Atomic-Energy.ru

Андрей Куваев: «Мы разработали математические модели для 20 предприятий «Росатома»

1 октября 2015
Куваев Андрей Алексеевич

Главный специалист, начальник отдела гидрогеологического моделирования Центра МСНР ФГУГП “Гидроспецгеология” Андрей Алексеевич Куваев рассказывает о результатах реализации программы развития системы объектного мониторинга состояния недр на предприятиях Росатома и роли математического моделирования при обосновании безопасности эксплуатации ядерно- и радиационно-опасных объектов.

- Какие текущие цели и задачи стоят перед предприятием?

- ФГУГП «Гидроспецгеология» в текущем году выполняет работы в соответствии с программой развития объектного мониторинга состояния недр (ОМСН), ранее утверждённой Госкорпорацией “Росатом”. Основные цели этих работ - выработка оценок, прогнозов, обоснования безопасной эксплуатации ядерно- и радиационно-опасных объектов (ЯРОО), обеспечение информацией проектов реабилитации и вывода из эксплуатации ЯРОО. Основные задачи при этом - сбор и анализ информации, пополнение базы данных, которая уже существует, разработка математических моделей и проведение прогнозных расчетов. 

Работа ведётся с 2008 года и с каждым годом объёмы информации, которые мы получаем, количество математических моделей, разработанных для конкретных объектов, увеличиваются. Накапливается серьезный опыт решения поставленных задач.

- Как идет обсуждение и анализ полученных результатов?

- В каждом квартале мы проводим НТС, на котором рассматриваем результаты наших работ. На НТС обычно рассматриваются два основных вида работ - это работы геолого-методического и информационно-аналитического отделов, которые занимаются сбором, обобщением информации и формированием базы данных; и работы отдела гидрогеологического моделирования, который разрабатывает математические модели объектов и выполняет прогнозные расчёты по обоснованию безопасной эксплуатации и вывода ЯРОО из эксплуатации.

На сегодня  сеть ОМСН в соответствии с программой включает 55 объектов.  Для всех проведён цикл работ по сбору, накоплению и обобщению информации. На каждый из объектов сформирована база данных, для 20 объектов разработаны математические модели.

В перспективе математические модели будут разработаны для всех объектов с выходом на обоснование региональной безопасности и (при необходимости) реабилитационных мероприятий.

- Расскажите подробнее о математическом моделировании?

-  Математическое (геофильтрационное и геомиграционное) моделирование, опирающееся на данные объектного мониторинга состояния недр, позволяет дать количественную оценку воздействия ЯРОО на окружающую среду. Математическое моделирование позволяет эффективно противодействовать слухам и необоснованным «страшилкам» о негативном воздействии ЯРОО на окружающую среду, которые бытуют среди населения. По нашему опыту на основании результатов математического моделирования участков размещения ЯРОО для ряда объектов обоснован важный вывод о том, что они работают в безопасном режиме и не требуют специальных реабилитационных мероприятий.

К таким объектам относится, например, рассмотренное на прошедшем недавно НТС Ростовское отделение ФГУП “РосРАО”. Хранилище РАО на данном объекте размещено в мощной толще глин, которая, как показали модельные расчеты, является абсолютно надёжным природным барьером, не требующим проведения реабилитационных мероприятий.

Сеть ОМСН включает скважины для определения уровня грунтовых вод и отбора проб на радиохимические и химические показатели, а также гидрологические створы для определения расхода поверхностных водотоков, режима уровней поверхностных водоемов и водотоков и отбора проб воды. Сеть ОМСН необходима для получения базовой достоверной информации о состоянии недр (грунтов, грунтовых вод) и поверхностных вод.

Для некоторых объектов на основании имеющегося ограниченного объема данных мы не можем сделать однозначного вывода об их безопасности, поэтому мы даем предприятиям рекомендации по развитию сети ОМСН, проведению специальных изысканий для получения дополнительной информации, уточнение математических моделей и проведение дополнительных прогнозных расчётов.

- Как проводится мониторинг на предприятиях, включённых в программу?

- На каждом предприятии существует своя сеть мониторинга. ФГУГП “Гидроспецгеология” осуществляет методическое руководство сетями, т.е. предприятия предоставляют нам информацию, мы её анализируем, осуществляем предварительную обработку и пополняем базу данных. В ряде случаев производятся контрольные замеры. Например, если предприятие проводит радиохимический анализ подземных и поверхностных вод, то в плановом порядке пробы параллельно анализируются в других аттестованных лабораториях. Результаты анализа сравниваются для оценки их представительности.

Обычно мы отбираем пробы и отправляем их на анализ, организуем параллельное проведение одновременных анализов; сами предприятия этого не делают. Также в числе наших обязанностей – оценка  технического состояния скважин и представительности данных, которые по ним получаются.

- Какие существовали проблемы с началом этих работ?

- На целом ряде предприятий сети мониторинга явно были недостаточными по их объёмам, были недостатки в методике отбора проб и замеров уровней в скважинах. На сегодняшний день в основном эти недостатки, благодаря совместной работе ФГУГП «Гидроспецгеология» и предприятий, устранены. В частности, по нашим рекомендациям пробурены новые скважины, проведена прочистка существующих скважин, проведены контрольные отборы проб подземных и поверхностных вод,  технология замера уровней и отбора проб приведена в соответствие с необходимыми требованиями. Ранее в ряде случаев слишком редко замерялись уровни, пробы отбирались без предварительной прокачки скважин, что не позволяло получить достоверную информацию о состоянии недр.

- Какие программные продукты вы используете для моделирования?

- На прошедшей в сентябре X Юбилейной Российской научной конференции «Радиационная защита и радиационная безопасность в ядерных технологиях», где я в соавторстве с М.Л. Глинским и Е.Г. Дрожко сделал доклад по вопросам использования математического моделирования для решения проблем безопасной эксплуатации и вывода из эксплуатации ЯРОО, вопрос о математическом моделировании и необходимом для его выполнения программном обеспечении рассматривался в целом ряде докладов.

На сегодняшний день единственным аттестованным в НТЦ ЯРБ программным продуктом является компьютерый код GEON, являющийся совместной работой ФГУГП «Гидроспецгиология» и ФГУП “ГНЦ РФ - ФЭИ”. Техническая поддержка GEONa была прекращена в 2004 году и сейчас он по ряду позиций устарел. С 2014 года «Гидроспецгеология» совместно с РФЯЦ-ВНИИЭФ проводит тестирование и валидацию программного продукта НИМФА, разработанного РФЯЦ-ВНИИЭФ для решения геофильтрационных и геомиграционных задач. НИМФА - это инновационный программный продукт, рассчитанный на использование современных высокопараллельных супер-ЭВМ, позволяющих обеспечить быстродействие на два порядка выше, чем персональные компьютеры. Для нас это важно, т.к. наши задачи, если решать их с использованием персональных компьютеров, требуют большого времени счёта (до нескольких суток), в то время  как при калибровке моделей приходится рассматривать десятки вариантов одной задачи. Аттестация кода НИМФА в НТЦ ЯРБ предусмотрена программой в 2016 году.

В 2013 году С. В. Кириенко была утверждена программа развития кода НИМФА, которая в настоящее время успешно выполняется. В текущем году С. В. Кириенко   утвердил актуализированную программа доработки этого программного продукта. Актуализированная программа, рассчитанная на период до 2017 года, предусматривает включение в код НИМФА в дополнение к существующим модулям гидрологического расчетного модуля,  который позволит выполнять расчеты переноса загрязнения с поверхностными водами, что весьма важно для целого ряда объектов.

- Каковы Ваши дальнейшие планы?

- Следующая Федеральная целевая программа по ядерной и радиационной безопасности (ФЦП-2) предполагает вывод из эксплуатации объектов «наследия» многих предприятий. Свои перспективы мы видим с позиций экологического обоснования эффективности реабилитационных мероприятий при разработке проектов вывода из эксплуатации ЯРОО. Мы планируем в ближайшие три года разработать геомиграционные модели для всех объектов, которые включены в ФЦП-2. Кстати, разработку этих моделей предполагается делать уже с использованием нового кода НИМФА.

Наш опыт участия в общественных обсуждениях по проектам вывода из эксплуатации объектов бывшего КЧХК, экологической ситуации на Маяке, строительству ПЗРО в районе Соснового Бора, показывает, что результаты расчётов, сделанные с точки зрения современных достижений науки и техники, выглядят очень убедительно для общественности и снимают многие вопросы.

Беседу вела Алёна Яковлева

 

Комментарии 

 

Михаил Семёнов: «Наши работы – серьёзный аргумент для общественных слушаний»

Моя работа связана в основном с численным геофильтрационным и геомиграционным моделированием. Мною разработаны трёхмерные модели для миграции загрязнения от источников для 6 предприятий ГК “Росатом”. Это действительно важная задача, так как численное моделирование при наличии достаточного количества и качества исходных данных позволяет делать достоверные прогнозы распространения загрязнения, оценивать эффективность принимаемых инженерных решений (в том числе и реабилитационных мероприятий) и предлагать мероприятия, снижающие негативное воздействие ЯРОО на недра.

В качестве примера можно привести оценку эффективности проектируемой противофильтрационной завесы (“стены в грунте”) на хвостовом хозяйстве ПАО “НЗХК”. Проектом предусматривается создание траншеи длинной около 3 км и глубиной – 20 м, заполненной слабопроницаемым материалом, что является весьма дорогостоящим проектом. Как показало моделирование, сооружение “стены в грунте” не позволит снизить поступление радионуклидов в подземные воды, но приведет к заболачиванию части территории. Таким образом, эффект от реализации данного мероприятия будет скорее отрицательный. В настоящее время решения по данному проекту еще не принято.

В качестве более эффективного инженерного решения нами предложено создание реакционного барьера - та же траншея, но заполняемая не глиной, а материалом, позволяющим задерживать радиоактивное загрязнение, и не препятствовать фильтрации воды. Данное решение потребует существенно меньше капиталовложений за счет меньшей длины и глубины, не приведет к подтоплению и должно быть существенно эффективнее “стены в грунте”. Таким образом, результаты проведенной работы, помогут выработать наиболее эффективный комплекс реабилитационных мероприятий.

Выполняемые нами работы очень актуальны для Росатома. Количественные оценки воздействия предприятий и реализуемых проектов на окружающую среду, основанные на достоверных данных, являются серьезным аргументом при диалогах с общественностью.

 

Наталья Куринова: «Наши работы позволяют Росатому проводить экологическую политику более эффективно»

Я начала работать во ФГУГП «Гидроспецгеология» в 2012 году. В прошлом году я ездила на стажировку в США, где принимала участие в исследованиях миграции пестицидов и гербицидов в зоне аэрации при орошении и в естественных условиях увлажнения почвы. Это международный проект, который организовали немецкие фармацевтические и химические компании, чтобы предоставить своим покупателям стандартные решения для моделирования миграции. В рамках проекта необходимо было разработать модели, позволяющие оценить необходимое количество пестицидов, которое бы защало растения и в то же время не достигало подземных вод. Миграция радионуклидов в зоне аэрации происходит похожим образом, что позволяет применять единые подходы к моделированию.

После возвращения я работала по объекту ПАО «НЗХК». Проведённое нами моделирование показало, что наиболее миграционно-способным радионуклидом является 241Am, при этом даже в меженный период его активность в водах ближайшего водотока в течение ста лет не превысит тысячных долей уровня вмешательства. Я считаю, что наши работы позволяют Росатому проводить экологическую политику более эффективно и получать данные, позволяющие принимать стратегические решения.

 

Ольга Прокопова, ФГУП «РосРАО»: «Система ОМСН находится в стадии совершенствования»

Системы мониторинга состояния недр являются ис­точни­ком достоверной информа­ции о теку­щем уровне воздейст­вия радиационно-опас­ных объектов на окру­жающую среду и позволяют прогнозировать его разви­тие в будущем.

Контроль состояния недр требует долговре­менных и целенаправленных наблюде­ний за всеми компонентами геологической среды (подземные воды, грунты, опасные геологические процессы и явления), на основе которых уста­нав­ливаются тенденции развития природных и антропо­генных (инженерно-гео­логиче­ских) процессов, и раз­рабатываются рекомендации по их управле­нию.  

Системы ОМСН необходимо создавать с учетом геолого-гидрогеологиче­ских ус­ловий района расположения промышленных площадок предприятий, результатов инженерно-геологиче­ских изысканий, выполненных в их преде­лах, данных изучения динамики и состава подземных вод.

Создание отраслевой системы объектного мониторинга состояния недр на предприятиях Госкорпорации «Росатом» предполагает единый подход к веде­нию ОМСН на промышленных площадках, систематизации в аналитических информационных системах геолого-гидрогеологических материалов по терри­ториям расположения радиационно-опасных объектов и результатов монито­ринга.

Кроме того, важным итогом результатов ОМСН являются анализ имею­щихся и получаемых данных, и разработка математических моделей (гидроди­намических и миграционных), позволяющих прогнозировать возможное нега­тивное воздействие радиационно-опасных объектов на окружающую среду и обосновывать принимаемые технические решения.

Так, геофильтрационная и геомиграционная модели пункта хранения ра­диоактивных отходов (ПХРО) филиала «Южный территориальный округ» ФГУП «РосРАО», разработанные специалистами Центра МСНР ФГУГП «Гид­роспецгеология», и выполненный ими аналитический расчет показали, что эксплуа­тация хранилищ РАО в пределах санитарно-защитной зоны осуществляется в пределах установленных нормативов, и при сохранении стабильного режима эксплуатации в дальнейшем не потребует проведения реабилитационных меро­приятий.

Весьма полезными для федерального государственного унитарного пред­приятия «Предприятие по обращению с радио­активными отходами «РосРАО» (ФГУП «РосРАО») были работы по обследованию технического состояния контрольно-наблюдательных скважин на ПХРО филиалов и отделений.

Результаты обследования на площадках ПХРО, выполненные специалистами Центра МСНР ФГУГП «Гидроспецгеоло­гия», позволили предприятию лучше представлять техническое состояние имеющихся сква­жин, пройденных в разные годы, оценивать их работоспособность и эффектив­ность, и, при возможности, планировать мероприятия по их реконструкции и мо­дернизации.

Несмотря на уже пятилетний марафон по производственным площадкам предприятий Госкорпорации «Росатом», отраслевая система ОМСН находится, на мой взгляд, в стадии становления и совершенствования.

Хочется пожелать коллегам из Центра МСНР ФГУГП «Гидроспецгеоло­гия» покорения новых вершин в части качественного геолого-гидрогеологиче­ского обеспечения прогнозного математического моделирования ситуаций на производственных площадках предприятий, рассмотрения и учета более широ­кого спектра геологических процессов и явлений, которые могут оказать влияние на безопасную эксплуатацию радиационно-опасных объектов.