В статье Сускина В. В., Капырина И. В., Болдырева К.А. предложен способ оценки безопасности приповерхностного пункта захоронения радиоактивных отходов (ППЗРО) на основе сопряжения двух отдельных моделей ближней (БЗ) и дальней (ДЗ) зон в расчетном комплексе GeRa (РК GeRa). Рассмотрено создание модели БЗ, проанализированы различные способы ее взаимодействия с моделью ДЗ. Использована возможность учета изменения характеристик инженерных барьеров безопасности (ИББ) во времени.
GeRa (Geomigration of Radionuclides, http://gera.ibrae.ac.ru) — аттестованный в Ростехнадзоре высокотехнологичный расчетный комплекс, предназначенный для трехмерного гидрогеологического моделирования процессов геофильтрации и геомиграции загрязнений в подземных водах. Он разработан ИБРАЭ РАН и ИВМ РАН и позволяет проводить построение геологической модели объекта и ее параметризацию, создание базы данных мониторинга, используемой впоследствии для верификации и калибровки модели, создание расчетной сетки, непосредственно геофильтрационные и геомиграционные расчеты, визуализацию и верификацию результатов.
Представленные в статье результаты моделирования миграции проводились для условного ППЗРО, представляющего собой заглубленное в грунт прямоугольное в сечении железобетонное сооружение траншейного типа с системой ИББ. В модели БЗ задавались следующие граничные условия: на верхней границе —инфильтрация атмосферных осадков, на нижней -— нулевой напор.
В табл.1 приведена вертикальная дискретизация модели БЗ условного ППЗРО.
Таблица 1. Вертикальная дискретизация модели ППЗРО
| Модельный слой | Мощность слоя, м | Расшифровка |
| Почвенно-растительный слой | 0,2 | Противофильтрационный экран |
| Геомембрана | — | |
| Щебень и гравий | 0,5 | |
|
Песок среднезернистый |
0,1 | |
| Суглинок, глина |
2 |
|
| Бетон |
0,5 |
Барьер безопасности |
|
|
4 |
|
| Бетон |
0,5 |
Барьер безопасности |
Значения геофильтрационных и гидрофизических параметров слоев, использованных при одномерном моделировании, приведены в табл. 2.
Таблица 2. Параметры слоев модели ППЗРО
| Литологический состав слоя |
Коэффициент фильтрации, м/сут |
Активная пористость |
Плотность породы,
кг/м3 |
Влагосодержание, доли ед. |
Эмпирические параметры модели ван Генухтена — Муалема | ||
|
при насыщении,
|
остаточное,
|
α, м—1
|
n |
||||
| Почва | 0,001 | 0,45 | 1 200 | 0,45 | 0,095 | 1,9 | 1,48 |
| Песок | 0,1 | 0,43 | 1 600 | 0,43 | 0,045 | 14,5 | 2,68 |
| Гравий/щебень | 5 | 0,3 | 1 900 | 0,3 | 0,04 | 6 | 3 |
| Суглинок/глина | 0,001 | 0,38 | 1 900 | 0,38 | 0,068 | 0,8 | 1,09 |
РАО |
0,1 | 0,36 | 1 500 | 0,36 | 0,045 | 14,5 | 2,68 |
| Бетон | 0,01 | 0,2 | 2 000 | 0,2 | 0,045 | 3,04 | 1,23 |
Авторами предположено, что в период административного контроля (100 лет) инженерные барьеры безопасности выполняют свои гидроизолирующие функции, и атмосферные осадки не контактируют с радиоактивными отходами. В этот период, перенос загрязнителей в ближнюю зону ППЗРО происходит за счет диффузии.
В работе представлены расчеты максимальной удельной активности (УА) и времени достижения этой величины для рассматриваемых радионуклидов при условии, что активность каждого из них составляет 1х1010 Бк. Сорбционные параметры слоя РАО, параметры перекрывающего и подстилающего бетона приведены в табл. 3.
Таблица 3. Коэффициент распределения радионуклидов на породах, принятый в модели ППЗРО
| Слои |
Стадия деградации |
Коэффициент распределения (Kd ), м3 /кг | |||||||
| 3H | 36Cl | 14C | 41Ca | 90Sr | 99Tc | 137Cs* | 234U | ||
Слой РАО |
— | 1·10–4 | 1·10–4 | 5·10–3 | 5·10–3 | 0,015 | 1·10–4 | 0,28 | 0,035 |
|
Бетон |
I | 0 | 0 | 0,7* | 2·10–3* | 0,03* | 0,07** | 1·10–4 | 0,4* |
| II | 0 | 0 | 2* | 3·10–4* | 5·10–3* | 0,07** | 1·10–4 | 3* | |
| III | 0 | 0 | 1·10–4 | 3·10–3* | 0,01* | 0,07** | 1·10–3 | 5*** | |
| IV | 0 | 0 | 1·10–4* | 1,3·10–2* | 1·10–4* | 0,07* | 1·10–3 | 5·10–3* | |
* — минимальное значение, согласно;
** — рекомендуемое значение, согласно;
*** — значения, большие 5 м3 /кг консервативно приняты равными 5 м3 /кг
Таблица 4. Результаты расчета выхода радионуклидов за пределы БЗ модели ППЗРО при принятых значениях их активности для каждого радионуклида, равной 1·1010 Бк
| Нуклид |
Максимальная УА на выходе из БЗ, Бк/м3 |
Период достижения максимальной УА, лет |
УВ в питьевой воде, Бк/м3 |
| 3H | 3,64·104 | 6 | 7,60·106 |
| 36Cl | 4,41·105 | 107 | 1,50·105 |
| 14C | 6,51·105 | 2 000 | 2,40·105 |
| 41Ca | 1,63·104 | 186 | — |
| 90Sr | 5,33·101 | 168 | 4,90·103 |
| 99Tc | 8,02·103 | 293 | 2,10·105 |
| 137Cs* | 3,5·101 | 107 | 1,10·104 |
| 234U | 8,78·103 | 10 000 | 2,80·103 |
Наименьшее время достижения максимальной удельной активности на границе БЗ наблюдается для 3Н (рис. 1). Это связано с его высокой миграционной способностью и малым периодом полураспада. Пик на 107 лет обуславливается адвективным выходом остаточного загрязнения тритием из модели БЗ после нарушения гидроизоляции ППЗРО.
Влияние данного механизма можно увидеть и на примере зависимости величины потока загрязнителя от времени, слабо сорбируемого долгоживущего 36Cl (рис. 2). Небольшой пик (до 10 Бк/сут.) связан с диффузией, в то время как основной рост, возникающий около 107 года, обусловлен его выходом из модели БЗ при адвекции.
Зависимости величин потоков для рассматриваемых радионуклидов на выходе из БЗ модели условного ППЗРО представлены на рис.1-4.
В статье анализируются полученные результаты расчетов, дается интерпретация особенностей формы кривых графиков.
В работе отмечается, что сопряжение моделей БЗ и ДЗ в расчетном комплексе производится путем передачи потоков на выходе через нижнюю границу модели БЗ в объемный источник, располагающийся в верхнем слое ДЗ (в зоне аэрации). Радионуклиды, выходящие из ближней зоны, при такой постановке задачи попадают на уровень грунтовых вод (УГВ), впоследствии переносясь потоком подземных вод в геологической среде (дальней зоне).