Радиоэкологические аспекты исследования пресных водоемов

Чеботина, Маргарита Яковлевна

Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Радиоэкологические аспекты исследования пресных водоемов
ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Радиоэкологические аспекты исследования пресных водоемов"

О л

1 и ; ¡; ■

На правах рукописи

I с С- ^

Чеботина Маргарита Яковлевна

РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ . ПРЕСНЫХ ВОДОЕМОВ

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург 1995

Работа выполнена в Институте экологии растений и животных Уральского отделения Российской Академий наук

Официальные оппоненты: академик Г.ПЛНвейкин;

доктор технических наук, профессор Г.Д.Харлампович; доктор биологических наук. Н.М.Любашевский

Ведущая организация: Институт промышленной экологии

УрО РАН

Защита диссертации состоится " Ы№ Нл 1995 г. в 16^° на заседание диссертационного совета Д 063.14.07 при Уральском государственном техническом университете по адресу: Екатеринбург, Мира 19, главный корпус, ауд. II.

Ваш отзыв, заверенный гербовой печать», просим направлять по адресу: 620002, Екатеринбург К-2, Мира 19, 2ТЗУ,, ученому сещютарю

С диссертацией можно ознакомиться а библиотеке УГТУ Автореферат разослан 1993г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор экономических наук

" Е.В. Сафронов

; ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие атомной промышленности и использование .-е результатов в различных областях человеческой деятельности с начала 50-х годов текущего столетия сопровождается постепенным увеличением радиационного фона биосферы Земли за счет поступления в нее техногенных радионуклидов. К настоящему времени ионизирующая радиация и радионуклиды превращаются в постоянно усиливающийся фактор внешней среды, загрязняющий биосферу Земли в глобальном масштабе и воздействующий на все живое на нашей планете. По мере накопления научной информации в экологии формируется новое научное направление - радиоэкология, задачей которой является изучение закономерностей миграции, накопления и биологического действия искусственных и естественных радионуклидов в компонентах "носферы. Теоретическим фундаментом радиоэкологии послужили работы В.И.Вернадского, А.П.Виноградова, В.Н.Сукачева, Н.В. Тимофеева-Ресовского и других ученых.

Дальнейшее увеличение научной информации способствует дифференциации радиоэкологии и формированию в ней других направлений, которые позволяют изучать влияние особенностей среды обитания на миграцию и биологическое действие радионуклидов в различных ее компонентах (морская, континентальная, сельскохозяйственная радиоэкология). Радиоэкологию пресных водоемов следует рассматривать в качестве самостоятельной области радиоэкологии, поскольку эти экосистемы существенно отличаются как от наземных, гак и от морских. Если Мировой океан является единой взаимосвязанной системой, обеспечивающей относительную стабильность водной среды и высокую степень ее минерализации, то континентальные водоемы представляют собой небольшие изолированные акватории с большой вариабельностью физико-химических сзойств пресноводной среды и разнообразием'экологических условий, обусловленных особенностями климата, сезона года, зональностью и т.д. Дале в пределах одного зодоема показатели состава воды варьируют в широких пределах, особенно если данный водоем испытывает значительные антропогенные нагрузки. Примером может служить Белоярское водохранилище, используемое в качестве водоема-охладителя Белоярской АЭС. За 35 лет существования зодоема основные показатели состава воды з нем варьировали в следующих пределах: Са?*м/и хлориды - з 2, сульфаты - з 3, _окисляемость-а А, валовой фосфор - з 7, растворимые ■фосфаты- з 13, температура- з 22, ВПК - в 48, растворимый кисло-

род - в 120 раз, рН - от б до 10, цветность - от 26 до 81°.

Специфика пресных водоемов проявляется и в том, что в ре зультате снижения фактора разбавления концентрация радионуклида в воде континентальных водоемов при их радиоактивном загрязнение возрастает гораздо быстрее, чем в морях и океанах. При этом слабая минерализация воды способствует 'более высокому накоплена радионуклидов пресноводными гидробионтами и увеличению тем самьа лучевых нагрузок на них. В последние годы в результате резкой увеличения антропогенных воздействий на континентальные водоем! они стали более уязвимы, чем экосистемы морей, .океанов и суши. Этим определяется актуальность развития радиоэкологии пресньи водоемов, в задачу которой входит изучение закономерностей миграции, накопления и биологического действия радионуклидов в живых и косных компонентах этих экосистем.

Дель работы - выявив основные закономерности поведения антропогенных радионуклидов в пресных водоемах, дать радиоэкологическую оценку состояния водных экосистем в зоне влияния Белоярс-кой АЭС им. И.В.Курчатова, предложить современный подход к проведению радиоэкологического мониторинга и наметить мероприятия, способствующе улучаению радиоэкологической обстановки в изучаемых водных экосистемах. В работе не обсуждаются радиобиологические аспекты проблемы, поскольку автор не принимал личного участия в подобных работах. По зтой же причине роль животных в процессах миграции и накопления радионуклидов в пресных водоемах освещена лишь в виде краткого обзора.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Изложенные в диссертационной работе. экспериментальные данные позволяют выявить и оценить степень воздействия основных экологических и физико-химических факторов среды на накопление радионуклидов 55-59Fe, б0Со, 90Sr, 91Y, 137Cs, 144Се растениями и грунтами пресных водоемов. ,

2. Результаты исследования распределения основных загрязняющих радионуклидов в компонентах Белоярского водохранилища характеризуют Елияние Белоярской АЭС на водоем-охладитель в ' течение более чем 30-летнего периода ее эксплуатации.

3. Результаты количественной, оценки поступления и миграции трития от БАЭС в Ольховскую болотно-речную экосистему позволяют выявить ряд особенностей миграции в ней этого радионуклида.

4. Технические мероприятия, предложенные в диссертации, на -

¡аалены на улучшение радиоэкологической ситуации в исследуемых одных экосистемах.

Научная нозизяа выполненной работы заключается в том, что в ей на основании единого методологического подхода дается срав-ительный анализ влияния ряда фкзико-химических я экологических экторов среды (рН, света, температуры, сезона года и др.) на отопление радионуклидов различными компонентами водоема в усло-иях аквариумной его модели и в природных условиях. Впервые да-тся радиоэкологическая и гигиеническая оценка состояния водое-а-охладителя Велоярской АЭС. Наконец, новыми являются данные, арактеризуюцие поступление и. миграцию трития в воде болото-речной экосистемы, находящейся под воздействием атомной станин.

Практическая ценность работы состоит в том, что ее резуль-аты используются специалистами для прогностической оценки пове-эния техногенных радионуклидов в загрязненных водоемах. Резуль-аты опытов по вымораживанию радионуклидов из воды в условиях збораторных экспериментов. и естественнс/Г-о водоема легли в осно-7 новой методики, используемой для очистки слабоминерализован-ых пахтных вод от растворенных в них радиоактивных примесей, атери'алы о содержании радионуклидов в воде, растениях и грунтах элоярского водохранилища явились основой для разработки и введения в практику работы Велоярской АЭС норм допустимого сброса здиокуклидоз в водоем-охладитель. Фактический материал, предс-гвлекный в диссертации и опубликованный в,работах, был исполь-эван для составления экологической экспертизы проектируемого /-го блока Велоярской АЭС, а тага® может служить исходным мате-налом для экспертных оценок при проектировании новых АЗС. В ра-эте даются предложения о проведении технических мероприятий, зправленных на улучшение радиоэкологической ситуации в Белоярс-зм водохранилище. По. результатам исследования поставлен и обос-эван вопрос о необходимости нормирования выбросов трития в ок-ржащую среду Велоярской АЭС. Основные материалы работы- вошли в эответствующие разделы лекционного курса по радиоэкологии и.ос-' эвам радиобиологии для студентов старших курсов Уральского осударственного университета ем. А.М. Горького.

Апробация работы. Цатервалы дяссертгциз дскладшзались на тедущих конференциях и съездах: Международном скшоаиумз "Вззи-эдействие между водой и гшвыы Бегством" (г.Одесса. 1975);

II Радиобиологической конференции социалистических стран (г.Варна, 1978); Региональной конференции "Структура и функции водньг-биоценозов, их рациональное использование и охрана на Урале" (г.Свердловск, 1979); Всесоюзной, конференции "Радиационная безопасность населения и защита окружающей среды в связи с эксплуатацией атомных электростанций" (г.Димитровград, 1981); Всесоюзной конференции "Экологические последствия воздействия на окружающую среду антропогенных факторов" (г.Сыктывкар, 1989); I Всесоюзном радиобиологическом съозде(г.Москва, 1989); Научной конференция "Ядерная энергетика в СССР: проблемы и перспективы" (г.Обнинск, 1990); I Международном симпозиуме"<5изические проблемы экологии, природопользования и ресурсосбережения" (г.Ижевск, 1992) и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 50 печатных работ, в том числе 2 монографии. ■

Структура и объём работы. Диссертация включает следующие раздели: "Взедекие и обзор основной литературы", четыре главы, "Обсуждение результатов", "Практическое применение результатов работы и технические рекомендации", "Заключение" и "Выводы". Работа изложена на 314 страницах машинописного текста, включая 46 рисунков и 42 таблицы. Список литературы состоит из 351 источника , в том числе 53 иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В разделе "ВВЕДЕНИЕ И ОБЗОР ОСНОВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ" обосновывается актуальность темы диссертации, дается краткий анализ основных публикаций по обсуждаемой проблеме, формулируется цель и задачи исследования, положения, выносимые на защиту,' новизна и практическое значение работы.

В разделе "МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА" описываются объекты исследования, которыми служили радионуклиды 3Н, 55,55Ре, боСо, 905г, 91У, 137Сз, 144Се, а также вода, растения, фито- и зоопланктон, донные отложения водоемов. Характеризуются водные экосистемы, в которых проводили исследования. Описываются методист разнообразных лабораторных и натурных экспериментов, а также методы опре-• деления содержания отдельных радиоактивных и стабильных изотопов в воде, гидробионтах, грунтах.

В главе I- "НАКОПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ ПРЕСНОВОДНЫМИ РАСТЕНИЯМИ"- описаны результаты опытов, в которых изучали влияние физико-химических и экологических факторов природной среды на накоп-

енке радионуклидов фитобионтами в аквариумной модели водоема природных условиях. При этом рассматривали вопросы накопления укладов разгчми видами водных растений; сравнивали поступление растения 903г и 137Сз и их стабильных макроаналогов Са и К; сследовали влияние рН, света, температуры, сезона года на нако-ительную _способность фитобионтов, а также прочность фиксации /клидов в растительных тканях. В качестве критерия оценки како-ительной способности использовали понятие коэффициента накоплена > отражающее отношение концентрации радионуклида в орга-кзме или грунте к его концентрации в водной среде.

Анализ имеющихся литературных данных показал, что величина ээффицкента накопления определяется видовой 'спецификой растений химической природой радионуклида. Наиболее полная информация з этому вопросу содержится в монографии Е.А. Ткмофеевоя-Ресовс-эй, где призедены коэффициенты накопления для 20 радионуклидов 35 видов пресноводных растений в аквариумной модели водоема Гкмофеева-Ресовская, 1963). Креме того, Э.А.Гилевой на большом гатистическом материале показано, что в общем случае величина ээффициента накопления определяется в первую очередь химической давидуальностыо элемента, а затем - спецификой видонакоплеиия' "плева, 1965).

В наших исследованиях, наряду с прочими водными растениями, зльшое внимание уделялось.харозым водорослям. Указанные фитоби-1ты при благоприятных условиях образуют целые подводные луга с ¡бмассой до 10 и более кг/м2 сухого вещества, а донные отложе-1Я, формируемые ими, могут достигать десятка метров в глубину, '.ровые водоросли являются важным компонентом питания некоторых ¡дов птиц, рыб, раков, донных беспозвоночных. Однако'в радио -¡логическом плане эта группа водных растений весы-з слабо изу-!на.

Харовые водоросли содержат в среднем примерно в 10 раз боль-( кальция, чем высшие водные растения, обитающие в 'том хе водо-¡е (127 ± 14 и 12 ± 1 иг/г сухой массы соответственно). Это «стоятельство обусловило повкзеннуп способность этих растений калливать 903г, коэффициенты накопления которого для харовых дорослей и высвих водных растений в природных условиях состав-ют соответственно 3000 ± 400 и 340 ± 60 единиц. Установлено дичие прямой корреляционной связи между коэффициентами накоп-ния 90Бг и концентрацией в растениях его стабильного макроана-

дога - кальция ( коэффициент корреляции 0,56). Несмотря на различия в содержании кальция у разных видов харовых водорослей (от 61 до 170 мг/г), коэффициент дискриминации (КН 90Sr / КН Са) в них составляет довольно стабильную величину, близкую к 0,3. Такие значения обычно получаются при соосаждении 90Sr с карбонатами кальция у фотосинтезирующих растений (Куликов, Любимова, Тимофеева, 1970). Наши данные подтверждают положение о том, что минеральный скелет харовых водорослей формируется за счет карбонатов кальция с примесью карбонатов стронция.

Для оценки степени накопления радионуклидов в природных водоемах часто используются результаты лабораторных экспериментов. Поэтому мы провели сравнение коэффициентов накопления 90Sr и 137Cs в условиях аквариума и естественного водоема. Оказалось, что в приходных условиях коэффициенты накопления обоих радионуклидов у харовых водорослей значительно выше, чем в лабораторном эксперименте (рис.1). Последнее можно объяснить краткосрочностью лабораторных опытов и различиями в условиях водной среды в естественном водоеме и его упрощенной лабораторной модели. Это обстоятельство следует учитывать в случае перенесения данных, полученных в лаборатории, на природные водоемы.

Важной физико-химической характеристикой природных вод являются щелочно-кислотные условия среды. Они определяют состояние гидролизующихся элементов в растворе и их сорбционные свойства. Значения рН в водах рек и внутренних водоемов характеризуются суточными и сезонными колебаниями, а различные типы природны> вод по этому показателю варьируют в довольно широких пределах. I наших опытах коэффициенты накопления 59Fe, 60Со, 90Sr у разныз видов растений в зависимости от рН варьировали в 2 - 7 раз, тогда как поглощение 137Cs было одинаково в широком диапазоне рН. Для примера на рис.2 приведены коэффициенты накопления указанны; радионуклидов водорослью Ch. tomentosa. В, условиях опыта дл! 59Fe при рН-4, а для 60Со при рН- 8-9 достигается произведен» растворимости, в результате чего появляются коллоидные форм] этих элементов, характер:-чующиеся пониженной способностью поглощаться растениями. 90Sr включается в процесс карбонатообразова ния, проявляющийся на поверхности растений и зависящий от рН; увеличением рН, как было показано в специальных опытах, увеличи вается количество карбонатного осадка,' удерживающего в себ 90Sr. Независимость накопления 137Cs от рН связана с тем, что

137,

Я >»

o o

§ i

o S

И _

H >»

íS a o

§ 3

3000

2000

1000

6000

4000

2000

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 3

Рис. 1. Коэффициенты накопления 1ВИЯ>

SZELTrk-uSV-á.««..»» . -<—■

_ • rs

i: i - Chara strlgosa; 2 - Ch.aspera;

Ch. altaica; 5 - Ch.frag...........

7 -"^hialina; 8 - Nltellopsls obtusa

№ 5.102

137,

5 6 7 8 9 -10

Ь i i I I -i

5 6 7 8 9 10

РИС 2 зависимость коэффициентов накопления

Годорослш СЬ. tomentosa от pH водной среды 9

этих условиях микроколичества цезия находятся в форме катион« не образуют коллоидов.

Свет играет большую роль в жизни растений. От него завис поглощение ионов и перенос их через систему мембран в клетку, то же время условия освещения в водоеме сильно варьируют в за! симости от глубины, времени суток и сезона года. Экспериментал но показано, что 59Ге, 91У, 144Се накапливаются пресноводнь растениями практически одинаково при всех режимах освещен» тогда как поглощение б0Со, 903г, 137Сз возрастает под влиянк света (рис.3). Анализ полученных результатов привел нас к закл чению, что свет не оказывает влияния на те радионуклиды, котор находятся в водной среде в виде гидроокисных соединений. Как п казано в работе (Чибирайте, Марчшенене, Поликарпов, 1973), о новная часть таких элементов фиксируется на поверхности клето ных оболочек растений и лишь незначительная их доля проходит протоплазму и вакуолярный сок. Элементы же ионной природы учас вуют в процессах пассивного и активного транспорта в клетке, п этому их накопление зависит от наличия света.

2000

1500 1000

500

10000 5000

144,

Се

* о

2 4

2 4 8

Время, сутки

Рис.3. Накопление радионуклидов водорослью в зависимости о режима освещения: (•) - темнота; (х) - 500 люкс; (с) - 2000 люк

Температура .является одним из экологически:: факторов, от которых зависит видовой и количественный JOCTaB населения водоемов, горизонтальное и вертикальное его распределение и миграция. Она определяет скорость протекания физиолого-биохимических процессов, растворимость солей, устойчивость в растворе коллоидных форм элементов и т.д. В водоемах умеренных широт температура воды в течение года варьирует в среднем от 0° до 25° С. В последние десятилетия в связи со строительством и эксплуатацией тепловых и атомных электростанций ряд водоемов используется для сброса подогретой воды, поэтому подвергается тепловому загрязнению. В наших опытах с элодеей, проведенных з лабораторных условиях, повышение температуры воды от 12 до 28° увеличивало коэффициенты накопления 60Со в 4 раза (от 8460+80 до 32400±570), 137Cs-b 2 раза(от 217±4 до 484±36) и практически не влияло на поглощение 30Sr и 91Y растениями. В условиях Белоярского водохранилища коэффициенты накопления б0Со у элодеи, отобранной в зоне подогре-за, оказались в 3 - 5 раз выше, чем в контрольном районе, распо-кженном в 8-10 км от места сброса подогретой воды (14б00±400 и 3690±240 соответственно).

Большинство исследований, посвященных изучению накопления задионуклкдов пресноводными растениями, обьгчко проводится во гремя летней вегетации. Поскольку водоемы средней полосы з течете зимнего периода находятся подо льдом, исследования в этот 1ериод практически не проводятся. Нами в серии лабораторных опы-юв и в условиях естественного водоема установлено, что за счет :езонных изменений коэффициенты накопления могут варьировать в [есколько раз. В частности, на одном из мелководных водоемов Юя-гаго Урала наиболее высокая концентрация 90Sr в растениях !h.tomentosa наблюдалась в летне-осенние (ишь - август), а наи-олее низкая - в зимние месяцы (декабрь - февраль). В последнем лучае отмечалось повышение концентрации изотопа в подледной вое, . связанное с процессами вымораживания (рис.4). -Лед при этом казался "очищенным" от радионуклида. Полученные данные хорошо одтверддахгася результатами специальных опытов с зачораживанием скусственно загрязненной радионуклидами озерной воды в сосудах, азмещенкых в толще льда водоема. Высокие- коэффициенты очистки 30, 77 и 95 для 60Со, 90Sr и 137Cs соответственно) свидетельст-уют о перспективности использования метода вымораживания для чистки воды от указанных радиоактивных микропримесей.

о"

е-

• ч

я о о

« о

е.

0,4

0,3 о,г он

о 500

400

300 200

4 8

Вагйшм показателем миграционной способности радионуклидов является прочность их закрепления в фи-тобионтах. Изучая выделение радионуклидов из радиоактивных растений в водную среду путем замены внешнего раствора на чистую воду, мы установили, что 5%е наиболее прочно удерживается растительными тканями. б0Со, 91У и 144Се относительно более подвижны, а 903г и 137Сз достаточно легко выводятся из растений. Указанная закономерность наблюдалась как у живых , так а у отмяравщих' тканей (рис.5). На основании этих данных можно сделать практический вывод о том, что путем перенесения в чистую воду растения можно в значительной степени очистить от некоторых радиоактивных загрязнителей, и в первую очередь от 903г и 137Сз.

Прочность закрепления радионуклидов возрастает с увеличением времени пребывания растений в изотопсодержащей воде. . Например, при продолжительности периода накопления 18 суток из харозой во- ' доросли после перенесения ее в чистую воду удается извлечь 60Х поглощенного радиостронция, если .же период накопления составляет 75 суток, то только 152. Указанное обстоятельство может служить причиной более высоких значений коэффициентов накопления в природных условиях по сравнению с краткосрочным лабораторным экспериментом.

В ГлавеП -"НАКОПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В ГРУНТАХ В0Д0ЕМА"-~ис-следовано влияние типа грунта, экологических и физико-химических факторов природной среды на накопление различных радионуклидов

.12

е 12 10 2 6 10

Месяцы

Рис.4. Сезонные изменения концентрации 905г в воде (А) и растениях (Б) мелководного пресного водоема

100 80 60

¿ i i.

3 6 9

10 . 8 • 6 -

j_i__»

Время, сутки

3 6 э

Рис.5. Снижение содержания радионуклидов в живых (А) и. инактивироЕанных (Б) растениях Chara tomentosa при • трехкратной замене раствора. Стрелками указаны дни замены раствора

донными отложениями пресных водоемов. Установлено, что тип грунта существенно влияет на содержание радионуклидов в нем'. Сапро-пели и иды с высоким содержанием органического вещества, . как правило, накапливают изотопы больше, чем остальные типы грунтов. В качестве примера можно привести донные отложения оз.Б.Миассово на Кйшом Урале, характеризующиеся большим разнообразием по виду и химическому составу. Сапропеля этого водоема более обогащены радионуклидами 90Sr и 137Cs (коэффициенты накопления соответственно 1950 ± 520 и 20560.± 6730), чем песчаный, известковый и торфянистый грунты ( средние коэффициенты накопления соответственно 330 ± 50 и 3060 ± 230). Как и в случае с растениями, коэффициенты накопления указанных радионуклидов в природном водоеме практически всегда выше, чем в лабораторных опытах.

Различные радионуклиды накапливаются дЬнными • отложениями по-разному. В частности, 59Fe, ^Со,14^ поглощаются сапропелем в целом с более высокими. кг-ффициентами накопления, чем 91У, 90Sr, 137Cs (для первой группы элементов - 8000 - 70000, для второй - 150 - 2000). Высокий уровень накопления радионуклидов первой группы можно объяснить более прочным закреплением их в

грунте. Об этом свидетельствуют опыты по выведению поглощеннь изотопов из' грунта в чистую воду, которую периодически менял» При этом 59Ре практически не переходило"из сапропеля обратно водную среду; 60Со и 144Се выделялись соответственно на 20 48Х, а 90Бг, 91У, 137Сб - на 90% и более. Установлено существс - вание обратной корреляционной связи между коэффициентами наког ления исследуемых нуклидов и величиной их обменного фонда в до! ных отложениях водоема.

В серии лабораторных опытов показано, что поглощение 59Р< ьоСо, 903г грунтами пресных водоемов зависит от'рН водной сред* тогда как накопление 137Сэ практически постоянно в диапазоне I от 5 до 9. При этом коэффициенты накопления 59Ре в интервале [ от 5 до 10 варьировали в 4 раза, а б0Со в 10 раз."Как в случае растениями, это связано с образованием коллоидных форм элеме) тов, обладающих иными сорбционными свойствами, чем ионные Форш Коэффициенты накопления 30Бг возрастали в 60 раз, что, с наш точки зрения, можно объяснить включением радионуклида в карб< натный осадок, образование которого количественно зависит от р] Повышение температуры воды от 10 до 38° С привело к 5-10 кратному увеличению накопления ^Со песчано-илистым и салролел) вым грунтами (рис.6.). В то же время поглощение других радиону1 лидов этими типами донных отложений (90Бг, 91У, 137Сб) не зав! село от температурного режима.

На примере одного из мелководных озер Юйшого Урала показа! наличие сезонных изменений в процессах накопления и распредея ния радионуклидов, в частности 90Бг, между водой, растениями грунтом. В результате многолетних исследований (1974-1977 гг установлено, что, наряду с сезонными изменениями концентрац радионуклидов в растениях и воде, о чем упоминалось выше, анад гичные изменения обнаруживаются и в донных отложениях; водоем Достоверное повышение концентрации изотопа в грунте в марте м сяце можно объяснить резким снижением его содержания в воде по ле освобождения водоема ото льда и частичным переходом из воды донные осадки (рис.7). , '

Важной практической задачей является Исследование распред ления радионуклидов по глубине донных отложений пресного водо ма. Такая работа бьша проведена нами с изотопами ^Со и 137Сз Белоярском водохранилище, куда они поступают при работе АЭС. центру водоема с мо отобрано семь вертикальных профилей донн

СЗ

м «

3 >»

4 о

И о

9 9

В я

га о И

10'

123 123

0,4

0,2 . 0,1.

500

§ 400

г о

ъ а

-с-3 зоо

яЗ £ 200

100

Ал

12* 4 ' й 10 ..2 § шеояпы

Рис.6. Накопление б0Со песчано-илистым (А) и сапропелевым (Б) грунтами при разной температуре воды: 1-10° С; 2-24° С; 3- 38°С

Рис.7. Сезонные изменения концентрации 903г в воде (А) и сапропеле (Б) мелководного воддема

отложений, которые расчленяли на слои мощностью по 2 см. Сказалось, что примерно половина изотопов концентрируется в слое 0-4 см.

В слое 0-10 см находится около 75Х, а в слое 0-15 см - примерно 90Х указанных радионуклидов.

Вертикальное распределение -905г и его стабильного макроаналога кальция по глубине сапропелевых отложений изучали -в одном из заливов оз. Б.Миассово на Южном Урале.- Количественно определяемое содержание 903г обнаруживалось в них до глубины 0,5-0,6м. Этот слой сапропеля" концентрировал в себе примерно 85-90% радионуклида. Сдой грунта мощностью 0-15 сы содержал- примерно 5051, 0-30 см - 60-70Х изотопа. Если концентрация Э03г экспоненциально убывала с глубиной, то кальций распределялся равномерно по всему

слою донных отложений, что подтверждает факт более .позднего пс падания в водоем 0OSr по сравнению с его стабильным макроаналс row кальцием.

. В главе Ш - 'ТАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДОЕМА-ОХЛАШ ТЕЛЯ БЕЛОЯРСКОЙ АЭС"- приводятся результаты многолетних йсследс ваний содержания основных загрязняющих радионуклидов (3Н, 90Sr, 137Cs) в Еелоярском водохранилище. Особая актуальное: рассматриваемой в этой главе проблемы заключается в том, что в< доем вместе с вытекающей из него рекой Пышмой предстазляют собс проточную систему, поэтому .поступающим в них радионуклидам от крыт путь в реки Туру, Тобол, Иртыш. Исследования показали, что результате 35-летнего периода эксплуатации АЗС под влиянием те: ловых и слаборадиоактивных стоков в прилегающей к ней части а» ватории сформировалась зона, в которой вода, растения, рыбг планктон и грунты имеют более высокую концентрацию радионуклид« по сравнению с остальной частью водоема. Эта зона условно вко чает в себя часть водохранилища от Теплого залива до Биофизичес кой станции (рис.8).

Систематические наблюдения за со; держанием радионуклидов в воде показали, что в период с 1976 по 1988 гг. наиболее высокое содержание ^Со,

Рис.8. Схематический план Белоярского

водохранилища : 1 - Белоярская АЭС; 2 - Биофизическая станция; каналы; 3 -Теплый (сбросной), 4 - водозаборный, 5 - промливневый, 6 - обводной;

заливы: 7 - Теплый, 8 - Голубой (район Биофизической станции),

9 - Щучий;

10 - район плотины

- - - санитарно-защитная зона (3 км)

- • - • - наблюдаемая зона (10 км) I -IV - условно выделенные подзоны

V - верховье водоема

Таблица 1

Усредненная концентрация ^ (1980-1988г.), ®°Со, 90Sr, 137Cs (1976-1987 гг.) в воде Белоярского и Рефтинского водохранилищ, Бк/ л (для б0Со, 90Sr, 137Cs nxlO3. Бк/л)

........ "1------- Место отбора - I ^ • г" -------- i 0> 137Cs | 1

1 Белоярское водохранилище:! i I

Биофизическая станция |66±2 700±140 314±185| 810±2б0 |

Теплый залив |б1±2 250±75 61±22 | 310±60 |

Щучий залив |60±2 90±19 44±3 | 107±29 |

Верховье 133±3 36±9 44±7 | 42±9 |

Рефтинское водохранилище:! '

| |22±1 1, ________ .. .. .. . ., .1_ .1 не обн. 34±1 | > 11±3 | 1

ю5г,137Сз отмечалось в районе Биофизической станции. Средняя концентрация ^Со и 137Сз в этом регионе была в 19, а З03г - в 7 заз выве, чем в верховье водоема, расположенного в 15 км от АЭС. ¡¡ще более ощутимые различия наблюдались но сравнению с Рефтинс-*им водоемом, выбранным в качестве контроля (табл.1). Тритий, как наиболее подвижный радионуклид, довольно равномерно распределялся в воде водоема, однако и его концентрация в указанной акватории (~55 Бк/л) была в среднем в 2 раза выше, чем в аерховье водоема, и в 3 раза вызе, чем в Рефтинском водохранили-де. .

Несмотря на то, что в отдельных заливах наблюдаемой зоны водоема ( район Биофизической станции. Теплый, Щучий залив) концентрация ^Со, 903г, 137Сэ заметно отличается, что достаточно наглядно демонстрирует табл.1, по центру водоема на протяжении наблюдаемой зоны она практически одинакова и • составляет 3.025*0.001, 0.043^0.006 и 0.044±0.002 Бк/л соответственно для ^Со, 90Бг, 137Сэ. Последнее свидетельствует о достаточно быстром и равномерном перемешивании воды и содержащихся в ней радиоактивных примесей в водоеме в целой.

Концентрацию радионуклидов в растениях и грунтах водоема оценивали в зависимости от расстояния от АЭС. Для этого наблюда-

.17

Таблица 2

Концентрация радионуклидов в кладофоре и илистом грунте четырех подзон в пределах наблюдаемой зоны водоема-охладителя (Бк/кг сухой массы)

1 ¡Радионуклид ... Объект исследования ■ --------- I II Г" - "1 III [ IV |

|б0Со кладофора 173±21 206±17 166±15 | 70±7 |

илистый грунт 340+50 не опр. 610*230| 580±120 |

|90Sr кладофора 83±6 65±19 52±6 | 69±8 |

илистый грунт 51 ±6 35±24 36±5 | 42±8 |

J137Cs кладофора 165±21 116±10 129±17 | 62±7 i

t. . „ илистый грунт 970±100 не опр. 610±230| . .. .L 590±120 |

емую зону расчленили на 4 подзоны, как указано на рис. 8, при этом в качестве контроля служило верховье водоема. В указанных подзонах определяли концентрацию радионуклидов в шести доминирующих видах фитобионтов (рдесте гребенчатом, пронзеннолистном, блестящем, сплюснутом, злодее, кладофоре) и трех типах водного грунта (песчаном, затопленной почве, илистом грунте). Результаты обрабатывали отдельно по каждой подзоне. Несмотря на вариабельность отдельных изменений, содержание каждого радионуклида в определенном виде растений и типе грунта I, II и III подзон оказалось практически одинаковым. В табл.2 приведены данные по кладофоре и илистому грунту указанных подзон.Данные подтверждают ранее высказанное положение о том, что на значительной протяженности наблюдаемой зоны, водоема в результате равномерного перемешивания воды и радиоактивных лримесей поддерживаются относительно стабильные условия процессов накопления радионуклидов в различных компонентах водоема. „

В верховье Белоярского водохранилища концентрация радионуклидов, как правило, заметно ниже, чем в наблюдаемой зоне АЭС. В частности, содержание MCo и l37Cs в кладофоре в верховье снижается в 5-6 раз и составляет соответственно 24±5 и 21±2 Бк/кг. Данные по 90Sr .аходятся на пределе достоверности. Различия в

.9 Концентрация радионук-цов в грунтах Белоярского цохранилища на контрольном астке и в наблюдаемой зоне 2 (заштриховано):

песчаный грунт, 2-затоп-ная почва,3-илистый грунт

еряании радионуклидов в нтах наблюдаемой зоны и трольного региона статис-ески высокодостоверны, за лючением случая со 905г песчаного грунта, где личий не обнаружено с.9).

Приведенные выше данные золили ' сделать вывод о (, что основным источником

тушения 3Н, ^Со, 903г, "'Сй в водоем является Белоярская Чтобы установить пути, по которым изотопы поступают в во-:ранилище, были обследованы каналы, соединяющие АЭС с водое-!. По результатам исследований 1988 г. концентрация трития в (е промливневого канала была примерно в 3 раза, а обводного -.00 раз выше, чем в верховье водоема. Растения, отобранные из 1занных каналов, имели более высокую концентрация радионукли-1, особенно б0Со и 137Сз, по сравнению с таковой в среднем по гоему. В частности, в рдесте гребенчатом промливневого канала держание б0Со варьировало от 800 до 1400 Ек/кг, а 137Сэ - от XX) до 150000 Ек/кг, тогда как в водохранилище среднее содер-ше этих нуклидов составляло, соответственно, 100 и 30 Бк/кг. суммарной концентрации изотопов донные отложения этих каналов содятся на уровне радиоактивных отходов. Полученные нами реев та ты позволили заключить,,что промливневый и обводной каналы течение достаточно продолжительного периода времени служили новными путями поступления радионуклидов от АЭС в водоем-охла-гель.

Определен запас радионуклидов в .Белоярском водохранилище,

.19

который на 1989 г. составил: 245 ГБк ^Со, 134 ГБк Э05г, 668 ГБк 137Сз. Все изотопы более чем на 90Х сосредоточены в донных отложениях водоема. В воде обнаружено от 2 до 8Х общего количества радионуклидов, а в растениях - менее 0,011. Вклад Белоярской АЭС в загрязнение грунта водоема оценивается примерно следующим образом. Практически весь ^Со, содержащийся в донных отложениях, поступил в них в результате работы АЭС. Примерно половина запаса 903г - станционного происхождения, столько же изотопа поступило в водоем в результате глобальных выпадений. Наличие 137Сз в донных отложениях на 93% обусловлено работой АЭС, остальные 7Х радионуклида поступило с глобальными выпадениями из атмосферы.

В главе 1У- "ТРИТИЯ В ОЛЬХОВСКОЙ БОЛОТНО-РЕЧНОЙ ЭКОСИСТЕМЕ, НАХОДЯЩЕЙСЯ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ БЕЛОЯРСКОЙ АЭС"-приведены результаты количественной оценки поступления и "миграции позволяющие выявить ряд особенностей поведения этого радионуклида в указанной водной экосистеме. Последняя расположена в 5 км к юго-востоку от БАЭС и включает в себя искусственно прорытый канал, по которому слаборадиоактивные стоки попадают в Ольховское болото, а из него - в речку Ольховку, впадающую в р.Пышму. Выше по течению р.Пышмы в нее впадают воды из Белоярского водохранилища. Таким образом, оба водотока, содержащие радионуклиды станционного происхождения, через р.Пышму могут свободно проходить в реки Обь-Иртышского бассейна.

Многолетние наблюдения (1981-1990 гг.) позволили установить, что изотоп поступает в Ольховское болото залповым способом, во мере освобождения накопительных емкостей. Концентрация % в ука занный период времени варьировала от уровня фона, характерного для болота („700 Бк/л) до десятков тысяч Бк/л. Как видно из табл.3, в период работы 2 и 3 блоков БАЭС (1980-1989 гг.) концентрация изотопа в воде была в среднем в 3 раза выше(3380+473 Е

__при п-62), чем после вывода из эксплуатации 2 блока

(1034+156 Бк~д Ёра п=46).При этом среднегодовое поступление трития в болотно-речную экосистему, определенное нами совместно с Институтом промышленной экологии УрО РАН и Белоярской АЭС, длг указанных выше периодов времени составило - соответственно (300-400)хЮ10 и (11(М30)х1010 Бк/год ~Тчёбот5шГ~7

Кулагин в др., 1994).

Представляет интерес оценить, влияет ли Ольховское болото на содержание тритк^ в р.Пышме. Эта река является наиболее крупной

. , Таблица 3

Концентрация трития в воде Ольховского болота в различные годы наблюдений

1 11980 2 1 I 3401120 1 1 11985 | 5 1 1 | 322012000 |

11981 10 |6450±1820 11986 | 12 | 27101270 |

I1S82 11 10100+1200 11968 i в | 3681±1262 |

|1983 6 )10101230 |1989 | 8 | 339011958 |

11984 • i 4 1 | 480170 i 11990 | Л... -1 46 | 10Э01156 | ....... .....i

водной артерией в окрестностях Белоярской АЭС, на ее берегах располажены населенные пункты и базы отдыха, а вода используется для различных народнохозяйственных целей. Пробы воды отбирали по течению р.Пышмы на расстоянии от устья р.Ольховки: 13 км (п.Петушки), 18 км (п.Малиновка). 26 км (п.Белокаменный), 33 км (п.Хкмлесхоз). Одновременно оценивали содержание трития в воде р.Ольховки и в р.Пышме выше устья р.Ольховки. Последнюю точку условно выбрали в качестве контроля. Исследования показали, что в р.Пышме концентрация трития в среднем в 10 раз ниже, чем в р.Ольховке (соответственно 40±1 и 383±2б Бк/д в 1990 г. и 2б±1 и 216±7 Бк/л в 1991 г.). Отмечено отсутствие различий по содержанию изотопа в воде р.Пышмы выше и ниже устья р.Ольховки. Пос-иеднее свидетельствует о том, что в. настоящее время сбросы три-гия атомной станцией в Ольховское болото существенно не влияют за содержание изотопа в водах р.Пышмы.

Используя тритиевую метку, мы, совместно с НИИ АЭС и Белояр-:кой АЭС, определили скорость прохождения дебалансных вод через Ольховское болото (Луппов и др., 1991;, Чеботина, ' Лисовских и »р., 1993). Для этого после предварительной промывки Ольховского !олота водами, не содержащими изотоп, в него было сброшено со-¡ержимое накопительной емкости с технологическим тритием и зафиксирован момент прохождения тритиевой метки в начале, середине i конце болота. При этом установлено, что время прохождения мак-:имума трития в указанных.частях болота составляет 14, 41 и 53 taca от начала сброса дебалансных вод. Полное прохождение фронта

трития отмечалось через 8-9 суток после начала сброса. Рассчит на средняя линейная скорость прохождения основной массы воды ч рез болотно-речную систему, которая составляет 400 и 100 м/ч соответственно в начале и-конце болота.

В разделе "ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ" на основе полученных зн периментальных данных изложены особенности поведения радионукг дов в пресных водоемах. Они заключаются в том, что ввиду вар* бельности физико-химических и экологических условий, присус пресным водоемам, коэффициенты накопления изотопов в растениям грунтах указанных водоемов изменяются в широких пределах. Толь за счет видового разнообразия растений в пределах одной моде водоема коэффициенты накопления 59Fe и б0Со варьируют в 10 рг 91у и 144Се . в 20 раз, 90Sr - в 40 раз, 137Cs - в 100 раз (1 мофеева-Ресовская, 1963). За счет разнообразия экологичес1' особенностей в водоеме коэффициенты накопления для данного paj нуклида могут изменяться в несколько раз. Например, для б0Сс зависимости от щелочно-кислотных условий они варьируют в 2-4 f за, от режима освещения - в 3-4 раза, от температуры- в 4-5 от сезона года - в 8 раз. Коэффициенты накопления 90Sr г влиянием перечисленных выше'факторов изменяются в 2-4 раза. К{ ме того, за счет изменения концентрации кальция в воде они moi варьировать еще. в 6-20 раз. Аналогичная картина наблюдается для грунтов. В частности, коэффициенты накопления 90Sr в завис ' мости от типа грунта варьируют в пределах от 20 до 100 раз, концентрации кальция в воде - в 10 раз, от pH - в 65 раз, от с зона года - в 3 раза.

Указанные выше особенности накопления радионуклидов расте] ями и грунтами следует учитывать при проведении радиоэкологич* кого мониторинга пресных водоемов. При выборе растений-биоищ каторов следует отдавать предпочтение тем видам, которые отлет ются наиболее высокими коэффициентами накопления по отношен» загрязняющим радионуклидам. Это позволит сократить объем рабо1 связанной с концентрированием изотопа. Целесообразно исполь; вать не любую биомассу растений (смесь разных видов), а фита онты определенного вида, произраставшие во всех постоянных т ках наблюдений в течение всего йериода исследований. Расте] следует отбирать с определенной глубины и в определенное вр< суток, имея в виду, что экологические характеристики водоема меняются в зависимости от времени суток, сезона года, глубин

т.д. Если в качестве индикатора используется грунт водоема, то следует отдать предпочтение сапропелю или илистым донным отложениям, обладающим в целом более высокой накопительной способностью. В процессе отбора проб необходимо следить за тем, чтобы во всех точках наблюдений был взят один и тот же тип грунта. Учитывая неоднородность распределения радионуклидов по глубине донных отложений, а также то обстоятельство, что в большинстве случаев максимальная концентрация изотопа находится в верхнем слое, при проведении мониторинга целесообразно отбирать слой грунта от поверхности до определенной глубины, например,0-15 см.

Пробы грунта в различных точках наблюдений необходимо отбирать в одно и то же время года, учитывая возможное влияние сезонных изменений на процессы накопления. Несоблюдение этих условий может внести ошибку в результаты измерений. • При работе на разных водоемах, а также в местах, куда поступают промыаленные стоки, следует поставить под контроль рН среды, концентрацию макроэлементов (Са, Мг) и различных загрязнителей, которые могут увеличивать или уменьшать коэффициенты накопления и тем самым искажать информацию о реальной картине загрязнения.

Весьма удобным объектом для биоиндикации радиоактивного за -?рязнения пресных водоемов являются харовые водоросли. В первую очередь их целесообразно использовать для биоиндикации загрязнения водоемов по 90Бг, поскольку эта группа растений, как было показано выше, обладает повышенной способностью накапливать данный радионуклид. Однако в ряде случаев они пригодны и для биоиндикации других радионуклидов, в частности, 59Ге, б0Со, 91У, 137Сз, 144Се, коэффициенты накопления которых у харовых водорослей также достаточно высоки. Отмирающая масса растений накапливает перечисленные радионуклиды с такими же коэффициентами накопления, как и живые растения, а сапропели в условиях естественного водоема поглощают Э0Бг и 137Сз даже больше, чем другие типы водного грунта. Указанная особенность харовых водорослей была использована нами при проведении экологического мониторинга оз.Тыгиш, расположенного на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа. (Комплексная экологическая оценка..., 1993; Трапезников и др., 1993).

Изложенные выше общие подходы к проведению радиоэкологического мониторинга применимы для любого водоема. Однако, по отношению к каждому водоему, схема проведения мониторинга должна

быть конкретизирована с учетом типа водоема, его морфологичес особенностей, источника загрязнения. При этом важным момент является выбор постоянных точек наблюдений, контрольных участи и биоиндикаторов. ' .

На основании проведенных исследований предложен план про® дения радиоэкологического мониторинга Белоярского водохранилип Б качестве постоянных точек наблюдений,. в первую очередь, нес ходимо взять обводной, промливнеЕый и сбросной каналы. Систем тическое измерение концентрации радионуклидов в воде этих ка* лов и учет расхода воды позволит установить скорость поступле« нуклидов в водоем, обнаружить и устранить протечки, являюадас следствием микроаварии на АЭС. В пределах водоема в качес' постоянных точек наблюдений, ло нашему мнению, могут служ следующие акватории:

1 - верховье водоема (контрольный район);

2 - район Щучьего залива (место расположено недалеко от . ружной границы наблюдаемой зоны, контроль за которой должен о ществляться согласно СП АЭС);

3 - район плотины (точка характеризует состояние водоема выходе в р.Пышму);

4 - район Теплого залива (точка важна для оценки степ влияния подогретых вод, а также в связи с функционированием с кового хозяйства в этом заливе);

5 - район Биофизической станций, расположенный на выходе водоем двух каналов - промливневого и обводного.

В обозначенных постоянных точках наблюдений следует прс дить ежеквартальный отбор проб воды, растений и грунта для г лиза на все радиоактивные примеси, которые поступают в в< ем-охладитель. В качестве растения-биоиндикатора лучше всего пользовать кладофору. По сравнению с другими распространенны водоеме растениями, она встречается практически во всех то1 наблюдений, в том числе в верховье водоема, удобна для отбо лодки и в целом характеризуется более высокими коэффициен накопления, чем другие виды растений. Растения следует от£ч одновременно во всех точках в определенное время суток (на мер, с утра или в поддень) и с определенной глубины. В ка случае количество повторностей должно быть не менее трех.

В качестве гранта-биоиндикатора удобнее использовать ил» отложения. Среди донных ~отложений^ расп^страненных

зярском водохранилище, илистый грунт характеризуется повыпен-способностыо накапливать 60Со, 90Бг и 137Сз, встречается во х постоянных точках наблюдений и занимает относительно.боль-пространства. Подчеркнем еще раз, что ввиду неравномерности пределения радионуклидов по профилю донных отложений пробы цует отбирать с определенной, строго фиксируемой глубины нта. '

3 связи с использованием подогретых вод для промышленного оразведения необходимо контролировать рыбу, выращиваемую в ках и поступающую в торговую сеть. Как показали исследования, олненные в нашем отделе, в целом, садковый карп, питающийся иоактивно чистым искусственным кормом, накапливает 137Сэ ьше, чем свободноживущая рыба в этом водоеме (Куликов, Тра-никова, Трапезников, 1983; Чеботина, Трапезников, Трапезнико-Куликов, 1992). Тем не менее, в случае микроаварийных ситуа-при возрастании концентрации радионуклида в воде она возраст и в рыбе. Поэтому необходимость контроля за радиоактивной тотой выращиваемой рыбы очевидна. Для этого из каждой партии ы, предназначенной для .торговой сети, необходимо отбирать не ее трех средних проб на радиометрический анализ. Для анализа первую очередь должны быть взяты мягкие ткани ( без чешуи, вников, костей).

Поскольку Белоярское . водохранилище используется для люби-ьского лова рыбы, свободноживуаую рыбу также необходимо котировать на содержание основных радионуклидов. С нашей точки ния, для биоиндикации наиболее подходи? плотва. При отборе ы достаточно ограничиться тремя точками - зоной подогрева, оном Биофизической станции и верховьем водоема. По результа-I исследований в первых двух регионах рыба накапливает в 2-3 а больше 137Сз, чем в верховье водоема (Чеботина. Тралезни-!. Трапезникова, Куликов, 1992). При нормальном режиме работы ! можно ожидать, что если з наиболее "загрязненных" точках ео-¡ма (Теплый зализ и район Биофизической станции) концентрация ;ионуклида в рыбе не будет превышать допустимые пределы, то в •альных случаях она будет ниже и также не превысит установлен> нормы. Отбор проб следует производить'не менее чем в трех ¡торнсстях одновременно во всех точках наблюдений, а для ана->а использовать особи одинакового размера и возраста. При проведении радиоэкологического мониторинга Ольховской

болотно-речной экосистемы по тритию необходимо получить пред ставление об общем количестве сброшенного трития и скорости по сгупления изотопа в водную среду. Для этого необходимо отбират! пробы воды на тритий из накопительных емкостей каждый раз пере; сбросом их в Ольховское болото. В качестве постоянных точек наблюдений нужно взять: 1 - начало болота; 2 - конец болота (мест< пересечения р.Ольховки с Асбестовским трактом); 3,4 - р.Пышм} выше (контрольный район) и ниже устья р.Ольховки. С радиоэкологической и санитарно-гигиенической точек зрения, наибольшую опасность от этого радионуклида можно ожидать в период сбросе накопительных емкостей, когда концентрация изотопа в воде достигает наиболее высоких значений. В связи с этим при проведена мониторинга целесообразно производить отбор проб именно в момент прохождения максимума трития через болото, чтобы оценить наибольшую нагрузку на экосистему. Согласно нашим исследованиям, прохождение максимума трития в начале и конце болота ожидается примерно через 14 и 53 часа, а в реке Пышме - ориентировочно через 60 часов после начала сброса.

В разделе "ПРАКТИЧЕСКОЕ. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ" речь идет о мерах, направленных на улучшение радиоэкологической ситуации в исследуемых водных экосистемах. Изучение состояния Белоярского водохранилища свидетельствует о наличии процесса загрязнения водоема, который спустя 35 лет после начала эксплуатации Бедоярской АЭС регистрируется практически во всех компонентах водного биоценоза (воде, растениях, планктоне, рыбах, грунтах). С радиационно-гигиенической точки зрения, ситуация на водоеме пока не вызывает опасения. Радиационный фон по берегам и на поверхности зеркала водоем (10-25 ккр.

не отличается от естественного фона, характерного для Свердловской области. Концентрация изотопов в воде в целом не превышает допустимые уровни, указанные в НРБ-76/87, 1983. В отдельных случаях нами зафиксировано превышение норм СП АЭС по Э05г и 137Сз в воде района Биофизической станции (раздел 3.3 диссертации), которое не I «влияло на радиационную ситуацию в водоеме в целом. Поступление радионуклидов в организм человека с рыбой заметно ниже предела годового поступления для лиц категории Б (раздел 3.5 диссертации).

Однако, с точки зрения радиоэкологической науки и охраны природы, любое, даже не превышающее допустимые нормы, загрязне-

ние природных экосистем радиоактивными изотопами является нежелательным. Поэтому Международная комиссия по радиационной защите рекомендует по возможности добиваться снижения степени риска от радиационных воздействий йо такого уровня, какой возможно разумно достичь с учетом экономических и социальных факторов (Рекомендации МКРЗ, 1985, 1986).

В связ" с использованием Белоярского водохранилища в народнохозяйственных целях для снижения опасности негативных воздействий радионуклидов на человека необходимо остановить процесс радиоактивного загрязнения водоема. Поскольку основными путями поступления - изотопов в водоем служат промливневый, обводной и сбросной каналы, с нашей точки зрения, технические мероприятия должны быть направлены на снижение выхода радиоактивных стоков через указанные каналы.

Напомним, что через промливневый канал в водоем поступают стоки с крыш помещений и территории станции, а также от соседне-. го предприятия СФНИКИЭТ. В последние годы наблюдалась тенденция к повышению концентрации изотопов в донных отложениях указанного канала. В частности, с 1978 по 1993 гг. содержание 137Сз в илистом.. грунте в начале канала возросло в 5-7 раз (от 50-75- до> 340 кБк/кг). Кроме 137Сз, в канал поступают и другие радионуклиды (134Сб, 60Со, 90Бг), поэтому суммарная концентрация радиоактивных загрязнителей в грунте значительно выше.

В предшествующий период эксплуатации АЭС илистый грунт пром-ливневого канала, имеющий высокую емкость поглощения, выполнял роль своеобразного барьера на пути слаборадиоактивных стоков к водоему. Поглощая изотопы, он в значительной степени очищал воду и препятствовал проникновению радиоактивных загрязнителей в водохранилище. В настоящее время донные отложения канала превратились в радиоактивные отходы, поэтому их емкость поглощения по отношению к радионуклидам в значительной степени снизилась. В любой момент может наступить такая ситуация, когда емкость будет заполнена и радионуклиды транзитом пойдут в водоем. В этом случае грунт канала не сможет выполнять присущую ему барьерную' функцию и темпы загрязнения прилегающей части водоема будут резко возрастать. Кроме того, сам факт наличия на берегу Белоярского водохранилища канала, наполненного радиоактивными отходами, свидетельствует о нарушении этических норм- отнопения к природе и человеку. В настоящее время прсгшиневьй канал: открыт для досту-

.27

па населения. На нем часто можно видеть рыбаков-любителей. Kai правило, это дети, не понимающие опасности контакта с радиоактив' ными веществами. В жаркое время они купаются и ходят по дну ка нала. Контроль за отловленной рыбой полностью отсутствует.

Для улучшения радиационной ситуации в Белоярском водохрани лище, с нашей точки зрения, целесообразно перевести слаборади активные стоки, идущие через промливневый канал, на водоочист ные сооружения и подвергнуть их дополнительной очистке. Кана необходимо очистить от радиоактивных загрязнений путем изъята грунта и растительности и захоронения их в специальном могильни ке для радиоактивных отходов. При проектировании IV и последу* щих блоков АЭС не следует допускать выведения в водоем подобнь каналов, по которым радионуклиды, в силу тех или иных причт могут попадать в водоем-охладитель.

Обводной канал дренирует территорию вокруг атомной станцю С востока в него впадает канава', вдоль которой проходит труб< провод, отводящий стоки от водоочистных сооружений в Ольховсю болото. Трубопровод проходит под землей. Ввиду технической неи< правности в нем периодически образуются протечки, в результа' которых радионуклиды попадают через указанную выше канаву в Б лоярское водохранилище.

Наиболее действенной мерой, которая могла бы способствова прекращению поступления изотопов в водоем и, следовательн улучшению радиационной обстановки на водохранилище, является з мена старого трубопровода новым. Замена трубопровода невозмо* без остановки АЭС. В качестве временной меры на сегодняшний де является проведение ремонтных работ, связанных с починкой с дельных звеньев трубопровода, и ликвидация протечек по мере появления. Поскольку трубопровод.находится под землей, необхо; мо оперативное обнаружение протечек. Для этой «ели мы предлагг использовать тритиевую метку. Так как стоки, "проходящие че1 водоочистные сооружения, не очищаются от трития, этот изо^ всегда присутствует в дебалансных водах, проходящих через т] бопровод и отводимых в болото. Появление трития в обводном ка ле свидетельствует о наличии протечек в трубопроводе. Наш о работы показал, что после проведения ремонтных работ по ликви ции протечек концентрация трития в канале снижается до уро фона, а по мере возникновения повреждений этот изотоп вновь является в концентрациях от тысяч до десятков тысяч Бк/л.

■"-. 28 ' - '

При замене • трубопровода следует обратить особое внимание на о техническую надежность и прочность. Согласно-нормам СП АЭС 988 г.) ' >токи, идущие по трубопроводу, не квалифицируются как дкие радиоактивные отходы, поэтому допускается прокладка тру-провода непосредственно з грунте, а также сброс этих вод в зфекрльную канализацию (раздел 13.6 и 13.7- СП АЭС). Особые ебования к трубопроводу предъявляются лишь в том случае, если : служит для отвода жидких .сред с радиоактивностью более 7х105 Бк/л (воды спецканализации). В этом случае трубопровод имен прокладываться в железобетонных лотках, конструкция кото-IX. исключает проникновение воды -из них в грунт и допускает деактивацию внутренних поверхностей. При этом протечки, попадаю-;е в лотки, собираются в приемную гидроизолированную емкость, а гатровые колодцы на линиях спецканализации имеют устройство для ¡нарушения, сбора и удаления протечек (раздел 13.'7 СП АЭС). С шей точки зрения, технические требования, предъявляемые к тру-троводу для спецканализации, должны распространяться и на жид-ю стоки с радиоактивностью меньше 3.7х105 Бк/л, если в резуль-1те повреждения трубы существует опасность загрязнения радио-гклидами природной среды. Опыт работы Белоярской АЭС показал !алъностъ такой ситуации.

Выполнение предложенных мероприятий будет способствовать 1ижению поступления радионуклидов от АЗС в водоем-охладитель, даньшится содержание изотопов в воде водозаборного канала, куда ш поступают от расположенных выше по течению промливневого и 5водного канала, снизится выход радионуклидов в Теплый залив с эдогретыми водами. Начнется процесс самоочищения водоема.

3 работе поставлена и научно.обоснована проблема нормировала выброса трития в окружающую среду предприятиями атомной про-зпнленности, в частности, Белоярской АЭС.

Результаты радиоэкологического исследования Белоярского во-охранилгаца и Ольховской болотно-речной.экосистемы'были исполь-эваяы при.проведении экологической экспертизы по оценке состоя-ия окружающей среды и влияния на нее действующего энергоблока й-600.

Материалы исследований использованы для расчета допустимого броса радионуклидов в водоем-охладитель Белоярской АЭС.

Основные результаты исследований по радиоэкологии пресных одоемов, изложенные в двух монографиях и научных статьях, вошли

в курс лекции по радиоэкологии и основам радиобиологии для студентов старших курсов УрГУ.

В разделе- "ЗЛКЖКЕНИЕ" еще раз подчеркивается, что пресные водоемы характеризуются рядом специфических особенностей, отличающих их от вод Мирового океана. Эти особенности выражаются I значительной вариабельности экологических характеристик, которые изменяются как в пределах одного водоема, .так и в разных водоемах. Исследование зависимости коэффициентов накопления радионуклидов от различных физико-химических и ■ экологических факторо! позволило оценить степень их вариабельности в лабораторных условиях и природном водоеме для того, чтобы эту информацию в дальнейшем использовать при проведении мониторинга водных экосистем, загрязненных радионуклидами. Основные принципы такого подходе продемонстрированы на примере Белоярского водохранилища и Ольховской болотно-речной экосистемы, расположенных в зоне влияния Белоярской АЭС им.И.В.Курчатова.

ВЫВОДЫ

1. Выявлена и оценена роль основных физико-химических и экологических факторов природной среды в процессах накопления и

' миграции ряда антропогенных радионуклидов в пресных водоемах. Установлено, что природное разнообразие этих факторов служит мощных« модификатором процессов накопления, миграции и перераспределения радионуклидов, приводящим к значительной вариабельности коэффициентов накопления большинства изотопов в различных компонентах этих водных экосистем.

2. Щелочно-кислотные условия среды в пределах их природных вариаций в среднем в 5-10 раз могут изменять коэффициенты накопления 59Ре, ^Со, 903г в растениях и грунтах пресного водоема. При этом поглощение 59Ре и б0Со, как правило, снижается -с увеличением рН, Э05г - возрастает, а накопление 137Сэ не зависит от рН. Такой характер поведения'разных радионуклидов связан с различиями в физико-химической форме и состоянии этих элементов, зависящими от рН.

3. За счет увеличения степени освещенности коэффициенты накопления ®°Со, 903г, 137Сз у растений могут возрастать в 2-4 раза. Напротив, накопление 59Ре, 91У, 144Се' не зависит от светового фактора. Высказано предположение о механизме воздействия све-

на процессы накопления различных радионуклздоз пресноводными тениями.

4. Повышение температуры водной среды на 10-20° увеличивает опзениэ б0Со пресноводными растениями и грунтами в 4-5 раз. яние температуры на накопление других радионуклидов проязля-з в меньшей степени иди совсем отсутствует.

5. За счет сезонных изменении з течение года коэффициенты эпления радионуклидов у растений варьируют в несколько (3-8) , что связано с изменением их биологической активности в раз-сезоны года.

6. 3 мелководных водоемах озерного типа зимой, по мере катания толщи льда и уменьшения слоя подледной воды, га счет 1ессов вымораживания можно ожидать значительного возрастания ;й -минерализации воды и концентрации в ней радионуклидов. Лед

этом существенно обедняется минерал ными компонентами и щается" от радионуклидов. Данный процесс способствует пере' радионуклидов из воды в донные отложения, в результате чего концентрация в грунте в этот период возрастает. Указанную ¡енность следует учитывать при исп'льзованга матах водоемов сброса в них обычных и радиоактивных промышленных стоков.

7. В донных отложениях естественного водоема концентрация I, 90Бг, 13'Сб экспоненциально убывает с глубиной. 3 отличие 903г его стабильный макроаяалог - кальций - распределяется омерно по Есей толще сапропеля, что подтверждает более позд-попзданиэ радионуклида з донные стлсжения.

8. На примере Белснрского водохранилища впервые проследили бу °Н, б0Со, Э05г, 137Сз, поступивших з водоем-охладитель в льтате 35-летнего периода работы Белоярской АЭС км.И.В.Курва. В прилегающей к АЭС части акватории выявлена зо:;з с по-нным содержанием радионуклидов во всех компонентах водного эоценоза (в годе, гидробконтах, грунтах) по сравнению с рольным регионом. За пределами этой- зоны содержание их в гах заметно и относительно более стабильно, что связано равнительно быстрым и равномерным перемешиванием воды с со-, зщимися б ней радиоактивны!.« прге/эсяш. Определены общий за-а распределение изотопов по основным компонентам Белоярского хранилища. Оценена доля радионуклидов в донных отложениях ?ма, поступивших з результате глобальных выпадений и работы

9. Изучено поведение трития в Ольховской болотно-речной экосистеме, используемой для сброса дебалансных вод АЭС. Установлена значительная вариабельность концентрации в воде экосистемы, что связано с периодичностью поступления изотопа через сбросной канал от АЭС. Установлено, что в период совместной работы II и III блоков АЗС поступление радионуклида.в Оаьховское болото было в среднем в 3 раза больше, чем после вывода из эксплуатации II блока. В настоящее Еремя влияние Балоярской АЭС на исследуемую водную экосистему ограничивается Ольховским болотом и вытекающей из него небольшой речкой Ольховкой.Рассчитаны время и скорость прохождения тритиевой метки через Сшьховское болото, а также показано распределение радионуклида по глубине торфяной залежи.

10. На основании полученных результатов предложен план проведения радиоэкологического мониторинга на акватории Белоярского водохранилища и в Ольховской болотно-речной экосистеме. Обсуждаются правила отбора проб в связи с природной вариабельностью экологических условий и физико-химических особенностей водкой среды, присущей пресным водоемам.

И. Намечены технические мероприятия, выполнение которых будет способствовать улучшенп. радиоэкологической ситуации в водных экосистемах района Bezos:рекой АЭС. Они включают: отведение слаборадиоактивных стоков, кдуднх через промливневыи канал, на водоочистные сооружения для дополнительной очистки^ изъятие из-промливневого канала грунта, представляющего собой радиоактивные отходы, и захоронение его в могильнике для радиоактивных отходов; замену пришедшего в негодность трудопрогода,■ отводящего слаборадиоактивные стоки в Ольховское болото; распространение на него требований, предъявляемых к трубопроводу для спецканализации, и изменение п.13.6 и 13.7 Ш АЭС; в качестве временной меры на период ремонта трубопровода - -проведение ремонтных работ на старом трубопроводе и использование тритиевой метки для оперативного обнаружения протечек; поставлена и научно обоснована проблема нормирования выбросов трития в окружающую среду в районе Белояоской и других АЭС.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Боченип B.C., Чеботина Ы.Я. Сезонная динамика накопления б0Со элодеей (Elodea canadensis Rich.)// Экология. 1975. jfcI5T~C. 80-31. , 32

2. Куликов Н.В., Чеботина М.Я., Бочения В.О.' Накопление 90Sr 137Cs компонентами биоценоза харовых -одорослей ' // Там же.

977. N 1. С. 46-54.

3. Боченин В.О., Чеботина М.Я., Селинская В.Ю- Влияние света а поглощение радионуклидов пресноводными растениями // Накопле-ие радиоизотопов водными растениями. Свердловск, 1978. С.3-7.

4. Боченин В.О., Чеботина М.Я., Куликоз Н.В. Сезонная дина-ика распределения 90Sr и Са между водорослью Chara tomentosa .L. и водной средой // Экология. 1978. N 1. С. 50-54.

5. Накопление радионуклидов пресноводными гидробионтами ри разной температуре воды/Куликоз Н.В., Ожегов Л.Н., Чебо-ина М.Я., Боченин В.Ф.//Радиоэкология водоемов-охладителей АЭС. вердловск, 1978. Был. НО. С. 65-70.

6. Куликов Н.В., Боченин В.Ф., Чеботина М.Я. Сезонные изме->ния содержания 90Sr и Са в компонентах пресноводного озера // ¡диобиологическая конференция социалистических стран. Варна, 178. С. 165-166.

7. Чеботина М.Я. Особенности накопления 55Fe, б0Со, 903г, Y, 137Cs, 144Се харовой водорослью // Там же. С. 357.

8. Куликов Н.В., Чеботина М.Я., Боченин В.Ф. Влияние эколо-[ческих метаболитов на накопление радиоизотопов пресноводными чтениями // Взаимодействие между водой и живым веществом. М.: ука, 1979. Т.2. С. 62-66. -

9. Чеботина М.Я., Боченин В.Ф. Радиоэкологические исследова-я: харовых водорослей // Структура и функции водных биоценозов,

рациональное использование и охрана на Урале. Свердловск, 79. С. 96-97.

10. Чеботина М.Я., Ягов А.П. О кинетике обмена 90Sr между одеей и водной средой//Экология. 1979. N 5. С. 80-81.

11. Куликов Н.В., Чеботина М.Я., Любимова С.А. О подвижности Зг и 137Cs в системах вода-пресноводные растения и вода-грунт

Радиобиология." 1980; Т.20, N 1. ь С. 146-148.

12. Чеботина М.Я., Боченин В.Ф., Куликов Н.В. Распределение Зг и Са между водой и донными осадками в зависимости от сезона la // Экология. 1980. N 5. С. 96-99.

13. Чеботина М.Я., Боченин В.Ф. 90Sr h'137Cs в донных отло-1иях пресноводного озера // Гидробиод. журн. 1981. Т.17.,

I. 6. С. 82-85.

14. Чеботина Ы.Я., Любимова С.А. Зависимость сорбции радис изотопов пресноводными растениями от pH среды // Там же. N а

С. 101-105.

15. Чеботина Ы.Я. О прочности фиксации 90Sr и 137Cs пресь водными растениями // Радиоактивные изотопы в наземных и пресн водных системах. Свердловск, 1981. С. 47-52.

16. Распределение 90Sr и 137Cs до компонентам болотно-ре-ной экосистемы/Молчанова И.В., Караваева E.H., Чеботина М.Я Куликов Н.В. // Экология. 1982. К 2. С. 45-49.

17. Влияние подогрева воды на накопление 60Со, 90Sr , 137Cs Ca и К пресноводными растениями / Трапезников A.B., Чеботина Трапезникова В.Н., Куликов Н.В. // Там же. 1983. & 4. С. 68-'

18. Чеботина М.Я. Тритий в компонентах биосферы // Поведен изотопов в водоемах и почвах. * Свердловск, 1983. С. 3-21.

19. Чеботина М.Я., РечТ.А., Куликов B.II. Тритий в воде снежном покрове в зоне Белоярской атомной электростанции// Эк логиа. 1984. N 3. С. 74-78.

20. Куликов Н.В., Реч Т.А., Чеботина Ы.Я. Тритий в воде б< лотно-речной экосистемы // Там же. N 4. С. 85-86.

21. Влияние подогрева воды на поступление некоторых радас тивных и стабильных нуклидов в растения Белоярского аодохраш та / Гусева В.П., Трапезников A.B., Трапезникова В.Н., Чебом на 1.1.Я. // Радиационная безопасностью защита АЭС. М., 1985. Вып. 9. С. 177-178.

22. Караваева E.H., Молчанова И.В., Чеботина М.Я. 90Sr и 137Cs в кошонентах болотно-речной экосистемы в районе Беле

ярской АЭС Ц Там ке. С. 175.

23. Чеботина ¡.'..Я., Трапезников A.B., Трапезникова В.Н. Вл шзе подогрева воды на накопление радионуклидов грунтам Белоя ского водохранилища // Экология. 1986. № 2. С. 75-77.

24. Накоплекае радиоактивных и стабильных нуклидов элодее в зависгцос'ха от сезона года/ Чеботина М.Я., Трапезников A.B. Трапезникова В.Н., Гусева 1.п7/ Там т.е. & 6. С. 72-77.

25. .¡¡¿баг-аза С.А., Чебогаш 1>1.Я. Цакрофиы Белощекого во

// Всдлые окосеете;.;; Урала, ;;х охрана и рациональное использование. Свердловск, 1936. С. 88.

25. Курков Н.В., Чеботина Ы.Я. Радасэкология пресноводн бзосгстеы. Свердлове» : УрО АН СССР, ISS8. 126 с.

27. Чеботина М.Я., Реч Т.А., Лисовских В.Г. Эксперименталь-изучение поведения трития в системе вода-грунт //• Радиоэко-лческие исследования компонентов модельных и пресноводных :истем. Свердловск, 1988, С. 60-68.

28. Гусева В.П., Чеботина М.Я. Видовой состав и численность зпланктона некоторых зон Белоярского водохранилища // Там

С. 68-75.

29. Чеботина М.Я., Реч Т.А., Куликов Н.В. 'Тритий в донных эжениях болотно-речной экосистемы // Радиоэкологические ис -звания в зоне АЗС. Свердловск, 19S8. С. 57-59.

30. 50Со, 903г и 137Cs в планктоне водоема-охладителя

/ Гусева В.П., Чеботина М.Я., Трапезников A.B. .Куликов Н.В. 1кология. 1989. 1* 5. С. 73-75.

31. Влияние теплых вод на высшую водную растительность Бело-:ого водохранилища/Любимова С.А., Чеботина М.Я., Трапезни-А.В., Трапезникова В.Н. // Tau se. № 17. С. 73-75.

32. Чеботина М.Я., Реч Т.А., Куликов Н.В. Тритий в зоне Бе->ской АЭС им. И.В. Курчатова // Там же. 1990. й 2. С. 34-39.

33. Изучение водного переноса в Ольховском болоте методом сиевой кетки / Лушов В.А., Кононович А.Л., Чеботина М.Я.,

Т.А., Лисовских В.Г.,- Колтик И.И., Рафиков E.H., Куликов Н.В. паяние Ольховского болота на экологическое состояние района юлояеная Белоярской АХ. Екатеринбург, 1992. С. 37-41.

34. Радиоэкологические исследования Белощекого водохранили-'Чеботина М.Я., Трапезников A.B., Трапезникова В.Н., Кули-Н.В. Сзердловок : УрО АН СССР, 1992. 77 с.

35. б0со, 903г, 137Cs в воде Белоярского водохранилища / Тра-яиков A.B., Чеботина М.Я., Трапезникова В.Н., Куликов Н.В. // лог2я. 1992. is 4. С. 7S-8I.

36. О динамике прохождения жидких сбросов Белоярской АЭС че-Ольховское болото/Чеботина М.Я., Лисовских В.Г., Реч Т.А.,

онозич А.Л., Рафиков Е.М., Кулаков Н.В.//Там se. 1993. Ъ 2. 88-90.

37. Радиоэкологические исследования озер на территории ВУРСа вердлозской области /Трапезников A.B., Юиков П.И., Волобуев П.В., альчук А.И., Куликов Н.В., Лисовских В.Г., Назаров А.Н., Свет-ова Э.Н., Серебряков Б.Е., Трапезникова В.Н., Чеботина М.Я., Чу-ов В.Н.//Реализация государственной програюы Российской Феде-

рации по радиационной реабилитации Уральского региона : Тез. науч.- техн. конф. 26-27 аир. 1993 г. Екатеринбург, 1993. С.

38. Поступление трития от ЕАЭС в водные экосистемы / Чебс на М.Я., Кулигин А.П., Реч Т.А., Колтик И.И., Рафиков Е.М.//& пасность эксплуатации Белоярской АЭС. Екатеринбург, 1994.

С. I87-I9I.

39. Снижение поступления трития в водные экосистемы в свя: выводом из эксплуатации П блокач Белоярской АЭС / Чеботина M.i Реч Т.А., Трапезников A.B., Куликов Н.В. // Радиационная без( ность и защита населения : Тез. Международной научно-практич! конференции 5-6 апреля 1995 г. Екатеринбург (Россия), 1995. С. 100-101.

Подписано в печать 18,04.95 Сорыат 60x84 Í/I6

Бумага типографская .Плоская-печать. Усл.п.л. 2,09 Уч.-пзд.л. 2,00 Tapas 100 Заказ 270 Бесплатно

Редшздионно-издательский. отдел УГТУ 620002, Екатеринбург, УГТУ, 8-2 учебный корпус Ротапринт УГТУ. 620002, Екатеринбург, УГТУ, &-й уч.корпус

Информация о работе

Чеботина, Маргарита Яковлевна
доктора технических наук
Москва, 1995
ВАК 11.00.11

Автореферат

Похожие работы