Закономерности формирования техногенных гидрогеохимических полей в промышленных районах с радиационно-опасными объектами

Силин, Игорь Иванович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Закономерности формирования техногенных гидрогеохимических полей в промышленных районах с радиационно-опасными объектами
ВАК РФ 25.00.09, Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Закономерности формирования техногенных гидрогеохимических полей в промышленных районах с радиационно-опасными объектами"

МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

_РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК_

Всероссийский научно- исследовательский институт экономики

_минерального сырья и недропользования (ВИЭМС)_

На правах рукописи

Силин Игорь Иванович 003054225

Закономерности формирования техногенных гидрогеохимических полей в промышленных районах с радиационно-опасными объектами

(на примере бассейна р. Протва)

Специальность 25.00.09 - Геохимия, геохимические методы поисков

полезных ископаемых 25.00.36 - Геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Москва - 2007

Работа выполнена в Калужском филиале Всероссийского научно- исследовательского института экономики минерального сырья и недропользования (ВГОМС) Министерства природных ресурсов РФ и Российской Академии наук

Официальные оппоненты: Доктор геолого- минералогических

наук Борис Александрович

Ведущая организация — Обнинский государственный технический университет атомной энергетики, факультет естественных наук, кафелр а экологии

Защита состоится 'Э-5С.. О Si 2007 г. в 14°° на заседании диссертационного совета Д 216.012.01 при Институте минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ММГРЭ), адрес: 121357, г.Москва, ул.Вересаева, 15, факс: (495)—443—90—43, e-mail: imgre@imgre.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов

Колотов

Доктор геолого- минералогических наук, профессор

Виталий Савельевич Савенко

Доктор физико-математических наук, профессор

Иван Иванович Крышев

Автореферат разослан • A 'SL 200 £Ъ

Ученый секретарь диссертационного совета

Введение

Актуальность проблемы. Известно, что с водозаборами речных долин малых и средних рек России связана значительная доля подземных водных ресурсов, потребляемых населением. Проблема прогнозирования качества пресных подземных вод в процессе их эксплуатации приобретает все большее значение в связи с нарастанием техногенной нагрузки на территории водосбора и ограниченностью хозяйственно—питьевого использования сильно загрязненных поверхностных вод. Наиболее заметные изменения химического состав подземных вод совпадают по времени с периодом активного хозяйственного освоения территории Центрального региона, в том числе и с использованием ядерных технологий. Влияние антропогенной нагрузки проявляется в формировании в промышленных районах аномальных техногенных гидрогеохимических полей и локальных аномалий. Локальные радиациошше поля формируются во взаимодействии с геохимическими аномалиями, возникающими в геологической среде под воздействием инфраструктуры предприятий атомной промышленности и сопутствующих производств. Очевидно, что в промышленных районах России координировать хозяйственную деятельность с целью сохранения качества водных ресурсов можно на основе научного анализа закономерностей формирования техногенных гвдрогеохимических полей и природно—техногенных аномалий.

Целью настоящей работы явилась разработка критериев прогнозирования качества подземных вод на основе закономерностей формирования техногенных гидрогеохимических полей и природно—техногенных аномалий радиоактивных, техногенных и природных элементов вблизи промышленных центров.

В процессе исследований решались следующие задачи:

- изучены природные и хозяйственные особенности территории;

- изучены климатические, ландшафтные и геохимические особенности окружающей среды, в том числе поверхностного и подземного стока;

- изучепы техногенные геохимические шля и аномалии в поверхностном и подземном стоке вблизи промышленных центров. Изучена структура, геохимическая зональность и критерии формирования состава природно—техногенных аномалий в пределах техногенного гидрогеохимического поля;

- изучены закономерности образования аномалий техногенных радионуклидов в поверхностном и подземном стоке, а также их взаимоотношение с природно— техногенными ореолами токсичных химических элементов;

- определены критерии текущего экологического контроля и прогноза изменения качества подземных вод вблизи промышленных центров;

- разработаны практические рекомендации по сохранению качества подземных вод в районе г. Обнинска.

Объекты изучения и методика исследований. Объектом изучения явилось аномальное гидрогеохимическое поле, природно-техногенные геохимические аномалии и техногенные источники загрязнения пресноводного бассейна среднего течения р. Про-тва— района г. Обнинска и окружающей территории.

В качестве основного метода исследований использовался системный анализ многочисленных естественных и хозяйственных факторов, влияющих на формирование техногенного гидрогеохимического поля и природно—техногенных аномалий. В качестве вспомогательного использовались результаты метода численного моделирования геомиграционных процессов.

Научными и практическими предпосылками для проведения исследований послужили труды отечественных и зарубежных ученых в области разработки теоретических основ геохимических меггодов поисков и геохимического анализа геологической среды (A.A. Беуса, В.П. Барсукова, А.П. Виноградова, В.П. Боровицкого, JI.B. Боревского, Э.К. Буренкова, Г.А. Вострокнутова, P.M. Гаррелса, А.И. Германова, Г.А. Голевой, Г.А. Го-лодковской., И.И. Гинзбурга, C.B. Григоряна, А. Гроффмана, Ю.А. Израэля, Б.А. Коло-това, С.Р. Крайнова, A.B. Караушева, B.C. Круподерова, В.В. Куренного, Е.Е. Кузьмина, И.И. Крышева, В.М. Лукъянчикова, Г.В. Лопатина, К.П. Махонько, Ю.Г. Мокрова, Л.Н.Овчинникова,. Ф.И. Паволоцкой, А.И Перельмана, Б.Б. Полынова, К.Е. Питьевой, В.М. Питулько, В.В. Поликарпочкина, О.П. Разгонова, Р. Ранкама., Д.А. Родионова, Ю

B. Саета, B.C. Савенко, A.A. Саукова, Н.И. Сафронова, А. П. Соловова, О.В. Старкова,

C.П. Шварцева, В.В. Щербины, Н.П. Чеботарева, В.З. Фурсова, Е.П. Янина и других.

Корректность математического моделирования техногенных и природных процессов обусловлена использованием стандартных методик и апробированных разработок математического отдела ГНЦ РФ—ФЭИ. Полученные расчетные данные верифицированы натурными наблюдениями.

Личный вклад автора. В настоящей работе обобщены материалы детальных геохимических и радиоизотопных исследований, проведенных под руководством автора с 1989 г. по 2004 г. в 30-км зоне Обнинской АЭС и на территории бассейна р. Протвы. Общая площадь исследований охватила калужскую часть бассейна Протвы (порядка 1500 км2). Геохимическое опробование выполнялось на основе методических разработок ИМГРЭ и опыта автора, приобретенного им во время работы в экспедициях этого института. Основной объем интерпретации и анализа результатов полевых исследований выполнен автором лично. Промышленные площадки РОО и сопутствующих предприятий изучены по результатам объектного мониторинга и внешнего контроля. В процессе работ автором составлено более десятка научно-призводствешплх отчетов.

Научная новизна представленной работы заключается в следующем:

- на примере бассейна р. Протва установлено, что в подземных водоносных горизонтах малых рек вблизи промышленных центров с РОО формируется прогнозируемые техногенные гидрогеохимические поля, а в их пределах - природно-техногенные мобильные гидрогеохимические аномалии токсичных веществ и радионуклидов,

- качество подземных вод в пределах техногенного гидрогеохимического поля определяется пространственно-детерминированным смешиванием артезианского, грунтового и промышленно-коммунального стока,

- установлена зависимость качества воды от структуры аномального гидрогеохимического поля и от гидродинамических параметров подземного стока в условиях на-

рушенного режима водопользования, позволяющая прогнозировать и регулировать качество добываемой воды,

- определены гидрогеохимические параметры взвешенного и ионного стока, коэффициенты разбавления антропогенных стоков, повышенная (по сравнению с полигонами чернобыльского "следа"), скорость миграции некоторых радионуклидов,

- описана геохимическая зональность подземных вод на территории аномального поля,

- описаны источники и пути миграции в водоносные горизонты техногенных радионуклидов,

- предложена методика геоэкологической оценки и прогноза качества подземных вод на основе установленных закономерностей. Предложена методика оперативной оценки экологических рисков на основе сравнения концентрациии токсичных элементов в гидрогеохимической аномалии с референтными дозами.

Практическая значимость и внедрение результатов работ. Хозяйственной реализацией научных результатов выполненных исследований явились разработанные автором мероприятия по снижению уровня загрязнения подземных вод бассейна Протвы. Разработаны рекомендации по снижению концентрации стронция общего на водозаборах г. Обнинска. Автор использовал результаты своих научных исследований при разработке генерального плана развития г. Обнинска до 2015 г (том. Охрана окружающей среды), соавтором которого он является. Автор является соавтором Проекта вывода из эксплуатации Первой в мире Обнинской АЭС (том. Оценка воздействия на окружающую среду), а также соавтором Проекта вывода из эксплуатации реактора на быстрых нейтронах БР-10, размещенного в г. Обнинске (том Оценка воздействия на окружающую среду). С участием автора разработана и реализована программа очистки иловых отложений р. Протва от загрязнения радиоизотопами цезия. При участии автора разработана численная математическая модель миграции радионуклидов в подземных водах района г. Обнинска и окружающей территории. Автором (в соавторстве) разработаны рекомендации по организации радиационного мониторинга подземных вод на территории промзоны и в окрестностях ГНЦ РФ—ФЭИ. В настоящее время автор участвует в разработке Программы безопасной долговременной консервации хранилищ радиоактивных отходов.

На защиту выносятся следующее научные положения:

1. В процессе активного хозяйственного освоения бассейнов малых рек вблизи промышленных центров нарушается естественная устойчивость пресноводного бассейна, обусловленная несбалансированным водопотреблением и некачественной очисткой антропогенных выбросов и сбросов. Нарушение естественного геохимического баланса приводит к формированию подземных техногенных гидрогеохимических полей и природно—техногенных аномалий.

земных вод природными и техногенными токсичными элементами поддается прогнозированию на основе установленных эмпирических закономерностей

3. Появление аномалий техногенных радиоизотопов в подземных водах происхо-■ dum в результате нарушений производственного цикла РОО, а также утечек из ве-, домственных хранилищ радиоактивных отходов. На пути транзита происходит вторичное накопление радиоизотопов на органо-илистом геохимическом барьере. Прогноз экологической опасности загрязнения подземных вод радионуклидами может сильно варьировать в зависимости от оценки мощности источника. .

4. Расчетные величины аномальных концентраций ряда природных элементов в естественных условиях близки ПДКвода, что позволяет прогнозировать появление в нарушенных условиях техногенного гидрогеохимического поля аномалий, понижающих качество подземных вод. Предложена методика оценки качества подземных вод на основе реальных рисков. Для бассейна среднего течения р. Протвы разработана методика прогноза снижения качества подземных вод и водоохранные рекомендации.

Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований доложены автором на: IV всесоюзном совещании по теме «Теория и практика геохимических поисков в современных условиях».г. Ужгород. М. ИМГРЭ. 1988; научно- практической конференции «Экология и экономика недропользования». М. ВИЭМС. 1995; международной конференции «Радиационная безопасность территорий. Радиоэкология города». М. РАН, 2003; международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы радиационной гигиены». НИИРГ, С-П, 2004; международной научно-практической конференции «Экология предприятий, жилья и окружающей среды», 9-10 дек. 2004. г. Обнинск; III международной научно-практической конференции Экология речных бассейнов, г. Владимир, 2005; девятой научно-практической конференции с международным участием «Социально-гигиенический мониторинг здоровья населения», Рязань, 2005; II Всероссийской конференции «Научные аспекты экологических проблем России, М. 2006; IX Российская научная конференция "Радиационная защита и радиационная безопасность", Обнинск. ФААЭ РФ, ГНЦ РФ—ФЭИ. 24—26 октября 2006; международной студенческой научной конференции "Ядерное будущее: безопасность, экономика и право". С—П. 30 янв.—4 фев. 2006; всероссийской конференции "Геохимия биосферы" (к 90-летию А.И. Перельмана). М. МГУ. 16—18 ноября. 2006. А также на зарубежных конференциях: IV Международной научно-практической конференции "Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде". Казахстан. Семипалатинск, 19—21 окт. 2006; Integrated Urban Water Resource Menagment. NATO Advanced Researh Worskshop. Senec, Slovacia. 19-23. october 2005; P. Hlavinek et al. (eds.). Integrated Urban Water Resource Menagment. Printed in the Netherlands. 2006; Springer, 3rdIntemational Conference in Lithuania Metals in The Environment. Vilnius, 2006.

Публикации: автором опубликовано более 50 статей по вопросам геохимии и геоэкологии, в том числе порядка 30 статей по геоэкологии и геохимии подземных вод района г. Обнинска, 2 печатные монографии и учебное пособие для студентов Ol "ГУ

АЭ, 2 монографии в ЭНИ, а также составлено несколько десятков научно— производственных отчетов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав и заключения, изложена на 208 стр. машинописного текста, содержит 67 рисунков, 39 таблиц. Список литературы насчитывает 122 наименования.

Автор выражает глубокую признательность докторам геолого—минер&югических наук М.А. Комарову и Е.Е. Кузьмину, оказавшим практическую помощь в подготовке диссертации; за консультации: по расчету рисков д.б. н., профессору Б. И. Сынзыныс, по заболеваемости населения Калужской области д.б.н. профессору A.B. Ершову, по матанализу и гидродинамике к. ф-м. н. А.И. и Г.А. Зининым; за информационную поддержку многочисленным научным сотрудникам и специалистам: В.И. Вайзеру, В.М. Ким, П.Е. Сухову, Г.А. Шилову, О.В. Заверткиной, Н.М. Бровиной, О.Н. и А. Н. Ефремовым, О.Н. Булыгиной, Г..К. Колышкину, М.М. Рачкову, Е. М. Петухову и др.

Основное содержание работы

.В главах 1,2, 3 рассматривается справедливость первого защищаемого положения.

В главе 1 рассмотрена хозяйственная структура района, его природные ресурсы и экологическое состояние окружающей среды. В главе 2 обосновывается достоверность использованной методики. В главе 3 описаны причины неустойчивости качества подземных вод.

Глава 1. Хозяйственная структура, природные ресурсы и экология района

Основными мобильными транспортирующими системами геологической среды, участвующими в переносе веществ, являются атмосфера и гидросфера планеты. Донные отложения, почвы, породы и биосфера являются депонирующими барьерами на пути круговорота веществ в геосфере. Существенную поправку в естественный круговорот вещества в пресной гидросфере вносит хозяйственное и промышленное водопользование, в результате которого в густонаселенных районах значительная часть атмосферных осадков возвращается в гидросферу в виде загрязненных антропогенных стоков. Возникновение аномальных скоплений вещества в каждой из перечисленных геологических сред обусловлено несоответствием техногенной нагрузки естественному восстановительному потенциалу геологической среды.

Рассматриваемая территория расположена на севере в Калужской области, в 100 км к юго-западу от г. Москвы в среднем течении р. Протва, притока р. Ока. По природным, геологическим и хозяйственным условиям она является типичной для Центрального региона РФ. В сельских районах средняя плотность населения составляет 20—30 чел. на км2, вблизи промышленных центров — до 500 чел. на км2. Водопотребление пространственно распределено в зависимости от плотности населения и промышленной

развитости территории и колеблется от 100 до 10 ООО м3/сут. на км2. Неравномерность освоения водных ресурсов нарушает естественный баланс водных ресурсов (рис. 1).

До недавнего времени основой развития экономики района были наукоемкие технологии и сельское хозяйство. В атомном наукограде г. Обнинске возникшем в 50-х годах прошлого столетия, и поныне действует несколько предприятий, использующих ядерную энергию, наиболее крупные из которых: государственный научный центр РФ физико-энергетический институт (ГНЦ РФ-ФЭИ), филиал научно-исследовательского физико-химического института (ГНЦ РФ-ФНИФХИ), институт физики земли (ИФЗ), ВНИИ сельскохозяйственной радиологии (ВНИИСХР), институт медицинской радиологии (ИМР РАМН) и др.

Рис. 1. Схематическая карта понижений и остаточных напоров в окско-протвинском

водоносном комплексе Московской региональной пьезометрической депрессии. Составлена [Голодковская, Елисеев, 1989], пополнена [Силин, 2003]. Цифры на схеме:1-4 - снижение пьезометрических уровней соответственно меньше Юм, 10-30 м, 30-50 м, больше 50 м. 5 -изолинии понижения уровня, м. Прямоугольником выделена территория исследований.

Экологическое состояние территории Обнинского промузла, по результатам государственного геоэкологического картирования масштаба 1:200 000 листа 'Ы-37-УИ, выполненного в 2000-2003 гг. по методике, принятой МПР, характеризуется следующим образом: 27% - относительно удовлетворительное, 51% - напряженное, 20% - критическое, 2% -кризисное, 1% - катастрофическое.

Опробование водотоков, выполненное при ГЭИК-200, показало, что уровень ПДК превышен по компонентам 2 класса опасности в 12% проб воды, по компонентам 3 класса - в 44% проб, по органолептическим, гигиеническим и обобщенным показателям - в 60% проб воды. Максимальные превышения уровня ПДК для компонентов 2

класса опасности составляют 57 раз, 3 класса -20 раз, прочих — 5 раз. Экологическое моделирование бассейна Протвы масштаба 1:200000, выполненное ВСЕГИНГЕО по фондовым материалам, также показало, что основное антропогенное давление испытывает водный бассейн в виде химического и радиоактивного загрязнения.

В последнее десятилетие в питьевой воде городов и поселков бассейна Протвы отмечено повышение концентрации стронция, фтора, железа, бария, марганца, техногенного трития. Водоснабжение населения этой территории производится из карбонатных каменноугольных водоносных горизонтов юго-западной части Московского артезианского бассейна, особенности геологического строения которого широко известны.

В геологическом разрезе осадочных пород бассейна выделяются водоносные горизонты, обогащенные минералами стронция. Некоторыми авторами выделяются стронциеносные структуры высокого ранга: Московская целестиновая провинция, гидрохимическая провинция стронцийсодержащих подземных вод и др. Анализ относительно большого массива результатов определений позволил сотрудникам «Центрре-гионмониторинг», ГИДЭК и другим достаточно уверенно говорить о естественном генезисе ряда загрязняющих воду элементов (Ре, Мп, Эг, Ва, Р, В, У). Калужская область входит также в провинцию железосодержащих подземных вод. На характеризуемой территории наиболее близкими к горизонту пресных вод источниками стронция являются верхнедевонские и нижнекаменноугольные отложения с целестин-гипсовой и целестин - кальцитовой минерализацией. Результаты наших исследования экологии природных ресурсов бассейна Протвы изложены в наших монографиях.

Таким образом, Изученная территория является типичной для Центрального региона и Московского артезианского бассейна, как по природным, так и по хозяйственным условиям.

Глава 2. Состав и методика исследований

Исследования включали: геохимическое, радиометрическое и спектрометрическое опробование почв 30-км зоны вокруг Обнинской АЭС по профилям с интервалом 1-5 км и шагом 200 м. (1991-93 гг.); сопряженное геохимическое, радиометрическое и спектрометрическое опробование воды и донных отложений и почв вдоль речной сети с шагом 500 м (1988 — 91 гг. и 1998-2000 гг.); гидрогеохимическое и спектрохимическое (на ,37С5 и 908г) опробование водозаборных скважин и колодцев (периодическое); детальные геохимические исследования на локальных геохимических и радиометрических аномалиях., Геохимическое опробование выполнялось на основе методических разработок ИМГРЭ, а также ВСЕГИНГЕО, Росгидромета, Минатомэнэрго, ВИМС, ВНИИВО и др. Важной частью полевых исследований явилось сопряженное опробование речной воды и илисто-глинистой фракции донных отложений, характеризующей современный сток. Это позволило, с одной стороны, изучить соотношение элементов во взвешенном и ионном стоке, с другой - выявить в р. Протва аномалию радиоактивных изотопов |37Сб и '"Сб протяженностью 70 км, не замеченную предыдущими исследователями и службами РТБ и ООС предприятий, использующих ядерные технологии. В результате выполненных работ было предотвращено радиоактивное загрязнение подземных вод при-

брежных водозаборов, так как виновник утечки ГНЦ РФ-ФЭИ в оперативном порядке произвел очистку реки и вывез радиоактивные илы на хранилище радиоактивных отходов (РАО).

Другой важной частью методики явилось выяснение механизма загрязнения подземных вод радиоизотопами на месторождениях, расположенных выше по реке от РОО. Использование искусственных радиоизотопов, выявленных в подземных водах, в качестве трассеров техногенного загрязнения позволило оценить влияние техногенной нагрузки на формирование химического состава подземных вод, в том числе и за счет элементов водовмещающих пород. В качестве трассера нами был использован тритий, мигрирующий, в основном, в молекуле тяжелой воды (НТО) практически без задержки на геохимических барьерах. Использование трития позволило определить реальные скорости движения подземных вод в разных геолого-геохимических обстановках. Геохимическое опробование территории, прилегающей к РОО, позволило также выявить участки радиоактивного загрязнения грунтовых вод. Благодаря этому была получена картина геохимической и радиохимической неоднородности площади, на которой формируется техногенное аномальное поле.

Кроме того, в работе использованы данные, заимствованные из отчетных материалов ведомственных служб метеорологического, гидрогеологического, гидрохимического, радиационного и экологического контроля, результаты объектного радиоэкологического мониторинга наблюдательных скважин на РОО за 20 лет; результаты объектного химического и радиоизотопного контроля водозаборных скважин крупных групповых водозаборов г. Обнинска и ведомственных водозаборов за 20 лет; результаты режимных наблюдений и данные по добыче подземных вод из водозаборных скважин за 20 лет; первичные результаты мониторинга наблюдательных скважин федеральной и региональной сети за 20 лет; первичные результаты мониторинга поверхностных вод на гидропостах р. Протвы, выполняемого Росгидрометом и МПР за 20 лет, первичные метеоданные Малоярославецкой и Можайской метеостанций за 20 лет. Качественное состояние приземной атмосферы в характеризуемом регионе изучено по материалам сводного тома ПДС г. Обнинска, отчетных материалов ведомственных служб ООС РОО и сводным отчетам НПО «Тайфун» Росгидромета. Гидрогеологические, гидродинамические и радиометрические характеристики промплощаки ГНЦ РФ-ФЭИ и сопредельной территории были получены в результате специализированных исследований, выполненных сотрудниками ГУГП «Гидроспецгеология» при участии автора.

С использованием архивных аналитических данных был сопоставлен химический состав подземных вод в промышленном водоносном горизонте до начала эксплуатации и спустя 30—40 лет в условиях нарушенного гидродинамического режима, что позволило выявить закономерности пространственной неоднородности техногенного гидрогеохимического поля и тенденции изменения его структуры во времени. Особенности химического и геохимического состава локальных аномалий токсичных элементов изучались в связи с гидродинамической неоднородностью водовмещающе среды, в частности с водопроводимостью пород и в связи с понижением динамических уровней

в диапазоне глубин пьезометрической воронки. В итоге были выявлены признаки вертикальной и горизонтальной геохимической зональности водоносной толщи, связанные с формированием пьезометрической депрессии и ускоренным выветриванием пород на участке снижения пьезоуровней.

Следующий блок задач предусматривал сравнительную оценку качества подземных вод по геохимическим и медицинским параметрам, а также на основе вычисления референтной дозы по методике EPA US. Предложена альтернативная геоэкологическая методика оперативной оценки качества подземных вод по геохимическим параметрам.

Научными и практическими предпосылками для проведения исследований послужили труды отечественных и зарубежных ученых в области разработки теоретических основ геохимических меттодов поисков и геохимического анализа геологической среды (A.A. Беуса, В.П. Барсукова, А.П. Виноградова, В.П. Боровицкого, J1.B. Боревского, Э.К. Буренкова, Г.А. Вострокнутова, P.M. Гаррелса, А.И. Германова, Г.А. Голевой, Г.А. Го-лодковской., И.И. Гинзбурга, C.B. Григоряна, А. Гроффмана, Ю.А. Израэля, Б.А. Коло-това, С.Р. Крайнова, A.B. Караушева, B.C. Круподерова, В.В. Куренного, Е.Е. Кузьмина, И.И. Крышева, В.М. Лукъянчикова, Г.В. Лопатина, К.П. Махонько, Ю.Г. Мокрова, Л.Н.Овчинникова,. Ф.И. Паволоцкой, А.И Перельмана, Б.Б. Полынова, К.Е. Питьевой, В.М. Питулько, В.В. Поликарпочкина, О.П. Разгонова, Р. Ранкама., Д.А. Родионова, Ю

B. Саета, B.C. Савенко, A.A. Саукова, Н.И. Сафронова, А. П. Соловова, О.В. Старкова,

C.П. Шварцева, В.В. Щербины, Н.П. Чеботарева, В.З. Фурсова, Е.П. Янина и других.

Все аналитические данные, использованные в настоящей работе, получены в аттестованных лабораториях в соответствии с ГОСТами на соответствующие компоненты (ВИМСа, НПО «Тайфун» Росгидромета, МП «Водоканал» г. Обнинск, МИФИ, СИАК по ЦР). Определение стронция стабильного производилось в лаборатории в химико-аналитическом центре НПО «Тайфун» на приборе Perkin Elmer В-3030 по методу ГОСТ 23950-80. Определение в воде Ва, Fe, Cd, Hg и полиметаллов производилось на приборах Perkin Elmer В-3030, Perkin Elmer Z-3030, методами атомно-абсорбционной спектрометрии и спектрофотометрии по ГОСТ 51309-99, ГОСТ 51212 -98, ГОСТ 23950 -80, РД 52.24.389-95. Определение фенолов и летучих органических соединений производилось на приборе Hewlett Packard GM/MS 890/5972А. Спектральный полуколичественный анализ сухих остатков воды, проб донных отложений и почв производился в Федеральном научно-методическом центре лабораторных исследований и сертификации минерального сырья МПР РФ. Измерения трития в пробах воды проводились в НПО «Тайфун», а также в МИФИ на жидко-сцинтилляционном бета-спектрометре «QUANTULUS 1220». Определение скорости счета спектрометра в "тритиевом" окне осуществлялось с помощью программ, обслуживающих спектрометрическую установку («WinQ» и «EASY View», Wallac Oy, Finland).

Достоверность сделанных выводов обусловлена использованием апробированных стандартных методик, а также использованием госстированной аналитической базы. Корректность математического моделирования техногенных и природных процессов обусловлена использованием стандартных методов и апробированных разработок

математического отдела ГНЦ РФ-ФЭИ. Полученные расчетные данные верифицированы натурными наблюдениями.

Глава 3. Анализ причин неустойчивости качества пресных подземных вод

бассейна р. Протва Геолого-гидрогеологическое строение района

В геологическом строении территории принимают участие каменноугольные, юрские, меловые и неогеновые отложения, перекрытые осадками четвертичного возраста. Преобладание осадков над испарением, сильное дренирующее влияние современных и древних долин, высокая водопроницаемость нижнекаменноугольных карбонатных пород способствуют интенсивному водообмену и образованию мощной до 250 м зоны пресных вод.

Основной промышленный водоносный окско-тарусский горизонт (Ciok-tr) прослеживается на исследованной территории повсеместно. Водовмещающие породы представлены трещиноватыми и кавернозными известняками тарусского, веневского, Михайловского и алексинского подгоризонтов. Тесная гидравлическая связь даёт основание все подгоризонты схематизировать как единый окско-тарусский водоносный горизонт. Водоупором служат глины тульского горизонта. Перекрывается окско-тарусский горизонт глинами стешевского водоупора. В пределах древних погребённых долин стешевский водоупор размыт и окско-тарусский горизонт залегает непосредственно под водоносными горизонтами аллювиальных, межморенных, водноледниковых четвертичных и неогеновых отложений, с водами которых гидравлически связан. Мощность водоносного горизонта от 39 до 58 м. Глубина кровли горизонта увеличивается от долин к водоразделам от 6 - 15 до 70 - 100 м. Формирование пьезометрической поверхности и напоров происходит на большей части территории под влиянием интенсивной эксплуатации водозаборами Обнинского промрайона и Московского мегаполиса. В результате в пьезометрической поверхности горизонта сформировалась обширная де-прессионная воронка. Максимальное понижение уровня произошло в районе водозаборов г. Балабаново (33 м ) и Вашутинского водозабора (42 м). Водопроницаемость известняков возрастает от водораздела к долине. Удельные дебиты скважин в долинах достигают значений 20-41 л/с, однако более характерными значениями являются 1-10 л/с. Максимальные значения величины водопроводимости в долине р. Протва и палео-долине равны 3000 - 6000 м2/сут. На водоразделах она резко снижается до 100 м2/сут. и менее. Питание подземных вод происходит за счёт инфильтрации атмосферных осадков. В речных долинах и палеодолинах питание осуществляется путём инфильтрации талых и паводковых вод через аллювий в местах размыва стешевских глин. В межень за пределами водозаборов происходит частичная разгрузка подземных вод в речные долины и, наоборот, поглощение речной воды прибрежными водозаборными скважинами. По степени защищенности водоносного комплекса отдельные части территории бассейна оцениваются неоднозначно, что определяется мощностью перекрывающих водоупорных толщ, обеспечивающих водам напор, а также величиной соотношения уровней грунтовых и напорных вод.

Существующие водозаборы гг. Малоярославец, Боровск, Балабаново, Обнинск расположены вдоль рек Протва и Лужа. Аллювий этих рек на сравнительно больших площадях залегает непосредственно на размытой поверхности окско-тарусского водоносного комплекса и, таким образом, обеспечивает гидравлическую связь поверхностных вод с подземными. На таких участках поверхностные воды Протвы и Лужи могут принимать участие в восполнении сработанных запасов подземных вод. Достоверность наличия фильтрационных «окон» перетока подземных вод из вышезалегающих горизонтов подтверждается гидрогеологическими и геофизическими исследованиями. По модельным расчетам, приток речных вод обеспечивает до 90% объема восполнения ресурсов подземных вод промышленного водоносного горизонта обнинских водозаборов.

Таким образом, хорошая гидравлическая связь водоносных горизонтов, а также их связь с рекой способствует активному водообмену на всю глубину пресноводного бассейна. Изменение качественного состава атмосферного, речного и грунтового питания подземных вод адекватно отражается на их качестве.

Геохимические особенности геологической среды

Радиометрические и геохимические особенности водоносных и экранирующих пород. По результатам радиогидрогеологического опробования, гамма-каротажа скважин и массовых поисков урана, проведенных в районе г. Обнинска при геологосъемочных работах в 1985-88 г.г, аномалий радиоактивных элементов выявлено не было. Величина объемной активности пород колеблется в пределах 5-18 мкр/час.

Большинство тяжелых металлов имеют повышенные концентрации в глинистых породах тульской, алексинской, Михайловской, стешевской, верейской и каширской свит (Ре, №, Со, "Л, V, Сг, Zr, Си, РЬ, йа, I). В мергелях стешевской свиты содержание хрома выше фона в восемь раз, никеля- в сорок раз, йода - в десять раз. Высокие концентрации меди, свинца, никеля, молибдена и цинка отмечены в глинах стешевской свиты.

Для карбонатной части отложений характерны пониженные значения всех микрокомпонентов, кроме марганца и стронция. Песчаная часть разреза близка по значениям к карбонатной части.

Аномальное для района содержание стронция отмечено в известняках Михайловской свиты на глубине 101 - 102 м, где оно превышает фон в одиннадцать раз. В доломитах верейской свиты на глубине 41-42 м содержание марганца выше фонового в двенадцать раз. В ряде скважин встречены локальные аномалии Мп, N1, Сг, Мо, Си, РЬ, Ъа, У, имеющие вероятно эпигенетическое происхождение, возможно, техногенное.

Таким образом, водоносные породы в аномальных концентрациях содержат двухвалентное железо, марганец и стронций. Глинистые горизонты экранирующих пород обогащены широким спектром тяжелых металлов, часть которых присутствует в виде тонко распыленных сульфидов (пирит, халькопирит), остальные — в сорбционной форме. Минеральные формы элементов сформированы в восстановительных условиях смены сульфидной и глеевой обстановок глубокого моря (,породы водоносных горизонтов) и прибрежных лагун. Для перехода элементов в растворимые формы наиболее благоприятны условия зоны окисления.

Геохимические особенности приземной атмосферы и атмосферных осадков. Ближайшая станция сети, данные которой могут быть использованы для сравнительной характеристики химического состава осадков в г. Обнинск, находится в г. Мосальск. Содержание углекислоты в атмосферных осадках региона на 35% выше, чем в среднем . по ЕТР. Косвенно о химическом составе осадков в современный период можно судить по составу примесей в приземной атмосфере г. Обнинска. В атмосферу г. Обнинска поступает более 120 загрязняющих веществ из 1177 источников выброса. По 16-ти элементам максимальные расчетные приземные концентрации превышают величину ПДК атмосферного воздуха, из них по 12 имеется превышение за границами предприятий. Ориентировочные годовые объемы выбрасываемых вредных химических веществ (ВХВ) в северных районах Калужской области без учета выбросов транспорта составляют: диоксида азота - 3 тыс. т, оксида углерода - 2,2 тыс. т, серного ангидрида - 900 т, пыли силикатной - 300 т, пыли цементной - 200 т, прочих взвешенных веществ - 100 т, бензина - 100 т, прочих углеводородов - 300 т, сажи — 60 т, прочих веществ - в меньших количествах. Всего порядка 7,5 тыс. т. Общий объем выбросов транспорта оценивается в 70%, т.е. - 5,25 тыс.т.

В целом, ежегодно в атмосферу севера Калужской области от местных источников выбрасывается порядка 11 тыс. т. основных окислов, порядка 1000 т всевозможной пыли, около 700 т углеводородов. Общий объем выбросов в атмосферу нами оценивается в 13 тыс.т. Основная масса указанных выбросов рассеивается на площади в 1000 км2, вмещающей промышленно — селитебную агломерацию городов Обнинск, Малоярославец, Балабаново, Балабаново-1, Ермолино, Боровск, Белоусово, Жуков. Средняя условная нагрузка загрязняющих веществ от выбросов в атмосферу местных источников составляет порядка 10 т/км2.

-в— выбросы исправл, т

Рис. 2. Соотношение объема техногенных выбросов и загрязненности подземных вод в промышленных районах Калужской области. ¿Данные табл. 1.3 и 14.2 Доклада о состоянии природных ресурсов госкомитета по охране окружающей среды и КПР по Калужской обл.

за 1999 г.)

Суммарная активность долгоживущих радиоизотопов, поступающих в атмосферу в районе г. Обнинска, в течение года, составляет несколько сот Ки/год, радиоизотопов йода - порядка 24 Ки/год, инертных радиоактивных газов - порядка 12 тыс. Ки/год. Промышленные выбросы существенно загрязняют подземные воды, что видно из сравнения объемов выбросов и процента некондиционных проб на водозаборах промышленных районов Калужской области (рис. 2).

Между объемом промышленных выбросов (В) и процентом некондиционных проб (N1) в подземных водах (с вероятностью Я2 =0,987) существует степенная зависимость вида: № Зе0,00Ш. Средний по области процентный состав выбросов: СО —53.7; БОз — 7.6; Ж)2—12.2; твердые вещеста—18,2; прочие—8,2. В отдельных промышленных районах состав атмосферных выпадений существенно отличается от среднего. В зависимости состава агентов выпадений гипергенное выветривание пород может иметь соответствующие отличия.

Таким образом, атмосферные осадки в промышленных районах содержат широких

круг загрязняющих веществ: радионуклидов, ксенобиотиков, канцерогенных веществ. Основной объем техногенных выбросов составляют окислы углерода, азота, серы, метан и другие агрессивные вещества, поступление которых в зону аэрации смещает равновесие в сторону ускорения процессов выветривания пород, поэтому с геоэкологической позиции важно не только их ингаляционное влияние на человека, но и способность повысить реактивное воздействие на геологическую среду.

Геохимические особенности стока Протвы. Поверхностный сток. Сравнение статистических оценок характеристик распределения химических элементов в сухих остатках проб воды и в донных отложениях позволили сделать следующие выводы:

при сравнении Сф с ПДК„ выделяется группа элементов, концентрация которых в ионном стоке близка к уровню санитарного норматива качества или даже превышает его. Отношение Сф/ПДК (лимит фона) характеризует состав стока как близкий к критическому по минерализации, общей жесткости, окисляемости, а также по содержанию железа, алюминия, марганца, стронция, бария, хрома.

- взвешенный сток (и донные отложения) обогащены в основном тяжелыми металлами, что отражает промышленную специализацию бассейна. Количественное соотношение элементов во взвешенном (Ств) и ионном стоке (Сж) при мутности (8М) характеризуется коэффициентом распределения Кр = (С„/Сж)- , по величине которого можно судить о транзите элемента в стоке.

Загрязнение поверхностных вод малых рек в общем случае определяется соотношением естественного стока реки и плохо очищенных коммунально-производственных и ливневых сточных вод. На рис. 3 приведен график кратности разбавления хозяйственных стоков в межень. Видно, что ниже г. Боровск (Роща), где расположены водозаборы г. Обнинск, кратность разбавления понижается до значений 2-2,5, так как скорость накопления хозяйственных стоков на интервале реки от Боровска до Обнинска значительно опережает рост подземного стока. Расчетный коэффициент разбавления склоно-

вого стока на этом участке водосбора равен 0,8. В сумме кратность разбавления на этом участке реки составляет 0.5.

Расход аодыГбаз стоков}, Qa

110 100 к

Рис. 3. Кратность разбавления антропогенных стоков в р. Протва в межень

Между стоком реки в межень (0„5Ж м3/с) и объемом комму паль непроизводственных стоков имеется эмпирическая количественная зависимость, выражаемая линейным уравнением: 0Н(Ж = 2,46(}1[и + 1,66.

Используя это уравнение можно но расходу реки в межень оценить объем хозяйственных сточных вод {(Змп) и кратность их разбавления для определенного створа {Крю), которая с вероятностью аппроксимации (I2 = 0,99 описывается степенной функцией вида: Крм - 4,37

Таким образом, поверхностный сток бассейна р. Протвы содержит ряд элементов, фоновая концентрация которых близка к уровню ПДК. Миграция этих элементов происходит преимуществеино в ионном стоке, что делает вероятным их участие в загрязнении подземных водоносных горизонтов при смешивании речных и инфильтраци-онных вод на всем протяжении долины р. Протвы. На створах реки, где имеются аномальные потоки рассеяния, загрязнение прибрежных водозаборов возможно в результате поглощения русловых аномалий Основной причиной загрязнения речного стока является необеспеченность санитарной охраны водосбора и очистки хозяйственных стоков.

Почвы и грунтовый сток. Содержания химических элементов в почвах бассейна р. Протвы приближено к уровню ПДК у следующих элементов (Сф/ПДК): РЬ-0,8; Мп-0,4; Сг- 0,5; \'-0,4; Эп — 1,1. По результатам профильного почвенного опробования установлено, что наиболее высокое загрязнение почв наблюдается вблизи промышленных зон гг. Обнинска, Малоярославца, Балабаново, Боровска, Жукова. В концентрациях, превышающих геохимический фон в десять и более раз, установлены аномалии '¿п, Сг, 8г. Эп, Уп, с концентрацией менее десяти геофонов - РЬ, Си, Мо, А§, Большая часть

выявленных почвенных аномалий связана с атмосферными выбросами предприятий и автотранспорта, частично - с ветровой эрозией полигонов ТБО и хранилищ промышленных отходов, с окислением бытового мусора, которым изобилуют все окрестные леса, особенно вблизи дорог и дачных поселков.

На промплощадках РОО и вблизи них отмечается локальное загрязнение почв радионуклидами, которое также может служить источником поступления радиоизотопов в грунтовые воды. Кроме этого в грунтовые воды вблизи промышленных предприятий с осадками и утечками поступают агрессивные вещества и основные окислы, трансформирующиеся в кислоты. В радиусе 10 км от промышленных центров и РОО в почвах наблюдаются локальные аномалии тяжелых металлов и радионуклидов, являющиеся источником загрязнения грунтовых вод (табл. 1). В родниковой воде вблизи промпло-щадки ФЭИ в концентрации выше ПДК содержится Be, Cd, Hr, Сг6+, имеющие в основном техногенное происхождение (табл. 2).

Таблица 1. Результаты анализа проб родниковой воды в удалении от промышленных

объектов (исп. АЦИС ВИМС, 2000г)

Показатели В Р Fe Ni Cr Mn As Sr Cu Cd Ba

Концентрация в мг/л 0,02 1,2 0,2 0,01 0,002 0,01 0,005 1,5 0,003 0,0005 0,005

ПДК 0,5 3,5 0,3 0,1 0,05 0,1 0,05 7,0 1,0 0,001 0,01

Сф/ПДК 0,04 03 0,7 0,1 0,04 0,1 0,1 oa 0,003 0,5 0,5

Таблица 2. Результаты анализа родниковых воды в районе промплощадки ФЭИ

(исп. ОГТУ АЭ)

Общая жесткость мг-экв/л Концентрация, мг/л

Ag As A1 Be в Cd Hg Pb Cr" Zn

ПДК 7,0 0,05 0,05 0,5 0,0002 0,5 0,001 0,0005 0,03 0,055 5,0

родник 5,7 0,001 0,01 0,11 0,0006 0,014 0,021 0,003 0,01 0,061 0,017

С/ПДК 0,8 0,02 0,2 0,2 3 0,03 21 6 0,3 1,1 0,003

В долинах малых рек максимальная длина транспорта грунтовых вод происходит на расстоянии от сотен метров до 1-3 км, так как разгрузка их осуществляется в основном в овражную и мелкую речную сеть. По этой причине состав родниковой воды и колодцев в основном определяется санитарным состоянием площади водосбора.

По составу грунтовые воды нейтральные и слабо щелочные, гидрокарбонатно-кальциево-магниевые с минерализацией 300 -700 мг/л, общей жесткостью 3-5 мг-экв-л, часто с повышенным содержанием нитратов. Микрохимический состав грунтовых вод приведен в табл. 1. Видно, что загрязнение грунтовых вод выше предела качества за счет природных источников наиболее вероятно Бе, Сс1, Ва, Р, Бг.

Таким образом, загрязнение грунтовых вод обусловлено какс составом атмосферных выпадений, так и химическим загрязнением почв вблизи промышленных предпри-

ятий. Геохимические аномалии элементов в грунтовых водах, как правило, связаны с локальными техногенными источниками и поэтому имеют ограниченный ареал рассеяния.

Артезианский пресный сток. Артезианский сток находится на самом низком энергетическом уровне, поэтому аккумулирует все потоки загрязнения, идущего от вышерасположенных сред. В естественных условиях пресные подземные воды в концентрациях близких к ПДК содержат Ре, Бг, Мп, Сг, Ва. В процессе эксплуатации месторождений подземных вод в нарушенных условиях содержание этих элементов часто превышает уровень ПДК (рис. 4). Часть из них - Ре, Сг, Мп —в значительных количествах содержатся также в промышленных выбросах и сбросах. Кроме того, вблизи промышлен-ноых зон в подземных водах наблюдаются аномалии специфических техногенных элементов. Динамика химического состава подземных вод, по статистическим оценкам периода разведки месторождений и через 30—40 лет эксплуатации (в сопоставимом перечне), показывает, что эволюция состава воды происходит в направлении снижения сульфат-иона и окисляемости. повышения концентрации хлор-иона, железа и фтора. За 30—летний срок эксплуатации водозаборов превышены также расчетные аномальные уровни мутности, цветности, бария, стронция общего, нефтепродуктов и марганца превышают ПДК.

Рис. 4. Соотношение расчетного аномального уровня (Са) и ПДК в пресных водах

обнинских водозаборов

Максимальные фактические отклонения от фона характерны для трития, стронция общего, марганца и окисляемости. По обобщенному показателю загрязненности (ИЗВ) воды в пределах гидрогеохимического поля в среднем являются загрязненными.

Таким образом, по составу и качественным характеристикам воды описываемого района являются типичными для нижнекаменноугольных горизонтов Московского артезианского бассейна и, в частности, для Калужской области. Ретроспективный анализ химического состава подземных вод изученной территории показал, что до начала эксплуатации воды в целом соответствовали региональным характеристикам и в ос-

новном не превышали нормативы качества. Загрязнение подземных вод имеет интегральный характер, суммирующий поллютанты атмосферных выбросов, почв, грунтового стока, поверхностного стока и водоносных пород. Как показала практика эксплуатации месторождений, расчетные аномальные уровни, полученные по результатам химических анализов периода разведки месторождений, позволяют прогнозировать возможность снижения качества по ряду компонентов (общей жесткости, железу, фтору), так как именно эти компоненты входят в число показателей, понижающих качество воды в настоящее время.

Радиационная характеристика среды Техногенные радионуклиды, как и другие ксенобиотики, характеризуют особенности техногенного загрязнения окружающей среды, в том числе гидросферы ( .3). Вблизи РОО они отмечены в аномальных количествах во всех геологических средах. Естественным геохимическим барьером для мигрирующих радионуклидов служит глинисто-органогенные отложения.

Таблица 3. Среднегодовая объемная (удельная) активность радионуклидов

Изученная среда радионуклид Концентрация, Бк/л, Бк/кг, Бк/м3

воздух Цезий-137 <4,5*10"6 Бк/м3

Стронций-90 1,8*10"5 Бк/м3

Вода р. Протва Сум.бета-радионуклидов 160 Бк/м3

Сум. Альфа-радионуклидов 100 Бк/м3

Тритий 2,3 Бк/л

Вода грунтовая Тритий 17 Бк/л —35 кБк/л

Вода артезианская Третий 67 Бк/л (3—650 Бк/л)

Почва Сум.бета-радионуклидов 410 Бк/кг

Сум. Альфа-радионуклидов 320 Бк/кг

Растительность Сум.бета-радионуклидов 400 Бк/кг

Сум. Альфа-радионуклидов 310 Бк/кг

Профильное опробование почв на 137С& позволило установить следующее: фоновый уровень искусственного радиоизотопа в почвах 30-ти км зоны составляет 1,3 - 2,5 (*10" 10) Ки/кг почвы, что соответствует уровню загрязнения 0,12 Ки/км2.

Аномалии |37Сб наблюдаются в удалении от вентиляционных труб реактора ФЭИ на расстоянии 5 км. От реактора ФНИФХИ аномалии '"Сб удалены на расстоянии 6 км. Содержание '"Сб в почвах колеблется от 4,1 до 11,62(*10"'°) Ки/кг, что соответствует плотности загрязнения до 0,7 Ки/км2.

В грунтовых водах вблизи промплощадки ФЭИ выявлены долгоживущие радиоизотопы 137Сз до 20 Бк/л, ^г до 3,3 Бк/л, тритий до 40кБк/л. Техногенный ореол загрязнения почв и грунтовых вод от атмосферных выбросов можно оценить по аномалии радионуклидов рис. 5.

Е^ЖЗ 13=1. Е^Ь сан- СЮ' . I * 1 г

Аномалии на почвах, содержание '"Се 0.5 -1.2 * 10'* К и/к г, 2. Пункты замеров недельных концентраций суммарной бета-активности в воздухе, выполненных НПО «Тайфун». 3. Территория, на которой отмечены аномальные выпадения бета-активных радионуклидов. 4. Участок р. Протвы, на котором донные отложения были загрязнены радионуклидами цезия (по состоянию на 1989 г). 5. Радиашгокка опасный объект. 6. Профили почве [итого опробования. 7. Тонки отбора лонных н гидрохимических проб.

В целом, изотопны й состав радиоактивных отходов, поступающих в объекты окружающей среды, постоянно изменяется в зависимости от выполняемых научно-исследовательских программ. Фоновый уровень поступлений радионуклидов при штатной работе реакторов значительно ниже допустимых уровней. Появление радиоактивных аномалий возможно при нарушении производственного регламента, а также вследствие накопления до.чгоживущих радиоизотопов на геохимических барьерах.

Причины образования пьезометрической депресии Водозаборы подземных вод вытянуты цепочкой вдоль подножья левого склона долины Протвы на расстоянии 30 км. Обеспеченность запасами воды определяется стоком (<3,м7с) бассейна Протвы, объем которого зависит от количества выпадающих осадков и площади (Б км1) водосбора: р = 5,5 3 - 0,1. Средний многолетний расход воды в р. Протва (20,8 м3/с) составляет 26,4 % от среднегодового количества осадков (707 мм) за этот же период, выпадающих на площадь водосбора до створа с. Спас-Загорье равную 3500 км2. Остальные 73,6% осадков расходуются на испарение, транс-пирацию и безвозвратные потери. В зимнюю и летнюю межень расходы волы в реке

опускаются до 5,6 м3/с, а в отдельные периоды засухи - до 1,5 м3/с, что сравнимо со средним сбросом в реку хозяйственных стоков на этой же территории, равном 1 м3/с. Модуль стока в межень понижается до 1,5 л/с на км2 (24,8% от общего модуля стока), а периоды засухи - до 0,4 л/с на км2. Сток реки в межень характеризует подземный сток бассейна, так как питание реки в этот период происходит за счет разгрузки подземных источников и сброса хозяйственных сточных вод, количество которых не зависит от сезона. Расчетное соотношение склонового и подземного стока равно соответственно 76% и 24% от общего стока.

Средние многолетние дождевые ресурсы подземных вод бассейна р. Протвы до поста Спас-Загорье составляют 483,4 тыс. м3/сут., минимальные - 129,6 тыс. м3/сут. На уровне водозаборов г. Обнинска площадь водосбора составляет 2000 км2, так как в водосборе не участвует бассейн р. Лужи, площадью 1000 км2. Поэтому ресурсы подземного стока значительно ниже. Они составляют соответственно: средние многолетние -275,5 тыс. м3/сут., минимальные многолетние в межень - 73,9 тыс.м3/сут.

Таким образом, минимальный зимний сток не компенсирует уровень фактической добычи воды из Обнинских месторождений подземных вод, которая в сумме составляет порядка 83 тыс. м3/сут. Дефицит водных ресурсов в межень составляет около 9,1 тыс.м3/сут. Недостающий объем воды компенсируется за счет сработки емкостных запасов водоносного горизонта и притока из реки оборотных вод. Это и является основной причиной формирования пьезометрической депрессии.

Выводы по главам 1,2,3

1. Геологическая среда бассейна р. Протвы характеризуется типичным для Московского артезианского бассейна контрастным химическим составом пород, хорошей гидравлическая связь водоносных горизонтов, а также их связью с рекой. Это способствует активному водообмену и массопереносу токсичных веществ на всю глубину пресноводного бассейна. Изменение качественного состава атмосферного, речного и грунтового питания подземных вод адекватно отражается на их качестве.

2. В загрязнении подземных вод участвуют три группы поллютантов. Первую группу составляют природные элементы, геохимический фон которых в гидросфере приближен к уровню ПДК. Нарушения естественного равновесия в гидросфере приводит к образованию гидрогеохимических аномалий.

Вторую группу составляют радионуклиды, химические ксенобиотики и прочие токсические вещества техногенного генезиса. Они образуют локальные радиоактивные и геохимические аномалии вблизи промышленных предприятий. Уровень опасности этих веществ возрастает пропорционально росту их местного геофона.

В третью группу входят вещества, ускоряющие геохимические процессы: парниковые газы, сильные окислители, восстановители, агрессивные вещества техногенного происхождения. Накопления их в приземной атмосфере и гидросфере приводит к ускорению процессов выветривания пород, к активной миграции природных элементов и ксенобиотиков. Некоторые токсичные элементы могут иметь как природный, так и тех-

ногенный происхождение. Возникающая при этом неопределенность может быть преодолена путем сравнения с трассерами—искусственными радионуклидами.

3. Основной причиной нарушения геохимического равновесия в гидросфере являются непропорциональное использование природных ресурсов, которое выражается в , следующем:

- объем добычи подземных вод превышает восполнение водных ресурсов за счет атмосферного питания, что привело к сработке емкостных запасов водоносных горизонтов, их частичному осушению, к проседанию зоны аэрации и формированию»гидрогеохимических аномалий природно-техногенного облика,

- плохая очистка промышленных и хозяйственных стоков, а также несоблюдение санитарно-гигиенических водоохранных требований превысила возможности поверхностного стока к самоочищению. Поскольку дефицит подземных вод восполняется за счет притока из реки происходит перемешивание вод разного состава и общее понижение качества,

- атмосферные выбросы предприятий повышают содержание агрессивных веществ в зоне аэрации, что провоцирует ускорение процессов гипергенного выветривания водоносных пород.

Характерно, что практически все компоненты геологической среды загрязнены искусственными радиоизотопами.

В целом, в долинах малых рек Московского артезианского бассейна вблизи промышленных территорий складывается неблагоприятная экологическая обстановка, когда сильно загрязненные поверхностные воды непригодны для использования в хозяйственно-питьевых целях, а нарастающее истощение подземных источников водоснабжения сопровождается понижением качества подземных вод в результате активизации экзогенных геологических процессов под влиянием нарастающей техногенной нагрузки.

В главах 4,5,6 доказывается справедливость второго защищаемого положения.

В главе 4 охарактеризованы закономерности формирования техногенных гидрогеохимических полей. В главе 5 описана роль геологических и инженерных факторов формирования аномальных полей и гидрогеохимических аномалий. В главе 6 описаны особенности миграции природных элементов в нарушенных условиях гидросферы.

Глава 4. Закономерности формирования техногенных гидрогеохимических

полей

Обнинское техногенное гидрогеохимическое поле формируется в среднем течении бассейна Протвы на территории зоны санитарной охраны водозаборов и окрестностей. Общее число водозаборов подземных вод на этой территории 18 с объемом добычи 83 тыс. м3/сут. В их числе четыре водозабора подземных вод, снабжающие г. Обнинск, состоят из 38 скважин, вытянутых цепочкой с севера на юг вдоль подножья левого склона долины р. Протва на расстоянии 15 км. Два водозабора, - Вашутинский и Сам-

соновский, - располагаются выше, а водозабор Добринский - ниже города по течению реки. Ведомственный водозабор Центральный расположен в черте города.

На основе ретроспективного анализа установлено, что между объемом добычи ((3, млн. м3) и площадью формирующейся пьезометрической воронки (Б, км2) существует зависимость, описываемая уравнением (рис. 2.3 ): в = 0,5<32. Объем депрессии при этом возрастает в следующей пропорции: V = 0,0004(32. Усредненная по депрессии зависимость величины понижения (Ь, м) от объема добычи (С2, млн. м3) подземных вод аппроксимируется эмпирическим линейным уравнением вида: Ь = 2(^-11,5. Отмеченные зависимости позволяют прогнозировать дальнейший рост воронки при увеличении добычи подземных вод.

Инверсионный поток речной воды, поступающий в подземные водоносные горизонты, с одной стороны компенсирует истощение запасов подземных вод, с другой - создаёт условия для переноса загрязнения, так как на интервале поглощения речных вод в зоне санитарной охраны водозаборов сосредоточены выпуски промышленных и коммунальных сточных вод, хранилища радиоактивных и химических отходов, сельскохозяйственные фермы, промышленные предприятия и т.д.

В условиях высокой гидравлической связи поверхностных и подземных вод существенную роль играет смешивание вод разного качества. Сравнение параметров подземного и поверхностного стока показывает, что содержание большинства контролируемых показателей качества выше в поверхностном стоке (рис.б). Однако некоторые элементы природного и техногенного происхождения составляет исключение. Так содержание стронция и радионуклидов в пределах аномального поля выше в подземном стоке.

Рис. 6. Расчетные аномальные уровни накопления контролируемых веществ, нормированные по ПДК в поверхностных и подземных водах бассейна р. Протва

Поэтому при массопереносе канцерогенных элементов в пресной гидросфере района происходит взаимное обогащение и разбавление поверхностного и подземного стока Обнинский участок техногенного гидрогеохимического поля пространственно при-

у р очен к левому склону долины р. Протвы на интервале от пп. Бал аба нов о-1, Ермолино до г. Белоусово, п. Протва. Протяженность его составляете более 30 км, при ширине 3 км. (рис. 7).

ЕЗ ■ ГТСЛ* Еа. Г^п ■ [о].

Рис. 7. Схема загрязнения подземных вод окско-тарусского водоносного горизонта 1. Крупные групповые водозаборы. Территории с аномальной концентрацией в воде: 2-трития; 3- железа обш.; 4- фтора (дефицит); 5 - стронция и фтора (избыток); 6. Гилроизопьезы уровня горизонта при эксплуатации.

Элементный состав в пределах поля характеризуется неоднородностью, обусловленной структур но-геологии ее к ими, гидрогеологическими, геохимическими и хозяйственными особенностями территории. В пределах аномального поля выделяются локальные аномалии с характерными ассоциациями элементов. На севере в районе г. Еалаба-ново и п. Ермолино совмещены аномалии стронция, бария, фтора, бора.

Вблизи г. Обнинска вместе со стронцием в подземных водах накапливаются ксенобиотики, радионуклиды, марганец. Железо в пределах аномального поля распространено повсеместно, но наиболее высокие его концентрации отмечаются вблизи промышленных территорий. На гидрогеологическом разрезе, ориентированном вдоль долины Протвы (рис. 8), совмещенном с графиком распределения элементов в подземных водах, вндно, что разрыв аномалии стронция приурочен к куполовидному поднятию в осадочных породах на изгибе склона палеорельефа.

Центральный

Водозаборы: Вашутииский Самсоновский Добринскнй

Рис. 8. Графики распределения полиметаллов, стронция, фтора и трития, совмещенные с продольным гидрогеологическим разрезом долины р. Протва.

Частые изгибы пластов несомненно имеют тектоническую природу, что подтверждается также высокой водопроводимостью водоносных пород зтого участка - более 3000 м2/сут. В водах глубокой части воронки (скв.72-65) наблюдается повышенное содержание полиметаллов, а аномальные концентрации стронция и фтора смещены относительно центра депрессии к флангам Стронций и фтор поступают в подземные воды при понижении пьезометрического уровня ниже кровли веневско-тарусского подгоризонта (абс.отм. И(МО0м). При еще большем понижения уровня (абе. отм, 90 -80м) ускоряется растворение сульфидов Михайловского терригенного подгоризонта. Аномалия техногенного трития расположена южнее - на ближних к городу водозаборах Центральном и Самсоновском. Учитывая сложный состав отходов, поступающих в подземные воды от обнинских предприятий, необходимо отличать природные источники от техногенных аналогов.

Таким образом, техногенное гидрогеохимическое поле состоит из мобильных аномалий природных и техногенных элементов. Состав аномалий в каждой точке гидрогеохимического поля определяется пространственно-детерминированным сочетанием природных и инженерно-хозяйственных факторов.

Глава 5. Роль основных геологических и инженерных факторов в формировании гидрогеохимических полей и аномалий Влияние техногенных источников на качество подземных вод Для водозаборов речных долин в общем случае существует три основных вида источников изменения качества: сама река в случае загрязнения поверхностных вод; преимущественно техногенные источники загрязнения на поверхности земли, расположенные в ЗСО-Ш; природные источники геохимического облика, расположенные непосредственно в водоносной толще.

Сопряженное гидрогеохимическое опробование водотоков, донных отложений и почв бассейна Протвы показало, что аномалии, приуроченные к территории крупных промышленных зон, отличаются более сложным (полиэлементным) составом. В аномалиях, тяготеющих к стокам сельхозпредприятий и ОС, преобладают нитраты, фосфаты и другие биогенные элементы. На участках реки, где в составе стоков с городских ОС (например, у г. Обнинска) поступают стоки промышленных предприятий, в состав гидрохимических аномалий входят как элементы, типичные для хозбытовых стоков, так и широкий набор тяжелых и редких металлов. Превышение ПДК хотя бы в одной пробе наблюдается по многим ингредиентам качества воды ( БПК5, пермангонатной окисляе-мости, ХПК, N-NN4, N-N03, Р-РО4, нефтепродуктам, общему количеству бактерий, лак-тозо—положительным кишечным палочкам, патогенным микроорганизмам, и бенз(а)пирену,Си, Ре, РЬ, Сг+3, Ag, Ъл, А), Бо4, Зг^,, ^Бг, '"Сб, '"Сб, +3Н). Группируясь пространственно, моноэлементные аномалии образуют на территории бассейна Протвы 30 комплексных аномалий. Почти все выделенные аномалии являются комплексными не только по составу, но и по типу среды, вмещающей аномалию, т.е. гидрохимические аномалии сопровождаются аномалиями в донных осадках. Сопоставление элементного состава гидрохимических и «донных» аномалий позволяет судить о степени подвижности в водной среде тех или иных компонентов. В целом же состав выделенных аномалий отражает характер жизнедеятельности на прилегающей территории. На диаграмме рис. 9, составленной по данным каталога аномалий, показаны интегральные уровни концентраций загрязняющих в воде и донных отложениях р. Протва веществ (СПЗ, СПК). Отчетливо выделяются два крупных района с высокой техногенной нагрузкой на реку: 1- бассейн среднего течения р. Протва в районе г. Верея и бассейна р. Исьмы на территории Московской области, 2- бассейн среднего течения р. Протва от п. Ермолино до устья р. Аложа. На интервале выпусков сточных вод суммарный показатель концентрации (СПК) более ] 0. Характерно, что интегральные уровни загрязнения воды и донных отложений совершенно идентичны и почти на всем протяжении реки изменяются синхронно.

Э составе промышленно—коммунальных стоков содержатся также и токсичные элементы водоносных пород, например, стронций общий. Территория с повышенным содержанием стронция общего в поверхностном стоке пространственно смещена вниз по реке от аномалии в подземных водах в основном за счет хозяйственных стоков п. Ермолино, Балабаново—1, гг. Обнинск, Белоусово, добывающих подземную воду с высокой концентрацией стронция.

Рис.9. Интегральные уровни загрязнения р. Протва (СГ1К по данным каталога

аномалий)

В целом, загрязнение поверхностного стока природными элементами происходит в результате сброса неочищенных промышленно-коммунальных стоков, а также вследствие естественной разгрузки водоносных горизонтов в речную сеть.

4 115 т

5 110

105

О 100

95 1

*т—*—у—

фильтрационное

Грсионны}ГпсрЬток V . Е5ч[Щх_в.од______

фильтрационно питание

I 1 I

дата изнараний,1ЭвЭ г

Рис. 10. Документальная схема питания оке ко-тару сс кого водоносного горизонта (с 161626 и с. 4 водозабора Вашутинский)

Механизм перетока загрязненных речных вод в подземные водоносные горизонты проиллюстрируем на примере документального графика внутригодового соотношения статических уровней в режимной и динамических уровней в водозаборной скважине (рис.10). На схеме видно, что восполнение ресурсов подземных вод происходит в период весеннего половодья благодаря подъему уровня реки до абсолютных отметок, превышающих статический уровень водоносного горизонта в зимнюю межень. Зимний переток из реки в водоносный горизонт обусловлен понижением динамического уровня на водозаборах и полностью расходуется на компенсацию понижения. В этот период в составе речных вод, поступающих в подземный горизонт, значительную долю составляют коммунально-производственные стоки.

Таким образом, формирование геохимических аномалий в поверхностном стоке и донных отложениях происходит в основном в результате сбросных сточных вод предприятий и коммунальных ОС, а также за счет склонового и подземного стока. В период весеннего подъема уровней происходит общее заполнение водоносных горизонтов талой водой. Она привносит в поземные горизонты в основном накопившиеся за зиму вещества атмосферных выбросов предприятий. В этот период формируется фон техногенного гидрогеохимического поля. В межень приток речной воды происходит в радиусе влияния водозаборной скважины. При этом качество приточной воды определяется составом речной гидрогеохимической аномалии, поглощаемой водозаборной скважиной. В этот период формируются локальные природно—техногенные гидрогеохимические подземных вод.

Особенности загрязнения подземных вод природными элементами

Химический состав пресных подземных вод севера Калужской области характеризуется начальным гидрокарбонатным кальциево-магниевым составом и естественной зональностью пресных вод в целом соответствующей вертикальной зональности водного бассейна. В пределах техногенного гидрогеохимического поля наблюдаются вторичные изменения химического состава воды, обусловленные понижением пьезометрического уровня водоносного горизонта при эксплуатации месторождений. Характерна приуроченность высоких концентраций компонентов к определенным диапазонам динамических уровней, характеризующим интервалы глубин сезонных и многолетних колебаний поверхности водоносного горизонта. Например, заметное повышение минерализации наблюдается на Вашугинском водозаборе при понижении динамических уровней ниже кровли веневско-тарусского водоносного подгоризонта (абс. отм. +100 м). Антропогенная зарегулированность подземного стока обусловила появление на территории пьезометрической депрессии вторичной гидрогеохимической зональности подземных вод. В направлении города в воде растет общая минерализация, жесткость, содержание хлора, железа, марганца.

В целом в зоне нарушенного водообмена геохимическая зональность подземных вод определяется инженерно-геологическими причинами: она зависит от понижения уровня, который регулируется интенсивностью водоотбора и водо проводимостью водоносного горизонта. В условиях нарушенного динамического режима затрудненная

фильтрация способствует росту общей минерализации подземных вод (рис. 11). Одновременно возрастает общая жесткость, а также содержание в воде сульфатов, фтора и др. Соотношение объема добычи и водопроводимости пород может быть выражено количественно через удельный дебит скважины, равный отношению объема добытой воды в м3/сут. на 1 п. м. понижения уровня воды. В период весеннего половодья или осеннего паводка условия нестабильны, поэтому влияние удельного дебита на качество воды наиболее полно проявляется в период низких уровней.

Зависимость дебита скважин (я, л/с) от водопроводимости пород (Кш, м2/сут) на обнинских водозаборах выражается эмпирической линейной формулой вида: qm = 0,008Кт . Если я выразить в м3/сут., то видно, что угловой коэффициент в формуле (8) соответствует метрической величине длины потока обусловленной водопроводимости, необходимой для достижения заданного (технологического) дебита скважины, и по существу является модулем (цт) гидродинамического равновесия водоносного горизонта.

£ 3500 -г

"а 3000 -

2500 -

2000

1500

1000 -

500 -

0 •

-о - -кт -в—пл. ост.

09.10.90 № 71

22.08.90 № 65

28.11.90 № 66

24.10.90 № 77

500

450

400

350

300

250

200

150

100

24.10.90

№ 73

24.10.90 № 62

скважина, дата наблюдения

Рис. 11. Соотношение минерализации воды и водопроводимости пород в условиях нарушенного гидродинамического режима (вод-р Вашутинский)

Искусственное превышение этой величины приводит к нарушению гидродинамического и геохимического равновесия в водоносном горизонте. Водопроводимость пород окско-тарусского водоносного горизонта наиболее высокая на интервале веневско-тарусского подгоризонта с глубиной она несколько снижается, а в целом определяется как гипсометрическим уровнем водоносного горизонта, так и трещиноватостью карбонатных пород. По этой причине изменение химического состава подземных вод имеет вертикальный и горизонтальный вектор направленности. Вниз по разрезу и по латерали, в направлении блоков с более низкой водопроводимостью, минерализация, жесткость и другие показатели качества подземных вод изменяется однотипно. В первом прибли-

жении можно утверждать, что зональность, аналогичная вертикальной, наблюдается также и по мере удаления в стороны от зон трещиноватости пород.

Вероятная причина возникновения горизонтальной зональности пресных вод относительно зон трещиноватости пород заключается в их повышенной водопроницаемости для грунтовых вод, что предполагает более глубокое проникновение аэрированных вод. Отмеченная закономерность позволяет количественно прогнозировать содержание некоторых природных элементов в воде по величине превышения объема добычи воды из скважины (О) над модулем гидродинамического и гидрохимического равновесия. Так соотношение концентрации Бг (мг/л) и кратностью превышения модуля геохимического равновесия <3/ят определено для пород с проводимдстью Кш> 2000 м2/сут. и Кш<1000 м2/сут.

Водопроводимость более 2000 м2/сут. характеризует участки трещиноватых водоносных пород с повышенной скважностью. Предполагается, что наряду с пластовыми водами здесь присутствуют трещинные воды неотектонических зон дробления, которые обеспечивают высокие фильтрационные свойства пород. В случае превышения объема добычи над модулем равновесия происходит ускорение фильтрации подземных вод по простиранию и падению зоны трещин, которая пересекает породы разного минерального состава. Поэтому микрокомпонентный состав вод в зонах трещин отличается от воды в пределах монолитных пород.

На участках с водопроводимостыо меньше 1000 м2/сут. фильтрация воды происходит вдоль пласта в условиях невысокой скважности. Когда объем добычи превышает величину модуля равновесия, поток воды приобретает дополнительное ускорение, способствующее более быстрому растворению минералов водоносных пород. В воде из водозаборных скважин, пройденных в трещиноватых породах, содержание стронция в воде с ростом добычи понижается в линейной зависимости: С5г = - 0,1(<ЗЛ]т) +17,6 , где С5г -концентрация стронция, мг/л; О- объем добычи, м3/сут; ят - модуль равновесия, равный 0,008Кт, м2/сут. В скважинах, добывающих воду из слабо трещиноватых водоносных пород, содержание стронция при повышении добычи возрастает в эмпирической функции вида: С5г = 87,4 Ьп((}^т)+ 0,3. По отношению добычи (<3) к модулю равновесия на участках с невысокой водопроводиМостью пород можно прогнозировать также концентрацию фтора (Ср) в воде по линейному уравнению: Сг = - 0,01(ОЛ}т) +5,27.

Замечено также, что при повышении минерализации воды содержание стронция в воде в целом возрастает, а при повышении мутности воды - падает. В обобщенном виде эта особенность накопления стронция (Ся,) в подземных водах может быть выражена через эмпирическое линейное уравнение, в котором в качестве аргумента используется индикаторное отношение взвешенной (С„,) и ионной (С „<,„„.) фаз водного потока: Сбг = - 3601 (С„в / С„онн.)+ 15.

Таким образом, загрязнение артезианских вод природными элементами обусловлено техногенными причинами, вызывающими нарушение естественного геохимического равновесия в водоносных горизонтах. Оно может быть прогнозировано по величине

превышения модуля равновесия, а также по соотношению взвешенной и ионной фаз поземного стока. Эмпирические формулы учитывают структурные и геохимические особенности месторождения подземных вод

Глава 6. Особенности миграции природных элементов в нарушенных условиях

пресной гидросферы Известно, что переход карбоната кальция из известняков в раствор происходит по

схеме: СаС03 +Н20 +С02 <-> Са++ + 2НС03 . При этом для поддержания средней концентрации НС03 ~ 250-300 мг/л требуется 12-15 мг/л С02. В аналогичных условиях происходит растворение стронцианита: SrC03 +С02 + Н20 <-» Sr(HC03)2. Более распространенный целестин растворяется в результате обменной реакции с гидрокарбонатом кальция с образованием более подвижного углекислого стронция и слабо растворимого гипса (2 мг/л при 20° С): SrS04+ Са(НС03)2+ Н20 = Sr(HC03)2 + CaS04 -2Н20.

Таким образом, растворение и миграция кальция и стронция в зоне свободного водообмена лимитируется диоксидом углерода. В последние десятилетия содержание углекислого газа в атмосфере возросло в связи с общей эмиссией парниковых газов и притока в зону аэрации парниковых газов от местных источников. Однако основным источником поступления диоксида углерода в подземные воды является органическое вещество, как ископаемое, так и, вероятно, поступающее с хозяйственными стоками и местными выбросами в атмосферу. В зоне аэрации происходит окисление сульфидов свободным кислородом с образованием сульфатов и затем гидроокислов трехвалентного железа, которые в свою очередь окисляют органическое вещество с выделением свободного диоксида углерода. Реакции его образования на примере метана и глюкозы приведены в работах С.Р. Крайнова, B.C. Савенко и др.: CR, + 202 = С02 + 2Н20 или С6Н,206 +602 = 6С02 +6Н20.

Органический углерод может окисляться также в результате сульфатредукции: 2Fe ООН +2 Са++ + 2S04" +4СН20* = FeS2 +FeC03 +2 СаС03 + 5Н20 + С02 . При этом в зависимости от условий и петрографического состава пород могут образовываться силикаты и карбонаты окисного и закисного железа, обладающие различной растворимостью. Образование свободного радикала S04' происходит из реакции двуокиси серы, активированной фотоном в видимой области спектра: S02 +hv —» S02*; далее S02* +02 -> S04; далее S04 +02 -» S03 + 03. Образовавшаяся трехокись серы и озон при взаимодействии с осадками создают агрессивную водную среду, разрушающую горные породы в зоне аэрации.

Распределение железа в бескислородных - бессульфатных водах в основном контролируется растворимостью его карбоната, являющегося в этих условиях наиболее растворимым его соединением: FeC03 +Н20 + С02 = Fe2+ + 2НС032". При попадании в зону обогащенную кислородом гидрокарбонат железа гидролизуется с образованием

* СН20 - условное органическое вещество (глюкоза, нормированная на один атом углерода).

гидроксида двухвалентного железа, а затем окисляется в гидроксид трехвалентного железа: Ре2+ + 2НС03-_„Ре(0Н)2+С02 + Н20; далее 4Ре(ОН)2+ 02 + 2НгО-> 4Ре(ОН)3

На интервале сезонного (или динамического) колебания пьезоуровня подземных вод ■формируется фронтальная зона выщелачивания пород верхнего водоупора. При понижении напора и осушении верхней части водоносного горизонта образовавшееся пространство заполняет воздух и водяные пары. Возникает геохимическая обстановка, схожая с зоной аэрации, благоприятная для развития процессов кислородного и углеки-слотного выщелачивания пород. При этом происходит обезвоживание и окисление глинистых пород и снижение их водозащитных свойств.

При очередном подъеме пьезоуровня водоносного горизонта окисленная часть породы покрывается водой, которая приобретает мутность, некарбонатную жесткость и др. При дефиците кислорода в породах вновь возникает глеевый эпигенез, происходит частичное восстановление пленок трехвалентного железа и вынос закисного железа. Многократное чередование окислительных и восстановительных условий в кровле водоносного горизонта ускоряет окисление и разрушение покрывающих пород.

Таким образом, на основе описания гидрогеохимической обстановки в аномальном поле вблизи небольшого промышленного центра, видно, что современные технологии добычи и сброса подземных вод способны ускорить естественный круговорот веществ в ноосфере. В результате колебания уровней водоносных горизонтов на фоне общего проседания зоны аэрации нарушается равновесие в системе "вода—порода" и происходит попеременное смещение кислотно—щелочного равновесия в ту и другую сторону. Это явление сопровождается привносом агрессивных техногенных веществ (из выпусков сточных вод, с дождевыми осадками) и образованием растворимых форм токсичных элементов водовмещающих пород. Для миграции стронция определяющим фактором в нарушенных условиях является повышенное содержание диоксида углерода, образование которого происходит преимущественно в результате окисления ископаемого органического вещества трехвалентным железом, мобилизованным из водовмещающих пород при выветривании. Миграции токсичных элементов, вероятно, происходит в коллоидных и комплексных формах.

Выводы по главам 4,5,6

1. Влияние техногенных источников, расположенных в зоне санитарной охраны водозаборов, на качество артезианских вод происходит в основном в результате притока загрязненных речных вод в аномальное гидрогеохимическое поле, сформированное в пределах пьезометрической депрессии. Геохимический фон техногенного аномального поля формируется также при весеннем притоке талых вод, загрязненных промышленными выбросами.

2. Загрязнение артезианских вод природными элементами обусловлено техногенным нарушением естественного геохимического равновесия в водоносных горизонтах. Оно может быть прогнозировано по величине превышения модуля равновесия, а также по соотношению взвешенной и ионной фаз поземного стока. Установленные эмпирические

зависимости учитывают структурные и геохимические особенности месторождения подземных вод. Недостаточная геохимическая изученность водоносной толщи приводит к неопределенности прогноза.

3. В целом, решение проблемы качества подземных вод в пределах техногенного гидрогеохимического поля требует интегрированной стратегии, состоящей, с одной стороны, из мер адаптации водопользования к пределам естественной устойчивости водного бассейна, с другой, к сокращению эмиссии техногенных токсических веществ и парниковых газов.

В главе 7 доказывается справедливость третьего рассматриваемого положения.

Описаны особенности формирования ореолов цезия, стронция, трития. Показана возможность вторичного накопления радионуклидов на геохимическом илисто-глинистом барьере с органическим веществом. Приведен пример геохимической оценки возможного развития аномалии трития.

Глава 7. Особенности формирования ореолов и потоков рассеяния радионуклидов вблизи РОО Аномалии радиоактивного цезия

Радиоактивные аномалии в донных отложениях р. Протвы были выявлены в процессе радиометрического обследования 30-ти километровой зоны вокруг Обнинской АЭС, последовавшего после чернобыльской аварии (рис.5). Было установлено, что иловые отложения реки на всем протяжении от территории ГНЦ РФ-ФЭИ до устья несут очаговую радиоактивность с мощностью дозы более 100 мкр/час. Самое крупное пятно, площадью более 1000 м2 с экспозиционной мощностью гамма-излучения до 1200 мкр/час было обнаружено непосредственно у выпуска промстоков ГННЦ РФ-ФЭИ.

Радиоактивные пятна группировались преимущественно вдоль берегов на аккумулятивных участках русла с замедленным течением. В приустьевой зоне крупных боковых притоков и на перекатах мощность дозы заметно понижалась. Активность ила составляла порядка 1-6* 10"8 Ku/кг, что, в общем, соответствовало наблюдениям, полученным НПО «Радон» для открытых водоемов, Ок-Риджской национальной лаборатории для проточных водоемов ниже сброса с АЭС и другим данным. Опробование показало, что иловые отложения загрязнены радионуклидами l37Cs и 134 Cs. Начальная активность составляла Cs от 0,3 до 7,8* 10'8 Ku/кг, ,37Cs - от 0,1 до 7* 10"8 Ku/кг и по мере удаления от города понижалась. Соотношение l34Cs/'37Cs в аномалиях у выпуска равнялось 4,2 и по мере удаления от выпуска постепенно понижалось до 0,2 - 1,7 в нижнем течении. Максимальная радиоактивность была приурочена к илисто-глинистому-материалу, обогащенному органикой, покрывающему русловые песчаные отложения тонким слоем мощностью 3-5 см. В заводях мощность радиоактивного ила повышалась до 10 см. Значительная его часть осела вместе с илом на водную растительность.

По данным ФЭИ, источником поступления радиоизотопов цезия в стоки послужили утечки из технологической емкости при АЭС, а также ливнестоки, дренирующие загрязненный участок. Концентрация радиоизотопов цезия в воде емкости на период выявления аномалий составила: 134Cs 3,4*10"5Ки/л, 137Cs 1,1* 10~5 Ku/л при соотношении 134Cs/ ,37Cs равном 3,1. В осадках выпускного колодца, через который сточная вода поступала в реку, среднее соотношение l34Cs/ 137Cs равнялось 3,0, максимальное 3,7, а максимальная концентрация 134Cs 2*10 ~2 Ки/кг, 137Cs 8,1*10"3 Ки/кг. Коэффициенты концентрации радионуклидов цезия в системе «осадок — вода» равны KKI34Cs = 588, l37Cs = 763. Если исходную мутность стоков принять равной 100 мг/л, можно получить примерные оценки коэффициента распределения радиоизотопов цезия в сточных водах АЭС. Согласно расчетам, они равны: Кр 134Cs =0,06, Kp137Cs = 0,07. Исходный цезий поступал в речную сеть в ионном виде, где сорбировался на глинистые и органические частицы речного стока. Расчетная концентрация 134Cs при достижении реки равнялась концентрации в емкости, умноженной на коэффициент распределения: 3,4*10'5 х 0,06 =200*10"8. При среднегодовой мутности речной воды 38 мг/л и фактической концентрации l34Cs в иле в районе выпуска промстоков 4,l*10"s расчетная величина коэффициента распределения в системе «речной сток-донные отложения» равен: Кр 134Cs = (4,1*10"8 : 200*10"8) х 38 = 0,8. Аналогичным расчетом получаем оценку коэффициента распределения 137Cs: 1,1*10"5 х 0,07 = 80*10"8. Kp137Cs = (9,8*10-" : 80*10"8) х 38 = 0,5.

При сравнении оценок коэффициентов распределения радиоизотопов цезия в песчаной среде выпускного колодца и в реке видно, что миграция радионуклидов во взвешенном стоке реки возрастает на порядок. Подобные оценки способа миграции радиоактивного цезия получены Ю.Г.Мокровым для р. Теча (ПО «Маяк) и американскими специалистами на реках Клинч и Теннесси: 50-70% находящегося в воде 137Cs содержится на взвешенных твердых частицах., тогда как 90Sr на 90% находится в растворенном виде и лишь 1-5% - на взвесях. Полученные оценки коэффициента распределения радиоизотопов цезия указывают на высокую сорбционную способность иловых отложений р. Протва в отношении радионуклидов цезия.

Наша оценка объема вышедших в реку радионуклидов основана на прямом расчете количества цезия в донных отложениях при равном его распределении между твердой и жидкой фазой речного стока. Она равна для 137Cs - 3 Ku, а для 134Cs 8,8 Ku. В настоящее время в связи с распадом 134Cs мощность дозы аномалий понизилась в несколько раз и фактически радиометрическими методами на фоне естественной радиоактивности не фиксируется. В текущее время кроме ,37Cs в донных отложениях регистрируются 134Cs и 60Со.

Аномалии радиоактивного цезия установлены также в болотах и старице, расположенных у подножья террасы, на которой размещены РОО ФЭИ. В илисто-глинистых отложениях болот, развитых вблизи промплощадки ФЭИ, наблюдается повышенная плотность загрязнения ^Sr, 3Н, 60Со и 137Cs, плотность загрязнения которого достигает 640 кБк/м2 при фоне 2 кБк/м2. КК 137Cs в этой аномалии равен 320 . В то же время в грунтовых водах родников вблизи промплощадки концентрация 137Cs достигает 5,8

мБк/л, а в воде болота максимально 3 мБк/л. Таким образом, отчетливо наблюдается вторичное накопление радиоактивного цезия в глеевой среде иловых отложений болот и одновременная очистка грунтового стока.

Подобная картина наблюдается в комплексной аномалии 908г и '"Сэ, выявленной ниже по склону от старого хранилища радиоактивных отходов ФЭИ (табл. 6).

Таблица 6. Содержание ^Бг и в геологических средах вблизи хранилища РАО

(аналитические данные ОГТУ АЭ)

Опробованная среда Размерность "вг ШС5

Вода из ячейки хранилища РАО Бк/л 5,44*106 4,5*10'

Песчано-глшшстые вмещающие грунты Бк/кг 120000 150

Наблюдательная скв. 4 Бк/л 51,2 0,5

Каптаж ниже хранилища (фунтовый сток) Бк/л 109 0,5

Речей ниже хранилища Бк/л 44,8 1Д

Болото ниже хранилища, вода Бк/л 2 1,2

Болото ниже хранилища, ил (юах) Бк/кг 19400 12

Образование аномалии произошло в результате нарушения герметичности траншеи с радиоактивными отходами. Из таблицы 6 видно, что на выходе из траншеи радиоактивный сток накапливает '"Сб в песчано-глинистых грунтах, обволакивающих траншею.

скважимы

Рис.12. Цезий-137 в подземных водах аМг водоносного горизонта при эксплуатации обнинских водозаборов (норматив УВ"ода = 11 Бк/л)

Содержание цезия в грунтовых водах на пути транзита от траншеи до болота (50 м) разбавляется до 0,5 Бк/л. Вторичное накопление его происходит в болотном иле примерно в 10 раз. Коэффициент пропорциональности в системе «ил - болотные воды» при мутности 100 мг/л равен 2400.Содержание '"Сб в подземных водах водозаборов г. Обнинска по состоянию на конец 1999 г. изображено на рис. 12. Видно, что в небольшое превышение фоновых концентраций П7Сэ наблюдается вблизи промплощадки ФЭИ на Центральном водозаборе. Учитывая приведенные выше данные о миграции цезия в геологических средах вблизи промплощадки, можно предположить, что большая

его часть сорбируется на геохимических барьерах песчано-глинистой четвертичной толщи, в болотах в местах разгрузки фунтовых вод, а также в стешевских глинах верхнего экрана промышленного водоносного горизонта.

Таким образом, миграция радиоактивного цезия в окружающую среду происходит в результате технологических нарушений и при старении защиты РОО. От источника радиоактивный цезий выходит в ионной форме, а при транзите в реке частично мигрирует в сорбционной форме на глинистых и органических частицах.

Аномалия стронция-90 *

Объемная активность '"Sr в водоемах и родниках в окрестностях РОО г. Обнинска достигает 0,66 Бк/л, что на два порядка выше фоновых значений для рек России.

Аномалия радиоактивного стронция, обнаруженная вблизи старого хранилища РО охарактеризована данными таблицы 6. Его концентрация в воде траншеи на порядок выше, чем у цезия. Примерно 3% стронция оседает в песчано-глинистых грунтах, вмещающих траншею с радиоактивными отходами. Остальной стронций мигрирует в грунтовых водах в сторону болота. На пути транзита его концентрация понижается до 109 Бк/л. При достижении болота стронций сорбируется в илистых отложениях, где его концентрация возрастает до 19 400 Бк/л. При этом вода очищается до концентрации 2 Бк/л. При мутности болотной воды 100 мг/л коэффициент распределения стронция в системе «ил-вода» составляет несколько порядков, что свидетельствует о высоком сорбционном и, возможно, биологическом поглощении радиоактивного стронция в глеевой обстановке болота.

При проведении ликвидационных работ на хранилище была обнаружена протечка воды через бетонную защиту площадью около 200 см2. При расчете количества %Sr, вышедшего за пределы хранилища РАО, нами было принято, что средняя продолжительность выпадения осадков в Обнинске в год составляет 1499 часов, скорость течи из емкости равнялась 0,5 м3 /час, средняя концентрация ^Sr в воде емкости 5,44* 106 Бк/м3. При существующей частоте наблюдений время утечки можно принять равным 1 году. Тогда суммарная максимальная активность, ежегодно выходящего его в окружающую природную среду ^Sr, по нашей оценке, составит 4,1 * 109 Бк (О, И Ки).

Скорость движения радионуклида определяется известным соотношением: U=

1 1

V- , где V - скорость движения воды, равная (У=кф-), коэффициенту

1 + kp к„

фильтрации (5 м/сут), умноженному на гидравлический градиент (0,1) и деленному на коэффициент пористости и скважности пласта (0,25); кр -коэффициент распределения Sr общего, равный 0,29. Скорость движения воды равна: (5*0,1:0,25) = 2 м/сут. Скорость движения радионуклида равна: U = 2 м/сут. * 1/(1+0.29) = 0,78 м/сут.

Тогда время движения (Т) радиоизотопа от могильника до болота" составит: 50м : 0,78 м/сут. = 64 сут. Отсюда фактор задержки можно определить по соотношению времени радионуклида и пребывания воды: 64 сут. :25 сут. = 2,6. Вычисленный фактор задержки wSr на порядок ниже, чем в песках надпойменной террасы р. Деменки.

скважины

Рис. 13. Строиций-90 в подземных водах а1-Ц- водоносного горизонта при эксплуатации обнинских водозаборов в 1999 г (норматив увВ0да = 5000)

В 1999-2000 гг. ГНЦ РФ ФЭИ произвел ремонт старых могильников, на которых были выявлены утечки радионуклидов '"Бг. Тем не менее, по данным контрольных наблюдений, из хранилищ радиоактивных отходов наблюдаются утечки 908г и трития в концентрациях, превышающих УВ"ода. Общий выход ^Бг на сегодня составил 0,11 Ки/год * (5,8+6) = 1,3 Ки.

По данным НПО "Тайфун", содержание радиоактивного стронция в родниках вблизи промплощадки ФЭИ составляет порядка 500 мБк/л. Содержание ^Эг в подземных водах водозаборов иллюстрируется рис. 13. Повышенные концентрации стронция отмечаются только на ближайшем к промплощадке ФЭИ водозаборе Центральный. Учитывая фактор задержки, в перспективе можно ожидать повышение концентрации 908г в подземных водах.

Таким образом, аномалии '"Бг образуются в результате утечек и хранилищ радиоактивных отходов. Концентрация 90Бг в воде траншеи на порядок выше, чем у радиоактивного цезия. Примерно 3% стронция оседает в песчано-глинистых грунтах, вмещающих траншею с радиоактивными отходами. Остальной стронций мигрирует в грунтовых водах в сторону болота. Расчетная скорость движения радионуклида равна: и - 1,56 м/сут. Фактор задержки, определенный по соотношению времени транзита радионуклида и воды, равен 1,28.

При достижении болота стронций сорбируется в илистых отложениях, где его концентрация возрастает в 178 раз. При этом вода очищается в 55 раз. Коэффициент распределения стронция в системе «ил-вода» составляет несколько порядков, что свидетельствует о высоком сорбционном и, возможно, биологическом поглощении радиоактивного стронция в глеевой обстановке болота.

Аномалия трития

Аномалия трития была выявлена сотрудниками НПО «Тайфун в источниках грунтовых вод на территории санитарной зоны обнинских водозаборов, в том числе и в расположенных выше по течению реки от города и АЭС. Максимальные концентрации трития до 35 кБк/л, приурочены к водам первой надпойменной террасы Протвы вблизи нового хранилища РАО ФЭИ. По гидрогеологическим условиям территории в процессе эксплуатации могильников, представляющих собой бетонированные траншеи глубиной 6 м, на глубине до 1,5 м возможно появление верховодки, а локальное скопление грунтовых вод возможно на глубине 6,4 м, где имеются прослои моренных суглинков. По данным отдела РБ и ООС ФЭИ, на территории хранилища РАО имеется мощный источник трития в виде отработанных тритиевых мишеней. Данные мониторинга трития в открытых водоемах (протока и старица), расположенных вблизи промп-лощадки ФЭИ, показали, что концентрация трития превышает допустимую удельную активность ДУАнас в 1,5 - 2 раза, аУВВ0лав 7 раз. Расчетное время появления трития в болоте и прибрежных родниках, расположенных примерно в 300 м от могильников, составляет порядка 300 суток. Разгрузка трития из могильника была оценена по данным математического моделирования, выполненного математическим отделом ФЭИ при участии автора. По модели, расчетный баланс трития, поступающего из источника за весь период моделирования следующий: 75% трития распадается при движении в подземных водах; 25% трития разгружается в р. Протва, главным образом, через комплекс четвертичных отложений. Небольшая его часть 0,005% достигает обнинских водозаборов.

Рис. 14. Расчетная динамика распространения ореола рассеяния трития в окско-тарусском водоносном горизонте (по А.И. Зинину)

На рис. 14 представлена расчётная динамика распространения ореола загрязнения на уровне кровли в окско - тарусского горизонта С]ок4г. Разгрузка трития в Центральный и Самсоновский водозаборы начинается приблизительно одновременно, через 20 лет после начала выщелачивания трития из пункта захоронения. Далее величина раз-

грузки растёт и устанавливается на постоянном уровне к 70 - 80 гг. модельного времени. Повышенные концентрации трития в отдельных пробах воды отмечаются на всех обнинских водозаборах подземных вод, однако статистически достоверные границы аномалии трития установлены только на водозаборах Центральный и Самсоновский. Рассеяние трития по мере удаления от хранилища РАО с вероятностью Яг=0,89 аппроксимируется степенной зависимостью, показанной на рис. 15.

Центральный вод-р

Самсоновский ВОД-р

Рис 15. Диаграмма рассеяния трития в подземных водах окско-тарусского водоносного горизонта при удалении от хранилища РАО Видно, что контрастное изменение содержания трития в воде происходит на интервале до 3 км от источника. Далее располагается область близких к фону значений концентрации трития, где вероятность выявления аномалий существенно снижается.

у = 1 ,1 5х - 1 40,03 = 0,96

Рис. 16. Зависимость концентрации трития в подземных водах от расстояния до русла р. Протва (водозабор Центральный).

Степень разбавления потока трития, поступающего со стороны промплощадки ФЭИ, рассмотрена на профилях, поперечных к долине реки. На водозаборе Центральный степень разбавления потока рассеяния трития по мере удаления от реки характеризуется линейной функцией: Ст = 1,2Ь - 141, где Ст - концентрация трития в воде, Бк/л, Ь - расстояние до реки, м.

В водоемах и родниках, расположенных вблизи хранилища РАО, концентрация трития достигает 50,4 кБк/л. Болота и старица служат естественным коллектором промсто-

ков и загрязненного грунтового стока, поступающего от РОО ФЭИ. Они же являются естественным резервуарам, из которого радиоактивные воды, поступают на городские водозаборы. При изучении корреляции трития с другими химическими компонентами воды устойчивых связей не установлено. Положительная корреляционная связь (к=0,93, п=30) отмечается между тритием и мутностью воды, что обусловлено притоком загрязненных вод от промышленной зоны г. Обнинска.

Таким образом, аномалии трития с максимальной концентрацией до 35 ООО Бк/л приурочены к грунтовым водам первой надпойменной террасы Протвы ниже по склону от нового хранилища радиоактивных отходов, из которого происходит утечка изотопа. В водоемах, расположенных вблизи хранилища РАО, концентрация трития достигает 50 400 Бк/л. Аномалии трития в подземных водах окско—тарусского водоносного горизонта уверенно прослеживаются на расстоянии до 3 км от хранилища РАО. Концентрация трития закономерно убывает по удалении от источника.

Оценка источников и прогноз развития аномалии трития

Кроме могильников, источниками трития могут быть также выведенные из эксплуатации реакторы и неспециализированные хранилища отходов под ними, магистрали спецстоков, станции спецочистки и емкости ЖРО, хранилище РО ВНИИФХИ, хранилища ОЯР, хранилища РВ, бассейны охлаждения отработанных ТВЭЛов и др.

Граничные условия для прогнозирования миграции трития на территории промп-лощадки, по нашим оценкам, упрощенно можно постулировать следующим образом:

- суммарная мощность всех источников трития на промплощадке (объем наработки реакторами и запас в тритиевых мишенях) - 21 ООО Ки,

все источники трития располагаются в промышленной зоне ФЭИ, площадью 4,8 км2. Максимальное число вероятных источников трития порядка 30. мощность источников различна и изменяется во времени в связи с изменением режима эксплуатации объектов, условий хранения делящихся материалов, физического износа, естественного распада радионуклидов и т.д.,

- естественная миграция трития в окружающей среде происходит преимущественно в виде тритиевой воды в соответствии с законами гидросферы,

- время активного загрязнения водозаборов составляет 30 лет (по модели, начинается через 20 лет после выхода трития в окружающую среду, т.е. где-то с середины 70-х годов),

- в настоящее время по данным мониторинга наблюдается стабилизация уровня загрязнения подземных вод водозабора Центральный: средняя концентрация трития в подземных водах водозабора Центральный равна порядка 425 Бк/л,

- общее количество осадков, ежегодно выпадающих на промышленную площадку ФЭИ в течение последних 40 лет, составляет 3,3 млн.м3. Из них 74% осадков (2,44 млн. м5) расходуется на испарение, транспирацию и безвозвратные потери, 26% осадков (0,86 млн. м3) уходит в сток. В подземный сток уходит только часть общего стока ~ 24%. Модуль подземного стока, по нашим оценкам, составляет 1,5 л/с на км2, тогда

ежегодный загрязненный тритием подземный сток составит: 1,5 х 4,8 х = 0,21 млн, м3, т.е. порядка 600 м3/сут.,

- согласно предварительной оценке скорости миграции трития с использованием региональной геофильтрационной модели ФЭИ, только порядка 0,005% трития, выходящего из хранилища РАО, достигает водозаборов Центрального и Самсоновского, 25 % попадает в Протву, 75% распадается на пути транзита. Если принять, что через месторождение подземных вод Центральное, имеющее согласно запасы 2,7 тыс. м'/сут, проходит 75% подземного стока, идущего с промплощадки, то коэффициент разбавления стоков будет равен-. (600x0,75х 0,00005) : 2700 = 0,000008 (0,0008 %). Таким образом, согласно следствию из расчета региональной модели, в водозабор Центральный трития попадает в 6 раз больше, чем может попасть из емкости № 8 могилытаха ФЭИ.

* средняя концентрация трития в подземных водах месторождения Центрального равна 425 Бк/л, а суточный запас трития в воде равен 425 Бк/л х 2700000 л = 1147500000 Бк = 0.031 Ки, (годовой - 11,3 Ки). Отсюда расчетная мощность вышедшего трития на пром площадке равна: 0,031 Ки : 0,00005 = 620 Ки. Полученный результат согласуется с ежегодной расчетной наработкой трития, что свидетельствует в пользу стабилизации условий и объема миграции радионуклида.

Согласно технической справке ФЭИ, объем течи из емкости 8 хранилища РАО составляет ¡2 м3/сут., а исходная концентрация трития до 2-Ю10 Бк/м'1, т.е. возможная максимальная утечка трития не превысит 6,5 Ки.

Нами показана возможность миграции трития из могильника одновременно в двух водоносных горизонтах промплощадки при условии сезонного наполнения протеине ко го горизонта и последующего иерею ка загрязненной тритием воды в окско-

тарусский горизонт на участках литологических окон и по затрубному пространству ' скважин (рис. 17).

Моделирование Этой ситуации показало, что в этом случае раеч&тное время достижения стационарного состояния снижается до 5 - 10 лет, причем разброс определяется неопределенностью данных но мобильной пористости известняков океко-тарусского горизонта (рис. 18). Вследствие высокой действительной скорости миграции, «потери» трития на радиоактивный распад весьма невелики. В первом приближении количество трития, поступающее из источника в окско - тарусский горизонт, равно суммарной добыче трития водозаборными скважинами, В обеих вариантах водозаборных скважин достигает тритий в концентрациях примерно на 2 порядка ниже концентрации и источнике, [гели источник будет иметь концентрацию порядка 30000 Бк/л, то концентрации трития в воде, добываемой водозабором, будут близки к измеренным значениям.

Щ Область т<тв1п<н икскп-тцрусгкоги горнкшга (стви«в»ский иидоупор ра,ммт пллиас»»)

Рис. 18. Модельный ореол трития в окско-тарусском водоносном горизонте Расчётный банане трития приведен в таблице 7,

Таблица 7. Расчетный баланс тритии, %

Изоопиыщ

С/СО

_ а и О и А

о ойаз

„— о ГС1

—— г> о о э

-— о а 1

-- о о л

- о ■у

-- I» э

и *

Вариант, № Источник Водозабор Радиоактивный распад

1 100 97 7 2.3

2 100 975 25

Пробные расчеты показали, что задачи анализа и прогнозирования миграции радионуклидов от конкретных РОС) требуют более детального описания мощности источника, геологии и изменчивости фильтраиионно-емкостних свойств материалов на локальных площадках, где происходит миграция. Для стой цели вокруг РОО необходимо задействовать объектный экологический мониторинг, не предусмотренный при проектировании объектов. В противном случае неизбежно возникают многовариантные решения прогнозных задач. Количество зрития, определенное прямыми измерениями в выбросах реакторных установок, а также сравнение результатов анализа интегрального снежного покрова и свежих выпадений, указываю!' на незначительную роль трития в

выбросах. Содержание трития в снежном покрове в основном определяется его глобальным содержанием в атмосферном воздухе.

Таким образом, источниками трития, кроме могильников, могут быть также выведенные из эксплуатации реакторы и неспециализированные хранилища отходов под ними др. Теоретически суммарная мощность всех вероятных источников трития на промплощадке составляет не менее 21000 Ки. Естественная миграция трития в окружающей среде происходит преимущественно в виде тритиевой воды. Время активного загрязнения водозаборов составляет 30 лет. В настоящее время по данным мониторинга наблюдается стабилизация концентрации трития в подземных водах водозабора Центральный на среднем уровне порядка 425 Бк/л. Расчетная мощность вышедшего трития на промплощадке равна 620 Ки в год. суточный запас трития в' питьевой воде обнинских водозаборов равен 0,031 Ки, годовой — 11,3 Ки.

Выводы по главе 7

1. Загрязнение гидросферы техногенными радионуклидами происходит в результате инцидентов и естественных утечек в процессе эксплуатации ядерных реакторов, а также при хранении радиоактивных отходов и оборудования. Старение и разрушение защиты при демонтаже выведенных из эксплуатации РОО способствует миграции радионуклидов.

2. Рассеяние радиоизотопов происходит в соответствии с их химическими свойствами и геохимическими особенностями окружающей среды. Интенсивность миграции определяется мощностью источника и подвижностью радионуклидов в конкретной геохимической обстановке. Радиоактивные изотопы стронция и цезия активно оседают на илисто-глинистом барьере, обогащенном органическим веществом. Этот вопрос требует постановки специальных исследований, так как неопределенность требует завышенной по степени опасности оценки воздействия, поскольку можно предполагать, что на промышленных площадках РОО, вследствие длительного и интенсивного воздействия почва и породы зоны аэрации исчерпали свои буферные способности.

3. Среди радионуклидов наибольшей подвижностью обладает вполне консервативный тритий, мигрирующий в виде тритиевой воды. Тритий может использоваться в качестве трассера миграционных процессов. В качестве трассера ареала аэрозольных выпадений из приземной атмосферы вблизи РОО можно использовать радиоцезий.

При сравнении параметров аномалии трития и других элементов техногенного гидрогеохимического поля видно, что структура аномалий стронция, фтора и полиметаллов иная, чем у трития, более соответствующая множеству локальных источников и геологической позиции участков, к которым приурочены аномалии.

4. Накопление радиоизотопов в подвижной геологической среде происходит в реальном времени, поэтому необходимо учитывать динамику и тренд формирования аномалии, а также мощность и параметры источника. Как было показано на примере трития, прогнозная оценка экологической опасности загрязнения подземных вод может сильно варьировать в зависимости от оценки мощности источника.

Четвертое защищаемое положение

Расчетные величины аномальных концентраций ряда природных элементов в естественных условиях близки ПДКвода, что позволяет прогнозировать появление в нарушенных условиях техногенного гидрогеохимического поля аномалий, понижающих качество подземных вод. Предложена методика оценки качества подземных вод на основе реальных рисков. Для бассейна среднего течения р. Протвы разработана методика прогноза снижения качества подземных вод и водоохранные рекомендации.

Глава 8. Геологические, санитарно—гигиенические н геоэкологические оценки качества подземных вод

Вопросы оценки соответствия качества подземных вод, используемых для водоснабжения населения, приобретают все большее значение в связи с нарастающими признаками водного экологического кризиса. Подходы к оценке состояния подземных вод неоднозначны и часто противоречивы.

Геологическая классификация подземных вод по категориям качества, используемая при разведке месторождений, в период эксплуатации и переоценки запасов вызывает неопределенности, связанные с формированием техногенных аномальных гидрогеохимических полей и локальных природно—техногенных аномалий, так как качество воды в каждой отдельно взятой скважине существенно отличается от средней характеристики и зависит как от ее положения в геолого-геохимической структуре месторождения, так и от ее экологической ниши в хозяйственной инфраструктуре территории. Поэтому на урбанизированных территориях предполагается необходимость выделения техногенных гидрогеохимических полей и аномалий как участков с особым состоянием подземных вод, находящихся за пределами исходной классификации.

В НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. Сысина А.Н. Новиковым разработан метод оценки риска, основанный на отечественных ПДКвоздух, который в принципе может быть использован и для воды. Опасность при превышении ПДК определяется углом наклона графика зависимости риска (Risk) от уровней воздействия: Risk = big (С/ПДК). При трактовке вычисленных величин риска пользуются специальной ранговой шкалой, что позволяет более точно сопоставить прогнозные оценки риска с данными лечебных учреждений.

В международной практике оценки воздействия вредных химических веществ на человека и биоту в соответствии с подходом EPA US, используется система оценки риска на основе расчета так называемой референтной дозы (RfD) - количества вредного химического вещества, поступающего в организм за определенный промежуток времени. Референтная доза является аналогом «экспозиционной дозы», традиционно используемой при нормировании радиационной безопасности.

Геоэкологическая оценка качества подземных вод на основе реальных

рисков

При характеристике геохимических особенностей района нами были выделены три генетические группы элементов (веществ): природные, техногенные и транзитные. Оче-

видно, что геоэкологический анализ влияния этих групп веществ на качество воды целесообразно производить раздельно. Группа природных веществ является приоритетной для подземных вод всего Московского артезианского бассейна. Соотношение расчетной величины аномальной концентрации этих веществ (Са) и ПДК в подземных водах района г. Обнинска с вероятностью аппроксимации 1,0 определяется линейной зависимостью вида (рис. 20 ): ПДК = Са-0,1.

Рис. 20. Соотношение Са и ПДК, при оценке качества питьевых вод обнинских водозаборов

Поскольку санитарно-гигиеническая и геохимическая оценки величины концентрации природных веществ в аномалиях практически совпадают, то в данном случае для оконтуривания "экологического ореола загрязнения" подземных вод корректно использовать методическую базу прикладной геохимии в полном объеме.

Рис.21. Соотношение Са и ПДКв веществ в обнинской гидрогеохимической

аномалии

Геохимическая оценка накопления в геологической среде техногенных радионуклидов и других ксенобиотиков с использованием понятий «фон-аномалия» является условной, так как само появление этих веществ является аномалией. Однако большие

объемы их поступления в окружающую среду обусловили возникновение некоторого регионального фона, оценки которого могут быть использованы для выделения локальных аномалий. Аналогичный подход можно использовать для оценки уровня накопления транзитных элементов с неясным генезисом.

С целью приведения ксенобиотиков и транзитных элементов к уровню ПДК, в таблицах 1.4, 1.5 рассчитаны поправочные коэффициенты запаса К3 = Са/ПДК . Допустимость их использования для выделения ореолов загрязнения следует из диаграммы рис. 21, иллюстрирующей устойчивую корреляцию параметров. Как известно, оценка качества питьевой воды, добываемой из нескольких источников, имеет определенные трудности, связанные с необходимостью учитывать качество воды каждого источника по многим параметрам. По этой причине суммарная оценка качества добываемой воды оценивается по ее характеристикам в контрольных точках водопотребления. В русской аббревиатуре интегральное экспозиционное уравнение воды (EPA US) можно записать так:

где Рсут. - ежедневное потребление вредного вещества, усредненное по массе тела и продолжительности жизни, С — концентрация агента в питьевой воде, Т — средняя продолжительность жизни, k(t) - коэффициент, определяющий долю загрязненной питьевой воды, Qcym - суточное потребление питьевой воды, М-масса тела.

Коэффициент к является аналогом давно и прочно вошедшего в практику геохимических исследований коэффициента аномальности, равного отношению числа аномальных проб (па) к общему числу (п) исследованных проб. В данном случае коэффициент аномальности (имеются синонимы) характеризует плотность вероятности распределения проб воды с концентрацией загрязняющего вещества выше ПДК (или выше Ca-IQ и по смыслу соответствует коэффициенту некондиционности питьевой воды (Кн). Вычислить его довольно просто для каждого водозабора или скважины. Умножив объем суточной добычи воды Q на К„ получим объем воды, некондиционной по содержанию данного вещества.

Суммируя таким образом данные по N водозаборам и по m загрязняющим веществам, получим общий объем загрязненной питьевой воды:

Зная объем воды, некондиционной по содержанию каждого вещества, и среднюю концентрацию его в аномальных пробах, получим дозу загрязняющего вещества, поступающего потребителям за определенный промежуток времени (табл. 8, 9).

'о

Таблица 8. Значения коэффициентов некондиционности

Цвет Мут- Fe Мп Общ. Си F>1,5 Нефть Sr Бенз(а)пирен

Водозаборы ность ность жест.

Вашушнский 0,40 0,09 0,13 0,01 0,25 0,01 0,10 0 0,41 0,26

Самсоновский 0,32 0,28 0,42 0,06 0,28 0,02 0,06 0,04 0,66 0,50

Добринский 0,35 0,35 0,26 0 0,05 0 0 0,13 0 0,61

Таблица 9. Объем некондиционной воды (с превышением ПДК по соответствующим _показателям вредности), добытой в 1999 г. из водозаборов г. Обнинска_

Водозаборы Всего добыто за 1999г тыс. м' В том числе с показателями вредности, тыс. м3

Общесанитарный Органоленгичесхий Санитарно-токсикологический

Цветность Муг ность Нефть Оби жест. Итого Fe Мп Си Итого F (>1,5мг/л) Sr Бенз(а) пирен Итоге

Вашутннский 12906 5185 1205 0 3255 9645 1688 121 121 1930 1326 5305 3376 10007

Самсоновский 2867 909 796 114 796 2615 1194 171 57 1422 171 1904 1421 3496

Добринский 4248 1503 1503 570 207 3783 1088 0 0 1088 0 0 2592 2592

Итого 20021 7597 3504 684 4258 16043 3970 292 178 4442 1497 7209 7389 16095

Средневзвешенный К, 0,38 0,18 0,03 0,21 0,t 0,2 0,01 0,01 0,2 0,08 0,36 0,37 0,8

Таблица 10. Количество токсических веществ, потребленных жителями _г. Обнинска с водой за 1 сутки в 1999 г. _

Водозаборы Р(>1,5мг/л) Sr Бенз(а) пирен

тыс. м3 г/м3 тыс. м3 г/м3 тыс. м3 мг/м

Вашутинский 1326 1,9 5305 11,7 3376 13,6

Самсононовский 171 2,1 1904 9,3 1421 18,2

Добринский 0 0 0 0 2592 4,5

Средневзвешенная концентрация 1497 1,9 7209 11.1 7389 11

Экспозиционная суточная доза на 1 кг веса перорально с водой (2 л/сут.), мг/кг. 2л* 0,08*1,9:70 =0,004 2л*0,36*11,1:70=0,11 2л*11*0,37*70=0,12

Дальнейшая оценка риска производится в последовательности, показанной в табл. 11. Единичный риск суммарного действия для двух неканцерогенных компонентов составил: 1 -(1 -0,0002)*( 1 -0,07) = 0,07, что для населения г. Обнинска соответствует коллективному риску 7000 человек, а единичный риск от канцерогенного воздействия составил 0,003 или в целом для города в 1999 г. - 300 человек.

Таблица 11. Оценка единичных рисков

АОЭ, мг/кг I то и ^-неканш

Вещество кг- К^канц кг- К-^кнегакц

день/мг день/мг

Р 0,004 — — 0,06 0,0002

вг 0,11 — — 0,6 0,066

Бенз(а)пирен 0,12 0,002 0.0002 - -

При сравнении приведенных выше данных видно, что риск от употребления стронция с питьевой водой, рассчитанный с учетом коэффициента некондиционности, примерно втрое ниже, так как не учитывает влияние на здоровье воды с концентрацией между уровнем ПДК и фоном. При учете этих объемов оценки по нашей и американской технологии уравниваются.

Анализ рисков по геохимическим критериям выявляет, на наш взгляд, очень важное обстоятельство неадекватности существующих «эмоциональных оценок» уровней загрязненности геологической среды реальным коллективным рискам. В самом деле, приведенные ранее классификации 4114 км2 территории северной части калужской области по результатам гидрогеохимического опробования при ГЭИК-200 (1%-катастрофическая, 2% -кризисная, 20% -критическая, 51% - напряженная, остальная -относительно удовлетворительная) с позиций реального коллективного риска имеют иные, иногда прямо противоположные, оценки. При средней плотности населения 61,7 чел. на 1 км2 в сфере влияния выделенных территорий проживает соответственно: 2530 чел., 5059 чел, 50 600 чел., 129030 чел. Если принять, что величина СПЗ кратна единичному риску, то соотношение коллективных рисков для проживающего на этих территориях населения, равна соответственно (произведению СПЗ и численности): 25 300, 35413, 202 400, 212 900. Тогда коллективный риск для населения, проживающего на территориях с напряженной и критической ситуацией, почти на порядок выше, чем в катастрофической.

Поясним это на примере данных, использованных в настоящей работе. Уровень коллективного риска для жителей г. Обнинска от употребления с водой стронция, бенз(а)пирена и фтора, расчет которых приведен в таблицах , несравненно выше оценки по СПЗ (опасное). В таблице 2 приведены результаты анализа родниковой воды из источников, расположенных на окраине г. Обнинска. Оценка качества родниковой воды показала, что наиболее значимыми загрязнителями являются тяжелые металлы, концентрация которых превышает ПДК. СПЗ воды родников равен 24 (чрезвычайно опасная). Риск возникновения онкологических заболеваний от употребления родниковой воды составляет 0,0004 и неонкологических - 0,001. В районе родников проживает 1000 человек. Максимальный коллективный риск для этой когорты населения составляет соответственно 0,4 и 1 человек. Индивидуальный риск горожан составляет ~ 3*10"7 год'1. Коллективный риск от трития для жителей г. Обнинска составит 2,1 чел (на продолжительность жизни), а с учетом периода вывода из эксплуатации ядерных объектов еще

выше.

В то же время использование оценок коллективных канцерогенных рисков от радиационного облучения, по рекомендации МКРЗ, требует также большой осторожности. Суммирование коллективной дозы по большим контингентам лиц, получивших малые дозы, не дает правильного прогноза медицинских последствий облучения, поэтому необходимо выделять группу действительно повышенного радиационного риска. Для этого на уровне радиационно-эпидемиологических исследований рекомендуется перейти от коллективной дозы к некоторой дозово-временной матрице, учитывающей такие индивидуальные характеристики, как пол, возраст, динамика и мощность дозы и др.

Таким образом, оценки риска проживания на загрязненной территории должны учитывать не только концентрацию опасных для здоровья веществ, но также мощность источника, продуктивность аномалии (запас вещества) и численность населения, проживающего в пределах аномалии. Необходимо также учитывать время жизни самой аномалии, ограниченное естественным распадом, истощением источника, защитными мероприятиями, эффективностью очистки и др. Полновесный анализ риска проживания в пределах природно-техногенных геохимических аномалий позволит понять реальные причины демографического спада.

Интегральная загрязненность воды на водозаборах г. Обнинска (по СПЗ с учетом коэффициентов запаса) с 1979 до 1995 года понижалась, а с 1996 г и до настоящего времени устойчиво нарастает. При существующих темпах и структуре водопользования расчетный (по формулам, приведенным выше) объем добычи подземных вод к 2020 г составит порядка 30 млн. м3, расчетное понижение уровня 48,5 м, среднее содержание стронция - 8,25 мг/л .

Таким образом, целью геоэкологических исследований является научно-обоснованный прогноз качества добываемой воды, основанный на расчете динамики роста загрязнения при сложившихся нарушенных условиях водопользования. Геохимическая оценка качества природных ресурсов является начальным звеном в системе раннего предупреждения региональных последствий прогнозируемого изменения состояния окружающей среды. Выделение природно-техногенных гидрогеохимических аномалий (в контуре Са/Кз) и оперативный подсчет доли ресурсов загрязненной воды, позволяет определить число некондиционных скважин, причины снижения качества, скорость нарастания катастрофической ситуации и т.д., что необходимо для принятия хозяйственных решений.

Выводы по главе 8

1. Геологическая классификация качества основана на определении экономической целесообразности использования имеющихся в недрах подземных вод для технического достижения заданных санитарно—гигиеническим нормативов качества.

2. Геоэкологическая классификация предполагает оценку риска использования и прогноз развития качества подземных вод в условиях нарушенного режима водного бассейна. Она основывается на изучении параметров техногенного гидрогеохимического поля и локальных геохимических аномалии и их источников. Геоэкологическая (reo-

химическая) оценка качества подземных вод является начальным звеном в системе раннего предупреждения последствий нарастающей техногенной нагрузки на водный бассейн, она позволит разработать целостную картину научных представлений о тенденциях и темпах антропогенного изменения гидросферы, дающих количественное описание допустимых нагрузок.

Глава 9. Факторы, влияющие на снижение качества пресных подземных вод.

Условия стабильного водопользования Практические рекомендации

1. Для повышения качества подземных вод на месторождениях вблизи промышленных центров необходимо планировать хозяйственное освоение района на основе геоэкологических (геохимических) исследований территории водосбора.

2. По результатам геоэкологических исследований необходимо разработать хозяйственные мероприятия, направленные на перераспределение и снижение техногенной нагрузки на промышленные водоносные горизонты.

3. Необходимо существенно увеличить объем капиталовложений в восстановление природных ресурсов вблизи промышленных центров, который сегодня в десятки—сотни раз ниже, чем в промышленно развитых странах. Для преодоления противоречия необходимо законодательно установить процентное отчисление от ВРП на восстановление природных ресурсов в зависимости от уровня их деградации. Возможно, 5%-ю "зеленую" надбавку к стоимости продукции необходимо предусматривать при проектировании предприятий.

На изученной территории рекомендуется выполнить следующие мероприятия:

- провести геоэкологичекое картирование зон санитарной охраны водозаборов, на основе которого разработать и согласовать с хозяйствующими субъектами, размещенными в ЗСО -III, новый регламент хозяйствования с учетом мероприятий по снижению эмиссии токсических веществ в водную среду,

в соответствии с законодательством регламентировать использование подземных вод преимущественно на хозяйственно-питьевые цели, передав технические водозаборы подземных вод в ведение муниципалитетов;

- государственную сеть режимных скважин оборудовать для целей гидрогеохимического контроля качества подземных вод,

- подготовить локальную сеть наблюдательных скважин для контроля притока речных вод в подземные водоносные горизонты,

в процессе разведки новых месторождений выполнять комплексный геохимический анализ водоносной толщи с прогнозом возможного загрязнения подземных вод природными элементами в нарушенных режимах эксплуатации. Аналогичные исследования необходимо проводить также на стадии переоценки запасов. С целью прогноза качества предлагается сопровождать объектный мониторинг месторождений подземных вод геохимическими исследованиями водоносной толщи и ландшафта в пределах зоны санитарной охраны водозаборов,

- в лицензионном соглашении предусмотреть лицо, ответственное за гидрогеологическое обслуживание крупных групповых водозаборов и соблюдение регламента водопользования. Уточнить перечень веществ, контролируемых в процессе объектного мониторинга, включив в него типичные токсичные вещества московского артезианского бассейна (Fe, Мп, F, В, Sr, Li, Ва), парниковые газы и лимитирующие вещества отходов промышленных предприятий региона.

Выполненный анализ причин загрязнения подземных вод вблизи РОО позволяет для улучшения качества водоснабжения населения рекомендовать следующее:

задействовать Жуковский прирусловой водозабор подземных вод с запасами 80 млн. м3/сут, разведанный в 20 км ниже г. Обнинска,

между гг. Боровск и Обнинск создать русловое водохранилище, произвести калибровку объемов добычи воды действующими водозаборными скважинами с учетом модуля геохимического равновесия водоносного горизонта,

междуречью Протва-Городнянка, где формируются ресурсы пресных вод, питающих обнинские водозаборы, установить статус особо охраняемой территории,

разработать систему автоматизированного водоснабжения г. Обнинска на основе компьютерного управления качеством поземных вод.

Управление качеством подземных вод заключается в моделировании гидродинамических параметров, при которых в водоносном горизонте поддерживается устойчивое геохимическое равновесие природных токсичных веществ ниже нормативных уровней концентрации.

Заключение

Техногенные аномальные гидрогеохимические поля, возникающие в бассейнах малых рек вблизи промышленных центров, являются составной частью геохимического поля Московского артезианского бассейна. Они свидетельствуют о перестройке, происходящей в пресной гидросфере под влиянием климатических и хозяйственных факторов. Негативным последствием происходящих изменений помимо угнетающего патогенеза может стать разрушение многих отраслей ныне действующей хозяйственной системы. Для того, чтобы эти изменения не приобрели размер катастроф, необходимо разработать целостную картину научных представлений о тенденциях и темпах антропогенного изменения гидросферы промышленных районов, дающих количественное описание допустимых нагрузок. Основные направления таких исследований намечены в ряде научных изданий, в том числе и в настоящей работе. Необходимо, чтобы они стали звеньями единой государственной программы изучения происходящих изменений пресноводного бассейна.

Список опубликованных работ автора по теме диссертации

1. Опыт составления оперативных прогнозных карт по архивным материалам старых геохимических съемок //Сб. «Геохимические методы поисков месторождений золота по первичным ореолам». Издат. Забайкальский филиал географического общества СССР, вып. 889. Чита. 1974. (В соавторстве с И.С. Бортниковым).

2. Некоторые особенности вторичных ореолов рассеяния в зоне с прерывистой многолетней мерзлотой //Сб. «Геохимические поиски в криолитозоне». М. ИМГРЭ. 1976. ( в соавторстве с И.Н. Крицук)

3. Энтропия геохимических и геофизических полей как поисковый критерий на'эта-пе рекогносцировочных исследований //Сб. «Новости геологии Якутии». Якутск. 1983. ( В соавторстве с И.С. Бортниковым)

4. Использование коэффициента минерализации при прогнозировании ресурсов полезных ископаемых по геохимическим данным //Сб. «Тез. докладов на IV всесоюзном совещании по теме «Теория и практика геохимических поисков в современных услови-ях».г. Ужгород. М. ИМГРЭ. 1988.

5. Радиационная обстановка в районе расположения различных радиационных объектов и пунктов захоронения радиоактивных отходов ФЭИ и другие объекты г. Обнинска. // Ежегодник «Радиационная обстановка на территории России и сопредельных государств в 1993 г». JI. Росгидромет. 1994 (в соавторстве с К.П. Махонько и др.).

6. Разработка проекта оснащения режимных наблюдательных скважин устройствами для контроля слабых доз загрязнения водоносных горизонтов радионуклидами и ВХВ. //тез. докладов на научно- практической конференции «Экология и экономика недропользования»/. М.ВИЭМС. 1995. (совместно с Е. Е. Кузьминым)

7. Новый гидрофазовый метод поисков глубокозалегающих рудных месторождений //ж. Разведка и охрана недр.№8.М. 1995 (в соавторстве с Е.Е. Кузьминым).

8. Новый гидрогеохимический метод поисков глубокозалегающих рудных месторождений //ж. «Минеральные ресурсы России, экономика и управление»,№ 3. М. 1995 (в соавторстве с Е.Е. Кузьминым)

9. Проблема чистой воды городских водозаборов и пути её решения //журнал «Городское управление», №11, Обнинск. 2001, С. 8-19.

10. Источники и пути миграции трития в обнинские водозаборы //ж. «Известия Калужского ООП Кн. 5». Калуга. 2002., (В соавторстве с А.Н. Ефремовым).

11. Экология севера Калужской области. Учебное пособие для студентов ОТУАЭ Части 1 и 2. Обнинск. ИАТЭ. 2003 -260 с.

12. Экология и экономика природных ресурсов. Монография, -323с. ВИЭМС, Калуга. 2003.

13. Экологические проблемы урбанизированных территорий в районах размещения предприятий атомной промышленности на примере Обнинского региона // ж. «Ядерная энергетика» №2, изд. Известия Вузов/. Обнинск. 2003, С. 67-72 (В соавторстве с Г.В. Козьминым и др.).

14. Радиоэкология города в районе размещения хранилищ РАО //Сб. тезисов докладов на международной конференции «Радиационная безопасность территорий. Радиоэкология города». М. РАН, 2003. (В соавторстве с Г.В. Козьминым и др.).

15. Радиационно-гигиенические и геолого-экологические аспекты снижения качества питьевых вод прибрежных водозаборов в г. Обнинске. //Сб. тезисов докладов на научно-практической конференции «Актуальные вопросы радиационной гигиены». НИ-ИРГ, С-П, 2004. С. 81-83 (в соавторстве с A.B. Ершовым).

16. Оценка антропогенного воздействия на качество подземных вод (результаты объектного мониторинга водозаборов г. Обнинска). //Сборник тезисов. Доклад на меж-

дународной научно-практической конференции «Экология предприятий, жилья и окружающей среды», 9-10 дек. 2004. г. Обнинск.

17. Оценка риска для здоровья при использовании питьевых вод из водозаборов речных долин, расположенных вблизи радиацирнно опасных объектов. // Сб. Экология речных бассейнов. III Международная научно-практическая конференция, г. Владимир, 2005. С 258-261.-0,2 (совместно с О.Н Момот, Г.В Козьминым, Б.И Сынзыныс).

18. Изучение геосистем в районе хранилищ твердых радиоактивных отходов с целью обоснования радиоэкологического мониторинга. //Сб. Экология речных бассейнов. III Международная научно-практическая конференция, г. Владимир, 2005. С. 243-247 (совместно с В.И. Вайзеом, Г.В Козьминым, и др.).

19. Risk assessment of potable water used from river intakes near radiation-dangerous objects (obninsk for illustration). In: Integrated Urban Water Resource Menagment. NATO Advanced Researh Worskshop. Senec, Slovacia. 19-23. October 2005, C. 137-142.

(and О. МОМОТ, B. SYNZYNYS, G. KOZMIN).

20. Проблемы качества подземных вод на урбанизированных территориях и меры по их целенаправленному применению и улучшению // Материалы к девятой научно-практической конференции с международным участием «Социально-гигиенический мониторинг здоровья населения», Рязань, 2005, стр 370-388 (совместно с А.И. Ершовым, Е.Е Кузьминым., Е.В Любутской.)

21. Проблемы качества питьевых вод Калужской области на урбанизированных территориях и меры по их целенаправленному применению и улучшению. /Вестник новых медицинских технологий, том XII, №3-4 ,Тула. 2005, стр. 124-128 (совместно с А.В. Ершовым).

22. Пресные воды севера калужской области. Монография,., ВИЭМС (КФ), Калуга, 2005. -306 с

23. Risk assessment of potable water used from river intakes near radiation-dangerous objects (obninsk for illustration). Jn: P. Hlavinek et al. (eds.). Integrated Urban Water Resource Menagment. Printed in the Netherlands. 2006 Springer, 141-146.

24Application ■ of tritium aureoles astraces of anthropogenic groundwater pollution. Jn: 3rdInternational Conference in Lithuania Metals in The Environment. Vilnius, 2006. C. 129-131( and.O. Momot)

25 Геоэкологические последствия нарушенного режима эксплуатации месторождений подземных вод (на примере водозаборов г. Обнинска) // мат. II Всероссийской конференции «Научные аспекты экологических проблем России, М. 2006 (совместно с Е.Е. Кузьминым).

26. Обнинскя природно-техногенная гидрогеохимическая аномалия // IX Российская научная конференция "Радиационная защита и радиационная безопасность", Обнинск. ФААЭ РФ, ГНЦ РФ—ФЭИ. 24—26 октября 2006. С. 448—450 (совместно с Е.Е. Кузьминым, Г.В. Козьминым).

27. Оценка и управление экологическим риском в биоценозах, прилегающих к хранилищам радиоактивных отходов в г. Обнинске и Сергиевом - Посаде // IX Российская научная конференция "Радиационная защита и радиационная безопасность", Обнинск. ФААЭ РФ, ГНЦ РФ—ФЭИ. 24—26 октября 2006 (совместно с Е.Е. Кузьминым, Б.И. Сынзынысом и др.)

28. Природно-техногенные гидрогеохимические аномалии вблизи промышленных центров (на примере г. Обнинска Калужской области). / Геоэкология... № 11. 2006.

29. Изучение геосистем в районе хранилища твердых радиоактивных отходов с целью обоснования радиоэкологического мониторинга. // Сборник тезисов докладов на международной студенческой научной конференции "Ядерное будущее: безопасность,

экономика и право". С—П. 30 янв.—4 фев. 2006. С. 216—217 (совместно с O.A. Сморы-зановой,, Л.П. Ульяновой и др),

30. Закономерности и неопределенности формирования состава пресных подземных вод в бассейнах малых рек урбанизированных районов //Материалы IV Международной научно-практической конференции "Тяжелые металлы и радионуклиды в окру-■жающей среде". Казахстан. Семипалатинск, 19—21 окт. 2006.

31. К вопросу о природно-техногенной эволюции биокосных систем, //мат. Всероссийской конференции "Геохимия биосферы" (к 90-летию А.И. Перельмана). М. МГУ. 22—24 ноября. 2006.

32. Экология и экономика природных ресурсов. Монография, -323с. ВИЭМС, Калуга. 2003. ЭНИ ФГУП "Информцентр". 2007.

33. Пресные воды севера Калужской области. Монография, -306 е., ВИЭМС (КФ), Калуга, 2005. ЭНИ ФГУП "Информцентр". 2007.

Подписано к печати 11 декабря 2006г Формат 60 х 90 1/16. Уч.-Изд. 3,4 л. Тираж 100. Заказ 8-06.

Полиграфическая база ИМГРЭ

Содержание диссертации, доктора геолого-минералогических наук, Силин, Игорь Иванович

Введение

Глава 1. Хозяйственная структура, природные ресурсы и экология 13 региона

1.1. Население и хозяйственная структура

1.2. Промышленность

1.3. Сельское хозяйство

1.4. Водопотребление и водоотведение

1.5. Экология геологической среды и экономика 21 природопользования

Глава 2. Состав и методика исследований

Глава 3. Анализ причин неустойчивости качества пресных 34 подземных вод бассейна р. Протва

3.1. Особенности геолого—гидрогеологического строения 37 района

3.2. Геохимические особенности геологической среды 41 3.2.1. Радиометрические и геохимические особенности водоносных и экранирующих пород

3.2.2. Геохимические особенности атмосферных ^ осадков

3.2.3. Геохимические особенности поверхностного стока

3.2.4. Геохимические особенности почв и грунтового стока

3.2.5. Геохимические особенности артезианского пресного стока

3.2.6. Радиационная характеристика геологической 66 среды

3.3. Причины и последствия образования пьезометрической 69 депрессии

Глава 4. Закономерности формирования техногенных гидрогеохимических полей

Глава 5. Роль основных геологических и инженерных факторов в формировании гидрогеохимических полей и аномалий

5.1. Техногенные источники гидрогеохимических 85 аномалий. Аномалии в поверхностных водотоках.

5.2. Природно—техногенные аномалии в подземных водах

Глава 6. Особенности миграции природных элементов в 115 гидросфере

Глава 7. Особенности формирования ореолов и потоков рассеяния 130 радионуклидов вблизи РОО

7.1. Аномалии радиоактивного цезия

7.2. Аномалии стронция

7.3. Аномалия трития

7.4. Оценка мощности источников трития и прогноз 146 развития ситуации

Глава 8. Геологическая, санитарно-гигиеническая, геоэкологическая 159 оценка качества подземных вод

8.1. Геологическая оценка качества промышленных 159 подземных вод

8.2. Санитарно-гигиеническая оценка качества питьевых 165 вод

8.3. Геоэкологическая оценка качества подземных вод на 173 основе гидрогеохимического анализа и реальных рисков

Глава 9. Факторы, влияющие на понижение качества пресных 186 подземных вод. Условия стабильного водопользования

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Закономерности формирования техногенных гидрогеохимических полей в промышленных районах с радиационно-опасными объектами"

Актуальность проблемы. Известно, что с водозаборами речных долин малых и средних рек России связана значительная доля подземных водных ресурсов, потребляемых населением. Проблема прогнозирования качества пресных подземных вод в процессе их эксплуатации приобретает все большее значение в связи с нарастанием техногенной нагрузки на территории водосбора и ограниченностью хозяйственно—питьевого использования сильно загрязненных поверхностных вод. Наиболее заметные изменения химического состав подземных вод совпадают по времени с периодом активного хозяйственного освоения территории Центрального региона, в том числе и с использованием ядерных технологий. Влияние антропогенной нагрузки проявляется в формировании в промышленных районах аномальных техногенных гидрогеохимических полей и локальных аномалий. Локальные радиационные поля формируются во взаимодействии с геохимическими аномалиями, возникающими в геологической среде под воздействием инфраструктуры предприятий атомной промышленности и сопутствующих производств. Очевидно, что в промышленных районах России координировать хозяйственную деятельность с целью сохранения качества водных ресурсов можно на основе научного анализа закономерностей формирования техногенных гидрогеохимических полей и природно—техногенных аномалий.

Целью настоящей работы явилась разработка критериев прогнозирования качества подземных вод на основе закономерностей формирования техногенных гидрогеохимических полей и природно— техногенных аномалий радиоактивных, техногенных и природных элементов вблизи промышленных центров.

В процессе исследований решались следующие задачи: - изучены природные и хозяйственные особенности территории; изучены климатические, ландшафтные и геохимические особенности окружающей среды, в том числе поверхностного и подземного стока;

- изучены техногенные геохимические поля и аномалии в поверхностном и подземном стоке вблизи промышленных центров. Изучена структура, геохимическая зональность и критерии формирования состава природно—техногенных аномалий в пределах техногенного гидрогеохимического поля;

- изучены закономерности образования аномалий техногенных радионуклидов в поверхностном и подземном стоке, а также их взаимоотношение с природно—техногенными ореолами токсичных химических элементов;

- разработаны практические рекомендации по сохранению качества подземных вод в районе г. Обнинска.

Объекты изучения и методика исследований. Объектом изучения явилось аномальное гидрогеохимическое поле, природно-техногенные геохимические аномалии и техногенные источники загрязнения пресноводного бассейна среднего течения р. Протва— района г. Обнинска и окружающей территории.

Научными и практическими предпосылками для проведения исследований послужили труды отечественных и зарубежных ученых в области разработки теоретических основ геохимических меттодов поисков и геохимического анализа геологической среды (A.A. Беуса, В.П. Барсукова, А.П. Виноградова, В.П. Боровицкого, JI.B. Боревского, Э.К. Буренкова, Г.А. Вострокнутова, P.M. Гаррелса, А.И. Германова, Г.А. Голевой, Г.А. Голодковской., И.И. Гинзбурга, C.B. Григоряна, А. Гроффмана, Ю.А. Израэля, Б.А. Колотова, С.Р. Крайнова, A.B. Караушева, B.C. Круподерова, В.В. Куренного, Е.Е. Кузьмина, И.И. Крышева, В.М. Лукъянчикова, Г.В. Лопатина, К.П. Махонько, Ю.Г. Мокрова, Л.Н.Овчинникова,. Ф.И. Паволоцкой, А.И Перельмана, Б.Б. Полынова, К.Е. Питьевой, В.М. Питулько, В.В. Поликарпочкина, О.П. Разгонова, Р. Ранкама., Д.А. Родионова, Ю В. Саета, B.C. Савенко, A.A. Саукова, Н.И. Сафронова, А. П. Соловова, О.В. Старкова, С.П. Шварцева, В.В. Щербины, Н.П. Чеботарева, В.З. Фурсова, Е.П. Янина и других.

-на примере бассейна р. Протва установлено, что в подземных водоносных горизонтах малых рек вблизи промышленных центров с РОО формируется прогнозируемые техногенные гидрогеохимические поля, а в их пределах - природно-техногенные мобильные гидрогеохимические аномалии токсичных веществ и радионуклидов,

-установлена зависимость качества воды от структуры аномального гидрогеохимического поля и от гидродинамических параметров подземного стока в условиях нарушенного режима водопользования, позволяющая прогнозировать и регулировать качество добываемой воды,

- описана геохимическая зональность подземных вод на территории аномального поля,

- описаны источники и пути миграции в водоносные горизонты техногенных радионуклидов,

Автор использовал результаты своих научных исследований при разработке генерального плана развития г. Обнинска до 2015 г (том. Охрана окружающей среды), соавтором которого он является. Автор является соавтором Проекта вывода из эксплуатации Первой в мире Обнинской АЭС (том. Оценка воздействия на окружающую среду), а также соавтором Проекта вывода из эксплуатации реактора на быстрых нейтронах БР-10, размещенного в г. Обнинске (том Оценка воздействия на окружающую среду). С участием автора разработана и реализована программа очистки иловых отложений р. Протва от загрязнения радиоизотопами цезия. При участии автора разработана численная математическая модель миграции радионуклидов в подземных водах района г. Обнинска и окружающей территории. Автором (в соавторстве) разработаны рекомендации по организации радиационного мониторинга подземных вод на территории промзоны и в окрестностях ГНЦ РФ—ФЭИ. В настоящее время автор участвует в разработке Программы безопасной долговременной консервации хранилищ радиоактивных отходов.

На защиту представляются следующие научные положения:

2. Состав и параметры локальных аномалий в каждой точке техногенного гидрогеохимического поля определяется пространственно—детерминированным сочетанием естественных и инженерно—хозяйственных факторов. Масштаб загрязнения подземных вод природными и техногенными токсичными элементами поддается прогнозированию на основе установленных эмпирических закономерностей

3. Появление аномалий техногенных радиоизотопов в подземных водах происходит в результате нарушений производственного цикла РОО, а также утечек из ведомственных хранилищ радиоактивных отходов. На пути транзита происходит вторичное накопление радиоизотопов на органо-илистом геохимическом барьере. Прогноз экологической опасности загрязнения подземных вод радионуклидами может сильно варьировать в зависимости от оценки мощности источника.

4. Расчетные величины аномальных концентраций ряда природных элементов в естественных условиях близки ПДКвода> что позволяет прогнозировать появление в нарушенных условиях техногенного гидрогеохимического поля аномалий, понижающих качество подземных вод. Предложена методика оценки качества подземных вод на основе реальных рисков. Для бассейна среднего течения р. Протвы разработана методика прогноза снижения качества подземных вод и водоохранные рекомендации.

Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований доложены автором на: IV всесоюзном совещании по теме «Теория и практика геохимических поисков в современных условиях».г. Ужгород. М. ИМГРЭ. 1988; научно- практической конференции «Экология и экономика недропользования». М. ВИЭМС. 1995; международной конференции «Радиационная безопасность территорий. Радиоэкология города». М. РАН, 2003; международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы радиационной гигиены». НИИРГ, СП, 2004; международной научно-практической конференции «Экология предприятий, жилья и окружающей среды», 9-10 дек. 2004. г. Обнинск; III международной научно-практической конференции Экология речных бассейнов, г. Владимир, 2005; девятой научно-практической конференции с международным участием «Социально-гигиенический мониторинг здоровья населения», Рязань, 2005; II Всероссийской конференции «Научные аспекты экологических проблем России, М. 2006; IX Российская научная конференция "Радиационная защита и радиационная безопасность", Обнинск. ФААЭ РФ, ГНЦ РФ—ФЭИ. 24—26 октября 2006; международной студенческой научной конференции "Ядерное будущее: безопасность, экономика и право". С—П. 30 янв.—4 фев. 2006; всероссийской конференции "Геохимия биосферы" (к 90-летию А.И. Перельмана). М. МГУ. 22—24 ноября. 2006. А также на зарубежных конференциях: IV Международной научно-практической конференции "Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде". Казахстан. Семипалатинск, 19—21 окт. 2006; Integrated Urban Water Resource Menagment. NATO Advanced Researh Worskshop. Senec, Slovacia. 19-23. october 2005; P. Hlavinek et al. (eds.). Integrated Urban Water Resource Menagment. Printed in the Netherlands. 2006; Springer, 3rdInternational Conference in Lithuania Metals in The Environment. Vilnius, 2006.

Публикации: автором опубликовано более 50 статей по вопросам геохимии и геоэкологии, в том числе порядка 30 статей по геоэкологии и1 геохимии подземных вод района г. Обнинска, 2 печатные монографии и учебное пособие для студентов ОГТУ АЭ, 2 монографии в ЭНИ, а также составлено несколько десятков научно—производственных отчетов по прикладной геохимии.

Заключение Диссертация по теме "Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых", Силин, Игорь Иванович

Выводы

1. Приведенный перечень мероприятий, необходимых для сбалансированного использования природных ресурсов подземных вод предполагает затратный механизм реализации. В современных экономических условиях он практически не реализуем, так как на муниципальном уровне всегда найдутся более срочные текущие проблемы, нежели отдаленные последствия снижения качества питьевых вод. Поэтому на практике главные неопределенности в прогнозировании качества питьевых вод лежат не в научной, а в культурно-социальной и экономической сферах. Основное противоречие заключается в том, что природные ресурсы являются обобществленной, а источники загрязнения частной собственностью.

2. Для преодоления противоречия необходимо законодательно установить процентное отчисление от ВРП на восстановление природных ресурсов в зависимости от уровня их деградации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Хозяйственное освоение бассейнов малых рек непропорциональное природным ресурсам, как правило, со временем приводит к истощению водных ресурсов и к образованию вблизи промышленных центров техногенных аномальных гидрогеохимических полей.

На интервале интенсивного хозяйственного освоения среднего течения бассейна Протвы нормативные требования по эксплуатации водных ресурсов не обеспечиваются как в качественном, так и в количественном отношении. Ряд водозаборов подземных вод осушен, некоторые остановлены или продолжают работать за пределом качества.

Вдоль цепочки прибрежных водозаборов подземных вод сформировалась пьезометрическая депрессия, площадью свыше 200 км2 и понижением более 40 м. В ее пределах возникло техногенное гидрогеохимическое поле, в образовании которого участвуют загрязненные воды реки, техногенные источники сбросов и выбросов токсичных веществ, расположенные в зоне санитарной охраны водозаборов, а также природные источники геохимического облика, расположенные в водоносном горизонте. Вследствие частичного осушения вышележащих питающих горизонтов произошло проседание зоны аэрации, возросла скорость выветривания водоносных пород. Одновременно усилилась инфильтрация техногенных поллютантов, в том числе и радионуклидов. Взаимодействие природных и антропогенных факторов привело к снижению качества добываемой воды до показателей, превышающих санитарно-гигиенические нормативы.

В целом химический и микрохимический состав подземных вод в пределах аномального имеет интегральную характеристику, зависящую от состояния геохимической среды, техногенной нагрузки на водоносный горизонт и от параметров смешивания инфильтрационных и речных вод. В межень приток речных вод понижает качество подземных вод за счет высокой доли хозяйственных стоков, в весеннее половодье приток талых вод понижает концентрацию хозяйственных и промышленных стоков и увеличивает загрязненность продуктами атмосферных выбросов предприятий. Качество воды в каждой отдельно взятой скважине существенно отличается от средней характеристики и зависит как от ее положения в геолого-геохимической структуре месторождения, так и от ее экологической ниши в хозяйственной инфраструктуре территории.

Установлено, что изменение качества подземных вод в результате обогащения природными элементами можно прогнозировать на основе отклонений от величины модуля геохимического равновесия, характеризующего естественные условия подземного стока. Техногенные токсичные вещества образуют гидрогеохимические аномалии в основном вблизи предприятий. Аномалии техногенных радионуклидов в подземных водах и донных отложениях образуют локальные аномалии, происхождение которых связано с нарушениями производственного цикла РОО, а также с утечками из ведомственных хранилищ радиоактивных отходов. Рассеяние радиоактивных веществ в окружающей среде происходит в соответствии с химическими свойствами радиоизотопов. Наибольшей подвижностью в подземных водах обладает тритий, повышенные концентрации которого наблюдаются в водах некоторых водозаборов в удалении от источника на несколько километров. Интенсивность его рассеяния описывается экспоненциальной функцией.

Анализ распределения химических веществ в пределах гидрогеохимического поля, сформированного в нарушенных условиях эксплуатации месторождений речных долин, показал необходимость разбраковки аномалий поллютантов природного и техногенного происхождения, а также возможность количественного прогнозирования качества подземных вод по геохимическим показателям. Изучив сложившийся механизм восполнения запасов подземных вод, можно моделировать геомиграционные процессы с учетом закономерностей, описанных в настоящей работе.

Выполненный анализ состояния и причин загрязнения пресноводного бассейна вблизи обнинских РОО характеризует сложившуюся экологическую обстановку как неблагоприятную, так как поверхностные воды повсеместно непригодны для хозяйственно-питьевого использования, а подземные под влиянием антропогенной нагрузки быстро истощаются и деградируют.

В качестве начального звена в системе раннего предупреждения последствий нарастающей техногенной нагрузки на водный бассейн предлагается использовать геоэкологический (геохимический) прогноз изменения качества подземных вод в условиях нарушенного режима водного бассейна, основанного на изучении параметров техногенного гидрогеохимического поля, локальных аномалии и их источников.

В качестве мер по стабилизации гидродинамической и гидрогеохимической обстановки в промышленных водоносных горизонтах среднего течения Протвы предлагаются следующие:

- провести экологический аудит зон санитарной охраны водозаборов, на основе которого разработать и согласовать с хозяйствующими субъектами, размещенными в ЗСО -III, новый регламент хозяйствования с учетом требований к водозаборам подруслового питания; уточнить схемы объектного мониторинга водозаборов и сбросных вод, согласовать мероприятия по снижению эмиссии токсических веществ в водную среду. В состав мониторинга зон санитарной охраны водозаборов включить геохимическое опробование ЗСО -III.

- задействовать разведанный Жуковский водозабор подземных вод,

- между гг. Боровск и Обнинск создать русловое водохранилище,

- произвести калибровку объемов добычи воды действующими водозаборными скважинами с учетом модуля равновесия,

- междуречью Протва - Городнянка, где формируются большие запасы пресных вод, питающих обнинские водозаборы, установить статус особо охраняемой территории,

- разработать систему автоматизированного водоснабжения г. Обнинска на основе компьютерного управления качеством поземных вод.

Техногенные аномальные гидрогеохимические поля, возникающие в бассейнах малых рек вблизи промышленных центров, являются составной частью геохимического поля Московского артезианского бассейна. Они свидетельствуют о перестройке, происходящей в пресной гидросфере под влиянием климатических и хозяйственных факторов. Негативным последствием происходящих изменений помимо угнетающего патогенеза может стать разрушение многих отраслей ныне действующей хозяйственной системы. Для того, чтобы эти изменения не приобрели размер катастроф, необходимо разработать целостную картину научных представлений о тенденциях и темпах антропогенного изменения гидросферы промышленных районов, дающих количественное описание допустимых нагрузок. Основные направления таких исследований намечены в ряде научных изданий [3, 5, 18, 40, 41 и др.], в том числе и в настоящей работе. Необходимо, чтобы они стали звеньями единой государственной программы изучения происходящих изменений пресноводного бассейна.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора геолого-минералогических наук, Силин, Игорь Иванович, Москва

1.В., Воронцов В.В., Зуев Ю.Н. и др. Металло-тритиевые мишени РФЯЦ-ВНИИТФ для ускорительных нейтронных генераторов, //тезисы докладов на 40М Международном Уральском семинаре, Снежинск 25.02 - 3.03. 2001 г. Стр. 80.

2. Богданова Я.Я, Зеегофер Ю.О. Особенности проявления природных гидрогеохимических аномалий территории Московского региона (на примере стронция, лития, бария) /Современные проблемы гидрогеологии и гидромеханики. С-П. 2002.С. 39-44.

3. Боревский Л.В. ?Ершов Г.Е., Закутин В.П. Пути прогнозирования изменения качества подземных вод месторождение речных долин и артезианских бассейнов по влиянием природно-техногенных факторов. //Разведка и охрана недр №10. 2003. С.25-29.

4. Борсук O.A., Лихачева Э.А. Структура речной сети и формирование аллювия рр. Протвы и Лопасни. //Эрозионные и карстовые процессы на территории Центра Русской равнины. М. МФГ0.1987. С. 36-38.

5. Буренков Э.К., Гинсбург Л.Н., Головин A.A. и др. Многоцелевое геохимическое картирование основа оценки загрязнения окружающей среды и экологического мониторинга. //Разведка и охрана недр №6.1998.

6. Буренков Э.К., Самаев С. Б., Соколов Л.С. Опыт эколого-геохимических исследований //сб. Прикладная геохимия вып. 7. М. ИМГРЭ. 2005.

7. Вартанян Г.С, Круподеров В,С, Шпак A.A. Экологические проблемыгидрогеологии, инженерной геологии и геокриологии. // Разведка и охрана недр №5. 2000.

8. Вайзер В.И. Оценка воздействия на окружающую среду исследовательской базы ФЭИ, 1995. // Безопасность, экология,радиация » вып. 2.1991.

9. Вернадский В.И. О геохимии воды. // Избранные сочинения.т.1У.кн2. С. 591-637

10. Веригин H.H. О кинематике растворения солей при фильтрации воды в грунтах. //Растворение и выщелачивание горных пород. Госстройиздат. 1957.

11. Воронков П.П. Закономерности процесса образования и зональность химического состава вод местного стока. //Тр. ГГИ, вып. 102. 1963.

12. Галицин М.С. К геохимической истории стронция в подземных водах платформенных артезианских бассейнов, //сб. Вопросы геохимии. М.: 1993. С. 94—103.

13. Гоголь С.Б., Дадыкин C.B. , Лагутин Г.Н. Результаты, радиоэкологических исследований на полигонах «Деменка» и «Кожаны» в зоне радиоактивного загрязнения Брянской области. // Геологический вестник Центральных районов России №2(15). 2001.

14. Геология СССР, т. 1У /Центр Европейской части СССР. М. Недра. 1971.

15. Гераськин С.А., Евсеева Т.И., Шуктомова И.И., Храмова Е.С. Комплексное изучение радиоактивного и химического загрязнения водоемов в районе расположения хранилища отходов радиевого промысла. //Экология № 3. 2003. С. 176-183.

16. Голева Г.А. Гидрогеохимия рудных элементов. М. Недра, 1977.

17. Голодковская Г.А, Елисеев Ю.Б. Геологическая среда промышленных регионов.- М. «Недра». 1989.

18. Головин A.A., Самаев С.Б., Соколов Л.С. Эколого-геохимическая оценка урбанизированных территорий //сб. Прикладная геохимия, вып 7. ИМГРЭ. М. 2005. С. 289-299

19. Манабе С., Везеролд Р.Т. Долговременные изменения водных запасов вследствие глобального потепления по данным моделирования // Всемирная конференция по изменению климата. Труды конференции.

20. Росгидромет и АН. М. 2004. С. 47-56.

21. Доклад о состоянии окружающей природной среды Калужской области в 1998—2005 гг.-Калуга. 1999, 2000, 2001, 2003, 2006 гг.

22. Добровольский Г., Шоба С,.Трофимов С., Куст Г. Почвы и климат: прямые, косвенные и обратные взаимодействия в прошлом, настоящем и будущем// Научный анализ результатов «Всемирной конференции по изменению климата». М. 2004.С. 158-159.

23. Ефремов А.Н, Кандауров П.Н. Природно-ресурсный потенциал Калужской области, Калуга. ВИЭМС. 2000.

24. Зверев В.П. Влияние антропогенной деятельности на формирование химического состава подземных вод на основных уровнях гидросферы. //Современные проблемы гидрогеологии и гидромеханики.С-П. 2002.С. 69-75.

25. Иванов В.К., Цыб А.Ф. и др. Оптимизация радиационной защиты:

26. Дозовая матрица" М. "Медицина". 2006.—304 с.

27. Исаченко А. Г. Экологическая география России. Изд-во С-П универ. 2001.

28. Караушев A.B. Методические основы оценки антропогенного влияния на качество поверхностных вод JI. Гидрометеоиздат. 1981.

29. Ковалевский В., Семенов С. Прогнозирование воздействия техногенных изменений климата на подземные воды и взаимосвязанную среду //Научный анализ результатов «Всемирной конференции по изменению климата». Росгидромет и АН. М. 2004 С. 109

30. Коротков А.И., Павлов А. Н. Гидрохимический метод в геологии и гидрогеологии-М. Недра. 1972.

31. Козлов В.Ф. Справочник по радиационной безопасности -Энергоатомиздат. М.1987.

32. Козьмин Г.В., Сынзыныс Б.И. и др. Экология урбанизированных территорий в районе размещения градообразующего ядерного предприятия и хранилищ радиоактивных отходов (РАО). //Ядерная энергетика №2. изд. Известия Вузов. Обнинск. 2003.

33. Козьмин Г.В., Старков О.В. и др. Радиоэкология города в районе размещения хранилищ РАО. // Тез. докл. Международной конференции. Радиационная безопасность территорий. Радиоэкология города. М. 2005.

34. Круподеров B.C. Мониторинг экзогенных геологических процессов. //Разведка и охрана недр № 5. 2000.

35. Конюшая Ю.П. «Открытия советских ученых».- МГУ. 1998.-С 174)

36. Колотов Б.А. Гидрогеохимия рудных месторождений. М. Недра. 1992.

37. Крапивнер Р.Б., Плугина Т.А., Язвин A.JI. Роль разломов в формировании фильтрационных неоднородностей верхнего гидрогеологического этажа / Разведка и охрана недр №10. 2003. С. 34

38. Крайнов С. Р., Швец В.М. Геохимия подземных вод хозяйственного назначения М. Недра. 1987.

39. Крайнов С.Р., Соболев В.И., Соломин Железосодержащие подземные воды России, геохимические проблемы их обезжелезивания- М. ВСЕГИНГЕО. 1981.

40. Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод (теоретические, прикладные и экологические аспекты). М. Наука. 2004- 675с.

41. Крышев И.И., Рязанцев Е.П. Экологическая безопасность ядерно-энергетического комплекса России. М.: ИЗ ДАТ. 2000. 383с.

42. Курнаев С.Ф. Дробное лесорастительное районирование Нечерноземного центра М. Наука. 1982.

43. Кузьмин Е.Е. Силин И.И. Разработка проекта оснащения режимных наблюдательных скважин устройствами для контроля слабых доз загрязнения водоносных горизонтов радионуклидами и ВХВ. // Экология и экономика недропользования». Тезисы. М. ВИЭМС. 1995.

44. Куренной В.В. Шпак A.A. Экологическое состояние подземных вод Европейской части России. // Разведка и охрана недр №5. 2000.

45. Куренной В.В., Рачков М.М. Принципы гидрогеологического районирования для обоснования объектов мониторинга подземных вод Калужской области. //Геологический вестник центральных районов России №4-5. 1998.

46. Лазаренко В.Н., Петрухин В.В, Объедкова Н.А, Лачинова Н.С. Особенности геоэкологического картирования Центральных районов Русской платформы. // Разведка и охрана недр №6. 1998.48 Леса СССР М. Наука. 1966.

47. Лукъянчиков Н.Н, Потравный И.М. Экономика и организация природопользования М «Тройка». 2000.

48. Лукъянчиков В.М. Кладовщиков В.Н., Лукъянчикова Л.Г. Проблемазагрязнения подземных вод в России.// Разведка и охрана недр, № 12. 1999.

49. Лопатин Г.В. Наносы рек СССР Географиздат. М. 1952.

50. Лучшева A.A. Практическая гидрология-Л. Гидрометеоиздат. 1976.

51. Махонько К.П., Сатаева Л.В. и др. Состояние атмосферного воздуха г. Обнинска. //Тр. ИЭМ вып. 22. 1993.

52. Махонько К.П. Поведение в атмосфере радиоактивных продуктов ядерных взрывов -С-П, Гидрометиздат, 2002.

53. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения поверхностных водотоков химическими элементами М. ИМГРЭ.1982.

54. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территорий городов химическими элементами М. ИМГРЭ. 1982.

55. Методические рекомендации по геохимической оценке источников загрязнения окружающей среды М, ИМГРЭ, 1982.

56. Методические рекомендации по геохимической оценке состояния поверхностных вод М. ИМГРЭ. 1982.

57. Методические рекомендации по геолого-геохимической оценке территории при проведении многоцелевого геохимического картирования масштабов 1:1000000 и 1: 200000.- Гуляева Н.Г.М. ИМГРЭ. 2002. -72 с.

58. Критерии оценки экологической обстановки территории для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации зон экологического бедствия. М. МП РФ. 1992

59. Методические рекомендации по геоэкологическим исследованиям и картографированию масштаба 1:200 000 М. ВСЕГИНГЕО. 1996.

60. Методические рекомендации по организации и ведению государственного мониторинга экзогенных геологических процессов / Шейко А.И., Круподеров B.C. и др. // М. ВСЕГИНГЕО. 1997.

61. Мокров Ю.Г. Реконструкция и прогноз радиоактивного загрязнения реки Теча. Часть 1. г. Озерск. Редакционно-издательский центр ВРБ. 2002. С. 57

62. Методика расчета предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ в водные объекты со сточными водами ВНИИВО. Харьков. 1990.

63. Методические рекомендации по геохимическому изучению загрязнения подземных вод /С.Р. Крайнов, В.П. Закутин, В.Н. Кладовщиков и др./ М. ВСЕГИНГЕО. 1981.

64. Мироненко В.А., Румынии В.Г. Проблемы гидрогеоэкологии. Том 1. Теоретическое изучение и моделирование геомиграционных процессов. М.: Изд. МГГУ. 1998 г.

65. Новиков С.М., Авалиани С.Л., Пономарева О.В. Основные элементы оценки риска для здоровья. М. 1998. 120 с.

66. Огильви А.И. Краткий обзор геологических исследований около источника нарзан в Кисловодске. //Изв. геол. Ком, T.XXVIII, вып.8. 1909.

67. Павлоцкая Ф.И. Миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах М. 1974. 215 с.

68. Петров В.Г. Геологическое строение и полезные ископаемые Калужской области Калуга. ИД «Эйдос». 2003. - 450 с.

69. Просеков A.M., Закутин В.П. Районирование территории

70. Московского региона по классам качества подземных вод. //Разведка и охрана недр №10.2003. С. 29-.91.

71. Поляков В.А., Дубинчук В.Т. , Ежова М.П. Естественные и техногенные радионуклиды в подземных водах юго-западных районов Брянской области. //Геологический вестник Центральных районов России №2(15). 2001. С.45 -52.

72. Пекин A.A. Генетические и геолого-промышленные типы стронциевых рудопроявлений Московской целестиновой провинции. // Геологический вестник Центральных районов России» № 1-2. М. 1999.С. 31-36.

73. Перельман А. И. Геохимия элементов в зоне гипергенеза М. «Недра». 1972. -288 с.

74. Памковский И.С. Принципы оценки защищенности подземных вод от загрязнения.//Современные проблемы гидрогеологии и гидромеханики.С-П. 2002. С. 122-131.

75. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест // ГН 2.1.6.13 1338-03. Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 30 мая 2003 г. №114.

76. Последствия Чернобыльской катастрофы: здоровье среды. Под ред. В.М Захарова и Е.Ю. Крысанова. М.: Центр экологической политики России. 1996.170 с.

77. Питьева К.Е. Основы региональной геохимии подземных вод МГУ. 1969.-214 с.

78. Радиационная обстановка на территории России и сопредельных государств в 1995-1999 гг., Ежегодники под ред. К.П. Махонько (с 2002 г. -С.М. Вакуловского) Росгидромет. 1996-2005.

79. Русаков Ю. М, Махонько К. П. и др. Радиационная обстановка в районе расположения различных радиационных объектов и пунктов захоронения радиоактивных отходов ФЕИ и другие объекты г.

80. Обнинска. //Радиационная обстановка на территории России и сопредельных государств в 1993 г. Обнинск. НПО «Тайфун». 1994.-С. 171-87.

81. Руководство по организации контроля природной среды в районе расположения АЭС. Под ред. К.П. Махонько. JI. Гидрометиздат, 1990.

82. Рязанов П.Н. Пойменные геокомплексы долины р. Протвы. // Вест. МГУ. География № 4. 1978.

83. Санитарные нормы и правила М. 1996.

84. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды. -М. Недра. 1990. 335 с.

85. Сает Ю.Е. , Несвижская Н.И. Изучение форм нахождения элементов во вторичных ореолах -М. ВИЭС. 1974, 89 с.

86. Савенко B.C. Геохимические аспекты устойчивого развития. М.Геос, 2003. с. 113-147.

87. Семенов В.А. , Семенова И.В. Водные ресурсы и гидроэкология Калужской области. Обнинск. Росгидромет. 2002.

88. Старков О.В., Моисеева О.В. Пространственно-временная миграция трития на территории промплощадки ГНЦ РФ- ФЭИ и ее окрестностях. //Информационный бюллетень. Ядерная и радиационная безопасность России. Вып 2(5). М. ЦНИИ атоминформ. 2002. С. 64-75.

89. Старков О.В., Вайзер В.И. и др. Экологические проблемы урбанизированных территорий в районах размещения предприятий атомной промышленности на примере Обнинского региона. // ж. «Ядерная энергетика» №2. изд. Известия Вузов/. Обнинск. 2003.

90. Старков О.В., Козьмин Г.В. и др. Радиоэкология города в районе размещения хранилищ РАО. //Сб. тезисов докладов на международной конференции «Радиационная безопасность территорий. Радиоэкология города/. М. РАН. 2003.

91. Семенов В.А. Семенова И.В., Меленчук В.И., Михалевская B.C.,

92. Порубова Н.В., Шмелев П.П. Оценка гижроэкологического состояния водных объектов хозяйственно освоенных и селитебных территорий Калужской области// Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук, вып. 7. AHO КНЦ. Калуга. 2004.

93. Силин И.И. Проблемы чистой воды городских водозаборов и пути её решения. // Городское управление №11. Обнинск. 2001.С. 8-20.

94. Силин И.И. Экология и экономика природных ресурсов бассейна р. Протвы (Калужская и Московская области) КФ ВИЭМС. Калуга. 2003.-324.

95. Силин И.И. Экология севера Калужской области, часть 1, часть 2 -ОГУТУАЭ. Обнинск. 2003.-266 с.

96. Силин И.И. Пресные воды севера калужской области. ВИЭМС (КФ), Калуга. 2005.-306с.

97. Соболев И.А. Охрана окружающей среды при обезвреживании радиоактивных отходов, М.Энергоатомиздат. 1989.

98. Статистический сборник Облкомстата. Калуга. 2002.

99. Сынзыныс Б.И., Тянтова E.H., Павлова H.H., Мелехова О.П. Экологический риск ОГТУАЭ. г. Обнинск. 2004.-67с. Всемирной конференции по изменению климата // сб. докладов М.

100. ИГК и Э Росгидромета и РАН. М. 2004. 620 с.

101. Данилин И.А., Сынзыныс Б.И., Ротт Г.М. Экологический мониторинг загрязнения водоёмов тяжёлыми металлами и радионуклидами по уровню белков металлотионеинов в органах двустворчатых моллюсков. Ядерная энергетика. Изв. ВУЗов. 1998. №6. С. 9 -14.

102. Eaton D.L., Cherian M.G. Determination of metallotionein in tissues by cadmium gemoglobin affinity assay. // Methods ЕпгутоЬ 1991. v.205. p. 83-90.

103. Титаева H.A. Ядерная геохимия Моск. Унив., 1992,с. 27-33.

104. Труды 3-й международной конференции по использованию атомнойэнергии ыв мирных целях, Женева. 1964. том 14. С.62-67.

105. Хоружая Т.А. Методы оценки экологической опасности JI. 2000.

106. Хорват JL Кислотный дождь М. Стройиздат. 1990.

107. Чеботарев Н.П. Учение о стоке МГУ. 1962

108. Челидзе Ю.Б., Фарафонова И.И Карты состояния подземных вод как основа информационного обеспечения недропользования. // Разведка и охрана недр. 2004, №10. С 32-36.

109. Шестаков В.М. Принципы проведения гидрогеоэкологического мониторинга. //В сб. «Современные проблемы гидрогеологии и гидрогеомеханики». С-П универ. 2002. С. 337 341.

110. Шерстюков Б.Г. , Булыгина О.Н., Разуваев В.Н. Современное состояние климатических условий Калужской области и их возможные изменения в условиях глобального потепления -Обнинск. ВНИИГМИМЦД. 2001.

111. Dufius J.H., Park M.V. Chemical risk Assessment. Training Module 3, UNEP / IPCS. 1999.

112. Risk assessment in the Federal Government: Managing the Process/ National academy Press. Washington. 1983.

113. Groffamn A., Mejer A. Colloid transport special study. Uranium Mill Tailings Remedial Action Project. United States department of Energy. Uranium Mill Tailings Remedial Action Project, UMTRA-DOE/AL-400682.0000. 1993.58 p.

114. Schäfer T., Bauer A., Hofmann T., Schenk D. Reaction front related colloid/particle transport downstream of contaminant plume. Groundwater Research, Eds. Rosbjerg et al., Balkema. Rotterdam,.2000.

115. Risk assessment for contaminated sites in Europe. V. 1. Scientific basis. LQM Press. Nottinghem. 1998.165 p.

116. Leake, S.A., and Claar, D.V. Procedures and computer programs for telescopic mesh refinement using MODFLOW: U.S. Geological Survey Open-File Report 99-238.1999. 53 p.

117. M.C.Hill. Methods and Guidelines for Effective Model Calibration. U.S. Geological Survey. Water Resources Investigations. Report 98-4005, Denver, Colorado. 1998 r.

Информация о работе

Силин, Игорь Иванович
доктора геолого-минералогических наук
Москва, 2006
ВАК 25.00.09

Диссертация

Закономерности формирования техногенных гидрогеохимических полей в промышленных районах с радиационно-опасными объектами - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Закономерности формирования техногенных гидрогеохимических полей в промышленных районах с радиационно-опасными объектами - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы