РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА МЕТОДА прогнозирования распространения радиоактивных загрязнений в
проточных поверхностных водах НА ОСНОВЕ КАМЕРНОЙ МОДЕЛИ С ЗАПАЗДЫВАЮЩИМ
АРГУМЕНТОМ
В разделе приведены применяющиеся на практике способы формализации физических
процессов оказывающих влияние на концентрации загрязнений в проточных
водоемах.
Путем сопоставительного анализа данных измерений и результатов, полученных с
помощью камерной модели полного перемешивания, определяются причины, снижающие
ее точность и ограничивающие область применения.
На основе предложенных допущений о двухэтапном протекании процесса переноса
загрязнения в камере строится модифицированная камерная модель неполного
перемешивания. Для ее описания используются дифференциальные уравнения с
запаздывающим аргументом. Дается описание программного комплекса реализующего
предложенную модель.
Приводится методика применения предложенного метода прогнозирования
распространения загрязнений в проточных поверхностных водах на основе
предложенной камерной модели.
2.1 Анализ процессов оказывающих существенное влияние на концентрацию
радионуклидов при транспортировке через проточный поверхностный водоем
Водоемы характеризуются большим разнообразием. Среди них имеются крупные и
мелкие реки, водохранилища, лиманы, озера. Это обуславливает различные
гидрологические характеристики водных объектов (расходы воды, скорости течений,
интенсивность перемешивания), различные характеристики русел (батиметрию, уклон
дна, размываемость, шероховатость), различие взвешенных наносов, переносимых с
током воды (концентрация, химический состав, плотность, гидравлическая
крупность), и разные параметры донных отложений (толщина слоя отложений,
пористость, плотность).
Водные объекты находятся в различных природных и климатических зонах,
следствием чего является различный режим смыва с поверхности, зависящий в
частности от характеристик почвы осадков, испарения и снеготаянья.
Как было показано в разделе 1, все крупные ГЭС и АЭС Украины находятся в
бассейнах проточных водоемов.
Проточные водоемы можно условно разбить на две группы:
сильнопроточные (реки) характеризуются относительно большими скоростями течений
(0,35 – 3 м/сек и более), а также большим диапазоном их изменения, возможными
быстрыми изменениями уровней воды;
слабопроточные имеют малые скорости течений (0,01 – 0,35 м/сек) и слабо
меняющийся уровень воды (водохранилища, лиманы, озера).
Такие различия приводят к необходимости применения различных гидрологических
моделей для описания сильнопроточных и слабопроточных водоемов, учитывающих
динамику течений, изменения уровня, расхода воды и особенности русел.
В сильнопроточных водоемах при транспортировке загрязнения преобладают процессы
переноса (рис. 1.1) связанные с адвективно-диффузионным переносом загрязнения в
растворе и на взвеси, а в слабопроточных основное влияние оказывают
молекулярная диффузия и сорбционно-десорбционные процессы при взаимодействии с
донными отложениями.
Возможны следующие пути поступления загрязнений в поверхностные водоемы:
- непосредственное поступление загрязнений в воду;
- смыв с загрязненной поверхности почвы (смыв дождевыми или снеговыми водами, а
также в результате подтопления во время паводков);
- поступление с подземными водами (в результате просачивания с поверхности
почвы и миграции с подземными водотоками).
Каждый из этих путей может описываться собственными моделями, результаты работы
которых могут служить в качестве исходных данных для модели распространения в
поверхностных водоемах.
В случае непосредственного поступления загрязнений повышение концентраций
опасных веществ в воде непосредственно связано с моментом поступления, в случае
поступления загрязнений в результате смыва подъем концентраций зависит от
времени выпадения интенсивных осадков, снеготаянья и наступления паводков. При
поступлении с подземными водами загрязнение поверхностных водоемов зависит от
интенсивности процессов просачивания и перемещения подземных вод.
Поступление с подземными водами происходит через большой интервал времени после
попадания загрязняющих веществ на поверхность почвы. В результате длительности
процесса успевает произойти распад многих вредных веществ, сорбция в массе
грунтов и диффузия в значительных объемах, что приводит к значительному
снижению концентрации загрязнений в подземных водах.
Загрязнения, которые тем или иным путем поступают в поверхностные водоемы
(реки, озера, водохранилища) в дальнейшем перемещаются с течением воды,
подвергаясь различным физико-химическим процессам.
Основные процессы, определяющие перенос загрязнений в водоемах представлены на
рис. 1.1 без подсистемы обмена загрязнения с гидробионтами [12]. Здесь следует
только отметить, что гидробионты (водоросли и другая водная растительность,
фитопланктон, моллюски, рыбы) оказывают заметное влияние на общие потоки
загрязнений в слабопроточных озерах и сильно зарегулированных водохранилищах. В
остальных водных объектах поток загрязнений в гидробионты, как правило, мал по
сравнению с транспортом загрязнений в воде и на неорганических взвесях, что
позволяет не включать его в суммарный баланс потоков загрязнений [155, 156].
Адвективно-диффузионный перенос растворенных загрязнений водным потоком
формируется переносом загрязнения полем течений и потоками загрязнения,
обусловленными турбулентной диффузией. Соответственно для использования в 1 –
3-х мерных моделях транспорта загрязнений необходимо предварительно
рассчитывать поле течений и коэффициенты турбулентной диффузии из уравнений
гидродинамики открытых потоков в различном приближении. В камерных м
- Киев+380960830922