Радиоэкологические условия водоемов-накопителей. Формирование геолого-техногенной системы

Как отмечено в предыдущих разделах, фактических данных о прогнозе развития событий, связанных с переполнением технологических водоемов 4-го, 10-го и 1.1-го, а также всей системы кыштымских озер, недостаточно. Экспертная оценка ситуации опирается (почти текстуально) на сведения, предоставленные ПО " Маяк" и работами специализированных организаций.

Сложилась чрезвычайная обстановка, связанная с форсированным закрытием акватории водоема Карачая и сложными гидрогеологическими и гидрологическими условиями в районе деятельности предприятия. В результате применения несовершенных методов обращения с радиоактивными отходами, особенно в первые годы деятельности предприятия, был образован ряд технологических водоемов и водоемов-хранилищ радиоактивных отходов. Произошло загрязнение подземных вод из-за фильтрационной разгрузки из этих водоемов в подземные воды. В частности, в итоге эксплуатации водоема Карачая были загрязнены подземные воды в объеме более 4 млн. м3 с общей площадью 10 км2. Сложность ситуации заключается в том, что вся водная система, расположенная на территории предприятия и в его санитарно-защитной зоне, дренируется реками Теча и. Мишеляк. В долгосрочной перспективе без принятия необходимых мер вся эта территория может рассматриваться как постоянно действующий источник загрязнения объектов окружающей среды. Оздоровление экологической обстановки вокруг ПО " Маяк" в настоящее время связано, в первую очередь, с ограничением влияния предприятия на водные объекты: подземные воды и поверхностные водоемы. Это требует, как отмечалось, внедрения современных принципов обращения с радиоактивными отходами - отверждение всех категорий ЖРО и переработка ТРО.

В то же время уже сейчас существующие водоемы-хранилища ЖРО и могильники ТРО сдаются постоянно действующими источниками загрязнения объектов окружающей среды и требуют разработки специальных проектных решений. Реальная опасность сложившейся обстановки заключается в том, что все водные объекты гидравлически связаны с открытой гидрографической сетью - разгрузка практически всех водоемов в конечном, итоге происходит в реку Теча.

Подземные воды района Междуречья загрязнены в результате существующей фильтрации через ложе водоемов 9-го и 17-го. При этом ареал загрязненных подземных вод к югу от водоема Карачая уже достиг поймы реки Мишеляк. Можно ожидать, что в ближайшие 10 лет (вернее 6-8) возможна разгрузка загрязненных подземных вод в реку в значительных объемах. Незарегулированность водного баланса каскада водоемов в верховьях Течи (водоемы 3-й, 4-й, 10-й и 11-й) приводит к увеличению поступления стронция-90 в гидрографическую сеть. Это связано с его выносом фильтрационными водами через тело плотины водоема 11-го в левобережный и правобережный каналы. Хотя основным источником поступления стронция-90 в речную систему является пойма Течи (Асановские болота), влияние каскада водоемов в связи с повышением их уровня возрастает и составляет до 40% при неблагоприятных метеорологических условиях: Выполняемые ПО " Маяк" мероприятия по ограничению каскада водоемов (перехват потока падающих вод, увеличение объема каскада водоемов, создание порогов-регуляторов) на речную систему являются временными и не могут быть окончательным решением. Более того, подъем уровня в водоеме 11-м вызывает увеличение фильтрации через тело плотины и ложе водоема в русло Течи. Учитывая объемы общей фильтрации из водоема 11-го (более 10 млн. м3/год) и ограниченный объем, создаваемый за счет наращивания плотины, применение существующей системы возврата в водоем загрязненных фильтрационных вод становится практически невозможным.

Проблема оздоровления экологической обстановки по реке Тема, а в конечном итоге и ее реабилитация, не может рассматриваться без решения Проблемы регулирования водного баланса каскада водоемов 3-го, 4-го, 10-го и 11-го, а в дальнейшем и их реабилитации. Существующая тенденция увеличения поступления в открытую гидрографическую сеть загрязненных вод из каскада водоемов на Тече требует принятия незамедлительных и радикальных мер.

Обобщенная оценка результатов геологических, инженерно-гидрологических и геолого-экологических исследований, проведенных на территории ПО " Маяк" (1983-1987 гг.) и охватывающих зону наиболее интенсивных изменений геологической среды, позволяет сделать следующие оценки и выводы.

Строительство и долговременная эксплуатация ПО " Маяк" привела к формированию в верхней зоне геологической среды (ГС) крупной геолого-техногенной системы (ГТС) " Объект - геологическая среда". Основные границы ГТС, влияющие на состав и территорию проведения природоохранных мероприятий, могут быть определены предварительно:

1) в плане - зона атмогеохимического и гидродинамического (геофильтрационного) влияния подпора подземных вод поверхностными водоемами и депрессий водозаборов;

2) в разрезе - зона интенсивного водообмена (ЗИВ), включая нижние границы возможного поступления технологических примесей (прежде всего трудносорбируемого стронция-90).

Указанные границы ГТС несколько условны. Так, определяющим фактором формирования экологической (прежде всего геолого-экологической) обстановки является гидрогеологический (геофильтрационный), локализация влияния которого может резко сократить рост ГТС и ее аварийного развития. Данный вывод подтверждается:

резким изменением водного баланса в зоне влияния гидравлической системы водоемов, дамб, дренажно-перехватывающих каналов и др., приведших к подъему уровней водоемов, усилению питания подземных вод, снижению проточности;

снижением защитной способности ГС в связи со снижением мощности зоны аэрации и ростом величины инфильтрации техногенных примесей;

риском активизации опасных геологических процессов, связанных с повышением фильтрационных скоростей (карста, механической и химической суффозии и др.);

аномальным насыщением донных отложений водоемов высокомиграционными радионуклидами (стронций-90), обусловившими в ряде участков исчерпание защитной (сорбционно-удерживающей) способности грунтового массива Дамб и междренного пространства (зона влияния водоемов 10-го и 11-го).

Для подтверждения последнего вывода, определяющего основную тенденцию формирования радиоэкологических параметров рассматриваемой ГТС, можно привести следующие данные: концентрация стронция-90 в водоеме 10-м за период с 1983 по 1986 год увеличилась с 3, 5х10-8 Кu/л до 7, 9х10-7, то есть более чем в 20 раз; при этом верхняя зона водообмена, водоемов 10-го и 11-го сохранила еще значительную способность сорбционного регулирования, в процессе которого отношения концентраций стронция-90 В-10/В-11 на уровне

Однако указанные цифры могут иметь ограниченное применение при защитной способности геологической среды в зоне радиоэкологического влияния:

более широким развитием в донной прибрежной зоне водоемов илистых, песчано-глинистых и др. дисперсных грунтов, имеющих повышенную сорбционную способность и пониженную проницаемость в верхней части - зоны интенсивного водообмена (ЗИВ);

ростом скорости локальной, фильтрации и снижением активности сорбции в трещиноватых и закарстованных породах, развитых в нижней части ЗИВ водоемов и в карбонатных отложениях разреза.

Как показывают результаты комплексных исследований гидрогеологической экспедиции № 30 (партия 10-я) ПГО " Гидроспецгеология" Мингео СССР, значения коэффициентов распределения стронция-90 Кр (сорбционной способности) типичных грунтов ЗИВ в зоне ГТС " Маяк" изменяется от 3, 7 до 721, составляя преимущественно около 101 - 102. При этом максимальные значения свойственны глинистым и наиболее мелкозернистым разностям, а минимальные - песчано-гравелистым и щебнистым.

Учитывая сложность радиогеологической обстановки зоны влияния и риск ее аварийного ухудшения, на наш взгляд, представляет интерес поверочный расчет по " жесткой" экологической схеме сорбционной емкости пород вблизи водоемов 10-го и 11-го.

При устойчивом значении концентрации стронция-90 в фильтрате Св = 2х10-9 Кu/л и минимальном значении коэффициенте распределения Кр - 3, 7 сорбционная способность породы массива может составить 2хЗ, 7х10-9 " 8х10-9 " 18-8 Кu/л, то есть в несколько раз ниже принятых в авторских оценках.

Значительное осложнение обстановки, а также снижение достоверности прогнозных оценок может быть обусловлено резким ростом скорости миграции (фильтрации) в линейно-карстовых зонах, контролируемых тектоникой при ограниченной сорбционной емкости карстово-трещинных массивов. Косвенно данное предположение можно подтвердить высокой изменчивостью водопроводимости (0, 1-3913 мг/м2/сутки), превышающей 3-4 порядка.

Максимальной экологической опасностью, как показывают контрольные расчеты на основе имевшихся в экспедиции № 30 ПГО " Гидроспецгеология" гидрогеологических данных, характеризуется гидродинамическая система озера Карачай. Настоящий вывод может быть подтвержден:

значительным избыточным напором столба поверхностной и подземной жидкости в границах уреза озера и контура замещения пластовых вод вследствие повышенной плотности промстоков - до 1, 02-1, 05 кг/дм3; таким образом, при помощи водопроводящих трещин до 100 м величина дополнительного напора может достичь (1, 02-1, 05) 100 и обеспечить " дальность" влияния (с учетом уклонов грунтового горизонта) до 2-5 км и более при наличии Депрессий в проводящих зонах;

крайне ограниченной сорбционной способностью трещиноватых пород при многократном избыточном запасе активности в водной массе и донных отложениях озера Карачай, что создает предпосылки к долговременному и интенсивному " проскоку" радионуклидов в поток трещинных вод, где они практически неуправляемы;

повышенной кислотностью стоков, аккумулируемых в озере Карачай, способствующей снижению сорбционной способности донных осадков и резкому ухудшению защищенности подземных вод от проникновения радионуклидов;

отсутствием надежных данных о водном балансе озера Карачай, границах зон движения и разгрузки его водных ресурсов, содержащихся в них природных и техногенных соединений.

В заключение можно сделать вывод о том, что стабилизации радиоэкологической обстановки и уменьшения размеров ГТС возможны только на основе инверсии гидродинамической обстановки путем перевода техногенных водоемов (прежде всего 11-го) из областей подпора и местного питания подземных вод в область их устойчивого дренирования, для чего необходимо снижение уровней до отметок, соответствующих распространению торфов и илов.

Вопрос о том, как это сделать практически, требует самостоятельных экспертных и дополнительных научных исследований, и на данной стадии изученности не может служить предметом экспертизы Проекта строительства Южно-Уральской АЭС.