Оценка радиационного экологического риска и её неопределённость для биоценоза регионального хранилища радиоактивных отходов

Биогеохимическая цикличность химических элементов, включая радионуклиды, определяет устойчивость экосистем в направлении естественного хода сукцессии [1]. Эта устойчивость сохраняется до тех пор, пока количество чужеродных веществ, поступивших в экосистему, не достигает некоторого критического уровня. Тогда начинает сказываться их вредное воздействие на популяции организмов, обитающих в данной экосистеме. В концепции критических

нагрузок на экосистемы краеугольной позицией является определение такого уровня загрязнения биоценоза, при котором начинает проявляться необратимость процесса возвращения к исходному состоянию или происходит переход на другой уровень экологической сукцессии [2-4]. Этот вид сукцессии определяется как вторичная, в данном случае антропогенная сукцессия, а для экосистемы возникает риск неблагополучного исхода в её существовании на данном биотопе.

В свою очередь, основанная на определении критических нагрузок оценка экологического риска предполагает существование неопределённостей для величины риска. Процедура выявления неопределённостей является обязательной составляющей оценки риска для здоровья человека и сама по себе служит его характеристикой [5]. Тем более это справедливо при оценке экологического риска (на уровне экосистем и небольших биогеоценозов) ввиду сложности их организации и многообразия проявлений их функций.

Цель настоящей работы: характеристика неопределённостей на этапах оценки экологического риска для биогеоценоза, в границах которого расположено региональное хранилище радиоактивных отходов (РАО).

Материалы и методы

Технология оценки экологического риска

В данной работе для оценки экологического риска, а также выявления неопределённостей в его оценке была выбрана известная схема, заимствованная нами в работе [1] и использованная в предыдущих наших публикациях [6, 7]. Эта схема предполагает:

• 1.    Выбор экосистемы-рецептора, для которой оценивается экологический риск.

• 2.    Определение экологических (биологических) критериев биодиагностики – выбор референтных организмов и показателей их жизнедеятельности.

• 3.    Расчёт критических нагрузок на популяции отдельных видов – так называемых референтных организмов.

• 4.    Оценка экологического риска с помощью ГИС-технологий и использования программного пакета R [8].

На каждом этапе реализации данной технологии могут возникать неопределённости, которые будут далее проанализированы.

Объектом исследований был выбран биотоп территории расположения хранилища РАО, включающий в себя почвы, почвенные микроорганизмы, растительность в виде крапивы двудомной Urtica dióica , обитающих на ней животных – моллюсков (улитка кустарниковая Bradybaena fruticum ) [9]. На рис. 1 в виде пронумерованных точек представлены места пробоот-бора почвы, для которых в лабораторных условиях определяли удельную радиоактивность естественных (²²⁶Ra, ²³²Th, ⁴⁰K), техногенных (¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr) радионуклидов в почвенных образцах, а также в образцах крапивы и раковинах моллюсков.

Рис. 1. Схема экосистемы с хранилищем РАО и точки отбора проб.

ЖРО                                                             ТРО

• –    ёмкость для хранения жидких радиоактивных отходов;         – ёмкости для хранения твёрдых

радиоактивных отходов;        – граница территории регионального хранилища РАО.

В качестве контрольной территории был выбран участок склона надпойменной террасы р. Протва в районе г. Обнинска с идентичными геоморфологическими условиями без радиоактивного и химического загрязнения. Расчёт доз внешнего р-облучения от 90Sr проводили, регистрируя излучение его дочернего радионуклида 90Y, содержащихся в раковинах моллюсков и крапиве, а также доз от распада 90Sr и 137Cs, полученных моллюском в тёплый период года, когда он находится на листе крапивы, производился по формуле Левинжера по геометрии бесконечно тонкой бесконечной плоскости [10, 11].

D(x) = 2,96 • 10-4 • v • Ep • а • а • ^ c •

c     i-—

1 + In--e c

+ e1-v •x

v • x

где Ep - средняя энергия р-частиц (МэВ); с , а и v - параметры, зависящие от энергии и геометрии; 2,96-10 " ⁴- а - скорость распада на 1 см², (Бк/см²); x = ~250 мкм (толщина раковины или листа соответственно).

Для холодного периода года, когда моллюск не питается и лежит на почве, были рассчитаны дозы за счёт излучений 90Sr, 137Cs и 40K по формуле Маринелли, как описано в работах [10, 11].

Опоч = 155 • 18,9 • 105 • Ер • Ауд, где Ер - средняя энергия р-частиц (МэВ); Ауд - удельная активность радионуклида в почве (Бк/г); 155-18,9-105 - коэффициент пересчёта единиц дозы, учитывающий период облучения.

Дозы, полученные моллюсками от у-излучателей в холодный период года, рассчитывали путём умножения активности радионуклидов в почве (Бк/кг) на соответствующие коэффициенты пересчёта в поглощённую дозу у-облучения от поверхности земли:

• D=    2п • Гу • Av • t

^ 0

где Г _у - гамма-постоянная (10^-14 Гр-м 2 )/(Бк-с); A v - содержание радионуклида в почве (Бк/м³); t =3,15·10⁷ (с/год); µ 0 – коэффициент ослабления (для почвы µ 0 =3 м^-1).

Определение критических нагрузок на экосистему (или популяцию моллюсков улитки кустарниковой) проводили путём анализа зависимости «доза-эффект», в качестве эффекта был выбран коэффициент накопления радиоактивного стронция раковинами моллюсков по формуле:

д КН = A^,

А 2 ’ где КН – коэффициент накопления 90Sr из крапивы в раковины моллюсков; А1 – активность 90Sr в раковинах моллюсков, Бк/кг; А2 – активность 90Sr в зелёной высушенной массе крапивы, Бк/кг.

Превышение величины критических нагрузок представляет собой разность между величиной экспозиции (актуальной или прогнозируемой нагрузки загрязняющего вещества) и безопасным уровнем воздействия ( X ):

Ex (X) = Xdep - CL (X), где X – фактическая величина загрязнения (концентрация вещества или индекс нагрузки);

CL( X ) – критическая нагрузка на экосистему.

Величину воздействия на экосистемы можно оценивать в виде отношения площади рецепторных участков с превышениями критических нагрузок к общей площади участков каждой группы. Таким образом выявляется ареал с превышением критических нагрузок.

Расчёт превышений критических нагрузок осуществляется на основе эмпирических значений входных параметров. На основании значений E_x ( X ) рассчитывают вероятность превышения значений P i (E x (X)) >0.

Площади рецепторных участков вычисляют с помощью ГИС-технологий.

Для каждой группы рецепторных участков вычисляют функцию экологического риска R x , которая представляет собой распределение: