Загрязнение реки Караболки долгоживущими радионуклидами ЭКОЛОГИЯ N 3 1999

© 1999 г. Л. М. Перемыслова*, Н. Г. Сафронова*,
В. А. Батурин*, М. В. Иваницкая**, В. И. Афонин**

* Уральский научно-практический центр радиационной медицины, 454076 Челябинск, Медгородок
** Центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 454080 Челябинск, vл. Витебская, 15
Поступила в редакцию 16.02.98 г.

Приведены результаты исследования уровней загрязнения и распределения радионуклидов в почве поймы р. Караболки, загрязненной в результате горизонтальной миграции с территории Восточно-Уральского радиоактивного следа и ветрового переноса с берегов промышленного водоема. Рассчитаны величины выноса ⁹⁰Sr с речным стоком р. Караболки в р. Синару за весь срок после начала загрязнения.

В настоящее время произведена оценка радиоэкологического состояния р. Течи и величины выноса долгоживущих радионуклидов в систему рек Исеть-Тобол-Йртыш-Обь (Трапезников и др., 1993; Мокров, 1996: Bradly, Jenquin. 1995). Другим источником загрязнения указанной речной системы ⁹⁰Sr является р. Караболка, которая впадает в р. Синару, являющуюся притоком р. Исеть. Загрязнение р. Караболки радионуклидами началось в 1957 г. после образования Восточно-Уральского . радиоактивного следа (ВУРС). Исток реки находится на территория ВУРСа с высокими плотностями загрязнения ⁹⁰Sr + ⁹⁰Y. В результате выноса радионуклидов поверхностным стоком с водосборной территории произошло загрязнение русла и поймы р. Караболки на всем ее протяжении. Цель данной работы - оценка радиоэкологического состояния р. Караболки и величины выноса ⁹⁰Sr с речным стоком в р. Синару.

Река Караболка относится к речной системе Синара-Исеть-Тобол-Иртыш-Обь. Ее истоком является болото Бугай, находящееся в северо-западной части Челябинской области. Площадь болота составляет около 100 км². Плотности загрязнения почвы болота ⁹⁰Sr после аварии составляли от 0.19 до 3.7 ГБк/м², ¹³⁷Cs - в 100 раз ниже. В 1967 г. исследуемый район был дополнительно загрязнен ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs в результате ветрового переноса их с берегов хранилища промышленных радиоактивных отходов. Плотность выпадений ¹³⁷Cs в районе исследований составляла до 37 кБк/м², ⁹⁰Sr - в 3 раза ниже. Источником питания реки являются подземные воды (30%) и поверхностный сток (70%). Длина реки от болота Бугай до устья около 76 км. Русло реки пролегает по равнинной местности, в верхнем течении она протекает по торфяному болоту, дно в этой части реки илистое. В среднем течении дно песчано-галечное и к устью - илистое. Ширина поймы в верхнем и нижнем течении реки по одному из берегов составляет до 0.5 км.

На рис. 1 приведена карта-схема р. Караболки, где представлены точки отбора проб воды и пойменной почвы. Гидрологические измерения на реке проводились в 1956-1957 гг. и 1965-1980 гг. в створах, находящихся вблизи истока реки в населенном пункте Т. Караболка и в устье реки в населенном пункте Усть-Караболка. В 1995 г. гидрологические измерения вблизи устья реки были возобновлены. Гидрологические показатели реки по результатам многолетних измерений приведены, в табл. 1.

Таблица 1. Гидрологическая
характеристика р. Караболки.

Гидрологические показатели	Населенный пункт
Гидрологические показатели	Т. Караболка	Усть-Караболка
Ширина реки, м	4.5	6.0
Глубина, м	0.4	0.5
Скорость, м/с	0.3	0.7
Расход воды, м³/с	0.3	0.9

Таблица 2. Плотности загрязнения пойменных почв радионуклидами по течению реки

Расстояние от истока (км) и русла реки (м)	⁹⁰Sr	¹³⁷Cs
Расстояние от истока (км) и русла реки (м)	кБк/м²
1 км, 6 м, правый берег	260	70
5 км, 5 м, правый берег	123	52
левый берег	85	45
12 км, 5 м, правый берег	101	50
левый берег	96	37
36 км, 0.5 м, правый берег	25	15
43 км, 8 м, правый берег	19	14
76 км, 10 м, левый берег	15	10

Средний многолетний расход воды в устье реки составляет 0.9 м³/с, в засушливые годы он снижается в 10 раз. В наиболее полноводные годы расход воды увеличивается в 2 раза по сравнению со средними значениями. По гидрологическим показателям р. Караболка относится к малым рекам.

Пробы почвы в пойме реки отбирали на глубину от 20 см. Кроме того, для изучения распределения радионуклидов по вертикальному профилю пробы почвы были отобраны на глубину до 50 см. Пробы донных грунтов отбирали пробоотборником на глубину до 30 см.
Содержание радионуклидов в пробах определяли стандартными методами ("Сборник...", 1966; Силантьев, 1969): удельную активность ⁹⁰Sr - радиохимическим, ¹³⁷Cs - гамма-спектрометрическим. В 1958 г. в речной воде содержание суммарной β-активности было определено на установке Б-2 с торцовым счетчиком БФЛ-25. Удельная активность ⁹⁰Sr в воде за этот год рассчитана из величины суммарной β-активности. Было принято, что содержание ⁹⁰Sr + ⁹⁰Y в воде составляло 90% от суммарной β-активности. Измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения на пойме реки выполнялись с помощью прибора ДРГ-01Т.

Результаты изучения уровней загрязнения радионуклидами почвы по течению р. Караболки в 1995 г. (38-й год после начала загрязнения) приведены в табл. 2. Максимальные плотности загрязнения почвы ⁹⁰Sr, как правило, отмечаются на прирусловой пойме. Вблизи истока реки плотность загрязнения почвы поймы ⁹⁰Sr составляет 260 кБк/м², а вблизи устья - в 17 раз ниже. Плотность загрязнения почвы ⁹⁰Sr от глобальных выпадений составляет 1.4 кБк/м², ¹³⁷Cs - 1.8 кБк/м² (Махонько и др., 1966). Плотности загрязнения почвы ⁹⁰Sr в пойме реки в настоящее время от 10 до 200 раз выше глобальных уровней, a ¹³⁷Cs (на указанном в табл. 2 расстоянии) — от 5 до 40 раз.

В табл. 3 приведены плотности загрязнения почвы радионуклидами по ширине поймы на правом берегу на расстоянии 10 км от истока реки. Загрязнение почвы поймы радионуклидами сверх уровней, обусловленных глобальным загрязнением, распространяется в поперечном сечении от русла реки до границы поймы. Там, где имеются участки поймы с повышенными плотностями загрязнения ¹³⁷Cs в почве, отмечаются и более высокие по сравнению с естественным фоном мощности экспозиционных доз гамма-излучения. Таким образом, в результате горизонтальной миграции радионуклидов с территории ВУРСа и ветрового переноса радионуклидов с берегов промышленного водоема произошло загрязнение поймы р. Караболки долгоживущими радионуклидами на всем ее протяжении.

Таблица 3. Плотности загрязнения радионуклидами почвы по ширине поймы

Расстояние от берега, м	⁹⁰Sr	137Сs	Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения, мкР/ч (пА/кг)
Расстояние от берега, м	кБк/м²
5	123.0	55.5	17(120)
10	110	40.3	15(107)
40	37	18.5	13(93)
500	4.0	3.1	12(85)

Рис.2.Распределение ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs по профилю торфянисто-болотной почвы поймы.

На рис. 2 приведены данные по распределению ⁹⁰Sr и l37Cs по профилю торфянисто-болотной почвы через 35 лет после начала ее загрязнения в % от суммарного содержания в слое 0-50 см. Как видно, за длительный срок после начала загрязнения произошло перераспределение радионуклидов по вертикальному профилю. Радионуклиды мигрировали на глубину до 50 см, но 85% от общего запаса содержится в слое грунта 0-25 см. Максимум активности ⁹⁰Sr находится на глубине 15 см, а содержание ¹³⁷Cs по профилю почвы убывает более равномерно, примерно по экспоненциальному закону. Характер распределения радионуклидов по вертикальному профилю торфянисто-болотной почвы в пойме р. Караболки сопоставим с распределением радионуклидов в таком же типе почвы в пойме р. Течи (Мартюшов и др., 1997). В то же время на суходольных почвах ВУРСа, по нашим данным, основной запас (80%) радионуклидов находится в слое 0-10 см (Батурин, 1997). Следовательно, в торфянисто-болотных почвах поймы р. Караболки отмечается более высокая скорость миграции радионуклидов по вертикальному профилю по сравнению со скоростью миграции их на суходольных почвах ВУРСа.

Удельная активность ⁹⁰Sr в донных отложениях в настоящее время составляет от 300 Бк/кг в верховье и до 20 Бк/кг в нижнем течении реки.

Величины удельных активностей ⁹⁰Sr в воде по течению реки для одного из сроков наблюдения приведены на рис. 3. Содержание радионуклида в воде уменьшается по течению реки и в устье оно ниже, чем в истоке, в 3 раза. Снижение удельной активности в воде по течению реки пропорционально величинам расхода воды в истоке и устье.

Рис. 3. Удельная активность ⁹⁰Sr в воде по течению реки.

Рис. 4. Изменение удельной активности ⁹⁰Sr в воде со временем

Среднегодовая удельная активность ⁹⁰Sr в воде в нижнем течении р. Караболки (рис. 4) в период с 1958 по 1996 г. уменьшилась приблизительно в 25 раз, при этом резкое снижение произошло в течение первых 5 лет после аварии. Этот процесс можно объяснить сорбцией радионуклида поверхностью донных отложений до установления сорбционного равновесия между водой и поверхностным слоем отложений. Аналогичный ход кривой снижения удельной активности радионуклида в воде наблюдался и в непроточных водоемах, находящихся на территории ВУРСа, где в начальный период после аварии снижение удельной активности в воде озер происходило с периодом полуочищения, равным 1.1 года (Сафронова, Воробьева. 1988).

Снижение удельной активности ⁹⁰Sr в воде с течением времени происходило за счет физического распада радионуклида в почве болота и донных отложениях реки, уменьшения выноса радионуклида с речным стоком вследствие заглубления ⁹⁰Sr в почве болота, сорбции его донным грунтом реки и других природных процессов.

Величину удельной активности ⁹⁰Sr в воде р. Караболки можно сравнить с величиной активности в воде р. Синары, протекающей транзитно через территорию ВУРСа. Так, удельная активность ⁹⁰Sr в воде р. Синары после выхода ее с территории ВУРСа в 1996 г. составила 0.3 Бк/л, а в воде р. Караболки - 9 Бк/л, т.е. уровень удельной активности радионуклида в воде р. Караболки в 30 раз выше.

На основании данных об удельной активности ⁹⁰Sr в воде (рис. 4) и расходе воды в устье р. Караболки рассчитан суммарный вынос радионуклида с речным стоком в р. Синару за весь период после начала загрязнения. Отсутствующие данные по среднегодовой удельной активности ⁹⁰Sr в воде получены путем интерполяции между имеющимися данными. Расчетный суммарный вынос ⁹⁰Sr с речным стоком р. Караболки в р. Синару с 1958 по 1996 г. составил 1 ТБк. в 1996 г. - 37 ГБк.

Как отмечалось ранее, в р. Исеть впадает р. Теча, с речным стоком которой также осуществляется вынос долгоживущих радионуклидов. По нашим данным, вынос ⁹⁰Sr с водой р. Течи в р. Исеть за 1996 г. составил 890 ГБк. За этот же период в р. Синару с речным стоком р. Караболки поступило 37 ГБк ⁹⁰Sr, что составляет 4% от величины годового поступления радионуклида с водой р. Течи в р. Исеть. Таким образом, р. Караболка вносит небольшой вклад в суммарный вынос радионуклида в систему рек Синара-Исеть-Тобол-Иртыш-Обь.

1. В результате выноса с территории Восточно-Уральского радиоактивного следа и ветрового переноса с берегов промышленного водоема произошло загрязнение долгоживущими радионуклидами русла и почвы поймы р. Караболки на всем ее протяжении.

2. Основное количество ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs (85%) находится в слое почвы 0-25 см. Скорость миграции радионуклидов в торфянисто-болотной почве поймы выше, чем на суходольных почвах ВУРСа.

3. Удельная активность ⁹⁰Sr в речной воде с 1958 по 1996 г. снизилась в 25 раз. Вынос ⁹⁰Sr с речным стоком р. Караболки в р. Синару в 1996 г. составил 37 ГБк, а за весь срок после начала загрязнения - 1 ТБк.

Батурин В.А. Вертикальная миграция радионуклидов в почве Восточно-Уральского следа и ее влияние на интенсивность исходящего излучения // Атомная энергия. 1997. Т. 82. Вып. 1. С. 44-48.

Мартюшов В.В., Спирин Д.А., Базылев В.В., Полякова В.И., Медведев В.П., Мартюшова Л.Н., Панова Л.А., Тепляков И.Г. Радиоэкологические аспекты поведения долгоживущих радионуклидов в пойменных ландшафтах верхнего течения реки Течи // Экология. 1997. №5. С. 361-368.

Махонько К.П., Никитин А.И., Чумичев В.Б., Катрич Ю.И., Павлова Л.Н., Ким В.М. Радиационная обстановка на территории России в 1994-1995 гг. // Атомная энергия. 1996. Т. 81. Вып. 6. С. 53-60.

Мокров Ю.Г. Прогноз переноса стронция-90 с водами р. Течи // Вопр. радиац. безопасности. 1996. № 1. С. 20-27.

Сафронова Н.Г., Воробьева ММ. О самоочищении непроточных водоемов от долгоживущих радионуклидов // Атомная промышленность: окружающая среда и здоровье населения. М., 1988. С. 198-203. Сборник методик по определению радиоактивности окружающей среды. Методики радиохимического анализа / Под ред. Г.А. Середы, З.С. Шулепко. М.: Гидро-метеоиздат, 1966. 51 с.

Силантьев А.Н. Спектрометрический анализ радиоактивных проб внешней среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1969.183с.

Трапезников А.В., Позолотина В.Н., Чеботина М.Я., Чуканов В.Н., Трапезникова В.Н., Куликов Н.В., Нильсен С.П., Ааркрог А. Радиоактивное загрязнение реки Течи на Урале // Экология. 1993. № 5. С. 72-77. Bradley D.J., Jenquin U.P. Radioactive Inventories and Sources for Contamination of the Kara Sea by Riverine Transport. Washington 99352: Pacific Northwest Laboratory Richland, 1995.