Оцінка та прогнозування вторинного забруднення радіонуклідами навколишнього природного середовища внаслідок лісових радіоактивних пожеж

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оцінка та прогнозування вторинного забруднення радіонуклідами навколишнього природного середовища внаслідок лісових радіоактивних пожеж

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Після Чорнобильської катастрофи на території України (Київська, Чернігівська та Житомирська, Рівненська та Волинська обл.) утворилися зони радіоактивного забруднення (РЗ), перш за все це зони відчуження, в якій значні площі займають ліси та торфовища. Так, в Чернігівській області лісами зайнято 20,3%, торфовищами 5,37% території, з них приблизно 20% лісів, радіоактивно забруднені стронцієм та цезієм з рівнем 1 Ки/км² та більше. Ще більш напружена картина в зоні відчуження ЧАЕС.

Важливим і небезпечним фактором впливу лісових та торфових пожеж на забруднених територіях України, Білорусі та Росії є перенос радіонуклідів та розповсюдження («розповзання») їх по території, і, що особливо небезпечно, створення при певних умовах радіоактивного смогу.

При лісових пожежах вигорає кора дерев та кущів, трав'яна підстилка та гумус і більша частина радіонуклідів переходять в золу, недопал та аерозоль. Вітром аерозоль, а також зола, переносяться на значну відстань, забруднюють приземну атмосферу і осідають або вимиваються дощами. При цьому певна частка радіонуклідів безпосередньо потрапляє в органи дихання людей та худоби, забруднює території, на яких вирощуються продукти харчування. Особливу небезпеку становлять смоги в зоні пожежних факелів. Лісові та торфові пожежі створюють можливість трансграничного переносу забруднень в прикордонних областях України, Білорусі та Росії.

Здійснення комплексу заходів щодо захисту населення й об'єктів народного господарства при неминучому «розповзанні» плям радіоактивного забруднення на територіях, що прилягають до зони відчуження ЧАЕС є актуальною задачею як у теперішній час, так і майбутньому. Тому розробка прогностичних моделей динаміки плям РЗ (збільшення площі плями, поява нових, зміна рівня РЗ) на території, і реалізація цих моделей є необхідною передумовою для прийняття обґрунтованих рішень, у тому числі і попереджувального значення, для органів державного і місцевого керування, у тому числі і для системи МНС.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Вибраний напрямок дослідження з прогнозування вторинного радіоактивного забруднення територій в зоні відчуження Чорнобильської АЕС внаслідок лісових та торфових пожеж відповідає сучасним вимогам України і робота виконувалася у відповідності з Постановою Кабінету Міністрів України від 15 лютого №192 «Про затвердження Положення про організацію оповіщення і зв'язку у надзвичайних ситуаціях», Законом України «Про захист населення і територій від надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру» та галузевим темпланом науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт, спрямованих на мінімізацію наслідків Чорнобильської катастрофи, затвердженим 8 лютого 2002 р. МНС України.

Мета та задачі досліджень. Метою роботи є розробка прогностичної моделі вторинного радіоактивного забруднення територій на основі системного аналізу процесів міграції радіонуклідів при пожежах в лісах, забруднених радіонуклідами, що дозволить застосовувати заходи щодо захисту населення та управлінню екологічним станом регіонів ЧАЕС.

Для досягнення поставленої в дисертації мети були сформульовані такі задачі досліджень:

1. Проведення статистичного аналізу лісових радіоактивних пожеж та їх наслідків, в тому числі натурних вогневих експериментів.

2. Вивчення вторинного радіоактивного забруднення внаслідок штучно створеної пожежі на полігоні з радіоактивно забрудненою рослинністю.

3. Наукове обґрунтування схеми зміни балансу радіоактивності та його складових під час лісової пожежі і після неї.

4. Розробка і наукове обґрунтування прогнозної моделі вторинного забруднення радіоактивністю території в зоні впливу лісової (торфової) пожежі з урахуванням переходу радіонуклідів в золу, в газодимовий факел, подальшого переносу повітряними течіями в дальню зону, а також вітрової ерозії радіоактивної золи і переносу зі згарищ.

Об'єкт дослідження - процес розповсюдження радіоактивного забруднення внаслідок лісових, торфових та лугових пожеж.

Предмет дослідження - вторинне радіоактивне забруднення повітря, ґрунту і рослинності під час лісової пожежі і після неї.

Методи дослідження - радіоактивні аерозолі в нижньому шарі відбирали ізокінетичними пробовідбірниками ІПА. Для визначення дисперсного складу радіоактивних аерозолів було задіяно 5-каскадні імпактори ІБФ.

Гамма-спектрометричні вимірювання проводили за допомогою низькофонового спектрометричного комплексу «ADCAM-300» (США), оснащеного германієвим детектором «GEM-30185» з роздільною здатністю 1,78 кев на лінії ⁶⁰Co 1,33 Мев. Активність ⁹⁰Sr у пробах визначали за стандартним радіохімічним методом. Хімічний вихід стронцію визначався шляхом атомно-адсорбційної спектрометрії.

Активність екстрагованого ⁹⁰Sr вимірювали шляхом радіометрії його дочірнього радіонукліду, ⁹⁰Y з використанням б -, в - радіометра «CANBERRA-2400» (США)

Прогноз розповсюдження радіоактивних аерозолів в газодимовому факелі на основі теорії плавучих факелів та гаусової моделі.

Наукова новизна одержаних результатів:

- розроблена прогностична модель вторинного радіоактивного забруднення територій на основі системного аналізу процесів міграції радіонуклідів при пожежах в лісах, забруднених радіонуклідами;

- вперше запропоновано застосування в моделях балансових співвідношень та об'єктивних імовірнісних оцінок як виникнення лісових пожеж, так і метеокліматичних факторів;

- науково обґрунтовано та запропоновано методику розрахунку концентрацій радіоактивності на рівні земної поверхні;

- розроблена методика експрес-прогнозу вторинного забруднення радіонуклідами чистих або відносно чистих територій внаслідок радіоактивних лісових пожеж.

Практичне значення одержаних результатів. Проведені натурні вогневі експерименти з контрольною пожежею на радіоактивно забруднених ділянках. Досліджена динаміка переносу радіоактивного аерозолю, його траєкторія випадення на поверхню ґрунту та одержані експериментальні дані за характеристиками газодимових шлейфів, концентраціями в них радіонуклідів та вторинним забрудненням прилеглих до пожежі територій.

Розроблена та запропонована до впровадження в МНС України прогностична модель вторинного забруднення на територіях, що прилягають до зони відчуження ЧАЕС. Використання моделі дозволить прогнозувати розповсюдження радіоактивного забруднення внаслідок лісових пожеж та приймати рішення для безпечного проживання населення на прилеглих територіях.

Розроблені рекомендації щодо прогнозу вторинного радіоактивного забруднення місцевості при лісних пожежах на територіях, постраждалих у результаті Чорнобильської катастрофи. Рекомендується розглядати три варіанти прогнозу: песимістичний, середній та оптимістичний.

Особистий внесок автора полягає в розробці математичної моделі на основі використання сучасних досягнень теорії турбулентної атмосферної дифузії та плавучих атмосферних факелів, розробці на основі цієї моделі методики прогнозних розрахунків, особистій участі автора в натурному вогневому експерименті, розробці пропозицій щодо імовірних прогнозів вторинного радіоактивного забруднення для планування соціально-економічного та екологічного розвитку регіонів, які знаходяться під впливом наслідків Чорнобильської аварії.

Апробація результатів роботи. Результати дисертаційної роботи на всіх стадіях її виконання доповідались на Міжнародному науковому семінарі «Радіоекологія Чорнобильської зони» в 2002 р. в м. Славутичі, на IV міжнародній науково-практичній конференції «Об'єкт «Укриття», 15 років: минуле, сучасне, майбутнє» в листопаді 2001 р. м. Славутич, на I та II міжнародному симпозіумах «Безпека життєдіяльності в XXI столітті» в 2001 та 2002 рр. в м. Дніпропетровську, на міжнародній науковій конференції «Предупреждение, ликвидация и последствия пожаров на радиоактивно загрязненных землях» в 2002 р. у м. Гомель (Білорусь), на науково-технічній конференції Харківського державного технічного університету в 2001 та 2002 рр., на науково-технічних семінарах Черкаського інституту пожежної безпеки імені героїв Чорнобиля МВС України в 2002 р., VI Conference of the Internetional Chornobyl Center, 2003, Slavutych.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 8 статей та дві тези у виданнях України, в тому числі затверджених ВАК (5 одноосібних, 5 - зі співавторами).

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 149 найменувань та 7 додатків на 28 сторінках. Обсяг роботи становить 163 сторінки машинописного тексту, в тому числі 13 таблиць та 74 рисунків на 36 сторінках.

Зміст дисертації

радіоактивний пожежа полігон лісовий

У вступі розглянута актуальність проблеми, визначена мета роботи та основні задачі, викладені основні наукові положення і результати, що виносяться на захист та їх наукова новизна, розглянута практична значимість.

Перший розділ присвячений аналітичному огляду стану проблеми та наведено обґрунтування напрямку досліджень.

Наведений огляд існуючої інформації про радіоактивне забруднення територій, в тому числі й лісових масивів, після Чорнобильської катастрофи та їх сучасного стану. Наведені карти сумарної площі забруднених територій, яка складає більше 13 млн. га. Наведені посилання на дослідження розподілу на територіях радіоактивних забруднень внаслідок Чорнобильської катастрофи, виконаних в системі МНС України, інститутами НАНУ і УААН, УкрНДІ лісового господарства та агролісомеліорації, а також Інституту лісу НАН Білорусі та наукових інститутів Російської Федерації.

Відмічається вклад в розвиток радіаційної лісової пірології українських вчених: проф. Кашпарова В.О. зі співробітниками, Архіпова Н.П., Бар'яхтара В.Г., Кучми Н.Д., Іванова Ю.О., Краснова В.П., Федотова І.А., російських вчених: Душа-Гудим С.І., Гришина А.М., Валендик Є.Н., Арцибашева Е.С., Абдурагімова І.М., Огороднікова Б.І., Однолько А.А., білоруських вчених: Іпатьєва В.А., Уселі В.В., Гриба Ф.М.

Динаміка сумарного (ліси, болота, луги, орні землі) радіоактивного забруднення по території, тобто «розповзання» мозаїчних плям забруднення на території, ще вивчена недостатньо, що свідчить про актуальність роботи.

Наведені дані, необхідні для прогнозування переходу радіонуклідів у газодимовий факел і золу під час лісової пожежі (перш за все роботи проф. С.І. Душа-Гудим). Відзначено, що продукти горіння, які надходять у газодимовий шлейф, приводять до зростання концентрації радіонуклідів на два-три порядки і перенос радіонуклідів може досягти до 59% їх вмісту в горючому матеріалі.

Характерною в цьому відношенні була ситуація 1992 р., коли виникло багато лісових радіоактивних пожеж. На постах контролю фіксувались піки концентрацій радіоактивності, які перевищували фонові на один-два порядки, а на відстані від джерела пожежі 5-10 км зафіксовано зростання концентрації ¹³⁷Cs у 8-10 разів. Розбіжність оцінок рівня радіоактивного забруднення пояснюється тим, що формування газодимового факелу суттєво залежить від конкретної метеорологічної ситуації на час пожежі, виникнення конвективних течій повітря, ступеня вигорання лісової підстилки, яка вміщує основну долю радіонуклідів, виду лісової пожежі і т.д. Саме тому для прогнозу необхідний імовірнісний підхід і найголовніше - урахування балансу сумарної радіоактивності в джерелі лісової пожежі та тієї частки, яка переходить у газодимовий факел.

Розглянутий стан вивчення газодимових факелів на основі аналізу фундаментальних праць Моніна А.С., Яглома А.М., Сеттона О.М., Прістлі С.У., Лайхтман Р.Л., Тернера Дж.Е., Роді В., Валендика Е.Н., Матвєєва П.Н., Сафонова М.А. та інших.

В результаті аналізу сучасного стану проблеми вибрані та обґрунтовані напрямки досліджень за темою дисертації, а саме:

- розробка балансової моделі переходу радіонуклідів в газодимовий шлейф, подальшої «долі» цих радіонуклідів (осадження на поверхню в ближній зоні, перенос атмосферними течіями в дальню зону);

- розробка на основі існуючих підходів та моделей методу розрахунку формування газодимового факелу радіоактивної пожежі, переносу радіонуклідів та їх осадження на території, яка «накривається» газодимовим факелом, а також вітрової ерозії радіоактивної зони та недопалу;

- розробка на основі розгляду послідовності фізичних подій лісової пожежі як марковського випадкового процесу методики імовірного розрахунку переносу та міграції радіонуклідів при радіоактивних лісових пожежах;

- участь в проведенні натурних вогневих експериментів на радіоактивно забруднених лісах та луках.

Другий розділ роботи присвячений обґрунтуванню напряму, робочої гіпотези, загальної методики та основних методів досліджень.

Найбільш суттєвим, на жаль, неминучим і погано контрольованим, фактором є лісові, лукові та торфові пожежі на радіаційно забруднених територіях. Саме тому конче необхідний імовірнісний прогноз таких явищ та їх наслідків.

Для досягнення мети роботи сформульована така робоча гіпотеза: перенос радіоактивних забруднень при лісових та торфових пожежах являє собою певну послідовність в часі таких подій: лісова пожежа ® формування газодимового факелу ® перехід радіонуклідів з лісових горючих матеріалів в аерозолі та газову фазу газодимового шлейфу ® рух радіоактивно забрудненого шлейфа під дією приземних вітрів у їх напрямку, дифузійне розповсюдження радіоактивності в поперечному по відношенню до осі факелу напрямку ® випадіння радіоактивних аерозолів на поверхню землі («сухе» випадіння без дощів та «мокре» випадіння при дощах) ® формування додаткових плям радіоактивного забруднення територій в «ближній» до джерела пожежі зоні та утворення підвищеного радіоактивного фону приземного повітря як у «ближній», так і в «дальній» зоні. Інтегрування таких результатів за кількістю та ймовірністю лісових пожеж на масиві дає узагальнений імовірнісний прогноз вторинного радіоактивного забруднення лісового масиву та прилеглих до нього територій. Урахування вітрової ерозії згарищ лісових пожеж дозволить брати до уваги цей дуже важливий, а іноді й найбільш важливий фактор.

Методика дослідження враховує детерміновані та стохастичні особливості окремих стадій процесу, який представлений у вигляді послідовності вказаних вище явищ, характеристик та кінцевого результату.

При визначенні узагальненої методології дослідження для досягнення поставленої мети прогнозу, тобто оцінки ситуації в майбутньому, автор виходив із посилання, що більш-менш детальне математичне моделювання на базі математичних рівнянь переносу з урахуванням непередбаченості конкретних метеоумов, характеристик пожежі дає результат, який буде так само імовірним, як і результат, одержаний з використанням більш спрощених методів. Тому в дисертації автор використовує такі методи:

визначення частоти та імовірності пожеж, типу пожежі, площі пожежі та тривалості на основі статистичної обробки зібраних фактичних даних по Чернігівській, Київській та Житомирській областях;

запаси лісових горючих матеріалів та їх характеристик визначаються за рекомендаціями лісової пірології;

радіоактивне забруднення лісових екосистем визначається за існуючими картографічними даними, а також результатами досліджень УкрНДІСГР, ДНІ радіології НАНУ, публікаціями С.І. Душа-Гудим;

аеродинамічні характеристики газодимового факелу розраховуються на основі теорії турбулентних плавучих факелів за автомодельними залежностями, які підтверджені порівнянням з фактичними лабораторними і натурними даними в широкому діапазоні значень та гаусової моделі переносу домішок в атмосфері з точкових джерел;

прогнозні характеристики вторинного радіоактивного забруднення території та приземної атмосфери в ближньому та дальньому сліді визначаються на основі ланцюга умовних ймовірних явищ.

Третій розділ роботи «Експериментальні (натурні) дослідження та їх методики» присвячений результатам основних натурних експериментів, які являють собою штучно контрольовані пожежі на спеціально виділених і облаштованих радіоактивно забруднених ділянках. Такі експерименти проводяться підібраною і підготовленою командою і в останньому експерименті брав участь автор.

Наведені дані результатів натурних огньових експериментів (контрольованих пожеж) 1997 р., проведених УкрНДІСГР у Новозибківському лісгоспі РФ 1993 р. (А.А. Однолько) та інших.

У 2001-2002 р. автор двічі брав участь у вогневих експериментах, які проводилися групою співробітників УкрНДІСГР під керівництвом проф. В.О. Кашпарова та к.б.н. В..І Йощенка на експериментальних ділянках розміром 60 х 60 м в районі с. Чистогалівка в зоні відчуження ЧАЕС з відбором радіоактивних аерозолів в нижньому шарі повітря ізокінетичним пробовідбірниками ІПА та вимірюванням осадження піднятого аерозолю з використанням горизонтальних планшетів, покритих тканиною Петрянова. Дисперсний склад аерозолів вимірювався за допомогою 5-каскадних імпакторів ІБФ. У відібраних пробах вимірювались в лабораторії за допомогою гама-спектроскопії активність радіоцезію та радіохімічним методом ⁹⁰Sr та паливних трансуранових елементів. Відносна похибка вимірювань становила 10-20% для радіоцезію, 10-30% для радіостронцію, до 30% для плутонію. Під час експериментів у жовтні 2001 р. у приземному шарі до висоти 500-600 м переважаючий вітер південно-західний швидкістю 2-5 м/с, а під час експерименту в квітні 2002 р. переважав північний вітер з швидкістю приблизно 3 м/с.

Експерименти показали, що концентрація радіонуклідів у повітрі в газодимовому шлейфі на висоті 1 м над поверхнею ґрунту спадає з віддаленням від джерела викиду. Цікаво відмітити, що концентрація ізотопів плутонію зростає з віддаленістю чи має локальний максимум. За експериментальними даними були знайдені коефіцієнти ресуспензії для паливного матеріалу (трава+підстилка) в діапазоні (8,0±4,8)Ч10-6 м^-1 по ¹³⁷Cs (4,4±2,6) 10-6 м^-1 для ⁹⁰Sr та повної щільності забруднення (ґрунт + трава + підстилка) в діапазоні (1,9±1,1) 10-7 м^-1 по ¹³⁷Cs та (1,8±1,5) 10-7 м^-1 по ⁹⁰Sr, а також швидкість ресуспензії для (трава+підстилка) в діапазоні (1,2±0,7) 10-6 с-1 для ¹³⁷Cs і (5,2±4,2) 10-7 с-1 для ⁹⁰Sr та і для повної щільності забруднення (ґрунт + трава + підстилка) в діапазоні (2,9±1,7) 10-8 с-1 для ¹³⁷Cs і (4,7±3,8) 10-8 с-1 для ⁹⁰Sr. При попередніх експериментах в жовтні 2001 р. одержані значення цих величин, які відрізняються від наведених, але мають той самий порядок значень. Таким чином одержані певні експериментальні натурні дані важливих характеристик газодимових шлейфів.

Результати експерименту показали, що радіоактивність, яка перейшла в газодимовий факел, є досить малою, і у випадку лугових пожеж підняті в повітря радіоактивні аерозолі осаджуються поблизу джерела пожежі і таким чином відбувається перерозподіл радіоактивності, розширення або «розповзання» радіоактивності джерела пожежі по прилеглій території, але у випадку експериментальної лугової пожежі значного перерозподілу радіоактивності не відбулось. Це підтверджує висунуту автором тезу про необхідність врахувати зміну балансу радіоактивності по території та приземній атмосфері в ближній та дальній зонах (відносно джерела пожежі).

Четвертий розділ присвячено аналізу і теоретичному обґрунтуванню прогностичної моделі прогнозування вторинного радіоактивного забруднення місцевості внаслідок лісових, торфових та лугових радіоактивних пожеж. Процес вторинного радіоактивного забруднення території та атмосфери в зоні впливу радіоактивної пожежі розглядається як марковський імовірнісний процес - ланцюг стохастичних подій при стохастичних зовнішніх умовах (метеоумови, характеристики вітру, стан приземної атмосфери), коли початкове явище теж випадкове. Тому умовний розподіл ймовірності значень випадкової функції концентрації радіоактивних забруднень визначається відомим рівнянням Смолуховського, а щільність імовірності визначається рівнянням Колмогорова-Ейнштейна. Такий підхід є передумовою прогнозування вторинного радіоактивного забруднення внаслідок радіоактивних пожеж.

Задача формування газодимового факелу вирішена на основі робіт Бетчелора, Тернера, Роді по плавучих турбулентних факелах, в яких показано автомодельність цього явища в широкому діапазоні - від експериментальних лабораторних даних до великих пожеж.

Газодимовий факел пожежі розглядається як плавучий факел, в якому виконуються підтверджені експериментами дослідників автомодельні та інваріантні співвідношення, які проаналізовані в дисертації з позицій застосування їх для розрахунків газодимових факелів пожежі. В цих співвідношеннях визначним параметром виступає потік плавучості, параметр стратифікації та швидкість вітру V_В.

До цих формул додаються залежності Бріггса для осі факелу z_ф(x) для різних атмосферних умов. Це дає змогу в залежності від стабільності атмосфери прогнозувати траєкторії факелу від вертикальної при штилі до факела типу плюмаж, який стелеться по поверхні землі, що дуже важливо для визначення рівня вторинного радіоактивного забруднення, тому що притиснені до поверхні землі газодимові факели приводять до більшої концентрації радіоактивних аерозолів в приземних прошарках повітря та більшої щільності випадінь на поверхню.

П'ятий розділ присвячено розробці методу прогнозу вторинного радіоактивного забруднення місцевості в результаті радіоактивних лісових, торфових та лугових пожеж.

Сформульовані передумови методики прогнозування використання балансу радіоактивності; врахування можливості вітрової ерозії радіоактивної золи та недопалу зі згарища; здійснення прогнозу за сценарієм песимістичним, оптимістичним та середнім; визначення імовірності виникнення пожежі, її площі та тривалості на основі узагальнення статистичних даних про частоту пожеж на територіях, для яких здійснюється прогноз; використання макрохарактеристик плавучих газодимових факелів та усереднення оцінок радіоактивного забруднення. Сформульовані прогнозні сценарії радіоактивних пожеж.

Наведені схеми балансу радіоактивності при лісових та лугових пожежах, та встановлені балансові співвідношення радіоактивності після пожеж.

На основі аналізу статистичних даних сформульовані початкові характеристики для прогнозу радіоактивних лісових, торфових, лугових пожеж.

Для визначення теплової потужності пожежі в дисертації використані одержані в результаті статистичної обробки фактичних даних залежність між площею пожежі s та її тривалістю t

де a і b - емпіричні коефіцієнти, а також формула Теліцина, відповідно до якої S пропорційно t2. В ці формули на основі аналізу даних лісової пірології в дисертації введений коефіцієнт повноти згорання лісових горючих матеріалів Kпс на стадії активного горіння.

В результаті теплота пожежі G та теплова потужність пожежі

визначаються за формулами:

радіоактивний пожежа полігон лісовий

,

де Kф - коефіцієнт переходу тепла в газодимовий факел; ₀ - середнє значення запасу лісових горючих матеріалів, м3/га; - теплова здатність лісових горючих матеріалів, Дж/м3; S - активна площа пожежі, га.

Розрахунок газодимового факела пожежі виконується за гауссовою моделлю, в яку введене перемінне значення висоти газодимового факелу h_ф(x) з допомогою універсальних графіків для концентрації радіоактивності в повітрі на рівні поверхні та концентрації радіоактивних аерозолів, що випали на поверхню у вигляді значення комплексу за координатами (x, y) в плані

які дозволяють просто визначити концентрацію радіоактивності в повітрі на рівні землі C (x, y, z=0), [Бк/м3] та концентрацію радіоактивних аерозолів зі швидкістю осідання Wg на поверхні землі при швидкості вітруVв і потужності виходу радіоактивності в газодимовий факел М0, [Бк/с]. В дисертації наведені вказані графіки для різних категорій стабільності атмосфери по Паскуіллу та висоти газодимового факелу hф. Для урахування фактору випадіння наведені відповідні графіки у вигляді M(x)/M0.

Гаусова модель факелу достатньо просто розраховується за відомими формулами або за наведеними в дисертації графіками, один з яких показано на рис. 2 для точкового джерела. Для джерела пожежі з площею S необхідно інтегрування рішень для точкового джерела по площині S, форма якої наперед невідома. Тому в дисертації розроблена методика розрахунку еквівалентної пожежі, площа якої дорівнює площі прогнозованої пожежі, а також обчислюються сумарні та середні викиди радіоактивності в газодимовий факел, тобто виконується балансові співвідношення прогнозованої та еквівалентної пожежі.

В еквівалентній пожежі реальна пожежа з площею S і сумарним виходом радіоактивності M [Бк/с] замінюється лінійною пожежею довжиною по осі у (поперек напрямку вітру) і рівномірно розподіленою по цьому лінійному джерелу потужністю виходу радіонуклідів M0 [Бк/мЧс], так що виконується рівняння балансу

M = M₀ D

Зона приземного забруднення та зона випадіння радіонуклідів на поверхню землі в еквівалентній пожежі складається зі смуги шириною D по напрямку вітру по осі х і бокових зон, які враховують поперечну дифузію радіонуклідів по бокових границях факела. Розподіл радіоактивних аерозолів в центральній смузі розраховується по залежностях для лінійного джерела викидів відповідно формулам, наведеним в дисертації, а розподіл в бокових зонах знаходиться за універсальними графіками, як показано на рис. 3. при цьому розподіл концентрацій для лінійного джерела і точкових джерел приймається з урахуванням категорій стабільності атмосфери по Паскуіллу. Така схема є спрощеною, але додержання балансу радіоактивності, дозволяє використати її для прогнозних розрахунків.

В роботі запропоновано приблизний спосіб розрахунку концентрацій радіоактивності на рівні земної поверхні з допомогою універсальних графіків для точкових джерел для пожеж з конечною площиною S.

При цьому за границі факелу беруться значення концентрацій, які дорівнюють 0,1 концентрації на осі факелу.

По оцінкам С.І. Душа-Гудим в золі та недопалу на згарищі лісових пожеж знаходиться приблизно 97% радіоактивності лісових горючих матеріалів. Тому вітрова ерозія і перенос радіоактивної золи та недопалу є важливим фактором вторинного радіоактивного забруднення прилеглої місцевості при швидкостях наземного вітру ~10 м/с, а при більших швидкостях вітру, характерних для пилових бур та смерчів, зола та недопал із згарища може бути винесений на великі відстані. В роботі запропонований метод прогнозного розрахунку вторинного радіоактивного забруднення прилеглої місцевості, в якому за напрямком вітру на об'єкт забруднення визначається площа, на якій в складках місцевості та за рослинністю буде відкладатись радіоактивні зола та недопал.

За радіологічними характеристиками пожежі та її площі визначається сумарна радіоактивність золи та недопалу, розраховується середній рівень підвищення радіоактивності на площі забруднення внаслідок відкладення золи та недопалу

r_сер = R / S, [Бк/м2]

У дисертації рекомендується розглядати три варіанти прогнозу: за песимістичним сценарієм, за оптимістичним і за середнім.

Песимістичний прогноз враховує найбільш несприятливі імовірності явищ, які приводять до вторинного радіоактивного забруднення з найбільшими рівнями забруднень в межах зміни балансу радіоактивних забруднень в джерелі пожежі.

Середньостатистичний прогноз враховує середні, медіанні імовірності явищ.

Оптимістичний прогноз оснований на урахуванні найбільш сприятливих ймовірностей пожеж та їх характеристик. Цей прогноз, хоча і являє певний інтерес, але не має вирішального значення.

Загальні висновки

1. Встановлені особливості прояву лісових, торфових та лугових пожеж, що виникали після Чорнобильської катастрофи на радіаційно забруднених територіях українського Полісся та визначені їх статистичні параметри: періодичність, площі ураження, швидкість розповсюдження тощо.

2. На основі теорії плавучих факелів рекомендовані залежності для траєкторії факелу, висоти підйому, зменшення концентрації повздовж факелу при різних метеоумовах для газодимових факелів лісових пожеж. Згідно з наведеними в роботі формулами, визначною характеристикою факелу є потік плавучості.

На основі аналізу існуючих підходів до вирішення задачі переносу домішок газодимовими факелами з урахуванням практично доступної інформації про метеоумови найбільш прийнятною моделлю є гаусова модель.

3. Проведені натурні вогневі дослідження в зоні відчуження для контрольованих пожеж та виконана статистична обробка даних лісових радіоактивних пожеж. Встановлено, що розподіл імовірності пожеж за їх площею описується експоненційним законом, а площа пожеж пов'язана з їх тривалістю квадратичним двочленом.

4. Розроблена методика прогнозу імовірності радіоактивного забруднення територій, прилеглих до лісових масивів та торфовищ. У гаусову модель введена перемінна повздовж факелу, висота його підйому розраховується на основі автомодельних рішень для плавучих факелів.

Для практичних розрахунків запропоновано використовувати графіки залежностей C (x, y, z=0) V в / M₀ та C (x, y, z=0) V в / M₀ W₂, які дозволяють розрахувати концентрації радіонуклідів на поверхні землі та їх щільність при випаданні аерозолів.

Для спрощення розрахунків прогнозних оцінок запропоновано метод експрес-прогнозу.

5. Розроблено алгоритм послідовності визначення початкових даних для прогнозу, розрахунку конкретних характеристик вторинного радіоактивного забруднення в песимістичному, оптимістичному та середньому сценаріях прогнозу.

6. Розроблена та рекомендована до впровадження прогностична модель вторинного радіоактивного забруднення територій на основі системного аналізу процесів міграції радіонуклідів при пожежах у лісах, забруднених радіонуклідами.

7. Вперше розроблена методика прогнозу вторинного радіоактивного забруднення внаслідок вітрової ерозії радіоактивної золи і недопалу та показано, що ця складова забруднення при відповідних метеоумовах може бути домінуючою.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Гаркавий С.Ф. Лісові пожежі та пожежі на торфовищах на радіоактивно забруднених зонах як фактор розповсюдження радіонуклідів // Проблемы пожарной безопасности. - Харьков: ХИПБ, 2000. - Вып. 7. - С. 67 - 69.

2. Гаркавый С.Ф. Лесные пожары: ближний и дальний перенос продуктов горения // Проблемы пожарной безопасности. - Харьков: ХИПБ, 2000. - Вып. 8. - С. 37-40.

3. Шеренков И.А., Гаркавый С.Ф. Модель загрязнения земной и водной поверхности техногенными выбросами в атмосферу из точечных источников. // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, 2001. - Вип.12. - С. 88-93.

4. Гаркавий С.Ф. Повторне радіоактивне забруднення території внаслідок пожеж на торфовищах, забруднених радіонуклідами. Національна академія наук України, Міжгалузевий науково-технічний центр «Укриття», об'єкт «Укриття» ДСП «Чорнобильська АЕС». Науково-технічний збірник. Проблеми Чорнобиля, вип. 10, у 2-х ч. Матеріали IV Міжнародної науково-практичної конференції «Об'єкт «Укриття», 15 років: минуле, сучасне, майбутнє» 27-30 листопада 2001 р. Ч. 2. - Чорнобиль, 2002. - С. 72-75.

5. Шеренков І.А., Гаркавий С.Ф. Макрохарактеристики газодимових факелів лісових та торфових пожеж. // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, 2002. - Вип.18. - С. 302-309.

6. Гаркавый С.Ф. Лесные пожары в 30-километровой зоне отчуждения ЧАЭС как источник вторичного загрязнения территории радионуклидами. Науковий вісник українського науково-дослідного інституту пожежної безпеки. Науковий журнал №1 (5), 2002. - С. 177-181.

7. Шкарабура Н.Г., Гаркавый С.Ф. Метод прогнозного расчета вторичного радиоактивного загрязнения местности в результате радиоактивных лесных, торфяных и луговых пожаров // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, 2003. - Вип. 21. - С. 274-281.

8. Гаркавый С.Ф. Изменение баланса радиоактивности в фитоценозе при лесных и луговых пожарах // Міжнародний науковий семінар «Радіоекологія Чорнобильської зони». Тезиси стендових доповідей. Міжнародна радіоекологічна лабораторія. Славутич, 2002. - С. 96.

9. Кашпаров В.А., Лундин С.М., Левчук С.Е., Йощенко В.И., Кадыгриб А.М., Процак В.П., Малоштан И.Н., Гаркавый С.Ф. // Пожары в природных экоценозах на радиоактивно загрязненных территориях как фактор формирования радиоэкологической ситуации. Сб. науч. трудов. Предупреждение, ликвидация и последствия пожаров на радиоактивно загрязненных землях. Гомель ИЛ НАН Беларуси, 2002. - Вып.54. - С. 145-147.

10. Дисперсный состав радиоактивных аэрозолей при луговых пожарах // Хомутинин Ю.В., Йощенко В.И., Процак В.П., Гаркавый С.Ф., Калетник Н.Н. Труды VI Конференции Международного Чернобыльского центра. - Международное сотрудничество - Чернобыль. - 2003. - С. 249-250.

Размещено на Allbest.ru