Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Математическое моделирование потоков радионуклидов из сельскохозяйственныхи естественных экосистем с целью радиационнойреабилитации загрязненных территорий
ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология
Автореферат диссертации по теме "Математическое моделирование потоков радионуклидов из сельскохозяйственныхи естественных экосистем с целью радиационнойреабилитации загрязненных территорий"
г-з Ой
г з да и98
На правах рукописи
Жученко Юрий Михайлович
Математическое моделирование потоков радионуклидов из сельскохозяйственных и естественных экосистем с целью радиационной реабилитации загрязненных территорий
Специальность 03.00.01 — Радиобиология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
Обнинск — 1998
Работа выполнена в Научно-исследовательском институте радиологии Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь
Научный консультант: Доктор биологических наук
СК-Фирсакова
Официальные оппоненты: Доктор биологических наук, профессор,
B.Ф.Дрнчко (Государственный аграрный университет, Санкт-Петербург) Доктор биологических наук, профессор, Я.Э.Кенигсберг (Научю-исследовательский клинический институт радиационной медицины и эндокринологии, Минск) Доктор биологических наук
C.Н.Фесеико (Всероссийский научно-исследовательский институт сел ьскохозяй-ственной радиологии и агроэкологии, Обнинск)
Бгдущая организация: Украинский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии Министерства сельского хозяйства и продовольствия Украины, г.Киев
Зз щит а диссертации состоится • декабря 1998 г. в _чаоов на заС£
нии Диссертационного совета Д 120.81.01 во Всероссийском научно-исследс тельском институте сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии. Отзывы автореферат просим отправлять по адресу: 249020, Калужская обл., г.Обни1 ВНИИСХРАЭ, Диссертационный совет.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИСХРАЭ. Автореферат разослан _1998
Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор биологических наук
Н.И.Санжаро!
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Проблема реабилитации загрязненных территорий и жизнедеятельности населения, проживающего на них, является одной из наиболее сложных задач постчернобыльского периода. По мнению ведущих отечественных специалистов, имеющих опыт ликвидации Кыштымской аварии, любая техногенная авария или катастрофа предполагает три временных этапа (Антропова З.Г. и др., 1990):
• экстренные защитные мероприятия или аварийный период;
• мероприятия по обеспечению длительного и безопасного проживания населения на
загрязненной территории;
• мероприятия по обеспечению безопасного сельскохозяйственного использования загрязненных территорий.
Это мнение согласуется с публикациями, относящимся к постчернобыльской ситуации (ICRP Publication 60..., 1991, Беляев С.Т., 1993, Belyaev S.T. et а!., 1996.), где выделены три стадии:
• ранняя (early phase);
• долговременная (long-term phase);
• реабилитации (a final restoration phase or rehabilitation phase).
Согласно этим публикациям, настоящий период можно рассматривать как восстановительный или реабилитационный.
Первоначальное значение термина «реабилитация» имеет двоякое толкование: юридическое (восстановление в правах) и медицинское (комплекс мер, направленных на восста-
д..г, „„„,,,„„„„•,
Привлечение зюш термина для обозначения процесса радиационной pwiu»L:,iiam:n загрязненных территорий и последующих социально-экономических шагов основано как на первом, так и на втором значении этого слова и наиболее полно отражает содержание восстановительного периода, то есть под реабилитацией следует понимать систему мер, направленных на приведение разбалансированных подсистем (окружающая среда, людские, природные и производственные ресурсы) к нормативному (безопасному для проживания) и экономически целесообразному состоянию.
Сложность проблемы реабилитации загрязненных территорий определяется множеством факторов радиоэкологического, радиационно-гигиеннческого, социально-экономического, демографического и психологического характера. Однако в любом случае радиационная обстановка на загрязненных территориях по-прежнему остается важнейшим
фактором, определяющим условия проживания жителей этих регионов и возможность рес билитации.
Фундаментальные работы, выполненные за последние несколько десятков лет п изучению поведения радионуклидов во внешней среде (Russell R.S., 1960; Алексахин Р.М 1963, 1977; Федоров Е.В. и др., 1969; Фредриксон Л. и др., 1971; Тихомиров Ф.А., 1972; Г) лякин И.В. и др., 1973; Корнеев H.A. и др., 1973, 1977, 1987; Марей А.Н. и др., 1974; Юдш цева Е.В. и др.,1981; Сельскохозяйственная радиоэкология, 1992), явились основой при прс ведении различного рода научных и технических исследований последствий Чернобыльско аварии в целях получения наиболее полной информации и представлений о:
• масштабах аварии;
• поведении радиоактивных веществ в объектах окружающей среды;
• дозовых нагрузках на население;
• эффективности различных способов дезактивации.
Результаты этих исследований подробно изложены в научных изданиях, материал: конференций, отчетах работ, выполненных в рамках национальных программ и ряда мсжд; народных проектов.
Исследования, которые проводятся в настоящее время, включают в себя изучение i только радиологического фактора как изначальной причины создавшегося положения з грязненных регионов, но и производственной, социально-бытовой сферы деятельности, с циально-психологической и демографической ситуации. Они носят характер синтеза нако ленной информации и направлены на решение прогностических задач в целях комплекснс реабилитации.
Радиационная реабилитация загрязненных территорий невозможна без количестве ных оценок уровней загрязнения всех звеньев трофической цепи (от почвы до дозовых н грузок на население), поэтому был разработан алгоритм расчета, связывающий уровни з грязнения почв, коэффициенты перехода радионуклидов по трофическим цепям и дозов! характеристики.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является создание унивс сальной статистической модели для прогноза возможности реабилитации загрязненных тс риторий на основе оценки потоков радионуклидов из аграрных и естественных экосистем,: влияния на формирование индивидуальных и коллективных доз облучения на население перераспределения на территории района, области, республики.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
• формирование взаимосвязанных и надежных банков данных о динамике радиационных параметров, характеризующих все звенья трофической цепи: почва, растение, животное, человек;
• исследование и анализ закономерностей и связей между звеньями цепочки, основанных на статистической обработке имеющейся информации;
• проведение анализа и модификации расчетных моделей оценю! и прогноза дозовых нагрузок на население за счет внешнего и внутреннего облучения с точки зрения получения адекватных результатов при локальном принципе реабилитации загрязненных территорий;
• создание расчетной статистической модели потоков радионуклидов из сельскохозяйственных и естественных экосистем открытого типа;
• сравнительная оценка вкладов различных типов экосистем (сельскохозяйственные и природные) в формирование дозовых нагрузок на население, проживающее в реабилитируемом регионе и вне его;
• апробация моделей перераспределения потоков радионуклидов в пределах региона и вне его (на уровне хозяйства, района, области, Республики) для оценки возможных реабилитационных мероприятий.
Теоретический вклад и научная новизна результатов исследований Выполнение комплексных исследований на территории Беларуси по социально-экономическим, социально-психологическим, радиационно-гигиеническим и радиологическим направлениям в целях реабилитации загрязненных территорий показало тесную взаимосвязь всех этих факторов.
ной статистической модели потоков радионуклидов из аграрных и естественных экосистем и се усовершенствованные модификации. На основе модельных расчетов показана определяющая роль молока в формировании дозы внутреннего облучения жителей загрязненных территорий.
Разработаны теоретические подходы радиационной реабилитации загрязненных территорий на основе территориально-локальных принципов.
Впервые введены понятия: экспортируемые потоки радионуклидов и экспорт потенциальной коллективной дозы за пределы загрязненного региона.
На примере Брагинского района Гомельской области по радиационным параметрам 1996 года были проведены расчеты потоков радионуклидов и доз для радиационной обстановки 1991 и 2001 годов по хозяйственно-экономическим показателям деятельности агро-
промышленного комплекса в 1991 году. Показано, что при уменьшении индивидуальной дозы внутреннего облучения на 30-40% потенциальная коллективная доза, экспортируемая за пределы района возрастает почти в 2 раза. В связи с этим утверждается, что контрмеры в звене почва-растение эффективны для снижения индивидуальных доз населения, проживающего на загрязненной территории. Для уменьшения коллективной дозы наиболее существенный вклад вносит процесс переработки произведенной продукции.
Выполнены расчеты и впервые представлена сводная информация о распределении потоков радионуклидов и дозовых характеристик в масштабе Могилевской области и Республики Беларусь по заранее обоснованным выбранным критериям. Результаты позволяют оценить значимость различных регионов в радиационном балансе Беларуси.
Практическая значимость работы. Предложенные подходы и принципы радиационной реабилитации загрязненных территорий являются теоретической основой для оценки возможности радиационной реабилитации административно-хозяйственной единицы. Реабилитация загрязненных территорий не должна ограничиваться отдельными населенными пунктами, так как структура государственных сельскохозяйственных предприятий представлена общим комплексом производственных, социально-экономических и организационных объектов с управляющим центром. Оптимальная территория для разработки системы мер по реабилитации—территория административного сельскохозяйственного района. Применение территориального подхода и аппарата математического моделирования потоков радионуклидов позволяют решать не только вопросы о реабилитируемости территорий, но и разрабатывать на практике стратегию ведения хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения с возможностью выбора наиболее оптимального варианта. Совместно с локальным подходом к реабилитируемым населенным пунктам, являющимся составной частью района, возможна адресная реализация необходимых контрмер, в чем и заключен принцип оптимизации планируемых мероприятий.
Практическая оценка радиационной ситуации и прогноз ее ослабления позволяют заключить, что загрязненная территория может быть реабилитирована в случае применения комплекса мер организационного и специального характера, обеспечивающих в течение ближайших лет снижение индивидуальных доз до 1 мЗв в год. Для снижения индивидуальных и коллективных доз внутреннего облучения существуют надежные и управляемые контрмеры, применение которых экономически целесообразно и эффективно. Переработка произведенной продукции на месте может значительно снизить вклад загрязненных территории в формирование коллективной дозы населения республики. Поэтому одной из организа-
ционных контрмер для реабилитации загрязненных территорий является развитие пищевой перерабатывающей промышленности.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Основные принципы и критерии реабилитации загрязненных территорий с использованием территориального и локального подходов к исследуемой проблеме.
2. Локальный подход к реабилитации загрязненных территорий. Комплекс оригинальных и модифицированных математических моделей текущей и прогнозной оценки радиационной обстановки и дозовых нагрузок на население.
3. Теоретические основы построения статистической модели потоков радионуклидов из аграрных и естественных экосистем. Структурная схема расчета потоков радионуклидов.
4. Результаты оценок радиационной реабилитации районов, выполненных на основе анализа радиационной ситуации и хозяйственно-экономических показателей. Варианты возможных прогнозов состояния типичного района при условии стабильного экономического положения и ведения сельского хозяйства без нарушений традиционных технологий.
5. Количественная оценка текущих радиационных характеристик и возможности реабили-
на урозне областной административно-хозяйственной единицы.
6. Анализ баланса потоков радионуклидов на территории республики.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на: Республиканской научно-практической конференции по радиобиологии и радиоэкологии (Минск, 1988); II Всесоюзном научно-координационном совещании по проблемам ведения агропромышленного производства в районах, подвергшихся воздействию аварийного выброса Чернобыльской АЭС (Обнинск, 1988); Международной конференции «Достижения науки
биологическом съезде (г.Пущино, 1989); I семинаре Советского отделения Международного Союза Радиоэкологов «Радиоэкология и контрмеры» (Киев, 1991); Республиканской научно-технической конференции «Методы и средства радиационного контроля» (Минск, 1991); III Республиканской конференции «Научно-практические аспекты сохранения здоровья людей, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС» (Гомель, 1992); III радиобиологическом съезде (Киев, 1993); конференции «10 лет после аварии на Чернобыльской АЭС» (Минск, 1996); Международной конференции (Зеленый Мыс, 1996); Международной конференции «One decade after Chernobyl: summing up the consequence of the accident» (Vienna, 1996), конференции «Проблемы экологической защиты населения» (Гомель, 1998), а также на научно-практических семинарах в Министерстве по
чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь, курсах повышения квалификации по сельскохозяйственной радиологии (Гомель, Могилев, Брест).
Публикации. Основные результаты исследований, выносимые на защиту, отражены в 24 публикациях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 238 страниц машинописного текста, включает 87 таблиц, 99 рисунков. Библиография включает 205 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. ЭВОЛЮЦИЯ РАДИАЦИОННОЙ СИТУАЦИИ ПОСЛЕ АВАРИЙНОГО ВЫБРОСА РАДИОНУКЛИДОВ ЧАЭС НА ТЕРРИТОРИИ БЕЛАРУСИ
По официальным данным, на территории России, Украины и Беларуси можно выде лить тринадцать районов, подвергшихся загрязнению '""Сэ выше 37 кБк/м2. Более 40% все> земель, загрязненных шСб выше 37 кБк/м2, расположены на территории Беларуси. Из низ около 80% территорий приходятся на Гомельскую и Могилевскую области, (табл. 1)
Объектами исследований данной работы являются 992 населенных пункта с населе ниеы 206215 человек, где суммарная годовая индивидуальная доза превышает 1 мЗв и, еле довательно, необходимо проводить реабилитационные мероприятия.
Отселение с загрязненных территорий вызвало значительные трансформации сеп поселений и земельных угодий: из активного хозяйственного использования выбыли н только периферийные, но и центральные территории ряда районов загрязненных областей.
За период с 1987 по 1990 гг. было ликвидировано 20 хозяйств в Могилевской облас ти и 31 - в Гомельской. Оставшиеся в хозяйственном использовании территории, за некото рым исключением, сформировали компактные или непрерывно вытянутые вдоль основны планировочных осей ареалы, которые, тем не менее, сохранили прежнее функционально назначение.
Несомненно, что с радиологической точки зрения отселение является наиболее эф фективным способом снижения дозовых нагрузок на жителей загрязненных территорий, о; нако при этом следует учитывать возможные негативные психологические и социальнс экономические последствия, в связи с чем возникает необходимость детальных исследов; ний в этих направлениях и корректных экономических оценок.
Таблица 1. Число населенных пунктов и численность населения, загрязненных территориях областей Беларуси (в числителе - общее количество, в знаменателе - количество, в которых среднее значение суммарной годовой индивидуальной дозы
превышает 1 мЗв) (Каталог доз..., 1995)
Число населенных пунктов Численность населения
Область Диапазон уровней загрязнения "'Се, кБк/м"1
37-185 185-555 555-1480 37-185 185-555 555-1480
Брестская 134 18 0 139490 17843 0
28 16 0 11113 10053 0
Витебская 2 0 0 76 0 0
0 0 0 0 0 0
Гомельская 919 479 90 1139698 105088 25358
114 446 90 30721 85438 25358
Гродненская 153 1 0 3125 247 0
1 1 0 97 247 0
Минская 183 4 0 21808 1050 0
3 3 0 377 1005 0
Могилевская 558 287 39 109149 52415 2348
29 222 39 3030 36428 2348
Всего 1949 789 129 1413346 176643 27706
175 688 129 45338 133171 27706
С другой стороны, опыт ведения сельскохозяйственного производства на территории, загрязненной долгоживущими радионуклидами после аварии на ЧАЭС, показывает, что использование агромелиоративных и организационных контрмер позволяет производить продукцию растениеводства и животноводства, соответствующую допустимым уровням по содержанию 137Сз.
в сельском хозяйстве
Основным критерием для введения ограничений на потребление пищевых продуктов после Чернобыльской аварии является доза (дозовый уровень вмешательства). На практике это предполагает определение производных уровней вмешательства для конкретных пищевых продуктов, учитывающих типичные уровни загрязнения и рацион питания.
Так как через несколько месяцев после аварии радиоактивные изотопы цезия (134Сз и П7Сз) стали вносить основной вклад в дозу за счет пищи, то их содержание в продуктах питания (Бк/кг, л) определило производные уровни вмешательства. По мере смягчения радиационной обстановки эти уровни обновлялись в сторону их «ужесточения».
За прошедший после аварии период произошло существенное снижение перехода радиоактивного цезия из почвы в растения как за счет природных процессов («старение» ра-
дионуклидов, их миграция и радиоактивный распад), так и в результате осуществления контрмер (рис. 1).
Рис.1. Содержание '"Се, отнесенное к плотности загрязнения, в основных полевых культурах (1-зерновые, 2-картофель).
Период интенсивного применения контрмер с 1987 по 1990 гг. характеризуется быстрыми темпами снижения поступления 137Cs в полевые культуры (Tiq 1.0-1.4 года). В более отдаленные от аварии сроки, когда объемы выполняемых контрмер на пахотных землях сократились (1991-1995 гг.), замедлились и темпы снижения перехода 137Cs в растения (Тш 2.85.9 лет). По оценкам Алексахина P.M. с соавторами (Fesenko S.V. ... 1995.), вклад контрмер в общие темпы снижения перехода 137Cs на пашне достигает 57%.
Эффективность выполненных за эти годы защитных мероприятий привела к тому, что 100% всей производимой на загрязненных территориях растениеводческой продукции с пашни не превышает установленный норматив содержания 137Cs.
Рис. 2. Динамика снижения удельной активности 137С« в мо-локе, полученном на естественных и окуль-туренных пастбищах Гомельской области
На рис. 2 показаны расчетные данные по динамике снижения активности молока, производимого на естественных и улучшенных кормовых угодьях, и реальные производственные показатели.
Времцга»!
■ Г^хиэвсоствемедэнъе-Е^есгашъепасгйиэ.......О(у/ътуренъепасгёл]0
Коренное улучшение лугов не только снижало активность получаемого молока, но и ускорило темпы его очищения. Представленные результаты свидетельствуют о том, что возможности контрмер полностью не реализованы.
Предпосылки к разработке концептуальных и методологических подходов к реабилитации загрязненных территорий.
Реабилитация - это процесс восстановления хозяйственной деятельности и условий для полноценной жизнедеятельности населения, проживающего на загрязненных территориях.
Основными предпосылками к разработке концептуальных подходов к реабилитации являются:
• развитие и течение послеаварийной радиационной ситуации предсказуемо, и вследствие радиоактивного распада и «старения» радионуклидов происходит ее смягчение;
• снижение текущих дозовых нагрузок на население;
• освоение производства и технологий, позволяющих получать "чистые" продукты растениеводства и животноводства;
• социально-психологическое восприятие жителями загрязненных регионов программы реабилитации;
• фактор добровольного проживания на загрязненной территории значительного числа людей и увеличением ее населения за счет возвращения части переселенцев и мигрантов из различных регионов (в настоящее время до 20% населения чернобыльской зоны составляют беженцы из бывших республик СССР);
• несоответствие законодательной базы реально складывающейся жизненной ситуации.
Возможность реабилитации территории в первую очередь зависит от сложившейся к настоящему времени радиоэкологической обстановки, формирующей дозовые нагрузки.
Одним из критериев оптимизации процесса реабилитации является показатель облучения населения. На разных этапах и на разных уровнях принятия решений необходима информация о дозовых нагрузках, как на население района, так и на отдельные группы жителей населенного пункта. Исходной информацией является распределение плотности загрязнения '"Се по территории района и индивидуальных дозовых нагрузок на население. В качестве критериев, определяющих уровни вмешательства, в соответствии с Законами Республики Беларусь, следует принять средневзвешенное значение плотности загрязнения территории
'"Сб 555 кБк/м2 и суммарную индивидуальную дозу 1 мЗв/год. Статистический анализ этих взаимосвязанных параметров позволяет выявить достоверность используемых результатов и, в случае положительной их корреляции, провести зонирование территории и спрогнозировать время достижения индивидуальных дозовых нагрузок, не превышающих уровня вмешательства (расчеты достижения уровня в 1 мЗв/год производятся при консервативном подходе без учета влияния контрмер).
Анализ распределения населенных пунктов по средним годовым индивидуальным дозам их жителей позволяет выполнить сортировку по трем группам:
• до 1 мЗв/год;
• достижение уровня 1 мЗв/год до 2000 года;
• достижение уровня 1 мЗв/год после 2000 года.
Основой стратегии радиационной защиты является снижение доз облучения до величин, обеспечивающих достижение приемлемого уровня радиационного риска. В качестве дозовых критериев целесообразно использовать величину годовой дозы.
Приоритетность проведения соответствующих мер радиационной защиты, как правило, определяется на основании расчета значений коллективных доз жителей конкретного населенного пункта и возможности их снижения предлагаемыми мерами защиты. Отселение людей с данных территорий, как мера радиационной защиты, нецелесообразно.
При устойчивом достижении уровня годовой дозы ниже 1 мЗв территория считается реабилитированной по радиационному фактору.
2. ПРОГРАММА, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В рамках Государственной программы «Реабилитация загрязненных территорий», выполняемой с 1994 года, эта и полученная в процессе выполнения работ информация использовалась для расчета текущих радиационных характеристик и их дальнейшего анализа г целях радиационной реабилитации загрязненных территорий. Кроме того, этот массив данных позволял прогнозировать изменение радиационных характеристик во времени. В процессе сбора, анализа и оценки информации по всем составляющим функционирования региона применялся аппарат математической статистики, картографический, графоаналитический методы. Эффективность анализа и оценок обеспечивалась компьютерной технологией их выполнения с созданием и применением информационно-аналитической системы данных по всем направлениям исследований. Источниками информации являются официальные данные статистического управления, различных ведомств и подведомственных организаций
материалы служб исполкомов, сельских Советов, хозяйств, различных предприятий и организаций районов, области, республики.
В процессе анализа состояния выбранных территорий по каждому из направлений исследований выполняются частные оценки, а также комплексная оценка по совокупности основных критериев. Все исследования опирались на локальные модели и методики, включающие необходимый перечень выявленных закономерностей, корреляционных связей, характеристик, параметров.
Методологической основой работ является комплексный подход, который заключается во взаимосвязанном предметном исследовании демографических, социальных, хозяйственных, экологических, радиологических и других составляющих жизни населения загрязненных регионов, определяющих социально-экономическое положение в настоящем, а также выявлением проблем и тенденций развития административно-хозяйственной единицы с применением методов системного анализа и прогноза на основе стандартных и специальных прикладных программ для ПЭВМ. В настоящей работе анализируются преимущественно радиологические аспекты.
Исследованиями 1994-1996 годов установлено, что реабилитация загрязненных территорий не должна ограничиваться отдельными населенными пунктами, так как структура сельскохозяйственных предприятий представлена общим комплексом производственных, социально-экономических и организационных объектов с управляющим центром. В связи с этим объектом исследования являлась административно-хозяйственная единица, включающая в себя следующие элементы:
• территория с ее физико-географическими, почвенными, экологическими и радио-
• хозяйственно-экономический комплекс и природно-ресурсный потенциал;
• проживающее население.
Бьии проведены исследования в трех районах Гомельской области из двенадцати, загрязненных в результате аварии на Чернобыльской АЭС, что недостаточно для оценки общей картины и объема реабилитационных мероприятий в пределах областной административно-хозяйственной единицы. Предполагалось, что большие массивы данных радиационного и хозяйственного характера позволят, на основе применения аппарата математической статистики, получить достоверную информацию для последующего обобщения. Поэтому в 1997 году в качестве модели реабилитируемой территории была выбрана Могилевская область с ее шестью наиболее загрязненными районами.
В процессе анализа радиационной ситуации с привлечением официальной информации возникали противоречия, снять которые можно было лишь путем проведения дополнительных натурных исследований с использованием гамма-спектрометрической аппаратуры и подвижной радиологической лаборатории (гамма-спектрометрические комплексы TENNELEC, CANBERRA и ADCAM-350), аппаратуры для измерения концентрации бета-излучающих радионуклидов (альфа-бета-счетчик «Canberra 2400»).
Для составления основы для картограмм были применены комбинированный сеточ-но-площадной и маршрутно-площадной способы измерений на местности. Для построения картограмм использовался метод расчетных точек, который заключается в интерполяции значений в узлах регулярной сетки по пяти ближайшим измеренным величинам.
3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ ВОПРОСОВ РЕАБИЛИТАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Жизнедеятельность населения, проживающего на загрязненной территории, как правило, связана со всей природной средой, т.е. используются леса, пастбища, пашня, природные водоемы, как для получения продукции, так и для рекреации. Следовательно, чтобь принять решение о пригодности территории для ведения хозяйственной деятельности и природопользования, необходимо оценить пути формирования дозы от различных источников.
Для проведения такой оценки требуется следующая информация:
• экспликация сельскохозяйственных угодий и лесов по уровням загрязнения;
• бонитировка сельскохозяйственных угодий;
• показатели района по основным видам сельхозпродукции;
• динамика изменения удельной активности молока по хозяйствам за несколько (4-5) лет.
Расчетная статистическая модель потоков радионуклидов из аграрных и естественных экосистем
Выбор контрмер после радиационных аварий должен основываться на эффективно сти уменьшения потоков радионуклидов, поступающих к человеку и образующих дозу внут реннего облучения (Фирсакова С.К. и др., 1996; Firsakova S., 1996).
Опыт широкого применения сельскохозяйственных контрмер после Чернобыльско аварии на территории Беларуси показал снижение их эффективности с течением времен! что связано с процессами старения и миграции радионуклидов в экосистемах (Фесенко C.I и др., 1997, 1998; Пристер Б.С. и др., 1991; Prister B.S. et al., 1996). Кроме того, для отдел! ных экосистем (лес, болото) проведение контрмер невозможно, что в ряде случаев являете причиной получения «грязного» молока.
Представляется важным найти общие подходы к применению контрмер в тех экосистемах, которые использует человек для своей жизнедеятельности, проживая на загрязненной территории. (Корнеев H.A. и др., 1986.)
С этой целью разработана модель по оценке потоков радионуклидов через наиболее значимые для человека экосистемы: пахотные земли, луга, лес, болото, естественные водоемы,- и на основе первичной и вторичной продуктивности этих систем оценено возможное поступление 137Cs и 90Sr к человеку.
Конечным результатом является оценка индивидуальных дозовых нагрузок на жителей, проживающих на загрязненных территориях, коллективных и ожидаемых коллективных доз, сформированных на территории исследуемого региона и экспортируемых за его пределы.
В основу расчётной модели положены радиационные и хозяйственные характеристики анализируемого региона (от отдельного хозяйства до размеров области), обобщённые знания о коэффициентах перехода радионуклидов по трофическим цепям, рационы кормления животных, нормы потребления продуктов питания сельским жителем, переработка продукции. При расчёте потоков и доз, формируемых естественными экосистемами, использован консервативный подход в оценке потоков радионуклидов: предполагается эксплуатационный сбор «даров природы» при благоприятных метеорологических условиях вне зависимости от типов лесов и их продуктивности.
Обобщённая схема расчёта представлена на рис. 3.
Для формализации решения задачи введены следующие обозначения:
j - радионуклид;
i - диапазон плотности загрязнения территории экосистемы [Бк/м2]; / - продукция растениеводства или «даров леса» [кг/год]; п - продукция животноводства, естественных экосистем (дичь, рыба) [кг/год]; щ - урожайность /-продукции растениеводства, эксплуатационный сбор "даров леса"
с единицы площади [кг/м2];
/1п - суточное производство «-продукции животноводства, удельный сбор продукции естественных экосистем с единицы площади в течение года [кг/сутки], [кг/м2 год];
Skj - площадь ^-экосистемы, загрязнённаяу-радионуклидом [м2];
ап - доля "сухого" корма (сено) для кормления молочного и мясного стада;
Рис.З. Структурная схема расчета потоков радионуклидов с загрязненных территорий из аграрных и естественных экосистем.
¡¡¡п - доля кормов с пашни для кормления молочного и мясного стада; Г/т, - коэффициенты перехода /радионуклидов из почвы в /-продукцию [м2/кг]; ТБщ - коэффициенты перехода /-радионуклидов из рациона при кормлении животного в «-продукцию [отн.ед.];
от/- суточное потребление /-корма животным [кг/сутки]; тц - кормовая ценность /-продукции [корм.ед./кг]; / — время [сутки];
Ып - количество голов молочного и мясного КРС и свиней;
- дозовый коэффициент для/-радионуклида; У- количество жителей;
т ш - нормы потребления сельским жителем продуктов питания (Изучение..., 1990). Для ¿-экосистемы первичный вынос активности /-радионуклидов в /-продукцию можно выразить следующим уравнением:
где — ^ ' [Бк/м^] (2) — средневзвешенное значение плотности загрязнения к-сг --,
Ч
экосистемы ^-радионуклидом.
Для сенокосов и пастбищ первичный вынос активности в сухой корм для /-типа луга описывается следующим выражением:
гДе ^г-
(4) — средневзвешенное значение коэффициента перехода /■
ТР, -л-
9 '
-3!
радионуклида в сухой корм.
Удельная активность /-радионуклида в /-продукции для ¿-экосистемы будет:
[Бк/кг],(5)
Чщ=ми'
Ми [кг1> (б) — валовой сбор /-продукции ¿-экосистемы.
Д ля расчёта формируемых потоков /-радионуклидов в продукты питания частного сектора учитывался процесс переработки.
В общественном секторе при вычислении производства продуктов из зерна и картофеля учитывался процесс переработки зерна на муку и комбикорма, а также производство крахмала из картофеля. В модели заложена переработка сырья на месте производства или за
В последнем случае рассчитывались потоки радионуклидов растениеводческой продукции, экспортируемые за пределы района:
= Р>к], (7)
где КI - Доля /-продукции, уходящая за пределы района. В среднем по хозяйствам и району в целом для картофеля К/=0.5; для зерна К¡=03. Для зерна предполагалось, что если на территории, где произведена продукция, отсутствует перерабатывающее производство, то продукт переработки в виде муки и комбикорма в количестве 70% от произведённого возвращался обратно в район. Эта доля не учитывалась в экспортируемом из района потоке.
Вторичный вынос активности, осуществляемый животноводческой продукцией сельскохозяйственных экосистем, можно записать в следующем виде:
(2 . [Бк/кг], (9) - удельная активность молока и мяса;
М -И 7 -¡л [КГЬ (10) _ масса произведённой и-продукции за время * (365 дней).
Суточный удой КРС был принят равным 8.2 литра; суточный привес КРС - 0.6 кг; суточный привес свиней - 0.3 кг. В расчетах использовались типовые рационы кормления животных.
Вторичный вынос активности из естественных экосистем удобно записать в следующем виде:
При расчёте потоков из естественных экосистем использовались средние значения коэффициентов перехода для грибов, ягод, диких животных и рыбы.
Для оценки радиационной значимости каждой из экосистем определяется интегральный вынос:
2™'=£(<2 +2 ■)' (12)-ДОя естественной;
' л/ "
)' ^^ ~~ для сельскохозяйственной.
л/ ^ ^
В свою. очередь, общий интегральный вынос радионуклидов распределяется на 2 компонента: остающийся в районе и вывозимый за его пределы.
Остающаяся в районе активность включает всю кормовую базу и часть, обеспечивающую продуктами питания население по действующим нормам потребления продуктов питания для сельского жителя:
Для оценки радиационной ситуации в районе и вне его рассчитывается коллективная доза населения от внутреннего облучения по каждому из продуктов питания, суммарная в экосистеме и интегральная:
/к
С^^+Я^Е^/ [чел-3в]'(17)
к
Индивидуальная доза внутреннего облучения среднестатистического жителя района будет равна:
, -Пш- р.х „ ' [чел.-Зв], (18) аы]- , ~т„1 6) Яп,
ы
В табл. 2 приведены расчеты, выполненные для экосистемы площадью 1 м и уровнем загрязнения 137Сз 1 кБк/м2. Исходные данные характеризуют временной интервал 19941995 года. В сравнительном аспекте с расчетами России и Украины эти результаты бьии доложены на Международной конференции в марте 1996 года и опубликованы в сборнике докладов (А1ехакЫп II. Е1 а1,1996).
Таблица 2. Вынос продукцией Сб из различных экосиситем (с 1 м при уровне загрязнения 1 кБк/ м )
Экосистема Вид продукции Первичная продукция 2 кг/м Вторичная продукция кг/м Коэффициент перехода К*10"3, м2/кг Поток '"Сз 0, мБк Коллективная доза чел.-нЗв
Пашня зерно 0.35 0,1 35.0 0.2281'1
картофель 2.0 - 0,05 100.0 1.300
Луга естественные сено 0.1 - 6,4 640.0
молоко - 0.083 0,64 53.1 0.691
или мясо - 0,006 2,6 15.6 0.203
Луга культурные сено 0.3 - 2,2 660.0
молоко - .0.249 0,22 54.8 0.712
или мясо - 0.018 0,88 15.8 0.206
Осушенные низинные торфяники сено 0.4 - 23 9200.0
молоко - 0.332 2,3 763.6 9.927
или мясо - 0.024 9,2 220.8 2.870
0,01). ■
Лес ягоды 0,0006 - 5,8 3.5 0.045
дичь - 0,0005 2,6 1.3 0.017
Озера, реки рыба - 0,0013 2,6 3.4 0.044
(*)- коэффициент перехода для кулинарной обработки равен 2.
ПРИМЕЧАНИЕ. Масса первичной и вторичной продукции приведена с учетом ее отторжения для скармливания скоту или использования в пищу человеком. Данные, представленные в таблице, показывают:
• картофель характеризуется самым высоким значением удельного потока, интегральная величина его будет примерно в 3 раза меньше, чем для зерна, так как в структуре посевных площадей он занимает не более 5%;
• основными путями транспорта радионуклидов к человеку является продукция с пашни и молоко;
• лесная продукция по интегральному выносу l37Cs может конкурировать с сельскохозяйственной только при наличии больших площадей, занятых лесами, что маловероятно, так как доля продуктивных лесов по районам не превышает 40% от всей территории;
• агротехнические контрмеры, не изменяя интегральный вынос радионуклидов, снижают величину индивидуальной дозы;
• при относительно высокой плотности потока радионуклидов, выносимых с мясом, интегральный поток будет ниже, чем выносимый с молоком;
• удельный поток l37Cs с осушенных низинных торфяников на порядок выше, чем с лугов на минеральных почвах.
Модифицированная модель потоков радионуклидов Качественно новым шагом в усовершенствовании модели потоков радионуклидов из различных экосистем явилась постановка задачи выполнения математических операций с использованием полноценных статистических распределений, а не средних арифметических величин, приведённых в различного рода документах (каталоги доз, рекомендации и т.д.).
Для достижения указанной цели достаточно было в теле программы «Microsoft
Excel»:
• Создать программу восстановления наиболее вероятных распределений физических величин на основе исходной информации, которая характеризует объект исследования и может существенным образом отличаться для различных объектов. В случае малой выборки массива данных использовался метод бутстрепа (Волков Н.Г., 1988).
• Сгенерировать статистические распределения величин, одинаковых для любого объекта исследований.
К первой категории восстановленных распределений относятся:
• плотность загрязнения пашни, кормовых угодий, населённых пунктов;
• типы почв пашни и кормовых угодий;
• коэффициенты перехода радионуклидов в растениеводческую продукцию кормовых угодий и «дары природы».
Ко второй категории - потребление продуктов питания сельским жителем. Восстановленный или сгенерированный массив данных записывался в виде одномерной матрицы.
В модели необходимо было в некоторых случаях определить математическое ожидание Е и дисперсию о от функции нескольких случайных величии. Они равны:
в «О
E{F(x,y)} = \ ¡F(x,y)f(x,y)dxdy
-«-» , (20)
у)} = E{[F(x,y)-E(H(x,y))]2}{2l)
В случае, когда F(x, у) = ху математическое ожидание будет следующим:
Е{х,у) = В{х)Е{У)Л22)
Кроме того, модель предполагает получение функции совместной плотности распределения нескольких случайных величин и анализ этой функции. Математический аппарат здесь следующий.
Пусть х и у исходные случайные величины и и их сумма:
и= х+у > (23)
Априори, мы предполагаем, что х и у независимы. Тогда их совместная плотность представима в виде:
f(x> У) = fx (x)fy (.У) > (24) Функция распределения для U
F(u)=P{U<u)P(x+y<u) . (25)
определяется с помощью интегрирования по области А (рис. 4)
к
Рис. 4.
Пи) = \\L(z)fy(y)dxdy = ~\f,(x)<b]fy<fy = ]fydy \fSx)dx, (26) Плотность вероятности получим путем дифференцирования
/(u) = ^^=)/Ax)/y(u-x)dx= ]f,(y)fx(u-y)dy (27)
Имея функцию совместного распределения, можно оценить как суммарную дозовую нагрузку, так и вклад отдельных компонент.
Функция распределения потребления продуктов питания сельским жителем
Информационной основой для генерации распределений явились данные о потреблении продуктов питания сельским жителем как представителем наиболее критической группы населения по радиационному фактору. В качестве исходных данных взяты минимальное, максимальное и среднее значения потребления основных продуктов питания, которые участвуют в формировании дозы внутреннего облучения человека.
Для основных сельскохозяйственных продуктов питания (молоко, картофель, хлеб и свинина) функция плотности вероятности имеет нормальное распределение с небольшими значениями коэффициентов вариации - от 9% до 27%. Функция потребления грибов и ягод характеризуется логнормальным распределением со средними значениями 3,7 и 3,8 кг/год, соответственно, и гораздо большей величиной коэффициента вариации (=¡10%) по сравнению с функцией потребления сельскохозяйственных продуктов питания). Более сложно было описать функцию потребления дичи. Из литературных источников известно, что потребление дичи крайне неравномерно: от 0 до 50 кг/год, среднее значение при этом составляет 0,4 кг/год. При таких исходных данных может быть сгенерирован массив, который хорошо описывается функцией двойного логарифма.
Статистический анализ коэффициентов перехода в пищевую продукцию леса
Значения коэффициентов перехода из почвы в пищевую продукцию леса (в частности, грибы) изменяются от долей единицы до нескольких сотен, а коэффициенты вариации в выборках достигают значений до 200% (Belli М. et al, 1996; Kenigsberg J., 1996; Лес и Чернобыль, 1994). Для оценки дозовых нагрузок за счет потребления пищевой продукции леса необходим учет пищевых привычек людей, проживающих на загрязненных территориях, поэтому была использована только информация о содержании 137Cs в грибах, ягодах и дичи, сбор которых осуществлялся непосредственно жителями. В статистический анализ были включены данные, полученные в двух районах Гомельской и шести районах Могилевской областей за период с 1995 по 1997 года. Результаты обработки коэффициентов переходг l37Cs в грибы представлены в табл. 3.
В некоторых реабилитируемых регионах информация о содержании 137Св в лесной продукции недостаточна. Поэтому была выполнена операция объединения всех измерений в единый массив, который был заново статистически обработан. Подобная процедура была проведена для массивов измерений коэффициентов перехода |37Сз в ягоды и дичь. Результаты обработки сведены в табл. 4.
Таблица З.Осиовные параметры статистических распределений коэффициентов перехода в грибы (Бк кг"'/кБк м'2)
Район Кол-во измерений Среднее Медиана Станд.откл. Асимметрия Эксцесс
Х-р-ф. ^ТОИ. X БО (X) 50 (18 X) Х1рнф, 18 X Хжриф. '8Х
Брагинский 470 8.9 6.1 0.8 6.8 7.8 0.4 2.0 -0.5 5.5 -0.1
Ветковский 100 13.6 5.5 0.7 5.4 15.8 0.7 1.4 -0.4 1.2 -0.8
Быховский 163 6.3 5.6 0.8 5.9 2.8 0.2 0.8 0.0 0.4 -0.9
Чериковский 62 5.1 4.1 0.6 4.0 3.8 0.3 2.0 0.2 5.4 -0.5
Климовичский 88 2.9 1.4 0.2 1.5 5.8 0.5 4.5 0.3 21.7 2.0
Костюковичский 69 4.1 1.4 0.1 0.8 6.4 0.6 1.9 0.5 3.1 -0.7
Краснопольский 80 9.1 8.0 0.9 8.0 5.0 0.2 2.1 0.4 6.2 0.2
Славгородский 60 5.4 4.8 0.7 5.4 2.4 0.2 0.1 -0.9 -0.4 0.0
Таблица 4. Основные параметры статистических распределении коэффициентов перехода 137Сз в грибы, ягоды и дичь (Бк кг"'/кБк м"г)
Вид продукции Кол-во измерений Среднее Медиана Станд. откл. Асимметрия Эксцесс
Грибы 1092 7.7 4.8 0.7 6.0 8.1 0.5 2.0 -0.6 10.1 0.6
Ягоды 522 2.7 1.7 0.2 2.1 2.7 0.5 1.4 -1.1 26.8 1.5
Дичь 522 7.9 5.4 0.7 6.8 6.7 0.4 0.8 -1.1 16.5 1.4
Динамика содержания 137Сз в молоке, полученном при выпасе коров на естественных и окультуренных пастбищах Основным изначальным звеном, определяющим поступление активности с продуктами питания к человеку, является почва-растение. Фактический и теоретический материал, полученный к настоящему времени отечественными и зарубежными учеными, настолько обширен и статистически достоверен, что не вызывает проблем во введении в прогнозные радиологические модели такой важной характеристики, как коэффициент перехода радионуклидов из почвы в различные виды растений, и ее изменения во времени. Кроме того, с
точки зрения формирования доз внутреннего облучения в реабилитационный период вопро< о коэффициентах перехода не актуален, так как даже землях с высоким уровнем загрязненш растениеводческая продукция отвечает установленным нормативам.
Как известно, критическими по отношению к формированию дозовых нагрузок н; население, проживающее на загрязненных территориях являются луговые экосистемы, ис пользуемые для производства молока и мяса. Для прогноза динамики потоков радионукли дов и дозовых нагрузок в результате потребления жителями загрязненных районов коровьеп молока необходима информация об изменении со временем коэффициента перехода радио нуклидов из почвы в луговой травостой и формализация такой зависимости методом экстра поляции. На основании данных о коэффициентах перехода в звене почва-травостой (сено,' полученных различными авторами, были построены экстраполяционные зависимости, коте рые представлены на рис. 5.
-ЕЬгесгветэепасгёше
(ренет)
• 1(ТяюфэевСФИдр1996
г)
X 1937г.)
ж 3(№1егва..19еб)
• 4(№а&<гига|я..1995 г.,1966г.,1997г.)
.....Оугътурэ+нсе пастбищ
(ралег) « 5(ГтюфвевСФ.Идо1996 г)
+ 6(№кмздцм 1937 г.)
Рис. 5. Изменение коэффициентов перехода "'Се в травостой (сено) из минеральных почвах
Результаты расчетов изменений коэффициентов перехода 137Сз в травостой (сен пастбищ аппроксимированы функциями следующего вида:
твенных лу
777,-0.44777. ехр^-1п2-^+о.5б.7у..еХр^-1п2-^'(29)
TF.-TF.exp для естественных лугов;
для окультуренных лугов, где I время пользования лугом;
7У-", прогнозируемое на время I значение коэффициента перехода; Т170 значение коэффициента перехода на начальный период.
Методика расчета времени достижения уровня 1 мЗв/год для среднестатистического жителя населенного пункта
Суммарная ожидаемая эффективная годовая доза облучения лиц определенной возрастной группы, проживающих на загрязненной территории, определяется как сумма доз внешнего и внутреннего облучения, обусловленного поступлением радионуклидов цезия в организм человека:
(30),
Ожидаемая годовая эффективная доза внешнего облучения в году I находилась по формуле:
-1п2-
г
, [мкЗв/год] (31), где
Тц2эфф-14 лет, эффективный период полураспада, учитывающий процессы физического распада 137Сз и скорости его заглубления.
=^" СГс, > [мкЗв/год] (32), где к коэффициент перехода от плотности загрязнения почвы 137Сз к эффективной дозе внешнего облучения, [мкЗв год"'/кБк м-2].
Для периода 1986-1998 гг. используются следующие значения к для различных поселений:
• Населенные пункты сельского типа к =1.91 мкЗв год '/кБк м"2;
• Поселки городского типа А: =1.41 мкЗв год"'/кБк м"2;
Ожидаемая доза внутреннего облучения рассчитывалась по модели (Миненко В.Ф.и др., 1994). При условии сохранения структуры рациона питания и отсутствии дополнительных защитных мероприятий доза облучения в году /, отсчитываемом от 1994 года, определяется выражением:
, [мкЗв/год] (33), где
-1п2-
Г„:
£1994 внутр.
средняя эффективная доза внутреннего облучения за 1994 год для взрослого населения [мкЗв/год];
Т1/2 уфф. эффективный период полуочищения продуктов питания (в основном, молоко) при хроническом их потреблении жителями загрязненных районов [8.2 года];
/ количество лет, отсчитываемых от 1994 года.
Подставив в уравнение (30) значение суммарной дозы 1 мЗв/год, итерационным методом вычислялся год достижения этой величины.
Эффективность контрмер для снижения индивидуальных и коллективных доз Так как молоко формирует до 80% среднегодовой индивидуальной дозы от внутреннего облучения населения, наибольший эффект снижения дозы могут дать контрмеры в лу-гопастбищном хозяйстве. На рис. 6 и 7 приведена сравнительная оценка доз внутреннего облучения от молока, отнормированных на плотность загрязнения, после проведения коренного улучшения лугов на минеральных и торфяно-болотных почвах. Верхняя кривая здесь показывает спад, обусловленный естественными процессами. Серия кривых представляет спад дозы внутреннего облучения при проведении первого коренного улучшения пастбищ с интервалом в 4 года (1989, 1993, 1997, 2001, 2005 и 2009 гг.). Предполагается, что технологи« ведения луго-пастбшцного хозяйства не нарушается, и каждые последующие 4 года проводится повторное перезалужение. С момента использования травостоев окультуренного пастбища в течение четырех лет предотвращенная индивидуальная доза от молока составляет 2 I 6 мкЗв/год на 1 кБк/м2 минеральных и торфяно-болотных почв, соответственно. За все врем) пользования эта величина составляет соответственно 17 и 86 мкЗв/год, поэтому проведешк контрмер на торфяниках более эффективно, чем на минеральных почвах при одинаковы: плотностях загрязнения.
Рис. 6. Динамика годовой индивидуальной дозы внутреннего облучения населения за счет потребления молока, полученного при выпасе коров на естествен-ных и окультуренных в различное время пастбищах (минеральные почвы)
При условии, что коренное улучшение было выполнено в 1989 году и в последуй щие каждые 4 года проводится перезалужение, стоимость сэкономленной дозы в первые года будет выше, чем в последующие. На рис. 8 представлены результаты расчетов стоим) сти контрмер для кормовых угодий с плотностью загрязнения 370 кБк/м2.
£ & ^
О <у л .
— 1987
— 2009
-1989 -2001
Рис. 7. Динамика годовой индивидуальной дозы внутреннего облучения населения за счет потребления молока, полученного при выпасе коров на естествен-ных и окультуренных в различное время торфяниках
Таким образом, если контрмеры начали проводиться в первые годы после загрязнения и далее соблюдалась технология использования лугов, то эффективность этой меры распространится до 2009 года на лугах с минеральными почвами.
Вр#«*,годы
Иторфяио-болотные ■минеральные]
Рис. 8. Изменение стоимости сэкономленной коллективной дозы 1 чел.-Зв в результате проведения коренного улучшения сенокосов и пастбищ, расположенных на минеральных и торфяно-болотных почвах при плотности загрязнения 370 кБк/м2
В случаях, когда коренное улучшение провести очень сложно, а иногда и невозможно (лес, болото), в рацион животных вводятся селективные сорбенты, предотвращающие всасывание радионуклидов в желудочно-кишечном тракте.
На рис. 9 приведена эффективность применения двух контрмер: коренного улучшения сенокосов и пастбищ и ферроцина (комбикорма с ферроцином),- при плотности^ загрязнения кормовых угодий 740 кБк/м2. Первые 12 лет применение ферроцина экономически более выгодно по сравнении с агротехническими контрмерами, в последующие годы стоимость сэкономленной коллективной дозы выравнивается.
Рис. 9. Изменение стоимости сэкономленной коллективной дозы 1 чсл.-Зв при проведении молочных контрмер на пастбищах с плотностью загрязнения 740 кБк/м2 (коби-корм с ферроцином и коренное улучшение пастбищ)
Суммарная стоимость каждой контрмеры в отдельности за все время их применения будет одинакова. В связи с тем, что коренное улучшение является «мягкой» контрмерой, а ферроцин непривычен, то в психологическом отношении население предпочитает традиционные контрмеры.
Переработка загрязненного пищевого сырья способна уменьшить радиоактивность во многих видах продовольствия и особенно эффективна в условиях массового производства.
Таким образом, совокупность контрмер в технологических звеньях сельскохозяйственного производства позволяет управлять процессами получения и использования сельскохозяйственной продукции в различных целях, обеспечивая при этом снижение доз облучения.
Как правило, произведенная на загрязненных территориях товарная сельскохозяйственная продукция закупается государством и вывозится для потребления в другие регионы, если содержание в ней радионуклидов не превышает установленные нормативы. Тем не менее, суммарная активность 13'Ся в такой продукции может формировать коллективную дозу (табл. 5).
Активность, экспортируемая из хозяйства с натуральной продукцией (зерно, картофель, молоко) при выполнении контрмер в звене почва-растение уменьшается на 28%. Переработка сырья в другие виды пищевых продуктов может снизить экспортируемую коллективную дозу в 10 раз. Поэтому для уменьшения выноса активности за пределы загрязненной территории целесообразно осуществлять переработку исходного сырья на местах.
1990-1993 1994-1997 1998-2001 2002-2005 2000-2009 2010-2013 2014-2017
п*«рроции ■ Коранмоа улучщ «ни*
Таким образом, контрмеры в звене почва-растение эффективны для снижения индивидуальных доз населения, проживающего на загрязненной территории; для снижения же коллективной дозы наиболее существенен процесс переработки.
Таблица 5. Эффективность комплекса контрмер для снижения коллективной дозы,
экспортируемой нз типичного хозяйства при плотности загрязнения сельскохозяйственных угодий 370 кБк/м2
Продукт Площадьга Продуктив- КП, Сумма 0, ностъ, кг/га кг/м2 МБк Переработка Экспорт О.Уо Экспорт, доза, чел,-Зв
Отсутствие контрмер
Зерно Картофель Молоко 740 200 1200 3000 0.1 82.1 20000 0.05 74.0 820 0.4 145.6 — 50 50 90 0.58 0.52 1.84
2.94
Зерно Картофель Молоко 740 200 1200 Контрмеры в звене почва - растение 3000 0.07 58.7 20000 0.03 44.4 2460 0.1 109.2 — 50 50 90 0.42 0.31 1.38
2.11
Переработка продукции
Зерно 740 3000 0.07 58.7 0.5 50 0.21
Картофель(крах- 200 20000 0.03 44.4 0.02 50 0.006
мал)
Молоко (сливки) 109.2 0.05 45 0.035
Молоко (масло) 109.2 0.01 45 0.007
0.26
4. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К РАДИАЦИОННОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Территориально-локальные принципы реабилитации
Административно-хозяйственная структура Республики Беларусь представляет собой сеть взаимосвязанных территориально-производственных комплексов, объединенных в области и районы, являющихся частью единого народно-хозяйственного комплекса промышленного и сельскохозяйственного назначения, расположенных на ограниченной территории, экономически связанных между собой использованием общерегиональных природных и хозяйственных ресурсов и условий, а также общей системой расселения. Таким образом, территория и ее составляющие не могут рассматриваться отдельно, так как представляют собой единую систему: территория - как оболочка системы, составляющие - как ее наполнение. Поэтому в данном случае применим принцип территориально-локального подхода, заключающийся в двустороннем рассмотрении анализируемой системы не только в экономическом, но и в радиологическом аспекте.
Целью территориального подхода с радиологической точки зрения является общее описание текущего состояния радиационных характеристик района и прогноза их изменения.
Эти характеристики (средние значения уровней загрязнения и дозовых нагрузок на среднестатистического жителя) позволяют выбрать стратегическое направление реабилитационных мероприятий.
Локальный же подход имеет своей целью конкретизацию (более подробное описание) радиационной ситуации на уровне населенного пункта. На этом уровне осуществляется ранжирование населенных пунктов по величине радиоактивного загрязнения территории и сельскохозяйственной продукции, а также дозовых нагрузок на проживающее население. Это позволяет планировать необходимые контрмеры для каждого населенного пункта и осуществлять их адресное финансирование. При этом необходимо учитывать социально-экономический уровень населенного пункта, демографический состав населения и его психосоматическое состояние.
При моделировании радиационного состояния территории в целом (сельскохозяйственные и естественные экосистемы) и населенных пунктов с проживающим в них населением реализован интегро-дифференциальный подход, где интегральная составляющая - территория всего района, а дифференциальная - локальные (ограниченные) территории населенных пунктов с окружающими их сельскохозяйственными и естественными системами.
Основой для расчета потоков радионуклидов из сельскохозяйственных и естественных экосистем являются базы данных по уровням загрязнения территории района и типам почв, используемых в сельскохозяйственном производстве (характеристики площадей), динамике численности населения, а также результаты научных исследований по определению количественных характеристик перехода радионуклидов по трофическим цепям.
Для описания радиационной ситуации в населенных пунктах используются:
• СИЧ-измерения жителей населенных пунктов;
• уровни загрязнения продуктов питания, потребляемых жителями населенных пунктов.
С 1994 по 1997 год при выполнении программ реабилитации загрязненных территорий Гомельской и Могилевской областей сформированы базы данных по различным направлениям, включающие более 500000 записей.
Результатом использования территориального подхода в статистической модели потоков радионуклидов из сельскохозяйственных и естественных экосистем являются:
• величины интегральных потоков с дифференцированием выноса радионуклидов с
первичной (растениеводческой) и вторичной (животноводческой) продукцией из
сельскохозяйственных и естественных экосистем;
• оценка потенциальных коллективных доз, формируемых на загрязненной территории района и за его пределами (экспортируемая коллективная доза);
• расчетные значения годовой индивидуальной дозы на среднестатистического жителя района;
• средневзвешенные значения уровней загрязнения и валового производства основных видов продукции;
• прогноз изменения во времени радиационных характеристик.
Применение реальных данных при локальном принципе на уровне населенного пункта позволяет:
• определить распределение индивидуальных дозовых нагрузок на жителей населенного пункта;
• рассчитать время достижения среднего значения годовой индивидуальной дозы 1 мЗв в случае превышения этого уровня;
• спланировать и предложить к реализации необходимый радиационно и экономически обоснованный комплекс мероприятий.
Применение территориального подхода и аппарата математического моделирования потоков радионуклидов позволяют решать не только вопросы о возможности реабилитации территорий, но и разрабатывать на практике стратегию ведения хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения с возможностью выбора наиболее оптимального варианта. Совместно с локальным подходом к реабилитируемым населенным пунктам, являющимся составной частью района, возможна адресная реализация необходимых контрмер, в чем и заключен принцип оптимизации планируемых мероприятий.
Эти подходы апробированы на районах Гомельской области (Ветковский и Брагинский районы, 1996 год), Могилевской области в целом (6 наиболее загрязненных районов, 1997 год) и оценена радиационная обстановка на территории всей Беларуси.
Применение модели потоков радионуклидов для Ветковского и Брагинского районов гомельской области и сравнение с реальной ситуацией
Для Брагинского и Ветковского района суммарная активность, выносимая с сельскохозяйственных угодий и естественных экосистем, составляет от 36000 до 70000 МБк в течение одного года, причем около 80% активности приходится на сельскохозяйственный сектор. До населения доходит лишь доля активности, содержащейся в пищевой продукции, эквивалентная годовой коллективной дозе, равной 26-44 чел.-Зв/год. Около 70% потенциальной годовой коллективной дозы, сформированной на территории загрязненных районов, уйдет за его пределы. Следует отметить, что представленный расчет был выполнен для условий ре-
ально сложившейся системы ведения хозяйства. Расчетная годовая индивидуальная доза внутреннего облучения жителей загрязненных районов в среднем равна 0,4-0,7 мЗв/год, что удовлетворительно согласуется с результатами каталога доз 1995 года. Расчеты проведены без учета эффективности защитных мер для всей территории Брагинского и Ветковского районов. В качестве примера, для Брагинского района на рис. 10-12 представлены результаты расчетов основных радиационных характеристик, выполненных с применением модели потоков радионуклидов.
Распределение потенциальной коллективной дозы внутреннего облучения (Брагинский район)
30,00 -—-—..............................................
Сумма В районе Экспорт
Рис. 10.
Структура потенциальной коллективной дозы по видам продукции, производимой на территории Брагинского района.
9.00 т------.---------------------------------------------
Рис. 11.
Рис. 12.
Следует отметить, что в Брагинском районе среднее значение удельной активности 903г в молоке и зерне выше нормативного (3.7Бк/л и 11 Бк/кг, соответственно). Вклад всех продуктов в индивидуальную эквивалентную дозу внутреннего облучения за 70 лет, обусловленную 908г, составляет 1.4 мЗв, что в среднем не превышает 6% дозы за жизнь. Однако, выбраковка продукции по содержанию 90Бг или ограничение способов переработки (выработка только масла из молока, тогда как изготовление сметаны и сливок обеспечивает нормативное содержание 903г в конечной продукции) усугубляет экономическое положение хозяйств.
Прогнозирование радиационного состояния районов (на примере Брагинского района)
Для прогноза потоков радионуклидов из сельскохозяйственных и естественных экосистем в качестве моделируемого объекта выбрана территория Брагинского района как типичного аграрного, одного из наиболее пострадавших в результате аварии на Чернобыльской АЭС и достаточно представительного по уровню загрязнения территории 908г.
Прогноз осуществлялся при следующих условиях:
1. Исходной временной точкой расчета по хозяйственным и радиационным характеристикам являлся 1996 год с экстраполяцией данных на 1991-2001 годы.
2. Экономическая ситуация района в 1991 году была автоматически перенесена на 2001 год, т.е. предполагалось, что экономическая ситуация стабильна и система устойчива.
3. Численность населения района в 2001 году не изменилась по сравнению с 1996 годом (демографический прогноз).
Все расчеты выполнены в предположении, что контрмеры не применялись. Результаты расчетов представлены в табл. 6. Данные показывают, что величина суммарной потенциальной коллективной дозы, сформированной в районе в 1991 году, характеризуется спадом к 1996 году в 3 и 2 раза для |37Сз и '"Бг, соответственно. К 2001 году наблюдается увеличение этих параметров соответственно в 2 и 1,5 раза. При этом коллективная доза, остающаяся в районе, и годовая индивидуальная доза внутреннего облучения жителей уменьшается с 1991 по 2001 год в результате физического распада радионуклидов и естественных биогеохимических процессов. Эти изменения во времени еще более ярко выражены в величине потенциальной коллективной дозы, экспортируемой за пределы района.
Временная зависимость потоков радионуклидов из сельскохозяйственных и естественных экосистем или коллективные дозы, сформированные в 1991-1996 годах, полностью определяются массой продукции, произведенной в районе. Из результатов расчетов следует, что производственные показатели по валовому объему сельскохозяйственной продукции уменьшились в 2-3 раза. Основу экспорта продукции составляли молоко, мясо и зерно (примерно 70% интегральной активности). Следовательно, объектами внимания при планировании и проведении контрмер должны быть, в первую очередь, кормовые угодья и сама про-"■■ ..:.1Ж!' :иогкк Ё . ;.:ю экс : ■ , поь-
ков радионуклидов можно уменьшить в несколько раз.
Анализ потоков 90£г показывает, что основной вклад в формирование потенциальной коллективной дозы вносит зерно. Суммарная индивидуальная доза, сформированная за счет потребления 903г с сельскохозяйственной продукцией, невелика: 0,9 — 1,5 мЗв за 70 лет. Однако 80-90% зерна и 50-60% молока превышали в 1991-1996 годах установленный норматив, что подтверждено фактическими данными. При отсутствии контрмер к 2001 году ситуация улучшится незначительно: 60% общей массы зерна и 40% производимого молока будут превышать нормативы по содержанию радионуклидов.
Результаты выполненных расчетов и оценок показывают парадоксальную ситуацию: снижение производства сельскохозяйственной продукции приводит к уменьшению выноса интегральной активности 137Сз и '"Эг, и, следовательно, может рассматриваться как контрме-
ра. Но эта контрмера убыточна для производителей с экономической точки зрения, не говоря уже о социальных и психологических последствиях для населения.
В настоящее время экономическое положение Брагинского района таково, что производимая продукция обеспечивает лишь незначительный экспорт за его пределы. Поэтому повышение сельскохозяйственного производства в Брагинском районе должно сочетаться с необходимыми контрмерами, в первую очередь, на кормовых угодьях, количественной оптимизацией валового производства, возможной переспециализацией хозяйств и развитием местной перерабатывающей промышленности.
Таблица 6. Динамика коллективных н индивидуальных доз внутреннего облучения ШС* и '"вг в результате производства, потребления и экспорта продукции (Брагинский район)
Год Вид продукции Коллективные дозы Индивидуальные дозы (мкЗв)
'"Cs (чел.-Зв/год) *"Sr (чел.-мЗв/год) Cs *°Sr орган.
Сумма В районе Экспорт Сумма В районе Экспорт за 1 год за 70 лет
1991 Сельскохозяйственные системы 57.3 6.9 50.3 1251.1 118.5 1132.6 392.6 1464.0
1996 16.4 4.7 11.8 533.7 90.9 442.8 264.9 1123.4
2001 37.5 4.3 33.2 796.0 73.7 722.3 233.6 910.4
1991 Естественные системы 2.8 1.6 1.3 2.7 0.5 2.2 87.9 6.6
1996 2.6 1.5 1.2 2.2 0.4 1.8 82.4 5.5
2001 2.2 1.2 0.9 1.7 0.3 1.4 69.3 4.3
1991 Всего 60.1 8.5 51.6 1253.8 119.0 1134.7 480.5 1470.6
1996 19.1 6.1 12.9 535.9 91.4 444.6 347.2 1128.9
2001 39.7 5.5 34.1 797.7 74.0 723.7 302.9 914.7 ■
Оценка потоков радионуклидов в масштабе области и возможности их направленного регулирования
Результаты расчетов потоков радионуклидов, выполненные по всем районам Моги-левской области, позволили оценить вклад групп районов с различной плотностью загрязнения сельскохозяйственных угодий l37Cs в потоки и коллективные дозы. В первую группу вошли районы со средней плотностью загрязнения сельхозугодий выше 185 кБк/м2 (Быхов-ский, Костюковичский, Краснопольский, Славгородский и Чериковский), во вторую - районы из диапазона от 37 до 185 кБк/м2 (5 районов), и в третью - менее 37 кБк/м2 (11 районов). Результаты этих обобщений сведены в табл. 7 и 8.
Из таблицы 7 видно, что территории, находящиеся в I диапазоне (выше 185 кБк/м2), формируют потоки l37Cs через сельскохозяйственные продукты питания и естественные экосистемы, составляющие примерно 50% и 70%, соответственно, от суммарных потоков, создаваемых на территории Могилёвской области. При этом на территориях, загрязненных более 185 кБк/м2, меньшая доля потоков l37Cs остается в пределах указанных районов (42% п
21% - для сельскохозяйственных и естественных экосистем, соответственно). Соотношение коллективной дозы, сформированной в этих районах, и потенциальной, уходящей за их пределы, примерно такое же, как и в случае потоков.
Таблица 7. Потоки, суммарные коллективные и средние индивидуальные дозы, фор-
мируемые ШС* на территории Могилевской области
>185 кБк/м2 37-185 кБк/м2 <37 кБк/м2 Итого:
Суммарные потоки за счет сельскохозяйственных продуктов, МБк 6698 5221 1525 13444
Суммарные потоки за счет продуктов естественных систем, МБк 4723 1269 394 6386
Потоки за счет сельскохозяйственных продуктов, остающихся в районе, МБк / % 2820 42% 3972 76% 1006 66% 7798 58%
Потоки за счет продуктов естественных систем, остающихся в районе, МБк / % 998 21% 895 71% 220 56% 2113 33%
Потоки за счет сельскохозяйственных продуктов, экспортируемых из района, МБк / % 3878 58% 1249 24% 519 34% 5646 42%
Потоки за счет продуктов естественных систем, экспортируемых из района, МБк / % 3725 79% 374 29% 174 44% 4273 67%
Коллективная доза, формируемая на территории района, чел.-Зв /год 46.4 39% 66.5 75% 16.4 67% 129.2 56%
Экспортируемая потенциальная коллективная доза, чел.-Зв /год 71.2 61% 21.8 25% 8.1 33% 101.1 44%
Средняя индивидуальная доза внутреннего облучения, мЗв / год 0.589 0.165 0.026
В границах районов второй и третьей категорий (37-185 кБк/м и менее 37 кБк/м2), остается до75% потоков '"Се и дозы.
годовой индивидуальной дозы внутреннего облучения. Видно, что эта радиационная характеристика для районов I группы значительно выше, чем для двух других.
Результаты аналогичного анализа по оценке потоков '"Бг для тех же групп районов, представлены в табл. 8.
Вклад районов I группы в формирование суммарных потоков "^г и коллективной дозы значительно ниже (не более 20 %). Дальнейшее распределение потоков 90 Бг зависит не только от численности проживающего в группах районов населения, но и от уровней загрязнения потребляемых продуктов питания. Потенциальные коллективные дозы, сформированные на территориях районов, по приблизительным оценкам на 50% обусловлены глобальными выпадениями '"Бг. В частности, из последней строки табл. 8 для трех групп районов вид-
но незначительное различие в величине средней индивидуальной дозы внутреннего облучения за счет "^г.
Таблица 8. Суммарные потоки, суммарные коллективные н средние индивидуальные
дозы, формируемые ,0Sr на территории Могилевской области
>185 кБк/м2 37-185 кБк/м2 <37 кБк/м2 Итого:
Суммарные потоки за счет сельско-хозяйственных продуктов, МБк 139 355 578 1072
Суммарные потоки за счет продуктов естественных систем, МБк 0.98 1.42 2.43 4.83
Потоки за счет сельскохозяйственных продуктов, остающихся в районе, МБк / % 32 23% 205 58% 199 34% 436 41%
Потоки за счет продуктов естественных систем, остающихся в районе, МБк / % 0.13 13% 0.65 46% 0.65 27% 1.43 30%
Потоки за счет сельскохозяйственных продуктов, экспортируемых из района, МБк / % 107 77% 150 42% 379 66% 636 59%
Потоки за счет продуктов естественных систем, экспортируемых из района, МБк / % 0.85 87% 0.77 54% 1.78 73% 3.40 70%
Коллективная доза, формируемая на территории района, чел.-Зв /год 0.06 24% 0.37 58% 0.35 34% 0.78 41%
Экспортируемая потенциальная коллективная доза, чел.-Зв /год 0.19 76% 0.27 42% 0.68 66% 1.14 59%
Средняя индивидуальная доза внутреннего облучения, мЗв / 70 лет 0.162 0.156 0.139
Модель потоков радионуклидов из различных экосистем позволяет также оценить такую важную характеристику, как масса продукции, экспортируемой из района.
Баланс потоков радионуклидов на территории Республики Беларусь Элементарным объектом расчета являлся отдельно взятый район. В каждой области была проведена разбивка районов на подгруппы по критерию средневзвешенного значения плотности загрязнения территории lî7Cs: менее 37 кБк/м2, от 37 до 185 кБк/м2 и более 185 кБк/м2. Эти диапазоны были выбраны с целью определения объектов реабилитации и приложения контрмер. Территории районов с плотностью загрязнения l37Cs менее 37 кБк/м2 не нуждаются в реабилитации; для территорий, находящихся в диапазоне 37-185 кБк/м2, необходим дополнительный анализ типов почв, лесистости (такие районы имеют значимую вероятность превышения годовой индивидуальной дозы в 1 мЗв у жителей); все территории с плотностью загрязнения 137Cs более 185 кБк/м2 должны рассматриваться как объект реабилитации и возможного приложения контрмер.
Результаты расчетов дозовых характеристик для районов, просуммированные по областям и подгруппам, представлены в табл. 10 и на рис.13 и 14.
Таблица 10. Структура формирование коллективных доз на территории
Республики Беларусь
Коллективные дозы (чел.-Зв/год)
Область Диапазон, Всего В области, республике Экспорт за пределы
кБк/м2 области, республики
,17С8 ШС> ""Бг
Брестская Всего 62.4 1.5 51.2 0.82 11.2 0.66
ст>185 0 0 0 0 0 0
37<а<185 30.5 0.2 22.5 0.12 8 0.09
ст<37 31.9 1.3 287 0.7 3.2 0.57
Гомельская Всего 437.9 1.7 263.5 0.96 174.3 0.83
ст>185 276.5 0.6 110 0.14 166.5 0.49
37<о<185 149.4 0.9 145.5 0.72 3.8 0.22
ст<37 12 0.2 8 0.1 4 0.12
Гродненская Всего 25 1.4 16.5 0.59 8.4 0.78
ст>185 0 0 0 0 0 0
37<о<185 8.2 0.1 5.5 0.04 2.6 0.06
<т<37 16.8 1.3 11 0.55 5.8 0.72
Витебская Всего 29.4 1.8 16.3 0.68 13.1 1.09
ст>185 0 0 0 0 0 0
37<о<185 0 0 0 0 0 0
ст<37 29.4 1.8 16.3 0.68 13.1 1.09
Минская Всего 36 2.3 33.7 1.57 2.4 0.73
а>185 0 0 0 0 0 0
37<а<185 0 0 0 0 0 0
ст<37 36 2.3 33.7 1.57 2.4 0.73
Могилевская Всего 208.8 1.8 120 0.78 88.8 1.14
ст>185 117.6 0.2 46.4 0.06 71.2 0.19
37<а<185 66.8 0.6 57.2 0.37 9.6 0.27
ст< 37 24.4 1 16.4 0.35 8 0.68
Республика Всего 799.5 10.5 501.2 5.4 298.2 5.23
а>185 394.1 0.8 156.4 0.2 237.7 0.68
37<а<185 254.9 1.8 230.7 1.25 24 0.64
а<37 150.5 7.9 114.1 3.95 36.5 3.91
■ Республика ■ Гомельская □ Могилеаская □ Брестская
■ Минская □ Гродненская □ Витебская_
Рис. 13. Коллективные дозы, формируемые за счет потребления с продуктами питания населением Республики Беларусь
Остающиеся в районе Экспорт
■ Республика ■ Гомельская В Могилевская В Брестская ¡■Минская □ Гродненская □ Витебская_
Рис. 14. Коллективные дозы, формируемые за счет потребления й} с продуктами питания населением Республики Беларусь
Две области, Минская и Брестская, поставляют за свои пределы небольшую долю коллективной дозы (18% и 6%, соответственно); Минская область, несмотря на большую территорию (около 40 тыс.кв.км), из-за большого количества городского населения (г. Минск и 22 города) и общей численности жителей (3.3 млн. человек), а Брестская - вследствие больших площадей, занятых естественными экосистемами (леса, болота, поймы больших и малых рек).
77% экспортированной за пределы республики коллективной дозы (238 чел.-Зв/год) сформированы на загрязненных территориях Гомельской и Могилевской областей. Объем продукции, формирующий эту дозу, составляет 20% от общей валовой продукции, произведенной на территории Беларуси. Дополнительная дозовая нагрузка на человека за счет потребления этой продукции не превысит значения 0,1 мЗв/год.
Дозовые нагрузки на население республики, обусловленные потреблением 903г с продуктами питания, характеризуются величиной «5 мкЗв/год на среднестатистического жителя.
КОМПЛЕКСНАЯ РЕАБИЛИТАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПУТИ РЕАЛИЗАЦИИ
В результате аварии на Чернобыльской АЭС и ликвидации ее последствий произошли изменения в численности и демографическом составе населения, потерян накопленный интеллектуальный и профессионально-технический потенциал, разрушены коллективы, имеющие многолетнюю историю, снижены экономические показатели. Очевидно, что финансовых средств для восстановления до прежнего уровня с сохранением прежней формы
хозяйствования у государства в настоящее время нет, и создание научно-обоснованной методологии реабилитации загрязненных территорий позволит дать возможные варианты предложений о реальном механизме восстановления хозяйственной деятельности.
Обобщенная методология реабилитации среды обитания должна включать территорию, социум и человека в условиях радиоактивного загрязнения и основываться на следующих принципах:
• территориально-комплексного подхода;
• учета экономических отношений;
• конкретности технологий;
• рациональной специализации сельскохозяйственного предприятия;
• взаимосвязей форм землепользования и хозяйствования с эффективностью использования сельскохозяйственных угодий.
Эти принципы необходимо применять комплексно, совместно и с учетом их влияния друг на друга.
Основой методологии реабилитации хозяйства или района в целом является реабилитация сельскохозяйственного производства и в первую очередь сельскохозяйственных угодий. Под методологией реабилитации сельскохозяйственных угодий подразумеваются подходы к восстановлению их функций, т.е. способности производить продукцию, отвечающую действующим нормативам.
Кроме того, необходимо учитывать уникальность и массовость ситуаций, от которых зависят предлагаемые решения, т.е. методы реабилитации и их эффективность.
Производимая в районе сельскохозяйственная продукция, как правило, потребляется в нем не полностью - част» ее вив^и'.'оя ла рай-'-ча на ири№*у »::и1
Поэтому вывоз продукции за пределы загрязненного района, с точки зрения радиационной безопасности, является нежелательным. С другой стороны, отток части произведенной в районе продукции будет неизбежен, и в основном по двум причинам: расширением рыночных отношений и невозможностью обеспечить крупные города сельхозпродукцией только с «чистых» территорий. Кроме того, сокращение производства сельхозпродукции в загрязненных районах экономически неэффективно, поскольку отрицательно сказывается не только на обеспечении продовольствием жителей республики в целом, но и на финансовом состоянии отдельных производителей. Таким образом, получается, что, с одной стороны, наращивание объемов производства и, соответственно, вывоза сельхозпродукции из загрязненных районов нежелательно, но с другой - необходимо. Задача заключается в том, чтобы разрешить это противоречие и найти «компромиссный» путь развития сельского хозяйства в загрязненных
районах. Наиболее действенным средством разрешения этого противоречия является комплекс мер по реабилитации загрязненных территорий, насколько это позволяют финансовые, материальные и технические возможности.
Целесообразно в каждом загрязненном районе разработать план строительства (реконструкции) и размещения перерабатывающих предприятий с обоснованием соответствующих технологий, повышающих очистку сырья до максимально возможного уровня. Кроме того, строительство или расширение таких предприятий будет положительно сказываться на решении других проблем (занятости, расширения и разнообразии сфер приложения труда решению социальных вопросов и т.д.).
Так как угроза радиационного облучения не очевидна, и о ней люди узнают только из СМИ и от специалистов, то противоречивость и сенсационный характер некоторой информации привели к своеобразной реакции населения: с одной стороны, к повышенной внушаемости, с другой - к недоверию, безразличию и неприятию ее. Большинство населения продолжают жить так, как будто ничего не случилось (собирать грибы и ягоды в лесу, пить молоко, вскармливая скот «грязным» сеном и т.п.), не пытаясь освоить новый тип поведения, соответствующий новой для них социальной реальности.
Необходимо разрабатывать новое направление в социально-психологической реабилитации, которое должно быть сориентировано на молодежь. При определенных обстоятельствах молодежь может составить реальную социальную силу, способную со временем обеспечить возрождение и развитие некогда стабильных и благополучных в социально-экономическом плане населенных пунктов.
Особая роль должна быть отведена информационно-психологическим мероприятиям, включающим в себя формирование радиологически грамотного поведения и новой экологической культуры, усиление роли населения в реабилитации своих населенных пунктов, развитие местного самоуправления, развитие и совершенствование системы психологической поддержки и психотерапевтической помощи.
Для решения всех этих проблем возникает необходимость в создании интегральных моделей различных вариантов реабилитации и в расстановке приоритетов. В этой интегральной модели важным структурным элементов является радиологическая модель (модель потоков радионуклидов). Это модель открытого типа, может пополняться дополнительными базами данных, обладая при этом собственными возможностями давать необходимую информацию при проведении других оценок.
Практическим результатом использования интегральной модели должна стать программа реабилитации загрязненного района.
Научно-исследовательским институтом радиологии МЧС РБ совместно с другими научно-исследовательскими учреждениями Беларуси в рамках задания «Реабилитация загрязненных территорий» Государственной Программы Республики Беларусь по минимизации и преодолению катастрофы на Чернобыльской АЭС составлены научно-обоснованные комплексные программы социально-экономической реабилитации Чечерского, Брагинского и Ветковского районов Гомельской области и Быховского, Климовичского, Краснопольско-го, Костюковичского, Славгородского и Чериковского районов Могилевской области с оценкой текущей радиационной, хозяйственной, медико-гигиенической и социально-психологической ситуации. По результатам анализа экономического состояния каждого из перечисленных районов для восстановления хозяйственной деятельности в течение пятилетнего периода определены размеры финансирования для проведения реабилитационных мероприятий в сельскохозяйственном производстве, в области здравоохранения, образования и культуры, в сфере коммунального хозяйства.
Программы мероприятий по реабилитации переданы в МЧС РБ, Гомельский и Мо-гилевский облисполкомы и райисполкомы каждого района.
Так как правительство республики выделяет средства для финансирования контрмер в сельскохозяйственном производстве согласно Государственной Программе Республики Беларусь по минимизации и преодолению последствгш катастрофы на ЧАЭС на 1 996-2000 годы, радиологическая реабилитация загрязненных территорий в настоящее время реальна и в дальнейшем может стать основой для восстановления экономического потенциала административного района в целом.
ВЫВОДЫ
рии Республики Беларусь, сложившейся к 1995 году, и определены объекты исследований, включающие 992 населенных пункта с населением 206215 человек, преимущественно из двух областей (Гомельской и Могилевской). 2. Разработана расчетная статистическая модель потоков радионуклидов '"Се и '°8г к человеку из аграрных и естественных экосистем:
• основными путями транспорта радионуклидов к человеку являются продукция с пашни и молоко;
• в цепи почва-продукция плотность потока радионуклидов будет существенно зависеть от коэффициента перехода и продуктивности, а интегральный поток в основном будел определяться величиной используемой площади;
• агротехнические мероприятия, способствующие повышению продуктивности экосистемы и одновременно снижающие размеры перехода радионуклидов, не изменяют их интегральный вынос. В этом случае приоритетным является эффект уменьшения индивидуальной дозы;
• осушенные низинные торфяники обладают самыми высокими потенциальными возможностями по вовлечению '"Сэ в трофические цепи. Однако в структуре сельскохозяйственных угодий их доля невелика и вклад в интегральное значение потоков радионуклидов будет незначительным. Исключение могут составлять южные районы Белорусского Полесья;
• лесная продукция по интегральному выносу '"Се может конкурировать с сельскохозяйственной только при наличии больших площадей, занятых лесами, что маловероятно, так как доля продуктивных лесов по районам не превышает 40% от всей территории.
3. Анализ потоков 137Сз с различивши продуктами питания показывает, что наименьший вынос их черех сельскохозяйственные экосистемы к человеку осуществляется с мясом крупного рогатого скота, причем контрмеры в лугопастбищном хозяйстве не ослабляют эти потоки вследствие увеличения продуктивности, то есть не снижают коллективной дозы.
4. Суммарная активность, выносимая с сельскохозяйственных угодий и естественных экосистем, составляет 30000-50000 МБк в течение года, при этом около 80% активности приходится на сельскохозяйственный сектор. До населения доходит лишь доля активности, содержащейся в пищевой продукции, эквивалентная годовой коллективной дозе 2030 чел.-Зв/год. Для продукции леса эта величина оценивается в 5-10 чел.-Зв/год.
5. Модифицирована модель потоков радионуклидов, основанная на статистическом анализе параметров и характеристик, составляющих в теле модели постоянные и текущие базы данных. Модель апробирована на районах Могилевской области.
6. Для прогнозного моделирования радиационной обстановки на загрязненных территориях разработан алгоритм расчета трансформации площадей и проведен анализ информации о количественных характеристиках миграции радионуклидов по трофическим цепям:
• динамика коэффициентов перехода 137Сз из почвы в растительность естественных кормовых угодий на минеральных почвах характеризуется экспоненциальным снижением с периодом 14 лет. Для окультуренных лугов эта зависимость описывается двумя экспонентами с периодами полуочищения 0.1 и 6.5 года;
• получены аналитические выражения, которые описывают изменение коэффициентов перехода 137Сз на естественных и окультуренных пастбищах до 2010 года в предположении, что знаменатель показателя экспоненты зависит от времени в виде полинома второй степени. После 2010 года величины, стоящие в знаменателе показателя экспоненты, принимают постоянные значения: 15.7 лет и 5.2 года, соответственно для естественных и окультуренных пастбищ.
7. Разработана упрощенная модель расчета времени достижения среднестатистическим жителем населенного пункта суммарной годовой дозы ниже 1 мЗв, основанная на модификации оценки доз внешнего и внутреннего облучения.
8. Разработана дозиметрическая модель формирования дополнительных дозовых нагрузок на сельских жителей в результате использования в качестве удобрений бытовых зольных отходов.
9. Проведен анализ эффективности контрмер по снижению вклада молока в дозу внутреннего облучения жителей:
• при использовании луга в первые 4 года после проведения коренного улучшения предотвращенная индивидуальная доза от молока составляет 2 и 6 мкЗв/год на 1 кБк/м2 минеральных и торфяно-болотных почв, соответственно. За 24 года использования культурного пастбища эта величина составит соответственно 17 и 86 мкЗв;
• исходя из критерия стоимости снижения коллективной дозы на 1 чел.-Зв, применение контрмер на минеральных почвах при плотности загрязнения менее 740 кБк/м2 становится нецелесообразным с 1998 году, то есть через 12 лет после загрязнения. На торфяных почвах эти меры будут эффективны до 2015 года при плотности загрязнения от
• при одинаковой суммарной стоимости применения агрохимических контрмер и фер-роцина первые 12 лет экономически более выгодно применение ферроцина;
• активность, экспортируемая из хозяйства с натуральной продукцией (зерно, картофель, молоко), при выполнении контрмер в звене почва-растение уменьшается на 28%. Переработка сырья в другие виды пищевых продуктов может снизить экспортируемую коллективную дозу в 10 раз;
• контрмеры в звене почва-растения эффективны для снижения индивидуальных доз населения, проживающего на загрязненной территории. Для снижения коллективной дозы наиболее существенный вклад вносит процесс переработки.
10. Сформулированы цели и функциональные назначения территориально-локальных принципов реабилитации.
11. На примере двух районов Гомельской области (Брагинского и Ветковского), находящихся на различном удалении от ЧАЭС и различающихся по составу и количеству первичных выпадений радионуклидов, проведен анализ современной радиационной ситуации:
• при одинаковом количестве сельских поселений (83 населенных пункта) и различии средневзвешенных значений плотности загрязнения l37Cs («180 кБк/м2 в Брагинском и »340 кБк/м2 в Ветковском районах) в Брагинском районе ведущей является доза внутреннего облучения, а в Ветковском-внешняя, что может свидетельствовать о более интенсивном проведении контрмер в Ветковском районе;
• для жителей Брагинского района вклад всех продуктов питания в индивидуальную эквивалентную дозу внутреннего облучения за 70 лет, обусловленную 90Sr, составляет 1.4 мЗв, что в среднем не превышает 6% дозы за жизнь;
• основная доля потоков радионуклидов приходится на сельскохозяйственную экосистему, значительную часть которой составляет фураж. Поэтому в районе остается более 90% радионуклидов, переходящих из почвы в вырабатываемую продукцию. Потенциальная коллективная доза, которая может быть сформирована пищевой продукцией сельскохозяйственных и естественных экосистем, составляет 25.1 чел.-Зв/год по 137Cs и 0.7 чел.-Зв/год по 90Sr для Брагинского района и, соответственно, 44.3 и 0.2 чел.-Зв/год для Ветковского. Вклад продукции естественных экосистем в коллективную дозу равен 7-15% от суммарной. 70% от суммарной коллективной дозы экспортируется за пределы районов. Суммарная индивидуальная доза внутреннего облучения l37Cs на среднестатистического жителя Брагинского района составляет 0.42 мЗв/год, Ветковского - 0.68 мЗв/год.
12. Проведенные исследования позволяют заключить, что радиологическая реабилитация загрязненных территорий Брагинского и Ветковского района реальна:
• в Ветковском районе для реабилитации аграрного сектора экономики первоочередной контрмерой должно стать создание продуктивной кормовой базы молочного животноводства. Проведение такого мероприятия в ближайшее время позволит исключить из использования пойменные, лесные и торфяно-болотные пастбища и сенокосы, а также кормовые угодья, находящихся в зоне отселения и на 25-50% снизить дозы внутреннего облучения на население численностью около 4 тысяч человек;
• расчеты показывают, что в Брагинском районе практически вся зерновая продукция и 60-70% валовой цельномолочной продукции будут превышать нормативы по содержанию ^Sr. В связи с тем, что в отношении этого радионуклида применение контрмер в ближайшие годы не будет эффективно, следует уделить внимание возможной перс-
специализации хозяйств и развитию местной перерабатывающей промышленности.
13. Анализ современной радиационной ситуации шести районов Могилевской области показал:
• при отсутствии каких-либо контрмер в большинстве населенных пунктов достижение уровня дозы 1 мЗв/год произойдёт не позднее 2000 года. В населённых пунктах, где определяющей является доза внешнего облучения, прогнозируемое время достижения дозы в 1 мЗв/год-2001-2009 год;
• выявлена существенная разница между средним значением дозы, рассчитанной по фактическим данным удельной активности продуктов питания, и дозой по прямым СИЧ-измерениям (2,5-5 раз). Выполнен анализ, позволяющий предположить возможные причины расхождений;
• при среднем значении дозы внутреннего облучения отношение вклада лесного компонента к сельскохозяйственному не превышает 30%. Увеличение доли лесного компонента до значений, определяющих дозу внутреннего облучения, для всех распределений (6 районов) характеризуется примерно 90%-ным квантилем. Таким обр?;*:.:.-*-,, метный вклад лесного компонента в формирование дозы внутреннего облучения будет приходиться на небольшое число жителей, проживающих на территориях с уровнями загрязнения выше »300 кБк/м2;
• потенциальная коллективная доза, которая может быть сформирована в загрязненных районах за счет поступления в организм человека I37Cs, находится в пределах от 5 до 42 чел.-Зв/год. Экспортируемая доза составляет относительную величину от 40% до 80%. Вклад продукции естественных экосистем в коллективную дозу равен 25% от c-y....«apiii«. CjMM-i; • г,,.; :.,.-.:.-- ;■._::■•: :: • ■ ■•■'■. .-у'..j :. : с; * " статистического жителя этих районов определена в пределах от 0,07 до 0,78 мЗв/год. Потоки радионуклидов, коллективные и индивидуальные дозы, создаваемые 90Sr, незначительны и, главным образом, обусловлены глобальными выпадениями;
• с территорий плотностью загрязнения 137Cs выше 185 кБк/м2, 50% суммарных потоков, формируемых сельскохозяйственной продукцией, и 70% - естественными экосистемами, экспортируются за пределы области. В районах с уровнями загрязнения менее 185 кБк/м2 в пределах района остается до 75% потоков 137Cs;
• в Могилевской области имеет место дефицит молока при условии потребления его по нормам для среднестатистического жителя. Поэтому мероприятия по переработке молока с целью снижения дозовых нагрузок на население экономически нецелесообразны. Основными источниками экспортируемой коллективной дозы из области являются
сельскохозяйственные продукты (за исключением молока) и пищевая продукция леса, потребителем которых могут быть жители крупных населенных пунктов.
14. Из анализа баланса потоков радионуклидов на территории Республики Беларусь следует:
• основная доля потенциальной коллективной дозы обусловлена, главным образом, зерном, и частично - картофелем, говядиной и молоком;
• две области, Минская и Брестская, поставляют за свои пределы небольшую долю коллективной дозы (18% и 6%, соответственно): Минская область из-за большого количества городского населения (г. Минск и 22 города) и общей численности жителей (3.3 млн. человек), а Брестская - вследствие больших площадей, занятых естественными экосистемами (леса, болота, поймы больших и малых рек);
• 77% экспортированной за пределы республики коллективной дозы (238 чел.-Зв/год) сформированы на загрязненных территориях Гомельской и Могилевской областей. Объем продукции, формирующий эту дозу, составляет 20% от общей валовой продукции, произведенной на территории Беларуси. Дополнительная дозовая нагрузка на человека за счет потребления этой продукции не превысит значения 0,1 мЗв/год;
• дозовые нагрузки на население республики, обусловленные потреблением 908г с продуктами питания, характеризуются величиной »5 мкЗв/год на среднестатистического жителя и обусловлены глобальными выпадениями.
15. Практические меры по реабилитации загрязненных территорий целесообразно планировать по территориальному принципу в рамках административного района на основе анализа всего комплекса проблем, связанных с проживанием и трудовой деятельностью населения. При этом районный центр и поселения-центры необходимо рассматривать как каркас, обеспечивающий развитие социальной и производственной инфраструктуры района.
16. В связи с тем, что в рамках государственной программы ликвидации последствий аварии на ЧАЭС правительство республики выделяет средства для финансирования контрмер в сельскохозяйственном производстве, радиологическая реабилитация загрязненных территорий в настоящее время реальна и в дальнейшем может стать основой для восстановления экономического потенциала административного района в целом.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Буздалкин К.Н., Жученко Ю.М., Остаичук В.П., Кузнецов К.П. Автоматизированный комплекс аппаратных средств для решения задач мониторинга и картирования территории // Республиканская научно-практическая конференция по радиобиологии и радиоэкологии: Тез. докл.- Минск, 1988,- С.42.
2. Гребенщикова Н.В., Дьяченко В.А., Буздалкин К.Н., Жученко Ю.М., Пятнов Ю.Н. К вопросу об использовании средств вычислительной техники при анализе данных о радиационных параметрах объектов сельскохозяйственной сферы // II Всесоюзное научно-координационное совещание по проблемам ведения агропромышленного производства в районах, подвергшихся воздействию аварийного выброса Чернобыльской АЭС: Тез. докл.-Обнинск, 1988-С. 28.
3. Буздалкин К.Н., Жученко Ю.М., Короткевич П.Н., Ранько В.В. Разработка мобильных средств радиационного мониторинга // Республиканская научно-технической конференция "Методы и средства радиационного контроля", Минск, 12-13.06.1991 г.: Тез. докл.-Минск, 1991-С. 44.
4. Буздалкин К.Н., Жученко Ю.М., Короткевич П.Н., Ранько В.В., Торопыно В.В. Радиационный мониторинг труднодоступных территорий с применением техники воздушного базирования // 3 Республиканская конференция «Научно-практические аспекты сохранения здоровья людей, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС»: Тез. докл.- Гомель, 1992.
5. Жученко Ю.М. Закономерности распределения радионуклидов чернобыльского генезиса по различным типам ландшафтов // Радиобиологический съезд: Тез. докл.- Киев, 1993.
6. Firsakova S.K., Zhuchenko Yu.M. Radionuclides fluxes estimation into the diet of man through various ecosystem // IAEA meating, Paper NIAEA-SM-339/18P - 1995.
7. Научное обоснование и разработка комплексных программ реабилитации административных районов на загрязненных территориях: Отчет о НИР (промежут.) / НИИ радиологии МЧС РБ; Рук. С.К Фирсакова; № ГР 19974300 - Гомель, 1996 - 232 с.
реннего облучения // Конференция «10 лет после аварии на Чернобыльской АЭС», Минск, Беларусь, 28-29 февраля 1996 г.: Тез. докл.-Минск, 1996.
9. Фирсакова С.К., Жученко Ю.М. Моделирование потоков радионуклидов с загрязненных типичного района Гомельской области // Международная конференция «Чернобыль-96», Зеленый Мыс, Украина, 17-18 марта 1996 г.: Тез. докл.- Киев, 1996 - С.274.
10. Firsakova S.K., Zhuchenko Vu.M. Radioecological aspects of rehabilitation of land contaminated by radionuclides following the Chernobyl accident // One decade after Chernobyl: Summing up the consequence of the accident: Intern, conf., Paper No IAEA-CN-63/63 - Viena, Austria, 8-12 April 1996.
П.Фисакова C.K., Гребенщикова H.B.,Тимофеев С.Ф., Жученко Ю.М. Влияние защитных мероприятий в сельском хозяйстве для снижения дозовых нагрузок // Итоги научных ис-
следований в области радиоэкологии окружающей среды за десятилетний период после аварии на Чернобыльской АЭС: Сб. науч. тр. / Под ред. С.К.Фирсаковой,-Гомель, 1996-С. 5-11.
12. Фисакова С.К., Жученко Ю.М. Радиоэкологические аспекты реабилитации территорий, загрязненных радионуклидами после аварии на ЧАЭС // Итоги научных исследований в области радиоэкологии окружающей среды за десятилетний период после аварии на Чернобыльской АЭС: Сб. науч. тр. / Под ред. С.К.Фирсаковой-Гомель, 1996-С. 15-20.
13. Фисакова С.К., Жученко Ю.М. Расчетная статистическая модель потоков радионуклидов из сельскохозяйственных и естественных экосистем // Итоги научных исследований в области радиоэкологии окружающей среды за десятилетний период после аварии на Чернобыльской АЭС: Сб. науч. тр. / Под ред. С.К.Фирсаковой - Гомель, 1996 - С. 21 -27.
14. Гребенщикова Н.В., Фирсакова С.К., Жученко Ю.М., Подоляк А.Г. Исследование закономерностей вертикальной миграции 137Cs и 90Sr в почвах естественных и суходольных лугов Белорусского Полесья // Итоги научных исследований в области радиоэкологии окружающей среды за десятилетний период после аварии на Чернобыльской АЭС: Сб. науч. тр. / Под ред. С.К.Фирсаковой.- Гомель, 1996 - С. 27-33.
15. Научное обоснование и разработка комплексных программ реабилитации загрязненных территорий, предназначенных для практической реализации в Могилевской области: Отчет о НИР (промежут.) / НИИ радиологии МЧС РБ; Рук. С.КФирсакова; № ГР 19972240.-Гомель, 1997.-321 с.
16. Frank G. et al. Optimal Management Routes for the Restoration of Territories Contaminated during and after the Chernobyl Accident. , Final Report for the contracts, COSU-CT94-0101, COSU-CT94-0102, B7-6340/95/001064/MAR/C3 ofthe Europe-an Commission, March 15)7.
17. Жученко Ю.М., Тимофеев С.Ф., Фирсакова C.K. Роль бытовых зольных отходов в формировании дополнительной индивидуальной дозы облучения // Чернобыль: экология и здоровье, 1 (5). Гомель, 1998. С.31-35.
18. Фирсакова С.К., Жученко Ю.М. Расчетная статистическая модель потоков радионуклидов из сельскохозяйственных и естественных экосистем. // Чернобыль: экология и здоровье, 1 (5). Гомель, 1998. С.25-30.
19. Фирсакова С.К., Жученко Ю.М. Проблемы радиационной реабилитации загрязненных территорий. // Чернобыль: экология и здоровье, 1 (5). Гомель, 1998. С.43-48.
20. Агеец В.Ю., Фирсакова С.К. Радиационные аспекты реабилитации загрязненных территорий. // Чернобыль: экология и здоровье: Материалы конф,- Гомель: ИММС, 1998,- № 2 (6).-С. 15-27.
21. Firsakova S.K.,Zhuchenko Yu.M, Fesenko S.V., Kuchma N.I., Dvornik A.M. Evaluation of the effectiveness of restoration activities performed in the CIS countries for the forest ecosystems П EC/CIS workshop on restoration of contaminated territories resulting from Chernobyl accident, Brussels, 29-30 June 1998. - Brussels, 1998. - (in press).
22. Zhuchenko Yu. M., Firsakova S. K., Voigt G. Statistical model to calculate radionuclide fluxes from agricultural and natural ccosystems. // Health Physics- (in press).
23. Firsakova S. K.,. Zhuchenko Yu. M, Voigt G. Strategies for reabilitation of radioactive contaminated areas. // Health Physics- (in press).
24. Беларусь и Чернобыль: второе десятилетие: Сб. / Автушко М.И., Агеец В.Ю., Анципов Г.В. и др.; Под ред. И.А.Кеника.- Минск, 1998,- 92 с. (в печати).
-
Жученко, Юрий Михайлович
-
доктора биологических наук
-
Обнинск, 1998
-
ВАК 03.00.01
- Радиоэкологическое обоснование долгосрочного прогнозирования радиационной обстановки на сельскохозяйственных угодьях в случае крупных ядерных аварий
- Миграция техногенных радионуклидов в лесных почвах Украинского Полесья
- Геоэкологические особенности миграции радионуклидов Cs-137 и Sr-90 в почвенно-растительных комплексах степной зоны Оренбургской области
- Исследование и прогнозное математическое моделирование уровней загрязнения 137 Сs сосновых насаждений в условиях Белорусского Полесья
- МИГРАЦИЯ 137CS В ПОЧВАХ РАЗЛИЧНЫХ ЭКОСИСТЕМ БРЯНСКОГО ПОЛЕСЬЯ
