Транскордонний вплив Чернаводської та Рівненської атомних електростанцій на забруднення тритієм річок Дунай та Стир

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ЕКОЛОГІЇ ТА ПРИРОДНИХ РЕСУРСІВ УКРАЇНИ

НАУКОВО-ДОСЛІДНА УСТАНОВА «УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ЕКОЛОГІЧНИХ ПРОБЛЕМ»

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ В. Н. КАРАЗІНА

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Транскордонний вплив Чернаводської та Рівненської атомних електростанцій на забруднення тритієм річок Дунай та Стир

Спеціальність 21.06.01 - екологічна безпека

Жегуліна Юлія Миколаївна

Харків - 2017

Роботу виконано в Науково-дослідній установі «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем» Міністерства екології та природних ресурсів України.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Коваленко Григорій Дмитрович, Науково-дослідна установа «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем», завідувач лабораторії радіоекологічної безпеки та радіаційного моніторингу

Офіційні опоненти:

член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор Забулонов Юрій Леонідович, Державна установа «Інститут геохімії навколишнього середовища Національної академії наук України», завідувач відділу ядерно-фізичних технологій

кандидат технічних наук, доцент Удалов Ігор Валерійович,Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, завідувач кафедри гідрогеології

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Європейською економічною комісією ООН у 1991 р. була ініційована Конвенція Еспо оцінки впливу на навколишнє середовище у транскордонному контексті. Цей документ передбачає оцінку впливу на навколишнє середовище потенційно небезпечних об'єктів усередині країни, а також у суміжних державах, які можуть зазнавати транскордонний вплив. Додаток 1 Конвенції Еспо визначає АЕС як об'єкти підвищеної екологічної небезпеки та джерела транскордонного впливу, тому оцінка їх радіаційного впливу являє собою національні інтереси держави. Україною також була підписана Конвенція Еспо і ратифікована в 1999 році. Проте, не дивлячись на це, дослідження транскордонних впливів АЕС на поверхневі водні об'єкти не проводилися.

Для технологічних потреб Чернаводської та Рівненської АЕС здійснюється безперервний забір води з річок Дунай і Стир відповідно. Зазначені АЕС не мають власних ставків-охолоджувачів і здійснюють скид дебалансних вод безпосередньо у транскордонні річки.

Основна активність дебалансних вод обумовлена тритієм. Активність інших радіонуклідів значно зменшується в результаті очищення вод.

На цей час радіобіологічні характеристики тритію досліджено не досить повно. Виявляються нові механізми радіаційного впливу на людину. Виходячи з цього, нормативи вмісту тритію в питній воді в різних країнах суттєво відрізняються. Для України та країн ЄС ця відмінність становить 300 разів.

У ряді досліджень наводиться безпечна концентрація тритію для питної води 20 Бк/дм³, що в півтори тисячі разів менше нормативу у 30000 Бк/дм³, прийнятого в Україні.

Два блоки PHWR CANDU Чернаводської АЕС, розташованої в Румунії, впливають на забруднення тритієм ріки Дунай. Найближчим часом на Чернаводській АЕС планується введення в експлуатацію додатково двох нових блоків, що може істотно змінити радіоекологічний стан р. Дунай.

Рівненська АЕС знаходиться в безпосередній близькості від кордону з Республікою Білорусь, скидає дебалансні води в р. Стир та може впливати на радіоекологічний стан ріки.

Стир - транскордонна річка, яка протікає по території України, і, виходячи з цього, варто прийняти до уваги, що Рівненська атомна електростанція може спричиняти транскордонний вплив на територію суміжної держави.

Таким чином, дослідження транскордонного впливу на радіоекологічний стан поверхневих водних об'єктів відповідає національним інтересам України, що обумовлює актуальність дисертаційного дослідження.

Зв'язок роботи із науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження за темою дисертаційної роботи виконувалися відповідно до «Енергетичної стратегії України на період до 2030 року», схваленої розпорядженням Кабміну від 15 березня 2006 року № 145-р; «Основних засад (стратегії) державної екологічної політики України на період до 2020 року», затвердженої Законом України від 21 грудня 2010 року № 2818-VI; Закону України «Про ратифікацію Конвенції про оцінку впливу на навколишнє середовище в транскордонному контексті» від 19.03.1999 р. № 534-ХIV (Відомості Верховної Ради України. - 1999. - № 18. - Ст. 153). Дисертаційне дослідження виконано в лабораторії радіоекологічної безпеки та радіаційного моніторингу Науково-дослідної установи «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем» (УКРНДІЕП) у рамках напрямку наукової діяльності «Дослідження впливу Рівненської та Чернаводської АЕС на радіоекологічний стан річок Стир та Дунай у транскордонному контексті» (№ держреєстрації 0115U004545).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є оцінка забруднення тритієм транскордонних річок Дунай та Стир у результаті експлуатації об'єктів підвищеного екологічного ризику Чернаводської та Рівненської АЕС.

Для досягнення мети поставлено та вирішено такі завдання:

- оцінити надходження тритію в річки Дунай та Стир від Чернаводської та Рівненської АЕС;

- провести аналіз основних гідрологічних характеристик річок Дунай та Стир на транскордонних ділянках;

- провести експедиційні дослідження на ріках Дунай та Стир, а також відбір проб для визначення об'ємної активності тритію на транскордонних ділянках;

- виконати комп'ютерне моделювання розповсюдження тритію у водних об'єктах за допомогою програмного комплексу PC CREAM;

- науково обґрунтувати та експериментально визначити вплив Чернаводської та Рівненської АЕС на забруднення тритієм транскордонних ділянок річок Дунай та Стир;

- теоретично розрахувати дозові навантаження та радіаційні ризики для населення, визначити рівні екологічної небезпеки АЕС, що обумовлені забрудненням тритієм транскордонних рік.

Об'єктом дослідження є радіаційна обстановка поверхневих вод у районах розташування Чернаводської та Рівненської АЕС.

Предмет дослідження - зміна об'ємної активності тритію на прикордонних ділянках річок Дунай і Стир, що обумовлена роботою Чернаводської та Рівненської АЕС.

Методи дослідження. Базуються на використанні системного і ландшафтного аналізу, математичної статистики, комп'ютерного моделювання за допомогою програмного комплексу PC CREAM. Об'ємна активність тритію визначалась за допомогою рідкосцинтилляційного спектрометра Quantulus 1220. Відбір і підготовку проб води виконано відповідно до ДСТУ ISO 9698 - 2001. Відносна похибка вимірювання ± 5 %. Сумарна відносна похибка з урахуванням підготовки проб складає ± 20 %.

Наукова новизна одержаних результатів

Вперше:

- проведено теоретичне обґрунтування та експериментальні дослідження об'ємної активності тритію на транскордонних ділянках річок Дунай та Стир;

- для водних об'єктів, що вивчаються, побудовано модель на базі програмного комплексу PC CREAM для прогнозу змін активності тритію на прикордонних ділянках річок Дунай і Стир, для нормальної та аварійної роботи АЕС;

? виконано та науково обґрунтовано оцінку транскордонного впливу Чернаводської та Рівненської АЕС по водному шляху;

? виконано оцінку дозових навантажень, радіаційних ризиків для населення, що обумовлені підвищенням об'ємної активності тритію в річках Дунай і Стир, та визначено рівні екологічної небезпеки.

Набули подальшого розвитку:

? методи оцінки транскордонного впливу АЕС на забруднення тритієм поверхневих водних об'єктів.

Практичне значення одержаних результатів полягає в удосконаленні процесу оцінювання екологічного ризику транскордонного забруднення тритієм поверхневих вод у результаті скиду дебалансних вод з атомних електростанцій. Надано рекомендації щодо підвищення екологічної безпеки АЕС.

Рекомендовано методи дослідження для оцінки транскордонного впливу АЕС на поверхневі водні об'єкти.

Результати дисертаційного дослідження вказують на доцільність створення ефективної системи моніторингу тритію на транскордонних ділянках річок Дунай та Стир з метою контролю рівня екологічної небезпеки та запобігання забруднення поверхневих водних об'єктів.

Особистий внесок здобувача складається з проведення експериментальних досліджень, оброблення отриманих даних та формулювання загальних положень і висновків. Основні ідеї, науково-практичні та теоретичні результати дослідження належать автору та його науковому керівнику. Здобувачем на основі аналізу даних скидів тритію та водних параметрів річок побудовано прогнозну математичну модель підвищення питомої активності тритію на прикордонних ділянках річок Дунай та Стир. Відібрано проби води вздовж течії ріки Стир від скиду з Рівненської АЕС до кордону. Зроблено відповідні розрахунки для досліджуваних територій. Виконано ілюстративне забезпечення. Надано висновки та рекомендації щодо підвищення екологічної безпеки в районах розташування Чернаводської та Рівненської АЕС.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати виконаних робіт доповідалися на шести наукових конференціях: Всеукраїнській науковій конференції студентів і молодих вчених вищих технічних учбових закладів іноземними мовами (м. Харків, 2013 р.); IX Міжнародній науково-практичній конференції «Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення» (м. Алушта, 2013 р.); Міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених і фахівців ДП «УкрНТЦ «Енергосталь» (м. Харків, 2014 р.); ХІХ Науково-практичній конференції «Оцінка техногенного впливу на довкілля. Нові технології очищення промвідходів, зворотних вод, переробки відходів» (с. Омельник, 2014 р.); ХІ Міжнародній науково-практичній конференції «Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення» (м. Харків, 2015 р.); Четвертій міжнародній конференції «Хімічна та радіаційна безпека: проблеми і рішення» (м. Київ, 17-20 травня 2016 р.); XII Міжнародній науково-практичній конференції «Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення», (м. Харків, 2016 р.).

Публікації. За темою дисертаційного дослідження опубліковано 12 наукових робіт, серед яких чотири публікації [1-4] - у фахових виданнях України, дві роботи [5-6] - у закордонних виданнях з напряму дисертації, 7 робіт - у збірниках наукових праць міжнародних науково-практичних конференцій.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, переліку використаної літератури зі 100 найменування на 11 сторінках та двох додатків на 16 сторінках. Повний обсяг дисертації - 128 сторінок, із них основного тексту 96 сторінок. Робота містить 45 рисунків та 10 таблиць (з них 1 рисунок на окремій сторінці).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету, задачі, об'єкт та предмет дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, представлено дані щодо особистого внеску здобувача, апробації результатів дослідження, а також публікацій.

У першому розділі розглянуто фізико-хімічні та радіобіологічні характеристики тритію. Наведено факти, що вказують на особливу небезпеку для здоров'я людини від органічно зв'язаного тритію (ОЗТ). Показано високі міграційні властивості тритію, що роблять його глобальним забруднювачем та гостро ставлять тритієву проблему.

Описано основні механізми утворення тритію та шляхи його надходження у оточуюче середовище. Визначено, що саме об'єкти ядерної енергетики на даний момент є основними джерелами забруднення тритієм.

Визначено, що робота Чернаводської та Рівненської АЕС є причиною підвищення об'ємної активності тритію на прикордонних ділянках річок Дунай та Стир. Надано стислу характеристику досліджуваних АЕС, які є основними джерелами надходження тритію у навколишнє середовище. Наведено дані щодо скидів дебалансних вод з досліджуваних атомних електростанцій по роках та активності тритію у скидах.

У дисертаційному дослідженні розглянуто роботи вітчизняних та зарубіжних вчених у цьому напрямку. Особливу увагу приділено працям В.М. Васильченко, Г.К. Івахнюка, В.В. Доліна, Н.І. Міронової, І.Ю. Катрича, Г.В. Лисиченко, В.В. Богданова, С.В. Барбашева і таких закордонних вчених, як Дж. Р. Сімонс, Ерл Еванс, Джеймс Е. Тернер та ін.

Оцінку транскордонного впливу атомних електростанцій на забруднення радіонуклідами поверхневих водних об'єктів, як складову екологічного ризику наведено в роботах В. В. Турбаєвського, В. В. Карташова, Г. Д. Коваленка, В. І. Вітька.

Результати досліджень у зазначеній галузі, наведені в роботах таких вчених, як Ю.А. Єгоров, М.М. Давидов, О.М. Масько, П.А. Чернов, у більшості своїй присвячені вмісту тритію в річках України, який обумовлено скидами з АЕС. Проте, враховуючи високі міграційні властивості тритію, необхідно проводити транскордонну оцінку забруднення тритієм поверхневих вод.

Наведено шляхи надходження тритію з реакторів у поверхневі водні об'єкти річок Дунай та Стир. Найбільш значний внесок у забруднення водного середовища надходить із скидом дебалансних або промтехнологічних вод з АЕС.

За технологічними особливостями Рівненська та Чернаводська АЕС не мають власних ставків-охолоджувачів, тому скид дебалансних вод відбувається безпосередньо у річки Стир та Дунай відповідно. Разом зі скидом дебалансних вод у ріки надходить радіонуклід тритій, оскільки він не затримується системами водоочищення на станціях та майже у повному обсязі потрапляє у водне середовище.

У другому розділі викладено основні методи аналітичних та теоретичних досліджень оцінки транскордонного впливу АЕС.

Досліджено основні гідрологічні характеристики транскордонних річок Дунай та Стир. Надано загальну характеристику басейну річок Дунай та Стир, а також проаналізовано об'ємну активність тритію у досліджуваних ріках.

У роботі описано живлення річок Дунаю та Стир, а також витрати води за останні роки, що є важливими параметрами для оцінки транскордонного впливу тритію на якість поверхневих вод.

На рис. 1, 2 представлено графік витрат води на українській частині р. Дунай за трьома контрольними створами (Рені, Ізмаїл, Вилкове).

Рис. 1. Витрати води в р. Дунай у 2014 р.

Встановлено, що максимальні витрати води зафіксовані в м. Рені. Витрати води в створах м. Ізмаїл та м. Вилкове майже вдвічі менше та практично збігаються.

Норма стоку в р. Дунай у районі розташування Чернаводської АЕС складає 1500 м³/с. Як видно з рисунку, 2014 р. був досить повноводним. Середня річна витрата води р. Дунай у районі м. Рені (Україна) становила приблизно 7250 м³/с. Максимальні величини середніх витрат води в річці Дунай за період паводку досягали 14000 м³/с (м. Рені).

Рис. 2. Витрати води в р. Дунай у 2015 р.

Аналіз даних щодо витрат води в р. Дунай за останні роки вказує на нерівномірність стоку за роками. Так, 2015 р. був досить маловодним у порівнянні з 2014 р., що може суттєво впливати на коливання об'ємної активності тритію на кордоні з Україною.

На рис. 3 представлено графік середньомісячних витрат води в р. Стир у створі Млинок за 2014 та 2015 роки.

Рис. 3. Витрати води в р. Стир по місяцях за 2014 та 2015 рр.

Норма стоку р. Стир становить 46,12 м³/с. Середня річна витрата води р. Стир у с. Млинок - 42,5 м³/с.

Мінімальні витрати впродовж літньо-осіннього періоду становлять приблизно 19,9 м³/с (2014 р.), проте 2015 р. виявився посушливим та мінімальні витрати води в осінньо-зимову межень коливались у діапазоні 10-20 м³/с.

За результатами багаторічних спостережень за водним режимом річок Стир та Дунай зроблено висновок про те, що розподіл річної витрати води по місяцях року є дуже нерівномірним. Внаслідок того, що і скид тритію з АЕС також нерівномірний, об'ємні активності тритію значно відрізняються протягом року.

Водність річок Дунай та Стир, а також об'єми скидів тритію з Чернаводської та Рівненської АЕС, відповідно, впливають на коливання об'ємної активності тритію у транскордонних водних об'єктах.

Об'ємна активність тритію у водах річки Дунай, за даними Гідромету, у 1993 р. коливалася в діапазоні від 2,6 до 6, 2 Бк/л за середньорічної величини 4,4 Бк/л. Упродовж 1993-2004 рр., до моменту введення в експлуатацію другого енергоблоку, концентрації тритію практично не змінювалися. На українській частині річки в точках м. Рені та м. Вилкове фіксувалися концентрації тритію на рівні 1,69 Бк/л і 2,75 Бк/л, відповідно.

На рис. 4 наведено результати середньорічних концентрацій тритію в р. Дунай у районі розташування Чернаводської АЕС за період 2005-2012 рр.

Рис. 4. Річні концентрації тритію у р. Дунай в районі Чернаводської АЕС в створах до та після скиду зі станції.

Максимальні середньорічні об'ємні активності тритію спостерігалися в районі Сеймень: у 2007 р. - близько 80 Бк/л, у 2008 р. - близько 55 Бк/л. У 2011 і 2012 рр. середньорічні об'ємні активності не перевищували 15 Бк/л. Різке підвищення активності тритію у 2007 р. (рис. 5) пов'язане із введенням в експлуатацію другого блоку на Чернаводській АЕС.

Рис. 5. Розподіл об'ємної активності тритію в р. Дунай у районі розташування Чернаводської АЕС у 2007 р.

З червня по жовтень об'ємна активність тритію в районі Сеймень збільшилася з 8 до майже 2000 Бк/л. У результаті усереднення за рік отримали близько 80 Бк/л.

Аналіз існуючих літературних даних вказує, що у березні 1993 р. у р. Стир, за даними Держкомгідромету, була зареєстрована об'ємна активність тритію на рівні 6 610 Бк/л, що значно перевищує зафіксовані раніше показники і може свідчити про аварійний скид. У той час, як у листопаді 1993 р. активність тритію у водах р. Стир фіксувалася на рівні 400 Бк/л.

Подальші дослідження об'ємної активності тритію було проведено у травні-червні 1997 р. Концентрація у водах р. Стир на відстані 25-100 м нижче скиду в результаті розбавлення становила 44,7-175,8 Бк/л, тоді як активність до скиду - 2,4-5,2 Бк/л.

У результаті проведених у 2000-2001 рр. досліджень визначені такі значення: у точці скиду з Рівненської АЕС до р. Стир - 176,2-214,4 Бк/л, на 1,5 км нижче скиду - 4, 7 Бк/л, а в точці вище скиду з Рівненської АЕС - 2,8 Бк/л.

У 2010 р. у р. Стир були визначені такі об'ємні активності тритію: до АЕС (контрольний створ у с. Маюничи) ? 6,7 Бк/л, після АЕС (контрольний створ у с. Сопачев) - 11,4 Бк/л. Проте у ряді випадків, у поодиноких вимірах були виявлені високі об'ємні активності тритію.

У третьому розділі наведено результати вимірювань тритію у транскордонних річках Дунай та Стир, а також виконано моделювання розповсюдження тритію за допомогою програмного комплексу PC CREAM. При моделюванні розповсюдження радіонуклідів у річках розглянуто три фази. Перша фаза - область первинного розбавлення та перемішування за глибиною русла води, що містять радіонукліди. Це фаза початкового перемішування.

Друга фаза - фаза достатнього або повного перемішування, за якої відбувається перемішування практично по всій ширині річки або по всьому поперечному перерізу русла.

Третя фаза - розсіювання на значних відстанях. Починається після закінчення другої фази і характеризується дисперсією на великих відстанях та взаємодією радіонуклідів зі зваженими речовинами або речовинами, які становлять донні відкладення.

У зв'язку з цим для моделювання використовувалася «динамічна модель», що дозволяє враховувати деякі гідрологічні параметри річок. Ділянки моделювання від Рівненської та Чернаводської АЕС до кордону були розбиті на три та чотири частини (камери), відповідно, виходячи із особливостей річок.

Для моделювання об'ємної активності тритію A_i у кожній камері було використано диференціальне рівняння:

в якому для всіх i=1, n; k_ii = 0; A_i та A_j - активність у момент t у камерах i та j (Бк); k_ij та k_ji - швидкості переносу між камерами i та j (с^-1); k_i - ефективна швидкість передачі від камери i, яка враховує втрати речовини у камері без передачі в іншу камеру, наприклад, у результаті радіоактивного розпаду (с^-1); Q_i -джерело безперервного скиду у камеру i; n - число камер у системі.

У процесі експедиційних досліджень радіаційного стану річок Дунай та Стир були відібрані проби води та проведені радіометричні дослідження цих проб. Починаючи з 2013 р., проводилися регулярні експедиційні дослідження на р. Дунай з відбору проб на визначення об'ємної активності тритію. Проби води відбирались у районах міст Рені, Ізмаїл і Вилкове.

Рис. 6. Результати вимірювань об'ємної активності тритію в р. Дунай (українська частина).

Результати вимірювань об'ємної активності тритію у р. Дунай за цей період наведено на рис. 6. Суцільними кривими на рисунках наведені лінійні апроксимації результатів вимірювань. Основним джерелом, яке призводить до зміни об'ємної активності тритію, є Чернаводська АЕС, що розташована на території Румунії в 160 км від кордону з Україною (за течією р. Дунай).

Результати вимірювань вказують на те, що з моменту введення в експлуатацію першого блоку Чернаводской АЕС об'ємна активність тритію на українській частині річки не змінювалася, але з введенням в експлуатацію другого блоку з'явився тренд до підвищення активності тритію. У випадку введення в експлуатацію додатково двох блоків на Чернаводській АЕС тренд до підвищення активності тритію збережеться.

При розрахунках об'ємної активності тритію вважалося, що два блоки Чернаводської АЕС рівномірно скидають тритій у річку при сумарному річному скиді, що дорівнює 1,08•10¹⁵ Бк.

Розрахунки показують, що об'ємна активність у правому рукаві р. Дунай після скиду з АЕС, що дорівнює приблизно 15 Бк/л, після розбавлення та взаємодії з домішками до української території зменшується до 7 Бк/л. Ці дані не враховують фонову об'ємну активність тритію у р. Дунай.

Результати розрахунків об'ємної активності за умов нормальної роботи (крива 1) та максимально високому зафіксованому скиді (крива 2) з Чернаводської АЕС наведено на рис. 7.

Рис. 7. Розрахунок об'ємної активності тритію в р. Дунай від Чернаводської АЕС до території України для двох варіантів скиду.

Виходячи з результатів обчислень, можна припустити, що за рахунок скидів тритію з Чернаводської АЕС в українських водах р. Дунай об'ємна активність тритію може перебувати в діапазоні від 8 до 108 Бк/л. Для одержання загальної об'ємної активності до наведених вище цифр необхідно додати фонове значення, яке становить 4 Бк/л.

Перші дослідження УКРНДІЕП вмісту тритію у воді р. Стир були проведені у 2000 р. під час експедиції щодо визначення екологічного стану транскордонних ділянок річок басейну Дніпра на території України. На той час об'ємні активності тритію у воді більшості досліджуваних річок перебували нижче рівня мінімальної вимірюваної активності - 2,3 Бк/л, або незначно її перевищували - до 3,4 Бк/л. Виключення склала саме р. Стир, де об'ємна активність тритію у воді становила 7,5 Бк/л.

Подальші експедиційні дослідження на р. Стир були проведені у червні та жовтні 2015 р.

На р. Стир проби води на вміст тритію були відібрані у 7 контрольних створах по всій довжині річки в створі до скиду з Рівненської АЕС та до кордону.

У місці скиду зворотних вод із Рівненської АЕС спостерігалась об'ємна активність тритію 135 Бк/л. На відстані 10 км від скиду об'ємна активність тритію дорівнювала 4,9 Бк/л, на відстані 40 км (с. Млинок) - 4,4 Бк/л, а на кордоні з Республікою Білорусь - 18 Бк/л (рис. 8).

Така залежність об'ємної активності тритію свідчить про нерівномірній скид тритію зі зворотними водами Рівненської АЕС.

Рис. 8. Графік залежності об'ємної активності тритію від відстані до Рівненської АЕС.

Для уточнення даних щодо нерівномірності скиду з РАЄС у жовтні було відібрано проби води в р. Стир на значній відстані від АЕС (біля 40 км, с. Млинок) з інтервалом 1,5 години, за винятком нічного часу.

Можна спостерігати значну залежність об'ємної активності тритію від часу відбору проби води. Крім того, об'ємна активність тритію значно перевищує попередні значення. Середня об'ємна активність тритію за період часу з 10.00 до 19.00 дорівнює 17,7 Бк/л, а наступного дня з 7.00 до 13.00 середня об'ємна активність тритію дорівнює вже 26,7 Бк/л. Така залежність об'ємної активності тритію від часу відбору проби води підтверджує попередній висновок про нерівномірність скиду тритію в р. Стир з Рівненської АЕС, а також може свідчити про значні відхилення від фонових величин об'ємної активності тритію в р. Стир. Графік залежності об'ємної активності тритію від часу представлено на рис. 9.

Рис. 9. Графік залежності об'ємної активності тритію у р. Стир від часу

Коливання об'ємної активності тритію значною мірою обумовлені сезонними періодами року.

Розрахунок об'ємної активності тритію для різних відстаней за течією р. Стир наведено на рис. 10. Представлено діапазон місячних коливань об'ємної активності тритію на різних відстанях від скиду з Рівненської АЕС. На рисунку до внеску в об'ємну активність від скидів доданий фон, який складає 3,2 Бк/л. На 1-й ділянці середньомісячні розрахункові об'ємні активності змінювалися в діапазоні від 7,6 до 24,8 Бк/л, а на кордоні з Білоруссю - від 6,8 до 21,4 Бк/л.

Рис. 10. Діапазон коливань середньомісячної об'ємної активності тритію на різних відстанях від Рівненської АЕС за 2015 р.

За такої середньої об'ємної активності тритію в с. Млинок на кордоні з Білоруссю очікується за розрахунками значення об'ємної активності у діапазоні до 21,4 Бк/л. Таким чином, за даними наших вимірювань, на кордоні об'ємна активність може перевищувати фонову (3,2 Бк/л) приблизно у 7 разів.

У четвертому розділі представлено порівняльний аналіз результатів теоретичних та експериментальних досліджень, що доводять достовірність запропонованої моделі оцінки транскордонного впливу атомних електростанцій на об'ємну активність тритію у поверхневих водних об'єктах.

Надано порівняльну оцінку результатів проведених вимірювань та моделювання об'ємної активності тритію у річках Дунай та Стир для Чернаводської та Рівненської АЕС відповідно. Проведено розрахунки індивідуальних доз для населення та радіаційних ризиків, а також оцінки транскордонного впливу Чернаводської та Рівненської АЕС на забруднення тритієм транскордонних рік.

Об'ємні активності тритію істотно залежать від витрат води в досліджуваній річці. Водність р. Дунай у 2014 р. під час вимірювань була приблизно 7250 м³/с, тобто значно вище середньорічної, що становить 4900 м³/с. У 2015 р. витрата води в р. Дунай була нижче багаторічних показників і дорівнювала 3150 м³/с. З урахуванням цих даних, а також враховуючи відстань від скиду з АЕС та швидкість течії, можна розв'язати зворотну задачу і за виміряною об'ємною активністю тритію оцінити розрахункову потужність скиду від Чернаводської АЕС, а також величину об'ємної активності тритію в скидних водах.

При об'ємній активності 11 Бк/л (без урахування фону) річний скид тритію збільшився до величини 1,7 • 10¹⁵ Бк, при цьому об'ємна активність тритію у скидній воді дорівнює 522 Бк/л.

На рис. 11 наведено виміряні величини об'ємної активності тритію на українській частині р. Дунай за 2013-2016 рр., а також відповідні величини потужності скидів з Чернаводської АЕС.

Рис. 11. Виміряні величини об'ємної активності тритію на українській частині р. Дунай (м. Рені) у 2013-2016 рр. та відповідні потужності скидів.

Виявлено тренд до поступового збільшення потужності скиду тритію за останні роки. Також варто зазначити, що скид на Чернаводській АЕС нерівномірний за роками та варіюється у широких межах. При виміряній об'ємній активності тритію у 17,7 Бк/л потужність скиду тритію з АЕС дорівнювала 90 МБк/с, а об'ємна активність тритію у скинутій воді - 900 Бк/л.

З метою підвищення радіаційної безпеки була проведена оцінка індивідуальних доз та радіаційних ризиків для населення, обумовлених споживанням питної води.

Розрахункові річні дози та радіаційні ризики, що отримані населенням від забруднення тритієм води в р. Дунай за рахунок скидів з Чернаводской АЕС у 2014 та 2015 рр., наведені у табл. 1.

Таблиця 1 - Розрахункові річні дози та радіаційні ризики від Чернаводської АЕС

Рік	2014	2015
Доза опромінення, нЗв	84	119
Радіаційний ризик	4,78 • 10-9	6,78 • 10-9

Дози в 2015 р., незважаючи на відносну маловодність р. Дунай того року, були вищі, ніж у 2014 р. Внесок у повну дозу за рахунок споживання питної води складає 99 %, за рахунок споживання риби - на рівні 1 %.

При моделюванні процесу розбавлення тритію по довжині р. Стир (рис. 12) всі експериментальні результати відповідають використаній моделі, окрім точки на кордоні, де було зафіксовано підвищену об'ємну активність. Це вказує на попередній підвищений скид тритію.

Рис. 12. Зіставлення даних моделювання з результатами вимірювань.

забруднення тритій річка

Задля уточнення даних було проведено моделювання «відновлення» потужності скиду Рівненської АЕС.

Результати вимірів наведено на рис. 13 у вигляді точок з помилками вимірів. Часовий інтервал на малюнку починається з 0 годин 2 листопада і закінчується о 24 годині 3 листопада. Методом найменших квадратів проведена суцільна лінія, яка показує середнє значення об'ємної активності за час досліджень. Стопчиками показано потужність скиду тритію з Рівненської АЕС, яка обумовлює відповідну об'ємну активність тритію.

Середнє значення об'ємної активності 3 листопада 2015 р. складає 17,7 Бк/л, однак вимірювання об'ємної активності тритію в пробах, які відібрані 4 листопада, показало, що в цей день середня об'ємна активність тритію склала 26,7 Бк/л.

Рис. 13. Зв'язок активності скиду тритію з Рівненської АЕС з об'ємною активністю в р. Стир (с. Млинок) 3-4 листопада 2015 р.

Як виходить з рис. 13, враховуючи водність річки та об'ємну активність тритію у контрольному створі, можливо встановити потужність його скиду з Рівненської АЕС.

При потужності скиду 0,65 МБк/с об'ємна активність тритію у скинутій воді приблизно дорівнює 1 400 Бк/л, а при потужності скидання 0,46 МБк/с - 870 Бк/л.

Враховуючи середньомісячний скид тритію з Рівненської АЕС, а також водність річки, були виконані розрахунки об'ємної активності тритію на кордоні з Білоруссю (рис. 14).

Було зазначено, що скид тритію в 2014 р. порівняно з 2010 р. збільшився у 2,43 разу ? з 2,66•10¹² до 6,47•10¹² Бк. У цьому випадку відбуватиметься підвищення об'ємної активності тритію на кордоні.

У 2014 р. об'ємна активність змінювалася від 2,3 до 14,2 Бк/л. Ці розрахунки не враховують фонову активність, яка складає 3,2 Бк/л.

Порівнюючи дані щодо місячних витрат р. Стир у с. Млинок за 2014 і 2015 рр., необхідно відмітити, що 2015 р. виявився маловодим в порівнянні з 2014 р. Також варто зазначити, що в 2015 р. збільшився скид тритію з АЕС у порівнянні з 2014 р.; він складав 7,30E+06 МБк/рік. Об'ємна активність у 2015 р. змінювалась від 3,6 до 18,2 Бк/л без урахування фонової активності (3,2 Бк/л).

Таким чином, на кордоні України з Республікою Білорусь у р. Стир може спостерігатись активність тритію до 20 Бк/л, яка вища за фонову активність у 7 разів. Таке підвищення обумовлене впливом Рівненської АЕС.

Рис. 14. Об'ємні активності тритію на кордоні з Білоруссю у 2010, 2014, 2015 рр., що обумовлені скидами з Рівненської АЕС

На рис. 15 наведено розподіл отриманих доз населенням за рахунок скидів тритію з Рівненської АЕС протягом 2010, 2014 та 2015 років.

Рис. 15. Середньомісячні дози опромінення на кордоні України з Білоруссю, що обумовлені скидами тритію з Рівненської АЕС.

Річна доза опромінення від скидів тритію з Рівненської АЕС за 2010 р. складає 53 нЗв, за 2014 р. ? 90 нЗв, а за 2015 р. ? 128 нЗв, що значно менше квоти межі дози за рахунок критичного виду водокористування для АЕС, яка дорівнює 10 000 нЗв/рік згідно з НРБУ_97.

Розподіл доз за формою збігається з розподілом об'ємної активності, оскільки вони в основному зумовлені споживанням питної води (99 %).

Радіаційні ризики для населення, що обумовленні водокористуванням, за 2010, 2014, 2015 роки складають 3,0•10^-9, 5,13•10^-9, 7,29•10^-9 відповідно, що суттєво менше абсолютно прийнятного ризику 10^-6.

Висновки

Дисертація є науково-дослідною роботою, в якій за допомогою сучасних експериментальних методів та математичного моделювання вперше проведено комплексні дослідження підвищення об'ємної активності тритію на транскордонних ділянках річок Дунай та Стир і визначено джерела забруднення.

Основні науково-практичні висновки та рекомендації, отримані у результаті дисертаційного дослідження, полягають у такому:

1. Науково обґрунтовано, що Чернаводська та Рівненська АЕС є основними джерелами забруднення тритієм річок Дунай та Стир відповідно.

2. Проаналізовано основні гідрологічні характеристики річок Дунай та Стир на транскордонних ділянках та місцях розташування АЕС. Зазначено, що витрати води значно змінюються, як за місяцями, так і за роками, що суттєво впливає на забруднення тритієм водних об'єктів.

3. У результаті експериментальних досліджень та математичного моделювання показано, що Чернаводська АЕС призвела до підвищення об'ємної активності тритію в р. Дунай на території України в 3-5 раз у порівнянні із фоновим значенням (4 Бк/л). На кордоні України з Румунією (м. Рені) за період з 2013-2015 рр. спостерігається підвищена об'ємна активність тритію у р. Дунай до 20±4 Бк/л. Встановлено, що введення в експлуатацію додатково ще двох блоків на Чернаводській АЕС призведе до підвищення активності тритію в р. Дунай до 40 Бк/л (у 6-10 разів).

4. Визначено, що у результаті роботи Рівненської АЕС активність тритію на кордоні із Білоруссю зросте до 20 Бк/л, що приблизно у 7 разів перевищує фонову концентрацію тритію для р. Стир. У результаті спостережень за об'ємною активністю тритію в р. Стир показано, що скид тритію з Рівненської АЕС протягом доби відбувається не рівномірно.

5. Вперше проведено комп'ютерне моделювання для прогнозу концентрацій тритію в результаті нормальної та аварійної роботи атомних електростанцій. Було визначено, що в окремих випадках об'ємна активність тритію може підвищуватись до 100 Бк/л, а у разі аварійних скидів може перевищувати 100 Бк/л, що перебуває на рівні концентрації, яка лімітована відповідною Директивою Європейського Союзу.

6. Встановлено, що при нормальній роботі Рівненської та Чернаводської АЕС концентрації тритію на транскордонних ділянках річок не перевищують існуючі нормативи (100 Бк/л - стандарт ЄС) та не несуть екологічної небезпеки для населення. Дозові навантаження, які обумовлені споживанням питної води, коливаються в межах 53-128 нЗв та є значно меншими установленої Нормами радіаційної безпеки України квоти дози за рахунок критичного виду водокористування для АЕС, яка складає 10 мкЗв. Таким чином, транскордонний вплив АЕС не становить загрози для населення.

7. Рекомендовано у зв'язку з коливанням об'ємної активності тритію у водах річок Дунай та Стир проводити моніторинг тритію з частотою, яка дозволить відстежувати ці коливання, а також врахувати рекомендації ВОЗ та МАГАТЕ і переглянути нормативи щодо вмісту тритію в питній воді на Україні.

Основні публікації за темою дисертації

1. Жегулина Ю.Н., Коваленко Г.Д. Оценка влияния РАЭС на радиоэкологическое состояние реки Стырь в трансграничном контексте // Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Сер. Екологія. - Харків, 2015. ? Вип. 43. - С. 184?189.

2. Вітько В. І., Гончарова Л. І., Жегуліна Ю. М., Карташов В. В., Коваленко Г. Д. Вплив Рівненської АЕС на об'ємну активність тритію у річці Стир // Ядерна енергетика та довкілля. ? 2016. ? № 1 (7). ? С. 17-26.

3. Жегулина Ю. Н., Коваленко Г. Д. Оценка трансграничного влияния Ровенскй АЭС на радиоэкологическое состояние реки Стырь // Проблеми охорони навколишнього природного середовища та екологічної безпеки: зб. наук. праць / УкрНДІЕП. - Харків: ВД «Райдер», 2013. - Вип. ХХХV. - С. 131-137.

4. Витько В. И., Жегулина Ю. Н., Коваленко Г. Д. Трансграничное влияние Чернаводской АЭС на загрязнение тритием поверхностных вод реки Дунай на территории Украины // Техногенно-екологічна безпека та цивільний захист. - 2015. - № 8. - С. 92-102.

5. Zhegulina I.M., Kovalenko G.D., Vit`ko V.I. Transboundary impact of the Chernavodska NPP on tritium pollution of the Danube river on the territory of Ukraine // Riscuri si Catastrofe. Cluj-Napoca, Romвnia. - An. XIV. ? Vol. 17. - N 2/2015. - P. 97-108.

6. Жегулина Ю.Н., Коваленко Г.Д. Оценка влияния РАЭС на радиоэкологическое состояние реки Стырь в трансграничном контексте // Экологический вестник. - Минск, 2015. ? № 4 (34). ? С. 28- 33.

7. Жегулина Ю. Н., Коваленко Г. Д., Витько В. И. Содержание трития в реке Стырь // Екологічна безпека: проблеми та шляхи вирішення: ХІ Міжнар. научно-практ. конф.: зб. наук. статей / УкрНДІЕП. - Харків: ВД «Райдер», 2015. ? С. 96-100.

8. Zhegulina I. M., Voronova Ye. M. Assesment of impact of nuclear power plants on the Danube ecosystem (on the example of Chernavodska NPP) // Інноваційні процеси та технології. Шляхи їхньої реалізації в автомобільній, дорожньо-будівельній, транспортній, природоохоронній та освітній галузях: зб. наук. праць. - Харків: ХНАДУ, 2013. - С. 196-200.

9. Жегулина Ю. Н., Коваленко Г.Д., Карташев В.В. Влияние Чернаводской АЭС на загрязнение тритием реки Дунай на территории Украины // Екологічна безпека: проблеми та шляхи вирішення: ІХ Міжнар. научно-практ. конф.: зб. наук. статей: у 2-х т. - Харків: ВД «Райдер», 2013. - Т. 1. - С. 99 - 104.

10. Жегулина Ю. Н., Коваленко Г. Д. Оценка влияния Чернаводской и Ровенской АЭС на радиоэкологическое состояние поверхностных водных объектов (рек Дунай и Стырь) // Сб. трудов 3-й Междунар. научно-практ. конференции молодых ученых и специалистов / ГП «УкрНТЦ «Энергосталь». - Х.: НТМЦ, 2014. - С. 287 - 290.

11. Витько В. И., Жегулина Ю. Н., Карташов В. В., Коваленко Г. Д. Оценка трансграничного влияния АЭС на загрязнение тритием поверхностных водных объектов // Екологічна безпека: проблеми та шляхи вирішення: ХІІ Міжнар. научно-практ. конф.: зб. наук. статей / УкрНДІЕП. - Харків: ВД «Райдер», 2016. ? С. 62-67.

12. Витько В. И., Дурасова Н. С., Жегулина Ю. Н., Коваленко Г. Д. Трансграничное влияние Чернаводской АЭС на загрязнение реки Дунай тритием на территории Украины// Екологічна безпека: проблеми та шляхи вирішення: Х Міжнар. научно-практ. конф.: зб. наук. статей / УкрНДІЕП. - Харків: ВД «Райдер», 2014. - С. 55-64.

Анотація

Жегуліна Ю. М. Транскордонний вплив Чернаводської та Рівненської атомних електростанцій на забруднення тритієм річок Дунай та Стир. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - екологічна безпека. - Науково-дослідна установа «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем» та Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Харків, 2017.

Дисертацію присвячено дослідженню транскордонного впливу Рівненської та Чернаводської АЕС на зміни об'ємної активності тритію у річках Стир та Дунай у результаті скиду дебалансних вод. У дослідженні наведено основні джерела тритію на АЕС із реакторами CANDU та ВВЕР, виконано математичне моделювання об'ємної активності тритію на прикордонних ділянках рік.

Надано стислу фізико-географічну та гідрологічну характеристику річок Дунай та Стир, а також стислу характеристику досліджуваних АЕС. Наведено дані щодо залежності активності тритію у ріках від відстані, об'ємів скидів зі станцій та сезонної водності річок. Представлені середньорічні об'ємні активності тритію.

Встановлено, що робота Рівненської та Чернаводської АЕС безпосередньо впливає на зміни активності тритію у транскордонних річках Стир та Дунай. Надано прогноз зміни об'ємної активності тритію у водах р. Стир на кордоні з Білоруссю у результаті нормальної роботи Рівненської АЕС. Аналогічний прогноз було зроблено щодо активності тритію на кордоні України у результаті роботи Чернаводської АЕС. Визначено рівні екологічної небезпеки, дозові навантаження та радіаційні ризики для населення.

Ключові слова: тритій, АЕС, транскордонний вплив, дебалансні води, об'ємна активність, забруднення, моделювання, водні об'єкти, радіаційний ризик, дозові навантаження.

Аннотация

Жегулина Ю. Н. Трансграничное влияние Чернаводской и Ровенской атомных электростанций на загрязнение тритием рек Дунай и Стырь. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - экологическая безопасность. - Научно-исследовательское учреждение «Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем» и Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, Харьков, 2017.

В связи с подписанием и ратификацией Украиной Конвенции Эспо об оценке трансграничных воздействий представляется актуальным проведение радиоэкологических исследований объектов ядерной энергетики, которые оказывают непосредственное трансграничное влияние и являются объектами повышенной экологической опасности.

Диссертация посвящена оценке трансграничного влияния Чернаводской и Ровенской АЭС на загрязнение тритием рек Дунай и Стырь. Выбор объектов исследования обусловлен технологическими особенностями станций. Данные АЭС не имеют собственных прудов-охладителей, а потому сбрасывают дебалансные воды напрямую в реки.

Показано, что основная активность дебалансных вод обусловлена тритием, радиобиологические свойства которого еще недостаточно полно изучены. В связи с этим нормативы содержания трития в питьевой воде существенно отличаются. Для Украины и стран ЕС это отличие составляет 300 раз.

Представлены результаты измерений объемной активности трития в трансграничных реках Дунай и Стырь, обусловленной сбросом дебалансных вод с Чернаводской и Ровенской АЭС в поверхностные водные объекты. Проведено моделирование объемной активности трития в поверхностных водах исследуемых рек.

Предложено проведение мониторинга трития в трансграничных реках, которые находятся под воздействием АЭС, с частотой, которая позволит отслеживать колебания объемной активности трития. В результате расчетов установлено, что работа Чернаводской и Ровенской АЭС привела к увеличению объемной активности в трансграничных водных объектах. Проведенная верификация программного комплекса показала достаточную схожесть данных моделирования с результатами измерений активности трития в реках Дунай и Стырь. Оценены дозовые нагрузки и радиационные риски для населения, обусловленные потреблением питьевой воды.

Ключевые слова: тритий, АЭС, трансграничное влияние, дебалансные воды, объемная активность, загрязнение, моделирование, водные объекты, радиационный риск, дозовые нагрузки.

Abstract

Zhegulina Iu. M. Transboundary impact of the Chernavodska and Rivne nuclear power plants on tritium contamination of the Danube and Stir rivers. - Manuscript.

Dissertation for a Candidate Degree in Technical Sciences, speciality 21.06.01 - Ecological safety. - Scientific Research Institution «Ukrainian Scientific Research Institute of Ecological Problems» and V. N. Karazin Kharkiv National University. -Kharkiv, 2017.

Dissertation is devoted to the study and modeling of the increase of volum activity of tritium in transboundary rivers Styr and the Danube, as a result of Rivne and Chernavodska NPP operation. In this study the major sources of tritium at nuclear power plants with reactors CANDU and VVER are given, also given mathematical modeling of volume activity of tritium in cross-border areas of the rivers.

Short physiographic and hydrological characteristics of the Danube and Styr are given, as well as a brief description of studied nuclear power plants. The data of the discharges of tritium from nuclear power plants, dependences of the activity of tritium in rivers from distances, volumes of discharges from the stations and seasonal water availability. Shown the average annual volume activity of tritium. It is established that operation of the Chernavodska and Rivnenska NPP directly affects changes in the activity of tritium in transboundary Rivers the Danube and Styr. Forecast changes in the background activity of tritium in waters of the Styr on the border with Belarus in the result of normal and emergency operation of RNPP was given. A similar prediction was made regarding to the activity of tritium on the border of Ukraine as a result of operation of the Chernavodska station.

Key words: tritium, NPP, transboundary impact, debalance water, volume activity, pollution, modelling, water bodies, radiation risk, radiation dose.

Размещено на Allbest.ru