ИСТИНА

Миграция радиоактивного загрязнения в подземных водах и связанные с нею неблагоприятные воздействия на источники питьевого водоснабжения, поверхностные воды и биоту уже более чем 40 лет подвергается анализу, как в российской, так и зарубежной литературе. Несмотря на огромное количество публикаций, в настоящее время отсутствуют общепринятые подходы к долгосрочному (сотни и тысячи лет) прогнозированию распространения загрязнения в районе объектов захоронения радиоактивных отходов в геологическую среду, оценке чувствительности результатов прогнозов к исходным данным и достоверности прогнозирования. Предложенный проект выполняется, используя уникальные данные крупнейшего российского объекта захоронения радиоактивных стоков, на котором в течение 50 лет проводится закачка жидких отходов в неоднородные песчано-глинистые отложения. На основе анализа этих данных,проводится изучение и моделирование распространения радиоактивных изотопов стронция и цезия в неоднородной среде и построены модели для долгосрочного прогнозирования их миграции в постинжекционный период.

Models of long-term radwaste migration in groundwater: validation and sensitivity analysis

Ожидаемые научные результаты проекта развитие теоретических моделей миграции, пригодных для выполнения долгосрочных прогнозов и методика оценка достоверности этих прогнозов, позволяющей учесть неопределенности исходных данных, используемых для прогнозирования

Основные исполнители проекта работают над проблемой миграции радиоактивных отходов уже более 10 лет. Непосредственно для ключевого объекта участниками коллектива проводился и опубликован целый ряд работ по проблемам миграции радиоактивного загрязнения. Эти работы в частности включают научный анализ данных уникальных наблюдений за миграцией и трансформацией закачиваемых флюидов, эпигнозное и прогнозное моделированием миграции отходов в подземных водах на основе однокомпонентной геомиграционной модели. Также авторы участвовали в обосновании и проведении экспериментов по поиску быстрых путей миграции, разработке методологии гидрогеологических исследований

Полученные в ходе выполнения Проекта важнейшие результаты 1. Впервые для района полигона СХК определены коэффициенты диффузии солей в ненарушенных образцах, отобранных из зоны закачки. Достоверность лабораторных определений подтверждена результатами микротомографических исследований и моделирования диффузии на поровом уровне. В результате этого моделирования удалось уточнить связь между диффузионной извилистостью и пористостью, показав, что она хорошо описывается законом Арчи с показателем степени 1.8-2.2. 2. На основе анализа пространственной неоднородности, численного моделирования макродисперсии в неоднородной среде обоснована прогнозная модель долговременной миграции отходов в подземных водах в районе СХК в виде анизотропно-слоистой среды, гетерогенно-блокового строения с коэффициентами продольной дисперсии, имеющими макродисперсионную природу. 3. На основе моделирования конвективного и конвективно-диффузионного переноса загрязнения получено, что в рассматриваемых условиях при вертикальной миграции несорбируемого компонента в условиях относительно высоких (сотые доли) гидравлически градиентов основную роль играет конвективный перенос. Диффузия принципиально не меняет характер выходных кривых. Этот результат представлен в работах 4. Вертикальная миграция сорбируемого слабопроницаемыми элементами разреза компонента существенно зависит как от конвективного переноса, так и от сорбции . При этом первые порции загрязнения поступают так же быстро, как и в случае несорбируемого компонента, а приход центра масс определяется сорбционной задержкой. Это свидетельствует о высокой связности хорошо проницаемых элементов разреза. 5. Субгоризонтальная миграция загрязнения в исследуемых условиях определяется конвективных переносом по хорошо проницаемым слоям и диффузионных оттоком в слабопроницаемые элементы разреза, что позволяет использовать для долгосрочных прогнозов конвективно- дисперсионную модель с двойной емкостью. Результаты экспериментального определения коэффициента диффузии и геостатистического анализа распределения мощностей прослоев позволили обосновать эффективные параметры модели с двойной емкостью: долю немобильной части среды и кинетический параметр обмена. 6. Для оценки достоверности долгосрочных прогнозов была поставлена серия модельных экспериментов на разработанных геофильтрационных и геомиграционных моделях участка ПГЗ ЖРО «Северский». Использована двухуровневая система моделей – более грубая региональная модель и более детальные локальные модели с использованием двойной емкости и стохастического описания дисперсии для прогнозирования миграции. На региональной модели рассчитаны карты напоров подземных вод с учетом естественных гидродинамических границ для различных сценариев эволюции ПГЗ ЖРО. На локальных моделях смоделировано движение мигрантов (компонентов ЖРО) с потоком подземных вод. Результаты подробно изложены в работах. 7. Результаты прогнозного моделирования свидетельствуют о том, что в течение среднесрочного периода подземные воды, загрязненные несорбируемым компонентом (NaNO3), а также 90Sr и U, в основном будут локализованы в пределах зоны закачки (ниже буферного горизонта IV). Скорость латеральной миграции основной массы загрязненных вод меняется от 1 до 5 м в год, в среднем составляя 3 м в год. Показано, что результаты моделирования устойчивы к изменению геофильтрационных и геомиграционных праметров, что свидетельствует о достоверности проведенных прогнозов . 8. Построена физико-химическая модель внедрения стока ЖРО в природные подземные воды для репрезентативного элемента гетерогенно-слоистой среды в многокомпонентной постановке. Состав природных вод соответствует химическим анализам и скорректирован для возможности расчетов, рассчитан состав обменного комплекса. Состав стока упрощен до нитратов натрия (преобладание), стронция и цезия. Учитываются конвективно-дисперсионный перенос в песчаном слое и диффузионный в глинистом с индивидуальными коэффициентами диффузии веществ. Скорость фильтрации и пористость соответствую полигону закачки. Дополнительно учитывается неравновесное восстановление нитрата при окислении пирита. В результате в точке наблюдений нитрат появляется позже натрия и имеет меньшую концентрацию, но со временем они практически уравниваются. Появляется волны сульфата и растворенного азота за счет окисления пирита нитратом, сходящие на нет после практической стабилизации нитрата. Стронций и цезий запаздывают относительно нитрата натрия. Отставание фронта стронция незначительное, тогда как выходная кривая цезия показывает эффект макродисперсии и существенно отстает. Причина – более высокая способность сорбироваться и высокий коэффициент диффузии в блоке