-
грунтовые воды;
-
притоки реки;
-
техногенной подпитки:
-
воды ПБК и ЛБК;
-
фильтрационные воды через тело плотины 11 водоема;
-
процессы десорбции радионуклидов из донных отложений;
-
смыв радионуклидов с водосборной площади реки.
Основные закономерности распределения радионуклидов в системе реки Теча.
Радиоактивное загрязнение воды в реке Теча в настоящее время обусловлено в первую очередь стронцием-90. До 80-85% радиоактивных веществ в речной системе мигрирует в растворимой форме. До 95% содержания стронция-90 находится в форме растворимых соединений. В результате этого, донные отложения в пойме загрязнены стронцием-90 на всем протяжении реки.
Цезий-137 обладает свойством сорбироваться на взвеси и аккумулирован, в основном, в верховьях реки.
Загрязнение пойменной почвы носит крайне неравномерный характер и зависит от рельефа местности. Максимальные значения плотности загрязнения наблюдаются на пониженных (заболоченных) участках поймы, вблизи русла реки (1-50 м от уреза воды), с удалением от плотины водоема 11 плотность загрязнения поймы снижается.
Распределение радионуклидов по глубине почв характеризуется тем, что 97-98% цезия-137 сосредоточено в слое 0-20 см, распределение изотопов плутония идентично цезию-137, а распределение по глубине стронция-90 в значительной степени зависит от типа почвы. Так, на болотисто-торфяных и лугово-болотных иловатых почвах в слое 0-20 см содержится 58-84% запаса стронция-90, а на аллювиально-песчаных почвах – до 95% стронция-90. В болотистых почвах наблюдается проникновение радионуклидов на глубину 50-60 см, при этом в нижних слоях может содержаться до 0,5% общего запаса цезия-137, изотопов плутония и до 30% стронция-90.
По поперечным сечениям мощность экспозиционной дозы гамма-излучения, плотность потока бета-частиц, плотность загрязнения поймы стронцием-90 и цезием-137, изотопами плутония по мере удаления от воды начинает возрастать до максимального значения, а затем снижается до минимума. Скорость возрастания и снижения зависят от рельефа берегов реки. На пологих берегах максимумы наблюдаются на расстоянии 10-30 м от уреза воды, а минимальные значения обнаруживаются на расстояниях до 1 км в верхнем течении реки и до 100-200 м в районе населенных пунктов. На крутых участках рек распространение загрязнения значительно меньше. Причем, иногда повышенный уровень загрязнения поймы прослеживается выше границы максимального затопления.
Организация сети мониторинга радиоактивного загрязнения поверхностных вод.
Вода является природной средой, в которую осуществляются сбросы загрязняющих веществ и по которой распространяется загрязнение. Масштабы распространения загрязнения водным путем менее выражены, чем рассеивание загрязнения через атмосферу. Тем не менее, при попадании загрязняющих веществ в водотоки в больших количествах, ущерб экосистеме не только для данного водного объекта, но и для всей гидрографической сети может быть значительным (как в случае с гидрографической системой р.Теча).
Начиная с 1994 года и по настоящее время ГУ «Челябинский ЦГМС», по заказу Правительства Челябинской области, осуществляет радиационный мониторинг на реке Теча.
Основной целью ведения мониторинга реки является слежение за динамикой радиационных параметров воды, обнаружение резких повышений концентраций радиоактивных веществ в воде и информирование органов власти и заинтересованных государственных структур об изменении радиационной обстановки.
Система радиационного мониторинга на реке Теча представлена 6 контрольными створами по отбору проб воды на радиоактивное загрязнение (Асанов мост, Автодорожный мост, Муслюмово, Бродокалмак, Русская Теча, Нижнепетропавловское). Кроме того, для правильной интерпретации радиационной ситуации на Тече осуществляются регулярные гидрологические наблюдения на водном посту в с.Муслюмово (рисунок 1).
Функционирование такой системы мониторинга позволяет осуществлять ежедневные измерение гидрометрических параметров (уровня и расхода воды, скорости течения, толщины льда и др.) и ежемесячно осуществлять контроль за содержанием техногенных радионуклидов в воде реки Теча (в створе с.Муслюмово осуществляется также суточный отбор проб воды, при этом анализируется суммарная за месяц проба).
Основными загрязнителями, вносящими наибольший вклад в дозу облучения населения, проживающего в населенных пунктах, расположенных вдоль реки, являются Sr90 и Cs137, имеющие период полураспада около 30 лет.
Динамика концентраций стронция-90 и цезия-137 в воде р.Теча.
Миграция стронция-90 в водной экосистеме определяется закономерностями распространения растворимых форм. При этом донные отложения поймы, загрязненные в первые годы работы комбината, играют роль буфера, который регулирует вынос изотопа и поддерживает среднегодовую его концентрацию на уровне 14-18 Бк/л. Стронций-90 в реке Теча хорошо растворим, более подвижен, чем цезий-137, его концентрации в воде на два порядка величины выше и высокие концентрации изотопа фиксируются на всем протяжении реки, имея, в основном обратную зависимость от расходов воды. При увеличении поступления чистой (нерадиоактивной) воды в реку Теча, в верхнем течении увеличиваются процессы десорбции стронция-90, что приводит к повышению его концентрации вниз по течению.
На рис.2 представлены среднегодовые расходы воды и концентрации стронция-90 в створе с.Муслюмово за период наблюдения с 1981 по 2004 год, по результатам наблюдений Росгидромета. В целом прослеживается обратная зависимость величины концентрации изотопа от водности. Тем не менее, в отдельные годы, когда фиксировались высокие концентрации, водность также была высокой (1990-91 гг.).
На рис.3 представлены средние многолетние концентрации Sr90 и Cs137 в 5 контрольных створах, расположенных на реке Теча. Наглядно прослеживается убыль концентрации изотопа вниз по течению реки, что указывает на местоположение источника загрязнения реки (верхнее течение реки, Асановские болота).
Если оценить динамику водности в реке Теча за 10-летний период (с 1996г.), то минимальные расходы воды наблюдались в 1996-1998 годах, а максимальные – в 2000-2001 годах. В этот период наблюдалось два вида распределения активности по контрольным створам: в 1994-1999 годах более высокие концентрации фиксировались в верхних створах реки (район Асанова мост и автодорожного моста), уменьшаясь постепенно вниз по течению реки. В 2000 году, при наличии очень большого объема воды, наблюдалось нетипичное распределение активности: максимальные концентрации фиксировались в створах с.Муслюмово и Бродокалмак, а в верхнем течении (Асанов мост и автодорожный мост) и вниз по течению реки (Русская Теча и Нижнепетропавловское) наблюдались более низкие концентрации. В 2001 году ситуация с водностью несколько стабилизировалась и в настоящее время в целом наблюдается снижение активности стронция-90 от верхних створов вниз.
На рис.4 представлены среднегодовые и максимальные концентрации Sr90 в воде реки в створе с.Бродокалмак за период наблюдения с 1994 по 2004 год. Как максимальные, так и среднегодовые концентрации во все годы превышали величину 5 Бк/л, что является критерием качества воды (уровень вмешательства) согласно НРБ-99. Наиболее высокие концентрации за 10-летний период наблюдались в 2004г. На рис.5 представлены среднегодовые и максимальные концентрации Cs137 в воде в том же створе. Максимально фиксируемая концентрация достигала в 1996г. величины 1 Бк/л, что на порядок ниже величины уровня вмешательства (УВ) по НРБ-99 для данного изотопа (11 Бк/л).
На рис.6 представлены средние многолетние концентрации стронция-90 в воде реки Теча в 4 контрольных створах, расположенных в пределах Челябинской области, а также максимальные и минимальные фиксируемые концентрации изотопа. Средние многолетние концентрации по контрольным створам варьируют на уровне 11-15,5 Бк/л, что в 2,2-3,1 раз выше УВ по НРБ-99. Если оценить значения средних многолетних концентраций по гидрологическим фазам года (рис.7-10), более низкие значения содержания стронция-90 в воде наблюдаются в период весеннего половодья (апрель-май) в пределах 7,5-9,6 Бк/л, более высокие – в основном в период зимней межени (13,6-17,9 Бк/л).
На рис.11-12 представлен годовой ход концентраций изотопов Sr90 и Cs137 за 2001-2003 год в с.Муслюмово. Практически во все сезоны года (исключение составляет период весеннего половодья, когда за счет большого притока чистой воды и сильного разбавления могут фиксироваться концентрации ниже 5 Бк/л) наблюдаются концентрации Sr90, превышающие УВ для данного изотопа по НРБ-99. Концентрации изотопа Cs137 не имеют значительного размаха сезонных колебаний.
Таким образом, исходя из имеющейся информации радиационного мониторинга реки Теча, можно вывести следующие основные закономерности распределения радиоактивности:
-
Основное загрязнение реки техногенными радионуклидами произошло в период с 1949 по 1956 годы;
-
В настоящее время основными дозообразующими радионуклидами в экосистеме реки Теча являются стронций-90 и цезий-137;
-
Цезий-137 – в силу своих физико-химических свойств в основном сорбирован в пойменных почвах в верхнем течении реки, его концентрации в воде низкие, менее 1 Бк/л, что гораздо ниже УВ по НРБ-99 для данного изотопа;
-
Стронций-90, находясь в хорошо растворимой форме - подвижен, находится в больших концентрациях в воде (превышает УВ по НРБ-99), хорошо мигрирует вниз по течению реки, обуславливая загрязнение реки вплоть до ее впадения в р.Исеть;
-
Концентрации стронция-90 находятся в обратной зависимости от водности реки (расходов воды), однако, иногда эта взаимозависимость нарушается, что может быть связано с дополнительным поступлением радионуклидов в открытую гидрографическую сеть в верхнем течении реки.
-
Максимальные концентрации изотопа стронция-90 за период с 1994 года наблюдались в 2004 году и достигали величины 50,1 Бк/л в створе с.Муслюмово, что в 10 раз превышало уровень вмешательства (УВ) для стронция-90 по НРБ-99.
«назад» |
