Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Радиационно-экологический мониторинг и пути его совершенствования

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата технических наук, Чапкович, Олег Сергеевич, Москва

0

1 л

/

ПРАВИТЕЛЬСТВО МОСКВЫ МОСКОВСКОЕ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ

«РАДОН»

РАДИАЦИОННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ И ПУТИ ЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ (на примере мегаполиса Москва)

04.00.12. - ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОИСКОВ И РАЗВЕДКИ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

ДИССЕРТАЦИЯ

НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

ДОКТОР БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, КАНДИДАТ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК, ПРОФЕССОР КОРЕНКОВ ИГОРЬ ПЕТРОВИЧ

ЧАПКОВИЧ ОЛЕГ СЕРГЕЕВИЧ

МОСКВА 1999

Содержание

Введение 3

1. Обзор литературы 8

2. Принципы организации радиационно - экологического мониторинга 21

3. Анализ радиационной обстановки на территории Москвы 29

3.1. Региональный уровень 29

3.2. Территориальный уровень 62

3.3. Детальный уровень , 66

3.4. Научно - информационное обобщение 75

3.4.1. Методические основы статистической обработки данных 75

3.4.2.Анализ радиоактивности объектов окружающей среды 79

3.4.3.Статистические связи между параметрами 100

4. Научное обоснование совершенствования системы радиационно - экологического мониторинга 110 4.1 .Оптимизация сети наблюдения 111 4.2.Совершенствование регламента мониторинга 121

5. Научно - практические рекомендации 137

Выводы

Использованная литература

141

145

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Существующие в настоящее время системы радиационного мониторинга целых регионов и стран нацелены, в первую очередь, на получение информации, связанной с возникновением внештатных ситуаций на объектах атомной энергетики, ядерных исследовательских или промышленных комплексов, а также при испытательных ядерных взрывах и радиационном загрязнении. Такие системы уже функционируют во многих странах Запада[52,62,67,77,95,97,98-101].

В настоящее время разработаны и действуют различные системы мониторинга, которые классифицируются по принципам универсальности, факторам и источникам воздействия, методам наблюдения, системному подходу[2,8,20,26,52].

Вместе с тем, в мировой практике практически нет действующей модели радиационно-экологического мониторинга (РЭМ), позволяющей в динамическом режиме получать необходимую информацию по радиоэкологическим показателям объектов окружающей среды и сфере жизнедеятельности населения крупного промышленного города[67,87].

Особую значимость в организации РЭМ крупных городов имеет широкое использование источников ионизирующего излучения (ИИИ) и радиоактивных веществ (в Москве более 1000 таких предприятий), отсутствие вокруг предприятий радиационного риска санитарно-защитных зон, значительные техногенные загрязнения окружающей среды за счет выбросов ТЭЦ, нефтеперерабатывающих и мусоросжигающих заводов и др. Отсутствие в шестидесятых годах налаженной системы сбора, удаления и захоронения радиоактивных отходов привело к выявлению многочисленных локальных загрязнений на строительных объектах, при ведении земляных работ, планомерном опоисковании территорий перспективных освоений.

Систему наблюдений за состоянием окружающей природной среды, существующую в настоящее время в Москве, в целом нельзя считать в полной мере сложившейся, окончательно отрегулированной и достаточно эффективной. Первичные данные о состоянии окружающей среды, факторах и источниках воздействия на неё носят в ряде случаев противоречивый и не вполне достоверный характер. Во многом это является следствием того, что в Москве до сих пор не существует единого концептуального подхода к вопросу о том, какие цели должны

быть достигнуты при формировании в городе системы наблюдений за состоянием среды. При этом необходима единая трактовка термина «мониторинг» -организованная по оптимизированному регламенту функционирования система долговременных наблюдений за состоянием окружающей среды и источников антропогенного воздействия на неё. «Оптимизированный» в данном случае -приемлемый во всех отношениях, в том числе и с позиций существующих в настоящее время экономических возможностей и иных ограничений.

В связи с изложенным, перед нами была поставлена задача совершенствования системы радиационно-экологического мониторинга Москвы. Она включала в себя следующие направления: оптимизация сети наблюдений, обоснование параметров контроля, средств пробоотбора, периодичности наблюдений, организация потоков информационных сообщений, автоматизация системы мониторинга.

Целью настоящей работы является научное обоснование совершенствования действующей системы радиоэкологического мониторинга на основе анализа принятой схемы наблюдений и полученных результатов по состоянию радиационной обстановки на территории Москвы.

Для достижения этого необходимо было решить следующие основные

задачи:

исследование пространственно-временного распределения радионуклидов на территории Москвы;

научное обоснование размещения сети наблюдения; оптимизация параметров и средств наблюдения; совершенствование и внедрение методик мониторинговых наблюдений; выявление особенностей радиоэкологического мониторинга, связанного с геоморфологическим строением территории.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1 .Выявлены закономерности пространственно-временного распределения радионуклидов в окружающей среде города.

2.Разработана концептуальная основа организации сети наблюдения при ведении радиационно-экологического мониторинга, связанная с особенностями геоморфологического строения территории.

З.Оптимизированы параметры контроля объектов окружающей среды, средства наблюдения и периодичность.

4.Разработаны и внедрены методики радиационного контроля воздушной среды на постах СПРК, комплексного обследования окружающей среды на мобильном водном комплексе.

Объем исследований

Учитывая переход в 1995 году на новую лабораторно-анапитическую аппаратуру, проведение аттестации и сертификации лаборатории, в статистической обработке данных и анализе результатов радиационно-экологического мониторинга нами были использованы материалы 1995 (частично), 1996,1997,1998 годов.

В течении этого периода были отобраны и проанализированы следующие

виды и объемы проб объектов окружающей среды:

-радиоаэрозоли атмосферного воздуха, проба - 630

-радиоактивные выпадения, проба - 910

-снежный покров, проба - 540

-вода открытых водоемов, проба - 590

-донные отложения открытых водоемов, проба - 570

-почвы, грунты, проба -1032

-растительный покров, листва, проба - 490

трава, проба - 485

-термолюминисцентная дозиметрия, измерение -1110

-автогамма-спектрометрическая съемка, км - 9200

-мощность дозы, МЭД, измерение - 9900

-детальная пешеходная гамма-съемка, км2 - 4.3

По всем пробам выполнен радиометрический анализ, 60% проб направлено на гамма-спектрометрию, 20% - на бета-спектрометрию и радиохимию.

Практическая значимость

Основные разработки и рекомендации, сформулированные в диссертационной работе, внедрены в практику ведения радиационно-экологического мониторинга мегаполиса и рассмотрены ниже.

1 .Выполнено районирование территории города по аддитивному (суммированному) радиационному признаку за 1994 - 98 годы. При этом выделены

площади повышенного радиационного риска. Это позволяет оценить радиационные нагрузки на население города.

2.Осуществлена модернизация средств наблюдения. Городские посты СПРК оснащены принципиально новыми усовершенствованными воздухо - фильтрующими установками, обеспечивающими повышение достоверности отбора проб атмосферного воздуха. Это позволяет определять радионуклидный состав аэрозолей, что дает возможность рассчитать дозы облучения.

З.Разработаны и внедрены средства пробоотбора радиоактивных выпадений, грунтов, донных отложений, снежного покрова, большеобъемных водных проб.

Апробация работы

Основные результаты и положения работы докладывались и обсуждались на следующих конгрессах, конференциях:

-Международный конгресс по проблемам урбанизации и окружающей среды «Человек в большом городе ХХ| века». Москва. Россия. 1997.

-Научно-практическая конференция «Создание и развитие социально-гигиенического мониторинга в Москве». Москва. 1998.

-Международный симпозиум «Партнерство во имя жизни - снижение рисков ЧС, смягчение последствий аварий и катастроф». Москва. Россия. 1998.

-Международный семинар «Радиационная защита и гамма-мониторинг окружающей среды в Европе завтра». 22 - 24 апреля 1998 года. Франкфурт\М.ФРГ.1998.

-IV Международная конференция «Новые идеи в науках о земле». Москва. Россия. 1999.

-Международная специализированная выставка «Отходы-99: индустрия переработки и утилизации».Москва. Россия. 1999.

-Общегородская научно-практическая конференция «350 лет жилищно-коммунальному хозяйству России». Москва. 16-17 июня 1999г.

Положения, выносимые на защиту

1 .Закономерности пространственно-временного распределения

радионуклидов в окружающей среде города, позволяющие определить основные

принципы подхода к организации радиационно-экологического мониторинга мегаполиса.

2. Оптимизация сети наблюдения и параметров контроля, являющиеся основой, обеспечивающей корректность решения поставленных задач при минимизации затрат на проведение мониторинга.

3. Совершенствование методики радиационного контроля объектов окружающей среды, средств наблюдения и периодичности - эффективное средство повышения достоверности результатов работ, служит базой для создания автоматизированной системы наблюдений, увеличения оперативности решения вопросов контроля загрязнения окружающей среды.

4. Особенности радиоэкологического мониторинга в условиях мегаполиса, связанные с геолого-морфологическим строением территории. Установлены на выделенных при районировании по суммарному радиационному фактору площадях повышенные содержание природных радионуклидов радия-226, тория-232 в почвах и радона-222 в почвенном воздухе. Установлены значимые корреляционные связи их с общим геологическим строением.

Публикации - по теме диссертации опубликовано 12 работ.

1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Расширяющаяся хозяйственная деятельность человека приводит к ухудшению качества окружающей его среды, а в крайних случаях и к разрушению природных сообществ живых организмов. Задачам выработки научного подхода к оценке состояния биосферы в целом и ее отдельных компонентов, определения тенденций происходящих в них изменений под влиянием антропогенных факторов, а также прогнозирования возможных негативных последствий таких превращений служит система, получившая название мониторинга окружающей среды [25,26].

Основными задачами системы мониторинга (или, как принято, мониторинга антропогенных изменений окружающей среды) являются:

наблюдение за фактическим состоянием биосферы и ее изменением; выделение изменений, обусловленных деятельностью человека, и обобщение результатов наблюдений;

оценка изменений биосферы и их тенденций, выявление изменений, обусловленных антропогенной деятельностью,

прогнозы тенденций в изменении состояния биосферы. Эти задачи и формируют систему мониторинга, блок-схема которой представлена на рис 1.

На схеме показаны прямые и обратные связи между основными системообразующими блоками.

Блоки "Наблюдение" и "Прогноз состояния" тесно связаны между собой, так как прогноз состояния окружающей среды возможен лишь при наличии достаточно репрезентативной информации о фактическом состоянии (прямая связь) Построение прогноза, с одной стороны, подразумевает знание закономерностей изменений состояния природной среды, наличие схемы и возможностей численного расчета, с другой - направленность прогноза в значительной степени должна определять структуру и состав наблюдательной сети (обратная связь).

Данные, характеризующие состояние природной среды, полученные в результате наблюдений или прогноза, должны оцениваться в зависимости от того, в какой области человеческой деятельности они используются (с помощью специально выбранных или выработанных критериев).

Оценка подразумевает, с одной стороны, определение ущерба от воздействия, с другой - выбор оптимальных условий для человеческой деятельности, определение существующих экологических резервов. При такого

---------------------------------------,-------

Рис. 1. Блок-схема системы мониторинга Ю.А.Израэля

рода оценках подразумевается знание допустимых нагрузок на окружающую природную среду.

Информационные геофизические системы, так же как и информационная система мониторинга антропогенных изменений, являются составной частью системы управления, взаимодействия человека с окружающей средой (системы управления состоянием окружающей среды), поскольку информация о существующем состоянии природной среды и тенденциях его изменения должна быть положена в основу разработки мер по охране природы и учитываться при планировании развития экономики. Результаты оценки существующего и прогнозируемого состояния биосферы в свою очередь дают возможность уточнить требования к подсистеме (это и составляет научное обоснование мониторинга, обоснование состава и структуры сети и методов наблюдений).

На рис.2 показано место мониторинга в системе управления (регулирования) состоянием окружающей природной среды [2£]. На схеме условно совмещены энергетические и информационные потоки.

Элемент биосферы с уровнем состояния Б, подвергаясь антропогенному воздействию А, меняет свое состояние (Б -> Б").

С помощью системы мониторинга М получается "фотография" этого измененного (а по возможности - и первоначального) состояния, производятся обобщение данных, анализ и оценка фактического и прогнозируемого состояния. Полученная информация передается в блок управления У (принятия решения).

На основании этой информации в зависимости от уровня научно-технических разработок Н и экономических возможностей (с учетом эколого-экономических оценок) Э принимаются меры по ограничению или прекращению антропогенных воздействий, по профилактическому "укреплению" или последующему "лечению" элемента биосферы, безусловно, возможна комбинация перечисленных подходов. Совершенствуется и система мониторинга (указанные действия показаны на схеме штриховыми линиями)

Наблюдения за состоянием окружающей природной среды должны включать наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия (в том числе источниками загрязнений, излучений и т. п.), за состоянием элементов биосферы (в том числе за откликами живых организмов на воздействие), за изменением их структурных и функциональных показателей; при этом подразумевается получение данных о первоначальном (или фоновом) состоянии элементов биосферы.

/

/

/

/

/

( \

г

\

л.

Рис.2 Место мониторинга в системе управления состоянием природной среды.

Указанный подход охватывает слежение за всем циклом антропогенных воздействии - от источников воздействия до влияния и реакции отдельных природных сред и сложных экологических систем (рис 3). На рис 3 показана также классификация последовательных "ступеней" мониторинга. Классификация мониторинга и всех его возможных направлении представляет сложную и громоздкую задачу.

В системе мониторинга осуществляются три специфические функции: наблюдение, оценка и прогноз. Объектами наблюдения могут быть отдельные точки и зоны, размеры которых не превышают десятков километров. Это так называемый локальный мониторинг. Если объектами наблюдения являются локальные источники повышенной опасности - например, территории вблизи радиохимических предприятий, места захоронения радиоактивных отходов, химические заводы и т.д., то говорят об импактно^ мониторинге. Увеличение масштабов наблюдения до тысяч квадратных километров ведет к региональному мониторингу.

Слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере Земли и ее экосфере, включая все их экологические компоненты, составляет глобальный мониторинг. Очень часто этот мониторинг называется фоновым или базовым.

Виды мониторинга и их ожидаемые параметры применительно к мониторингу поверхностных вод представлены на рис. 4.

В задачах промышленной экологии наиболее значимым представляется локальный мониторинг - как система, позволяющая оперативно отслеживать качество среды и принимать адекватные меры.

По компонентам биосферы можно выделить частные виды мониторинга различных сред - мониторинг атмосферы, мониторинг гидросферы, мониторинг литосферы и т. д., по факторам воздействия - ингредиентный мониторинг, к которому относится, контроль за загрязняющими веществами и агентами (в том числе электромагнитным излучением), тепловым загрязнением, шумом, токсичными веществами и т. д.

Мониторинг источников загрязнения включает в себя слежение за различными типами источников загрязнения: точечными стационарными (заводские трубы, сосредоточенные сбросы промышленных предприятий, животноводче