27 октября 2009

Радиационное обследование поймы реки Течи в населенных пунктах Челябинской области

В конце прошлого века была проведена радиационная съемка поймы Течи, в результате которой были созданы крупномасштабные карты распределения поверхностной активности 137Сs в пойме в населенных пунктах Муслюмове, Бродокалмаке, Русской Тече, Нижнепетропавловском и их ареалах.

До настоящего времени многочисленные данные об уровнях загрязнения поймы в целом ряде мест, в основном расположенных в населенных пунктах, не могут быть сведены в единые карты, позволяющие анализировать распределение поверхностной активности (запаса) 137Cs в почве для протяженных участков реки. Единственными данными, представленными в виде единой карты масштаба 1:500000, являются результаты аэрогамма-съемки. Однако на основе такой карты проводить количественные сравнения данных с результатами наземных измерений крайне затруднительно. Эти соображения легли в основу создания единых цифровых карт масштаба 1:5000 для проведения возможного анализа распределения и моделирования переноса загрязнения вдоль реки.

Место и время проведения измерений

Река Теча вытекает из озера Иртяша (Каслинский район Челябинской области) и, протекая в восточном и северо-восточном направлении 243 км, впадает в реку Исеть, как правый приток, на расстоянии 353 км от ее устья. Исеть относится к водной системе реки Оби.

Из-за несовершенства технологии производства и хранения делящихся материалов в 1949-1952 годах в Течу были сброшены жидкие РАО среднего и высокого уровня активности. В 1951-1964 годах на территории ПО «Маяк» построили искусственные водохранилища, в результате чего был прекращен сброс радиоактивных отходов в реку. В настоящее время каскад плотин и обводных каналов ограничивает прямое поступление радионуклидов, но их миграция полностью не исключена.

Ближайший к плотинам населенный пункт – село Муслюмово – расположен на расстоянии 165 км от устья Течи и в 37 км от плотины 11, отделяющей расположенные на территории ПО «Маяк» загрязненные водоемы от открытой гидрологической системы. Поселок Бродокалмак – в 134 км и 68 км, село Русская Теча – 105 км и 97 км, село Нижнепетропавловское – в 95 км и 107 км соответственно.


Рис. 1. Участки радиационного обследования территории поймы Течи в районе
населенных пунктов Челябинской области

В результате многолетних работ оказались обследованными три участка реки (рис.1). Первый, длиной 16,9 км вдоль русла реки, расположен в районе железнодорожной станции и села Муслюмова. Второй, протяженностью 15,3 км, – в районе Бродокалмака. Последний участок начинается выше села Русской Течи по течению реки и заканчивается ниже села Нижнепетропавловского; его длина наибольшая – 26 км. Суммарный запас 137Cs на всех трех участках превысил 10,5 ТБк (270,3 Ки). Данная величина за счет большого числа проведенных измерений имеет погрешность, укладывающуюся в 20%, и является на данный момент наиболее достоверной из всех имеющихся оценок. Она составляет 4-6% от величины оценки всего запаса 137Сs, аккумулированного в открытой водной системе Течи на территории Челябинской области.

Все полевые измерения запаса 137Сs в почве были проведены приборами РКГ-09Н («КОРАД»). Измерение удельной активности 90Sr в почве в отдельных местах выполнялось согласно методике полевой β-спектрометрии.

Методика обследования территории поймы

Первоначально измерения велись на территории населенных пунктов, где воздействие жизнедеятельности населения на территорию поймы особенно интенсивно. К любой точке поймы имелся свободный подход, а часто даже подъезд. Территория, прилегающая к населенным пунктам, в гораздо меньшей степени подвержена антропогенному воздействию. Измерения проводились порой в труднопроходимых участках, заросших кустарником и черемухой, густо переплетенных хмелем, в болотах. Особенно труднопроходимыми оказались участки поймы, расположенные ниже поселка Бродокалмака по течению реки.

В ареалах населенных пунктов измерения проводились с большим пространственным шагом. На взгляд исследователей, увеличение пространственного шага обследования мало повлияло на точность создания крупномасштабных характеристик радиоактивного загрязнения, определяющих средние и характерные значения.

Съемка радиоактивного загрязнения территории осуществлялась вдоль профилей, начинающихся от кромки воды и перпендикулярных руслу реки. Расстояние между профилями составляло 20-50 м. Протяженность профиля ограничивалась значением запаса 137Сs, не превышающим 37 кБк/м2 (по показаниям прибора «КОРАД»). Часто профили заканчивались у очередного террасного уступа – резкого повышения уровня поймы на 1-5 м. Граница измерений проходила в пределах от нескольких метров до сотен метров от ныне существующей береговой линии. Расстояние между точками измерений в профилях определялось, исходя из ландшафтных особенностей местности, и обычно составляло 5-50 м.

Общее описание созданных карт

Для каждого из трех обследованных участков был разработан набор карт-планов. Каждый набор состоит из общей карты-плана всего участка масштаба 1:20000 (1:25000 для участка Русская Теча - Нижнепетропавловское) и комплекта карт-планов масштаба 1:3333 запаса 137Сs и его заглубления в почву.


Рис. 2. Карта-план запаса 137CS(a), его заглубления (б) и мощности эквивалентной
дозы (в) в пойме реки Течи в райне поселка Бродокалмака

Пример построенных карт-планов для участка в районе поселка Бродокалмака показан на рисунке 2. Карта запаса 137Сs (а) и его заглубления (б) – результат прямых измерений прибором «КОРАД»; карта мощности эквивалентной дозы (в) получена на основе измеренных характеристик загрязнения, следуя установленной процедуре.

Наборы карт-планов собраны в три комплекта тематических карт загрязнения 137Сs поймы Течи на территории Челябинской области: железнодорожная станция Муслюмово – село Муслюмово с ареалами, поселок Бродокалмак с ареалами, село Русская Теча – село Нижнепетропавловское с ареалами.

На картах каждого участка указаны квадраты километровой сетки, 250-метровые квадраты, условные обозначения квадратов, левый и правый берега реки и пойменные водоемы, левая (на левом берегу) и правая границы обследованной территории. В нулевом приближении граница обследованной территории совпадает с границей территории с загрязнением более 37 кБк/м2. Пространственное положение и обозначения километровых квадратов соответствуют топографическим картам, предоставленным для проведения радиационной съемки.

Результаты измерений

Наиболее общие закономерности распределения характеристик загрязнения по длине реки достаточно известны. В целом, характерные значения запаса 137Сs по длине реки убывают, хотя и немонотонно. Не проводя серьезной обработки, для запаса 137Сs можно оценить длину экспоненциального уменьшения значений вдоль реки Lz. Так, для окрестностей Муслюмова наибольшее значение запаса составляет 31 МБк/м2 (833 мкКи/м2), Бродокалмака (45 км вниз по реке) – 11,6 МБк/м2 (314 мкКи/м2), Русской Течи (70 км) – 3,3 МБк/м2 (388 мкКи/м2), Нижнепетропавловского (80 км) – 2,2 МБк/м2 (60 мкКи/м2). Отсюда можно получить Lz ≅ 29 км.

Участой реки Длина, км Площадь загрязнения, км2 Запас 137Cs, ТБк(Ки)
Характеристики загрязнения участков поймы Течи
Муслюмово (А-А') 16,6 2,5 6,6(178)
Муслюмово-Бродокалмак (А'-В) 22 3,3 5,7(154)*
Бродокалмак(В-В') 15,3 2,8 2,86(77)
Бродокалмак-Русская Теча (В'-C) 13,6 2,3 1,5(40)*
Русская Теча-Нижнепетропавловское (С-С') 25,9 4,1 1,24(33)
Всего (А-C') 93,4 15

18(486)*

* Значения, полученные интерполяцией данных

Построенные карты-планы загрязнения 137Сs позволили рассчитать распределение вдоль русла реки двух важных интегральных характеристик: полный запас 137Сs на загрязненной части поймы, соотнесенный с единицей длины реки, и эффективную ширину загрязненной поймы. Для участка реки последняя характеристика определяется как отношение площади поймы с уровнем загрязнения выше 1 мкКи/м2 к длине реки на этом участке. Эти характеристики для участка Муслюмова представлены на рис. 3. Наблюдается ярко выраженная корреляция между уровнем загрязнения поймы 137Сs и ее шириной. Места максимального загрязнения также четко определены. Из графика видно, что распределение активности в пойме явно не монотонно по ее длине и носит циклический характер. Так, участки максимального суммарного запаса 137Сs (0-4 км, 6-8 км, 12-15,5 км) с широкой поймой чередуются с зонами минимального содержания 137Сs (4-6 км, 8-12 км, 15,5-16,5 км) с узкой поймой. Таким образом, зоны транзита радионуклидов с минимальным загрязнением чередуются с зонами разгрузки с максимальным загрязнением.


Рис .3. Распределение характеристик загрязнения
вдоль реки в районе с. Муслюмово

Для двух участков в поселке Бродокалмаке измерен запас 90Sr и на основе корреляционных коэффициентов 90Sr/137Сs проведена оценка запаса 90Sr в пойме реки в пределах этого населенного пункта.

***
Таким образом, в результате выполненных работ для ареалов населенных пунктов Челябинской области (58 км участка реки) построены карты загрязнения 137Сs поймы реки Течи. Рассчитаны распределения вдоль русла реки суммарного запаса 137Сs и ширины зоны загрязнения. На основе интерполяции результатов оценен полный запас 137Сs в пойме для 93 км участка реки от села Муслюмова до Нижнепетропавловского (см. таблицу). Проведенные исследования указывают на связь радиоактивного загрязнения поймы c ее ландшафтно-геоморфологическими особенностями. Показана возможность крупномасштабного картирования загрязнения 90Sr почв поймы реки Течи.