Мониторинг состояния недр позволяет оценить уровень радиационного воздействия промышленного предприятия на подземные воды и горные породы, прогнозировать изменения состояния геологической среды и разрабатывать рекомендации для принятия стратегических решений в области охраны окружающей среды.
Экологическое наследие производственной деятельности ПО «Маяк» широко известно. В результате взрыва емкости в 1957 году образовался Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС), площадь которого при плотности загрязнения более 0,1 Ки/км2 по 90Sr составила 20 тыс. км2. В 1967 году ветровой перенос радионуклидов с оголенных берегов водоема В-9 (озеро Карачай) обусловил загрязнение территории площадью 1800 км2 (при плотности более 0,1 Ки/км2 по 90Sr). В водоемах-хранилищах накоплено значительное количество радиоактивных отходов: в В-9 – активностью 120 млн Ки, в В-17 – 1,2 млн Ки, в Теченском каскаде (В-3, В-4, В-10, В-11) – около 180 тыс. Ки. Радиоактивному загрязнению подверглись подземные воды в районе расположения промышленных водоемов, пойма реки Течи, а также Асановские болота.
Практически с 1957 года на ПО «Маяк» ведется радио-экологический мониторинг окружающей среды. Его цель – контроль выполнения нормативов по сбросам и выбросам радиоактивных веществ в окружающую среду, оценка реальной или потенциально возможной дозы облучения населения, определение долгосрочных изменений в окружающей среде в результате работы предприятия, получение достоверных данных для принятия инженерно-технических решений и информирования общественности.
Организация и проведение объектного мониторинга состояния недр
Важное место в системе контроля окружающей среды отводится мониторингу состояния недр, который проводится совместно специалистами ФГУП «ПО «Маяк» и ФГУГП «Гидроспецгеология». Исследования включают в себя регулярные наблюдения за состоянием подземных вод и водовмещающих пород, а также поверхностных вод, поскольку контролируемая территория ПО «Маяк» – страна озер и рек, в которой подземные и поверхностные воды имеют непосредственную гидравлическую связь. Наблюдения за водными объектами проводятся на 111 пунктах контроля, где регулярно отбираются пробы воды на химический и радиохимический анализ, измеряются уровни и расходы воды.
Объектный мониторинг недр представляет собой прослеживание воздействия природных и техногенных процессов на геологическую среду по факту проявления в системе «источник воздействия–объект ущерба». Источником воздействия в данном случае являются жидкие радиоактивные отходы радиохимических заводов, отводимые в водоемы-накопители, объектом ущерба – подземная гидросфера и поверхностные воды.
Задачи объектного мониторинга формулируются так: выбор и обоснование представительных индикаторов загрязнения, оценка изменения гидродинамических и гидрохимических характеристик подземных вод и загрязнения водовмещающих пород, прогноз изменения состояния геологической среды, обоснование природоохранных мероприятий.
Для решения этих задач на ПО «Маяк» в начале 1970-х годов стали создавать наблюдательную сеть, которая на сегодняшний день включает в себя более 400 скважин. В районе В-9 и В-17 расположено 167 скважин, вблизи Теченского каскада водоемов – 213, на Асановских болотах – 26. Из скважин с заданной периодичностью отбираются пробы воды на химический и радиохимический анализ, измеряются уровни подземных вод. При бурении скважин изучается керновый материал.
Основой формирования и развития режимной сети являются три главных принципа: необходимая и достаточная (как в плане, так и по глубине) плотность размещения скважин в районе влияния источников загрязнения; увеличение количества скважин на фронте ореолов, где происходит формирование отдельных потоков загрязненных подземных вод по тектоническим ослабленным зонам; наличие скважин за границами ореолов загрязнения.
По результатам мониторинга геологической среды были изучены связь водоемов-хранилищ с подземными водами, изменение структуры потока подземных вод под воздействием техногенных факторов, пространственно-временные закономерности распространения химических и радиоактивных компонентов в подземных водах.
Изменение концентрации нитрат-иона в подземных водах в наблюдательных скважинах,
расположенных в ореоле загрязнения от водоема В-9 на глубине 60м
Например, было показано, что из водоема В-9 техногенные растворы высокой плотности поступают в подземные воды и на глубине 40-100 м мигрируют к областям разгрузки в поверхностные водоемы и водотоки в соответствии со структурой потока. От В-9 сформировался ореол загрязнения подземных вод, который прослежен по распространению нитрат-иона, 90Sr, 60Сo, 106Ru, 137Cs, трития, урана и других радиоактивных элементов. Максимальная площадь загрязнения подземных вод фиксируется по нитрат-иону в изолинии ПДК (45 мг/л), по состоянию на 2007 год она составила 28 км2. Площади распространения других компонентов-загрязнителей значительно меньше.
Наблюдения показали, что уровень В-9 зависит от уровня подземных вод, тесно связанных с водоемом. Анализ изменения уровня подземных вод, который в свою очередь определяется водностью года, показал, что в 1975-1976 годах может наступить маловодный период (рис.3) и повториться ситуация 1967 года: уровень в В-9 начнет катастрофически снижаться и произойдет осушение его прибрежной части. В результате принятых заранее мер и проведенных технических мероприятий повторение инцидента 1967 года было предотвращено. Для поддержания уровня воды в В-9 в пределах регламентных отметок проводилась подпитка водоема сбросами из промканализации.
Анализ и систематизация результатов мониторинга состояния недр
Анализ и систематизация многолетних данных мониторинга геологической среды дали возможность получить важные результаты. Оценено влияние промышленных объектов ФГУП «ПО «Маяк» на подземные и поверхностные воды. Выявлены участки загрязнения подземных вод в пределах санитарно-защитной зоны и обеспечен постоянный контроль процессов распространения компонентов-загрязнителей. В результате совместных российско-американских исследований верифицирована методика проведения мониторинга и база данных, накопленная в процессе режимных наблюдений. Разработаны и верифицированы локальные и региональные математические модели для выполнения прогнозных расчетов миграции радионуклидов в подземных водах. Обоснована необходимость переноса части эксплуатационных скважин хозяйственно-питьевого водозабора поселка Новогорного на новый участок.
Сопоставление уровней В-9 и подземных вод в скважине 14/70
Помимо этого, в рамках реализации проектов ликвидации водоемов В-9 и В-17, повышения устойчивости плотины В-11, создания перехватного водозабора для стабилизации уровня В-11обоснованы технические решения, направленные на реабилитацию территории.
В 2006 году ведущие специалисты ФГУГП «Гидроспецгеология», ФГУП «ПО «Маяк», ИГЕМ РАН, ЗАО «Геоспецэкология», много лет посвятившие исследованию радиоэкологических проблем «Маяка», по заказу Росатома составили «Атлас геоэкологических карт на территорию зоны наблюдения ФГУП «ПО «Маяк» масштабов 1:50 000 – 1:100 000» (издан в 2007 году).
Этот комплект карт создан на основе данных многолетних геологических, радиохимических и гидрогеологических исследований, результатов комплексного мониторинга состояния недр и изучения процессов миграции радионуклидов. Карты отражают современное радиоэкологическое состояние геологической среды в районе ПО «Маяк», позволяют прогнозировать последующие изменения радиационной обстановки и служат основой для планирования и осуществления природоохранных мер по минимизации ущерба от деятельности предприятия.
Ореол загрязнения от водоема В-9 по нитрат-иону (2004 год)
Кроме того, по заказу ФГУП «ПО «Маяк» написана книга «Водоем-9 – хранилище жидких радиоактивных отходов и его воздействие на геологическую среду» (издана в 2007 году). Здесь на основе данных длительного мониторинга проведен тщательный анализ сути явлений, связанных с отведением ЖРО в озеро Карачай. Это «наследие» позволяет получать необходимую в настоящее время информацию о поведении загрязняющих веществ в природной среде. Материалы, приведенные в книге, стали основой стратегических решений по радиационной реабилитации междуречья рек Течи и Мишеляка, которые нашли отражение в действующей ФЦП ЯРБ.
***
Объектный мониторинг геологической среды проводят на многих объектах российской атомной отрасли, эксплуатирующих недра и влияющих на их состояние (на полигонах подземного захоронения отходов, хвостохранилищах горно-обогатительных комбинатов, хранилищах ЖРО и ТРО и т.д.). Однако организации, координирующей эти работы, обеспечивающей разработку нормативной базы и выполняющей методический контроль, пока нет.
Для исправления ситуации в июле 2008 года на базе ФГУГП «Гидроспецгеология» начнет создаваться специальный центр для организации и контроля мониторинга состояния недр на предприятиях госкорпорации «Росатом». Эта структура будет оказывать информационную поддержку инженерно-технических решений в области охраны окружающей среды, разрабатывать нормативную базу проведения объектного мониторинга, руководить и контролировать природоохранную деятельность предприятий, использующих недра.