Радиоэкологическая модель транспорта радионуклидов йода и цезия по пище­вым цепочкам после радиационных аварий с выбросом в атмосферу для исследований закономерностей формирования доз внутреннего облучения населения. Часть 1. Описание, постановка и свойства агроклиматического блока модели

Описание модели

Радиоэкологическая модель переноса радионуклидов йода и цезия по пищевым цепочкам для исследований закономерностей формирования доз внутреннего облучения после радиационных аварий с выбросом радиоактивных продуктов в атмосферу представляет собой модификацию ранее разработанной модели [1, 2]. Система обыкновенных дифференциальных уравнений модели [1, 2] описывает следующие процессы:

• •    выпадение радионуклидов из атмосферы на местность,

• •    загрязнение растительности культурных и естественных пастбищ, однолетней и многолетней зелени,

• •    транспорт радионуклидов по внутренним органам молочного крупного рогатого скота (КРС), загрязнение частного и коммерческого молока,

• •    транспорт радионуклидов по внутренним органам человека,

• •    формирование доз внутреннего облучения щитовидной железы (ЩЖ) и всего тела человека за счёт ингаляции и употребления в пищу загрязнённого молока и зелени.

Для расчётов динамики транспорта радионуклидов йода и цезия по трофической цепочке и формирования доз внутреннего облучения ЩЖ и всего тела человека в модели [1, 2] использовался следующий набор входных данных:

Власов О.К. – зав . лаб ., д . т . н . ФГБУ МРНЦ Минздрава России .

• •    годовая динамика среднесуточных температур воздуха в год аварии,

• •    плотность выпадений ¹³⁷Cs на местность,

• •    отношение активностей ¹³¹I/¹³⁷Cs в выпадениях на местность,

• •    урожайность зелени и пастбищ, рационы и удои молочного КРС,

• •    суточное потребление молока и зелени городскими и сельскими жителями,

• •    время введения запретов на потребление местного молока.

Модель [1, 2] использовалась при выполнении следующих работ:

• •    для реконструкции доз внутреннего облучения ¹³¹I ЩЖ и ^134+137Cs всего тела населения четырёх областей России, наиболее загрязнённых после чернобыльской аварии,

• •    в 2000-2004 гг. в международном проекте [5, 6] при реконструкции доз внутреннего облучения ¹³¹I ЩЖ и ^134+137Cs всего тела когорты молодых людей Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областей России и Гомельской и Могилевской областей Белоруссии, загрязнённых после чернобыльской аварии,

• •    в 2004-2008 гг. при выполнении международного проекта МАГАТЭ “IAEA’s Programme on Environmental Modelling for Radiation Safety (EMRAS)” [4, 7].

В последующие годы модель [1, 2] дорабатывалась путём учёта следующих факторов и процессов:

• •    форм существования радионуклидов йода и динамики удельных объёмных активностей радионуклидов йода и цезия в атмосфере,

• •    динамики выпадения радионуклидов йода и цезия из атмосферы на почву и загрязнения сельскохозяйственной растительности с учётом осадков и форм существования йода в атмосфере,

• •    динамики загрязнения молока с учётом ингаляционного пути поступления радионуклидов йода и цезия в организм молочного КРС,

• •    типов растворимостей аэрозольных форм радионуклидов йода и цезия в атмосфере при их ингаляционном поступлении в организм молочного КРС и человека.

В рамках проекта EMRAS участники йодной группы проводили исследования по оценке возможностей математических моделей для реконструкции транспорта радионуклидов 131I по трофическим цепочкам в интересах радиационной безопасности. Участники этой группы по заданным сценариям входных данных проводили расчёты динамики загрязнения зелени, молока на молочных фермах и активностей 131I в ЩЖ исследуемой когорты населения. Прогностические свойства моделей участников оценивались руководителем группы путём сопоставления расчётных данных с доступными только ему данными прямых измерений (слепое тестирование). Всего было обсчитано три сценария исходных данных для Плавского района Тульской области, региона Варшавы Польши и региона Богемии Чехии. После окончания этого проекта в 2004 г. данные прямых измерений всех трёх сценариев стали доступны для его участников. Частично базы данных йодной группы этого проекта использовались для демонстрации возможностей и прогностических свойств разрабатываемой модели.

Агроклиматический блок

• а ) Агроклиматическая модель роста растительности

В агроклиматическом блоке модели рассчитываются динамика роста растительности продовольственных и кормовых сельскохозяйственных культур в год аварии и время начала и окончания их потребления. В качестве входной информации используются:

• •    база данных о годовом ходе среднесуточных температур T(t i ) в исследуемых регионах загрязнения (примеры на рис. 1 и 2),

• •    база данных о суммах эффективных биологических температур, необходимых для наступления основных фаз развития растительности сельскохозяйственных культур T_k^b (табл. 1),

• •    база данных урожайности сельскохозяйственных культур в год аварии на ЧАЭС.

Район = "Плавский" Область = "Тульская"

ООО Начало весенней вегетации

ООО Начало пастбищного периода по температурным условиям

□ □ □ Начало пастбищного периода по запасу биомассы травы

• • • Начало радиоактивных выпадений

•  •  • Температура воздуха (метеоданные)

1        Температура воздуха (сглаженные данные)

Рис . 1. Динамика среднесуточных температур и даты фаз развития растительности культурных пастбищ в Плавском районе Тульской области.

Область = "Гомельская" Корн = "Трава на зеленый корм'

О О О По с ее

ООО Всходи

■ ■ ■ Начало сбора урожая, 0,4 кг/№ ф ф ф Начало радиоактивных впадении А А А Набор биоиасси 1-го урожая

• • * Созревание 1-го урожая

X X X Набор биомассы 2-го урожая

+ + + Созревание 2-го урожая

■  ■  ■ Конец вегетации

*  •  * Температура воздуха ( мете ода иные)

^^^^^—Температура воздуха (сглаженные мете ода иные)

Рис . 2. Фактические данные о динамике среднесуточных температур и расчётные даты фаз развития растительности (травы на зелёный корм) в Гомельской области Белоруссии.

Схема расчёта агроэкологических параметров

Сначала для загрязнённых регионов рассчитывается динамика накопления сельскохозяйственной растительностью сумм эффективных биологических температур в год аварии:

Skeff = X Teff(ti) = S (Tatm (ti ) - Tb ) ,

STeff k - сумма эффективных биологических температур, суммирование проводится по времени с шагом 1 сут, Teff- эффективная биологическая температура растительности, равная среднесуточной температуре воздуха (Tatm) минус биологическая температура растительности данного к-го типа (Tk), таблица 1.

Далее, по данным о динамике суммы эффективных биологических температур, накопленных растительностью (пример на рис. 3), и данным таблицы 1, составленной по данным [3], рассчитываются даты наступления основных фаз развития растительности сельскохозяйственных культур. Примеры результатов расчёта отдельных фаз приведены на рисунках 1,2 и 4.

Таблица 1

Культура	Суммы эффективных биологических температур, град - сут						Температура окончания вегетации, ° С	Биологическая температура, ° С	Сумма эффективных температур в зимней биомассе 3 0 ST eff , град - сут
	фазы развития растений
	посев 1 , t 0	всходы 1 , начало весенней вегетации 2 , t 10	набор биомассы 1 -го урожая, t 11	созревание 1 -го урожая, t 12	набор биомассы 2 -го урожая, t 21	созревание 2 -го урожая, t 22
Однолетняя листовая зелень	0	80	250	150	0	0	8	5	0
Многолетняя листовая зелень	0	0	500	100	0	0	7	5	50
Сеяные травы на зелёный корм	0	70	500	100	300	100	15	5	70
Травы естественных пастбищ	0	0	500	100	0	0	7	5	50
Травы культурных пастбищ	0	0	600	100	0	0	7	5	50

Суммы эффективных биологических температур фаз развития сельскохозяйственных культур

• ¹    – многолетняя растительность,

• ²    – однолетняя растительность,

• ³    – сумма эффективных температур, накопленная в оставшейся на зимний период биомассе растительности.

  

  Рис . 3. Динамика накопления пастбищной растительностью суммы эффективных биологических температур в Плавском районе Тульской области.

  
  

Оценки динамики роста биомассы растительности выполняются в предположении, что рост биомассы сельскохозяйственных растений пропорционален накопленной сумме эффективных температур [3]. В этом приближении зависимость плотности биомассы растений сельскохозяйственных культур от времени может быть представлена в виде:

однолетние листовые овощи и зелень

' 0, t < 110 STeff (t) - 5теи (tio ) 0,8 • T^-Teff-----------Teff----------, t10 — t — tn St.„ (t 11 ) - St,„ (t 10 )’ 10          11 Mgr(t) = Y0 • ^ Г               „            „            1                     (2) STff(t) - STff(tn) 0, 8 + 0,2 • vTefqTeff /f1 . ,t 11 — t — 112 L                 STeff (t 12 ) - STeff (t 11 ) . [ 1,    112 < t — tend многолетние листовые овощи и зелень, трава пастбищ

M gr

(t) = Yо •

^S T ⁰ eff

S T_eff (t 12 ) ^{, 0}

S T eff      +

^S T eff ^(t 12 ⁾

S ⁰

_________ T eff +

^S T eff ^(t 12 ⁾

S ⁰

__________ • eff +

STeff (t12 )

t < t 10

0,8

0,8

Y 0

+

+

+

0, 2 •

0, 2 •

S T eff (t) - S T eff (t 10 )

S T_eff (t 11 )

St (t) -

T eff

^S T eff ^(t 12 ⁾

S T eff (t 10 ) J’

^S T eff ^(t 11 )

^S T eff (t 11 ) J’

S T eff ^(t) - S T eff ^(t 12 )

^S T_eff ^{( t} end ⁾

S T eff (t 12 ) /

^t 12

110 — t — 111 t11 — t — t12 < t — tend

сеяные травы на зелёный корм, 2-3 урожая

0, t < 110

ST (t) - ST (tAQ)

0, 8 • —Tf-------Teff 10 , t10 — t — tn’  f12 ) - STeff(t10 )’ 10      11

Mgr(t) = Y0 • P,8 + 0,2•

S T eff (t) - f 11 ) S T eff ^(t 12 ) ^- S T eff ^(t 11 )

111 — t — 112

ST (t) - ST (t„)

0,1 + 0,8 •    Te11----------Teff   12 , t12 < t — t21

’   S Teff (t 22 ) - S T eff (t 12 )   ¹²        21

0 , 1 + 0 , 8 + 0 , 2 •

S T eff (t) - S T eff (t 22 )

t 22 <  t ^— t end ,

S T eff ⁽ t end ) ^{- S} T_eff ⁽ t 22 )

где Mgr - плотность зелёной биомассы растительности, кг/м2; Y0 - урожайность сельскохозяй ственной культуры, кг зелёной массы/м2; STff - сумма эффективных биологических температур в зимней биомассе растительности (табл. 1), °О-сут; S^ff (t) - сумма эффективных биологических температур, накопленная растительностью к текущему времени t, °О-сут; ti - даты наступления фаз развития растительности, сутки после аварии; S^ff (tj) - сумма эффективных биологических температур, необходимая для наступления данной фазы развития растительности (табл. 1), °О-сут.

На рисунке 4 приведены расчётные данные о динамике набора биомассы и сроках сбора двух урожаев сеяных трав на зелёный корм в Гомельской области Белоруссии.

Область = "Гомельская" Корм ='Трава на зеленый корм

О О О Посев

О О О Всходы

■ ■ ■ Начало сбора урожая, 0,4кт/и² ф ф ф Начало радиоактивных выпадений А А А Набор биомассы 1-го урожая

* * * Созревание 1-го урожая х х х Набор биомассы 2-го урожая

4- 4- 4- Созревание 2-го урожая ■  ■  □ Конец вегетации

^■ Запас биомассы

Рис . 4. Динамика набора биомассы сеяных трав на зелёный корм в Гомельской области Белоруссии.

Время начала потребления населением лугового щавеля и огородной зелени, а также начало выпаса молочного КРС оценивали по критерию выполнения следующих условий:

• а)    биомасса продовольственной и кормовой растительности уже достаточна для её потребления и составляет 20 % от её значения на конец фазы роста биомассы,

• б)    при выполнении условия а) выпас молочного КРС начинался, когда среднесуточная температура воздуха превышала 10 °С (предполагается, что выполнение этого условия необходимо для того, чтобы почва на лугах и пастбищах достаточно просохла).

Результаты расчётов динамики набора растительности пастбищ и времени начала выпаса молочного КРС в сильнозагрязнённых районах Брянской и Калужской областей показывают их существенное различие (рис. 5), обусловленное влиянием погодных условий. Так, в более южной Брянской области набор биомассы растительности пастбищ происходил быстрее и выпас КРС там начался раньше, чем в Калужской области.

Рис . 5. Динамика набора биомассы растительности пастбищ и время начала выпаса молочного КРС в сильнозагрязнённых районах Брянской и Калужской областей.

Перечень расчётных данных агроклиматического блока модели

Агроклиматический блок позволяет рассчитывать следующий набор выходных данных, используемых в остальных блоках модели:

• •    даты прохождения основных фаз развития растений, сутки после аварии,

• •    динамика роста плотности сырой биомассы растений основных дозообразующих сельскохозяйственных культур: однолетняя и многолетняя зелень, трава культурных пастбищ для общественного КРС и естественных пастбищ – для частного КРС, кг/м²,

• •    время начала и окончания пастбищного периода частного и общественного молочного скота, сутки после аварии,

• •    время начала потребления однолетней и многолетней зелени населением, сутки после аварии,

• •    время начала потребления городским и сельским населением молока общественного и частного скота, сутки после аварии.

Некоторые результаты расчётов региональных особенностей радиоэкологических параметров в загрязнённых после аварии на ЧАЭС регионах России приведены на рисунках 6-8.

Рис . 6. Динамика среднесуточных температур воздуха и агроэкологические параметры растительности культурных пастбищ в трёх температурных регионах Гомельской и Тульской областей.

-----естественные пастбища. Тульская обл.

----- культурные пастбища. Тульская обл.

• • • • начало выпаса частного КРС, Тульская обл.

А А А начало выпаса общественного КРС, Тульская обл.

------- естественные пастбища, Гомельская обл.

---культурные пастбища, Гомельская обл.

• ■ ■ ■ начало выпаса частного КРС, Гомельская обл. ♦ ♦♦ начало выпаса общественного КРС, Гомельская обл.

Рис . 7. Динамика роста биомассы травы на пастбищах в трёх температурных регионах Гомельской и Тульской областей.

Рис . 8. Время выпаса частного молочного КРС в четырёх загрязнённых областях России.

• б )    Модель динамики радиоактивных выпадений из атмосферы на почву и растительность

Основные соотношения

В основу модели радиоактивных выпадений из атмосферы на почву и растительность положена модель Muller H., Prohl G. [8] с незначительными изменениями. База данных параметров этой модели [9], зависящих от сельскохозяйственных и агроэкологических условий, была разработана для южной части Германии. Однако, как отмечают авторы этих работ, она может быть использована в качестве первого приближения при адаптации модели к другим агроклиматическим условиям.

Динамика радиоактивных выпадений из атмосферы на почву и растительность описывается системой двух обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений:

dq p dt

dσgs dt

K fdrgr • X ^ .g • 8b + K ^ • / R, k = 1

3                 "

' dep ■ X (RW • 5? ) • k=1              .

Г

= ( i - ^K^ r ) • x (v ds • 8 k ) + ( i - K

+ ( λp + λwind + λwet

k = 1 dB p

-

B p dt

) ⋅ q p

-

C_a                         dB p

- ( λ _n + λ _p + λ _wind + λ _wet +       ) ⋅ q_p ,

ρ f,gr                             ^Bp^dt

^λ n ^⋅ σ gs ^,

где q p – удельная активность растительности, кБк/кг; σ gs – удельное поверхностное загрязнение почвы, кБк/м²; C a – объёмная удельная активность воздуха в приземном слое атмосферы, кБк/м³; B p – биомасса растительности, кг/м²; δ _I ^k – относительные доли форм существования радионуклидов в атмосфере: к=1 – элементарная, к=2 – аэрозольная, к=3 – органическая; ν _dg и ν _ds – эффективные скорости сухого осаждения радионуклидов на растения и почву, зависящие от параметров приземного слоя атмосферы, вида растительности и состояния почвенного покрова, м/сут (табл. 2 по данным [8, 9]);

Таблица 2

Скорости сухого осаждения йода и цезия на растительность и почву

Форма радионуклида	ν dg , мм/с	k ν ds , мм/с
Газ (δ g )	15	3
Аэрозоль (δ a )*	1,5	0,5
Органика (δ o )	0,15	0,05

* – эффективная скорость осаждения 137Cs на почву и растительность.

R_W^k – коэффициент объёмного вымывания йода разных форм из атмосферы дождём, равный отношению объёмных активностей радионуклида в дождевой воде и воздухе (табл. 3, по данным [3, 8]);

Таблица 3

Коэффициент объёмного вымывания йода и цезия из атмосферы дождём

Форма радионуклида	k RW
Газ	2⋅105
Аэрозоль*	1⋅105
Органика	0,1⋅105

* – эффективная скорость вымывания 137Cs.

Kdry ( t) , Kfwegtr ( t) – соответственно, коэффициенты задержки радионуклидов зеленью (gr) и f , gr растительностью пастбищ (f) при сухих выпадениях (dry) и осадках в период выпадений (wet), безразм;

Kfd,rgyr(t)=1-exp(-α0 ⋅η⋅ρf,gr(t)),(6)

K^wet(t) = L ⋅ ( 1 - exp( - ^{0 , 693} ⋅ ^{R dep (t, θ 0 )} , )

f ,gr            ai

3        Swl(7)

Lai(t)= Lmaiax ⋅(1-exp(-α1 ⋅ρf,gr(t)),)

где α 0 – константа, 1,75 (м²/кг); ρ f,gr (t) – плотность сырой биомассы рас тительности , оцениваемая по соотношению (1) и температурным условиям года аварии, кг/м²; R_dep(t, θ ₀ ) – осадки с начала выпадений, м; θ ₀ – время начала радиоактивных выпадений, сутки после аварии; S_wl – максимальная толщина слоя дождевой воды, удерживаемая поверхностью растительности, зависящая от её вида и свойств ионов радионуклида: для растительности пастбищ равна для йода 0,1 мм и цезия 0,2 мм [9]; L^m_ai^ax – максимальная поверхностная площадь листовой поверхности растительности на единице площади поверхности почвы, зависящая от вида растительности [8], безразмерная величина, для травы равна 7 [9]; α 1 – константа размерности, 1 (м²/кг); R_dep – интенсивность дождя в период выпадений, м/сут; η – доля сухого вещества во влажной биомассе растительности, зависящая от её вида; λ n – скорость распада радионуклида, сут^-1; λ p – скорость самоочищения растительности, 0,02 сут^-1 [10]; λ _wind = k_wu – скорость очищения растительности от активности под действием ветра, сут^-1, величина k w равна 7⋅10^-9 с/м² [10], u – среднесуточная скорость ветра, принимается равной 3 м/с; λ _wet = k ⋅ R(t, θ ₁ ) – скорость очищения растительности от активности под действием дождя, сут^-1, k – константа, равная {0,02 (¹³¹I), 0,034 (¹³⁷Cs)}⋅10³ м^-1 [10].

• в )    Некоторые особенности выпадения ¹³¹I и ¹³⁷Cs на растительность и почву

  Исследования особенностей выпадения ¹³¹I и ¹³⁷Cs на растительность и почву проводились на примере агроклиматических условий 1986 г. – года аварии на ЧАЭС, с использованием базы данных работы [9] для параметров модели радиоактивных выпадений радионуклидов ¹³⁷Cs и ¹³¹I из атмосферы на растительность и почву. Расчёты выполнялись для удельных объёмных активностей ¹³¹I и ¹³⁷Cs в облаке на время аварии, равных 1 и 10 кБк/м³, в предположении равенства долей органической и элементарной форм йода ( δ g = δ o ). Полагалось также, что ¹³⁷Cs существует в облаке только в аэрозольной форме.

Результаты расчётов зависимостей удельных активностей 131I и 137Cs в траве естественных пастбищ на время окончания выпадений от осадков и величины доли аэрозольной формы 131I в атмосфере δa для центральных частей Гомельской области Белоруссии (Nvar_reg=3) при- ведены на рисунке 9. Отметим, что в Гомельской области при прочих равных условиях за счёт большей биомассы растительности в период выпадений удельные активности 131I и 137Cs в тра- ве пастбищ были заметно выше, чем в Тульской (рис. 9).

Рис . 9. Зависимость удельного загрязнения ¹³¹I и ¹³⁷Cs травы пастбищ от осадков в период выпадений и доли аэрозольной формы нахождения ¹³¹I в облаке как параметра.

Q0_airCs_1 – удельная объёмная активность 137Cs в облаке, кБк/м3; Qair_I_Cs – отношение удельных объёмных активностей 131I/137Cs в облаке, приведённое к времени аварии; θ_dep0, θ_dep1 – время начала и конца радиоактивных выпадений; Nvar_reg – номер температурного региона.

Основной особенностью данных на рисунке 9 является нелинейность зависимостей удельных активностей 137Cs и 131I в траве от осадков за период выпадений в логарифмических координатах. Основная причина такой нелинейности обусловлена тем, что при осадках менее 0,1 мм за время выпадений поверхностное загрязнение растительности обусловлено «сухими» выпадениями; при осадках более 0,1 мм и менее 2 мм их вклад в загрязнение растительности начинает увеличиваться, и при больших осадках загрязнение растительности обусловлено только «мокрыми» выпадениями. Дополнительной, не менее важной причиной нелинейного вида зависимостей на рисунке 9 для 131I, является существенное различие (до порядка величины) в скоростях «сухого» и «мокрого» осаждения 131I на растительность и почву для разных форм существования 131I в атмосфере.

Естественно, что и зависимости логарифмов отношений удельных активностей ¹³⁷Cs и ¹³¹I (при ненулевой доле аэрозольной формы) в траве к логарифму плотности выпадения ¹³⁷Cs также не линейны. Отметим, что с увеличением плотности выпадения ¹³⁷Cs величины этих отношений сильно убывают (рис. 10). Происходит это вследствие того, что в период дождя поверхность листьев растительности может удержать только очень небольшой слой дождевой воды (величина этого слоя определяется параметром S_wl ). При сильном дожде большая часть дождевой влаги вместе с вымытой из атмосферы активностью уже не задерживается растительностью, а стекает с неё на почву.

Здесь важно отметить, что поступление радионуклидов с зеленью и молоком в организм человека, а, следовательно, и величина доз его внутреннего облучения будет прямо пропорциональна удельному загрязнению сельскохозяйственной растительности. Зависимости этих доз, нормированных на плотность выпадения 137Cs, от плотности выпадения 137Cs будут иметь такой же нелинейный вид, как на рисунке 10.

Рис . 10. Зависимость отношений удельных активностей ¹³⁷Cs и ¹³¹I в траве к плотности выпадения ¹³⁷Cs от плотности выпадения ¹³⁷Cs и доли аэрозольного йода в облаке как параметра.

Q0_airCs_1 – удельная объёмная активность 137Cs в облаке, кБк/м3; Qair_I_Cs – отношение удельных объёмных активностей 131I/137Cs в облаке, приведённое к времени аварии; θ_dep0, θ_dep1 – время начала и окончания радиоактивных выпадений.

Из зависимостей ненормированных удельных активностей 131I и 137Cs в траве от плотности выпадения 137Cs, приведённых на рисунке 11, видно, что при изменении плотностей выпадения 137Cs на почву в 200 раз удельная активность травы для 137Cs изменяется только в 20 раз, а для 131I с долей аэрозольной формы, большей 0,5, только в 30-50 раз. Фактически это означает, что при сухих выпадениях дозы внутреннего облучения населения 137Cs на единицу плотности выпадения 137Cs будут в 5-10 раз больше, чем при сильных осадках, а дозы внутреннего облучения ЩЖ 131I будут больше уже в 10-25 раз.

Одним из параметров модели выпадений радионуклидов на растительность является максимальная толщина слоя дождевой воды, удерживаемой на её поверхности ( S wl ). Параметр S wl зависит от типа растительности, фазы её развития. В модели выпадений он является наиболее неопределённым.

Рис . 11. Зависимость удельных активностей ¹³¹I и ¹³⁷Cs в траве от плотности выпадения ¹³⁷Cs, приведённых к дате аварии, от плотности выпадения ¹³⁷Cs и доли аэрозольного йода в облаке как параметра.

Q0_airCs_1 – удельная объёмная активность 137Cs в облаке, кБк/м3; Qair_I_Cs – отношение удельных объёмных активностей 131I/137Cs в облаке, приведённое к времени аварии; θ_dep0, θ_dep1 – время начала и окончания радиоактивных выпадений.

Область = "Брянская" O_dep0 = 2.9 day 9_dep1 = 3.8 day

Осадки за период выпадений, мм

•-•-• 1311, Swl=0.075 мм

414 ¹³¹1, Swl=0.15 мм

М ♦ ¹³¹1 , Swl=0. 3 мм

ООО 1³⁷Cs, Swl=0 075 мм

A A A 13?Cs, Swl=0 1 5 мм

ООО 1370s, Swl=0.3 мм

Рис . 12. Зависимость удельных активностей ¹³¹I и ¹³⁷Cs в траве от осадков за период выпадений и максимальной толщины слоя дождевой воды, удерживаемой растительностью ( S wl ).

Q0_airCs_1 – удельная объёмная активность 137Cs в облаке, кБк/м3; Qair_I_Cs – отношение удельных объёмных активностей 131I/137Cs в облаке, приведённое к времени аварии; θ_dep0, θ_dep1 – время начала и окончания радиоактивных выпадений.

Однако расчёты показали (рис. 12), что зависимости удельных активностей ¹³¹I и ¹³⁷Cs в траве от осадков за период выпадений от этого параметра практически не зависят. Так, при изменении S wl в 4 раза от 0,075 до 0,3 от принятых в соотношении (7) значений удельная активность ¹³¹I и ¹³⁷Cs даже при осадках, равных 40 мм, изменяется всего в 1,5 раза.

Пример динамики удельных активностей ¹³⁷Cs в траве пастбищ и сенокосов в центральной части Брянской области приведён на рисунке 13. Расчёты выполнялись для удельных объёмных активностей ¹³¹I и ¹³⁷Cs в облаке на время аварии, равных 10 и 1 кБк/м³, в предположении равенства долей органической и элементарной форм йода ( δ g = δ o ) и осадков в период выпадений 1 мм. Величина относительной доли аэрозольной формы ¹³¹I в облаке принималась равной 0,7. Полагалось также, что ¹³⁷Cs существует в облаке только в аэрозольной форме.

Рис . 13. Динамика удельных активностей ¹³⁷Cs в траве пастбищ и сенокосов в центральной части Брянской области.

По сценарию расчётов полагается, что укосы травы на сено проводятся за одни сутки, а остаток сырой биомассы травы пастбищ после сенокоса равен 0,2 кг/м2. Из результатов расчёта следует, что удельная активность травы пастбищ после сенокосов убывает значительно быстрее, чем на пастбищах, за счёт более быстрого нарастания новой незагрязнённой растительности на остатках нескошенной травы.

Пример динамики удельной активности 131I и 137Cs растительности пастбищ и плотностей выпадения 131I и 137Cs на почву под растительностью в центральной части Орловской области приведён на рисунке 14.

Быстрый спад удельной активности 137Cs в траве обусловлен процессами её самоочищения под действием ветра, осадков и нарастания чистой биомассы. Аналогично для 131I происходит более быстрый спад ещё и за счёт его радиоактивного распада. Рост поверхностной активности 137Cs на почве под растительностью продолжается и после окончания выпадений за счёт самоочищения растительности.

•♦• Растительность естественным пастОищ

*** Растительность культурных пастбищ

О О О Почва под растительностью естественных пастбищ

Д Д Л Почва под растительностью культурных пастбищ

■ ■ ■ Выпадения на естественных пастбищах

□ О □ Выпадения на культурных пастбищах

♦♦* Растительность естественных паствищ

*** Растительность культурных пастпищ

О О О Почва под растительностью естественных пастбищ

Д'Д' 'А Почва под растительностью культурных пастбищ

Рис . 14. Динамика удельной активности ¹³¹I и ¹³⁷Cs в растительности пастбищ и плотностей выпадения ¹³¹I и ¹³⁷Cs на почву под растительностью в Орловской области.

Таким образом, приведённые материалы свидетельствуют, что разработанная модель позволяет в режиме реального времени проводить исследования закономерностей основных процессов, определяющих динамику выпадения радионуклидов 131I и 137Cs из атмосферы на почву и растительность. Проведённые расчёты позволили выявить ряд особенностей динамики загрязнения растительности 131I и 137Cs от погодных условий, осадков в период радиоактивных выпадений, форм нахождения 131I в атмосфере и других параметров модели.

Так, установлено, что после аварии в весенний период и одинаковых погодных условиях на местности:

• •    при осадках в период выпадений зависимости удельных активностей ¹³⁷Cs и ¹³¹I в траве от плотности выпадений ¹³⁷Cs не могут быть аппроксимированы линейными или степенными зависимостями, основной причиной нелинейного вида этих зависимостей для ¹³¹I является существенное различие (до порядка величины) в скоростях «сухого» и «мокрого» осаждения ¹³¹I на растительность и почву для разных форм его существования в атмосфере;

• •    удельная активность травы на сельскохозяйственных угодьях после сенокосов убывает значительно быстрее, чем на пастбищах, за счёт более быстрого нарастания новой растительности из остатков нескошенной загрязнённой травы;

• •    при сухих выпадениях дозы внутреннего облучения населения ¹³⁷Cs на единицу плотности выпадения ¹³⁷Cs будут в 5-10 раз больше, чем при сильных осадках, а дозы внутреннего облучения ЩЖ ¹³¹I будут больше уже в 10-25 раз.