Исследование радиационных параметров ландшафтных районов Волгоградской области и их изменения в урбанизированных и промышленных комплексах

Размещено на http://www.allbest.ru/

22

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Исследование радиационных параметров ландшафтных районов Волгоградской области и их изменения в урбанизированных и промышленных комплексах

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

Сухоносенко Денис Сергеевич

Волгоград - 2008

Диссертация выполнена на кафедре экономики природопользования Волгоградского государственного университета

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Сергиенко Любовь Ивановна

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Колбовский Евгений Юлисович

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Серебряков Олег Иванович

Ведущая организация:

Экологический факультет Российского университета дружбы народов

Защита состоится « 7 » ноября 2008 г. в 15.00 час. на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.04 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1, ауд. 101

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета

Автореферат разослан 6 октября 2008 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1, АГУ, учёному секретарю диссертационного совета ДМ 212.009.04 Иолину М. М.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат географических наук, доцент

М. М. Иолин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Радиационное воздействие является физическим фактором окружающей среды, постоянно воздействующим на человека. В результате природных процессов на территории Волгоградской области сформировался естественный радиационный фон. Антропогенная деятельность, приведшая к появлению техногенных и природно-техногенных ландшафтов, обусловила возникновение искусственных источников ионизирующего излучения. Кроме того, антропогенное преобразование природных объектов Волгоградской области привело к возникновению техногенно изменённых природных источников радиации.

В связи с этим исследование радиационных параметров ландшафтных районов Волгоградской области и их изменения в урбанизированных и промышленных комплексах является актуальной задачей.

Степень разработанности проблемы. Вопросу ранжирования территорий по степени экологического неблагополучия и проблеме индикаторов состояния территории посвящены работы Б. И. Кочурова, А. С. Рулёва, О. Ю. Быковой, Б. В. Виноградова.

Закономерности формирования и изменения параметров источников ионизирующего излучения изучены в работах Э. М. Крисюка, В. И. Уткина, И. В. Павлова, Н. К. Кострюковой, О. М. Кострюкова, Л. А. Гулабянца, Б. Ю. Заболотского, В. Н. Шулейкина, В. К. Титова, И.С. Тушевой, Fisenne I.M., Nazaroff W.W., Doyle S.M.

Характеристика природных комплексов на территории Волгоградской области дана в работах В. А. Брылёва, Г. М. Ярикова, П. И. Филиппова, А. В. Цыганкова, В. М. Алешина, А. Г. Ляховой, А. Н. Федюкова, С. И. Никитина, Б. С. Кубанцева, А. С. Крюкова, А. С. Рулёва, Н. О. Рябининой.

Характеристики некоторых параметров ионизирующего излучения на территории Волгоградской области приведены в работах П. А. Сидякина, И. П. Михнева, Ю. Д. Козлова, О. П. Сидельниковой, П. Э. Соколова, М. В. Трохимчука, С. В. Ананских, С. В.Честнова.

Цель и задачи работы. Целью работы является анализ радиационных параметров ландшафтных районов Волгоградской области и характера их изменения в урбанизированных и промышленных комплексах. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- характеристика радиационных параметров ландшафтных районов на территории Волгоградской области.

- выявление закономерностей динамики величины плотности потока радона с поверхности грунта в районе распространения структур соляной тектоники.

- анализ закономерностей формирования и динамики радиационных параметров в пределах урбанизированных и промышленных комплексов Волгоградской области

- определение мощности эквивалентной дозы облучения и величины радиационного риска для населения в районах интенсивного выделения радона из грунта, в урбанизированных и промышленных комплексах.

Объектом исследования являются ландшафтные районы, ландшафты, урбанизированные и промышленные комплексы в пределах территории Волгоградской области.

Предметом исследования выступают закономерности формирования и динамики радиационных параметров в пределах природных ландшафтов, урбанизированных и промышленных комплексов на территории Волгоградской области.

Методы исследований. При выполнении работы использовались методы сравнительного анализа и обобщения, методы дозиметрических, спектрометрических и радиометрических измерений, экспертных оценок, математической статистики, физико-географического районирования, картографирования.

Научная новизна результатов исследования. 1) установлены закономерности формирования и динамики радиационных параметров в пределах ландшафтных районов Волгоградской области; 2) выявлены закономерности формирования и динамики величины плотности потока радона из грунта в условиях активной солянокупольной тектоники территории Волгоградского Заволжья; 3) изучены закономерности формирования и динамики радиационных параметров в пределах урбанизированных и промышленных комплексов Волгоградской области; выявлена определяющая роль антропогенного фактора в формировании и динамике радиационных параметров в пределах урбанизированных комплексов Волгоградской области; 4) проанализирован уровень радиационной нагрузки на население Волгоградской области в районах развития положительных форм соляной тектоники и в пределах урбанизированных и промышленных комплексов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Дифференциация ландшафтов и ландшафтных районов исследуемой территории по величине радиационных параметров.

2. Увеличение плотности потока радона с поверхности грунта на территориях, приуроченных к положительным формам соляной тектоники. Наличие статистически значимой связи между относительной высотой соляной структуры и величиной плотности потока радона из грунта.

3. Определяющая роль антропогенного фактора в формировании и динамике радиационных параметров в пределах урбанизированных и отдельных промышленных комплексов Волгоградской области.

4. Увеличение расчётной величины радиационного риска для населения на территории, приуроченной к положительным формам соляной тектоники, и в пределах урбанизированных, промышленных комплексов.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Исследование закономерностей формирования и динамики радиационных параметров в пределах ландшафтных районов Волгоградской области является частью геоэкологических исследований антропогенной преобразованности природных комплексов. Результаты исследований эксхаляции радона из грунта в районах активной солянокупольной тектоники могут быть использованы при проектировании и строительстве зданий. Результаты исследований формирования и динамики радиационных характеристик в пределах урбанизированных и промышленных комплексов важны при проведении противорадиационных мероприятий в целях снижения радиационных рисков и радиационной нагрузки на население.

Теоретические положения и методические разработки используются в учебном процессе при чтении лекционных курсов «Ландшафтно-экологическое проектирование», «Экологическое проектирование и экспертиза», «Физическая и радиационная экология», «Техногенные системы и экологический риск» для студентов ВГИ (филиал ВолГУ); включены в учебные пособия.

Фактический материал и личный вклад автора. Работа выполнена на основе исследований автора, проведённых им во время учёбы в ВГИ (филиал ВолГУ), аспирантуре ВолГУ и работы на кафедре ЭиП ВГИ (филиал ВолГУ). Использован большой объём опубликованной литературы и фондовых материалов: радиоэкологических, геохимических, геоэкологических, экологических, данных Филиала Федерального Государственного Учреждения Здравоохранения (ФГУЗ) «Центр гигиены и эпидемиологии Волгоградской области, в городе Волжский, Ленинском, Среднеахтубинском районах», МУ «Службы охраны окружающей природной среды и экологической безопасности Волжского», НижневолжскТИСИЗ (ЗАО «Стройизыскания»), ВолгГАСА, ВолГУ, спецпартии АО «Волгоградгеофизика».

Автором работы проведены многочисленные дозиметрические, спектрометрические и радиометрические измерения на территории Волгоградской области с использованием оборудования Филиала ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии Волгоградской области, в городе Волжский, Ленинском, Среднеахтубинском районах» (Договор №1715 с Центром Госсанэпиднадзора в г. Волжском на проведение санитарно-эпидемиологических работ 03 ноября 2004 г. в рамках гранта «Конкурс научных проектов на соискание грантов ВолГУ» 2003-2004 г.г.).

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты докладывались и были представлены на отечественных и международных конференциях: ВолгГАСА (Волгоград, 2000-2005), Научная сессия ВолГУ (Волгоград, 2001), «Эколого-экономические проблемы экологической политики региона» (Волгоград, 2002), «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» (Астрахань, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, из которых 3 - в рекомендуемых ВАК изданиях.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы (173 наименования), 10 приложений. Объём рукописи 181 страница, в том числе 8 рисунков, 31 таблица.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Анализ современного состояния проблемы и степени её изученности

Закономерности формирования и изменения параметров источников ионизирующего излучения изучены достаточно подробно в работах Э. М. Крисюка, В. И. Уткина, И. В. Павлова, Н. К. Кострюковой, О. М. Кострюкова, Л. А. Гулабянца, Б. Ю. Заболотского, В. Н. Шулейкина, В. К. Титова, И.С. Тушевой, Fisenne I.M., Nazaroff W.W., Doyle S.M.

Проводимые ранее исследования радиационных характеристик территории Волгоградской области имеют узко специализированный отраслевой характер. Они связаны, как правило, со строительными объектами и инженерно-строительными изысканиями участков будущей застройки (П. А. Сидякина, И. П. Михнева, Ю. Д. Козлова, О. П. Сидельниковой, П. Э. Соколова).

В работах Соколова П. Э. проанализированы радиационные параметры строительного сырья, добываемого в Волгоградской области. Указывается, что с увеличением геологического возраста горных пород происходит увеличение эффективной удельной активности естественных радионуклидов (ЕРН). Это связано с возрастанием удельной активности ⁴⁰К.

Анализ литературных данных по проводимым на территории Волгоградской области исследований показывает, что основными объектами спектрометрических, радиометрических и дозиметрических измерений являются объекты строительного комплекса: строительное сырьё; строительные материалы; здания; отходы промышленности, используемые в строительстве.

Глава 2. Программа и методика исследования

В качестве основных показателей, характеризующих радиационные параметры природных и антропогенных комплексов, выбраны: удельная активность естественных радионуклидов (²²⁶Ra, ²³²Th, ⁴⁰K), эффективная удельная активность естественных радионуклидов, мощность поглощённой дозы (МПД) внешнего гамма-излучения, плотность потока радона (ППР) с поверхности грунта.

Содержание основных этапов исследований радиационных параметров на территории ландшафтных районов и в пределах урбанизированных, промышленных комплексов:

- анализ частных материалов о природных условиях и техногенных характеристиках, формирующих радиационные параметры исследуемой территории (инженерно-геологическое районирование; тектонические особенности; типы почв; анализ технологических схем производств, оказывающих влияние на радиационный фон).

- маршрутные исследования с целью окончательного выбора объектов исследования, разметки сети опорных точек наблюдений. Выработка плана осуществления полевых работ на выбранных объектах, отметка на картах точек наблюдения.

- отбор проб в точках наблюдения, проведение дозиметрических измерений.

Источником данных являются фондовые материалы и результаты лично проведённых автором измерений в лаборатории отдела радиационной гигиены Филиала Федерального Государственного Учреждения Здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии Волгоградской области, в городе Волжский, Ленинском, Среднеахтубинском районах» (Договор №1715 с Центром Госсанэпиднадзора в г. Волжском на проведение санитарно-эпидемиологических работ 03 ноября 2004 г. в рамках гранта «Конкурс научных проектов на соискание грантов ВолГУ» 2003-2004 г.г.); в лаборатории радиационного контроля, аккредитованной в САРК и зарегистрированной в Государственном реестре под № 41118-96/99.

Методология контроля удельной активности естественных радионуклидов в различных компонентах ландшафта (почва, горные породы и т. д.) включает методы отбора и подготовки проб и методологию гамма-спектрометрического анализа. Анализ радиоизотопного состава и удельной активности образцов проведён на универсальном спектрометрическом комплексе «УСК Гамма Плюс». Дозиметрические измерения проведены с использованием дозиметра ДРГ-01Т1, в котором детектором гамма-излучения являются газоразрядные счётчики.

Исследования плотности потока радона с поверхности грунта осуществлялись в два этапа: 1) полевые исследования; 2) лабораторные исследования. Полевые исследования включали использование методов профилирования, установку накопительных камер НК-32. Лабораторные исследования включали проведение измерений активности сорбента на универсальном спектрометрическом комплексе УСК Гамма-Плюс с программным обеспечением «Прогресс» с последующей статистической обработкой данных.

Измерения эквивалентной равновесной объёмной активности (ЭРОА) радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) в воздухе помещений осуществлены с использованием пассивных диффузионно-сорбционных колонок с активированным углём (угольные адсорберы) и сцинтилляционного гамма-спектрометра «УСК Гамма Плюс».

При обработке полученных результатов измерений использованы методы математической статистики.

Глава 3. Характеристика радиационных параметров ландшафтных районов Волгоградской области

Волгоградская область расположена на юго-востоке Восточно-Европейской равнины. Общая площадь территории составляет 112,9 тыс. км². Область расположена в Нижнем Поволжье. Рекой Волгой территория делится на восточную часть - низменное Заволжье и западную - более возвышенную правобережную.

В геологическом отношении территория области относится к Русской платформе. Кристаллический фундамент по всей территории перекрыт мощной толщей осадочных пород. Большая часть территории сложена кайнозойскими отложениями - в первую очередь четвертичными. Основная часть правобережья сложена континентальными (морено-ледниковыми, элювиально-делювиальными, аллювиальными) отложениями. Территория Заволжья и Сарпинская низменность сложена морскими хвалынскими отложениями. Речные долины сложены аллювиальными наносами и песками.

Геологическое строение нижней части осадочного чехла в пределах территории Заволжья осложнено соляной тектоникой. В бортовой зоне Прикаспийской синеклизы выделяются протяжённые зоны соляных антиклиналей и брахиантиклиналей, осложнённые отдельными соляными куполами. Особенности соляной тектоники данного региона описаны в работах В. А. Прохорова, О. Г. Одолеева, В. Н. Синякова, И. М. Бровара, Л. Ф. Волчегурского и др.

Климат территории Волгоградской области характеризуется континентальностью и засушливостью. Среднее годовое количество осадков составляет на северо-западе области 400-450 мм, на юго-востоке - 270 мм.

Подзоны обыкновенных и южных чернозёмов расположены на северо-западе территории. Южнее развиты сухие каштановые почвы. Почвы солонцового и солончакового комплекса на фоне зональных светло-каштановых почв характерны для юго-востока Волгоградской области

Характеристика радиационных параметров природных комплексов осуществлена в рамках ландшафтно-типологического районирования территории Волгоградской области (Рулёв А. С.). В соответствии с ним выделены три типологические группы ландшафтов: зональные (степные, пустынно-степные) междуречные возвышенные и низменные равнины; пустынно-степные древнеморские низменные равнины; интразональные речные долины. Ландшафты территории Волгогоградской области занимают пограничный пустынно-степной экотон. Учтены особенности ландшафтного районирования (Брылёв В. А., Рябинина Н. О.) территории Волгоградской области. Большая часть территории находится в пределах степной и полупустынной природных зон. В основе пространственного разграничения природных зон и подзон лежит биотический фактор. Границы физико-географических провинций обусловлены в основном геоморфологическими и гидрографическими факторами. Границы ландшафтных районов определяются геолого-геоморфологическими факторами. На участке территории Волгоградской области в пределах Приволжской возвышенности и в излучине Дона пространственное разграничение ландшафтов связано со ступенчатостью рельефа и обусловленным ею изменением материнских пород. Котловинность территории обусловливает выделение границ ландшафтов в пределах Прикаспийской низменности.

В работе дана характеристика основных радиационных параметров ландшафтных районов на территории Волгоградской области. Для ландшафтных районов, территория которых сложена преимущественно песчаными отложениями (ландшафтные районы речных долин), ландшафтов меловых степей на обнажениях туронского мела, ландшафтов на известняках карбона, характерны минимальные значения удельной активности естественных радионуклидов (²²⁶Ra, ²³²Th, ⁴⁰K) в приповерхностных отложениях.

Содержание естественных радионуклидов в почве определяется радиационными параметрами подстилающих пород и особенностями процессов геохимической миграции. Песчаные, супесчаные почвы в пределах исследуемого района в значительной степени выщелочены. По мере увеличения содержания в почве песчаных частиц содержание карбонатов в поверхностных горизонтах снижается. Поскольку наиболее высокие концентрации ²²⁶Ra в почве в условиях степной зоны приурочены к карбонатным горизонтам (Н. А. Титаева), удельная активность радионуклида ²²⁶Ra в песчаных почвах (например, в Приволжском низменном опесчаненном ландшафтном районе) меньше в 1,5 раза, чем в среднесуглинистых и тяжелосуглинистых почвах. Вследствие большой сухости почв подзоны тёмно-каштановых степей удельная активность ²²⁶Ra в почвах ландшафтных районов подзоны сухих степей в 1,3 раз больше, чем в почве подзоны умеренно-сухих степей.

Значения мощности поглощённой дозы гамма-излучения в пределах разных ландшафтных районов неоднородны и различаются до 1,8 раз (табл. 1).

Таблица 1

Основные характеристики вариационного ряда значений плотности потока радона из грунта

Среднее арифметическое значение, нГр/ч	Минимальное значение, нГр/ч	Максимальное значение, нГр/ч	Среднее геометрическое значение, нГр/ч	Стандартное отклонение	Коэффициент вариации, %
90,069	60,5	114	88,731	15,296	16,983

При этом все ландшафтные районы характеризуются отсутствием аномально высоких или повышенных значений. Для ландшафтов и ландшафтных районов, территория которых сложена преимущественно песчаными, меловыми отложениями, известняками характерны минимальные значения мощности дозы гамма-излучения (60,5-91 нГр/ч). К таким природным комплексам относятся интразональные ландшафтные районы речных долин, песчаные равнины: Арчединско-Донской песчаный район, зональный район Приволжской песчаной гряды, Цимлянские пески, интразональные ландшафты меловых степей на обнажениях туронского мела и ландшафты на известняках карбона. Максимальные значения мощности поглощённой дозы гамма-излучения (99-104 нГр/ч) установлены в пределах глинистых равнин, суглинистых плато Доно-Медведицкой гряды, глинистых плато Волго-Донской возвышенности, плато на юрских глинах северо-восточной части большой излучины Дона, ландшафтов Прикаспийской хвалынской морской низменности.

В пределах ландшафтных районов Волгоградской области получены минимальные значения мощности поглощённой дозы гамма-излучения (60-70 нГр/ч) на отдельных локальных участках. На территории правобережья Волги они приурочены к локальным морфоструктурам (локальным антиклинальным поднятиям), испытывающим новейшие тектонические поднятия.

Сводовые участки данных зон характеризуются преобладанием песчаных отложений (Цыганков А. В.) и уменьшением мощности дозы гамма-излучения. Участки антиклиналей за пределами сводов характеризуются накоплением глинистого материала и увеличением мощности дозы гамма-излучения. Мощность поглощённой дозы составляет 93-108 нГр/ч.

В пределах Прикаспийской низменности аналогичные локальные аномалии поля гамма-излучения установлено для территорий, приуроченных к положительным формам соляных структур. Сводовые участки данных зон характеризуются уменьшением мощности или отсутствием хвалынских глин и уменьшением мощности дозы гамма-излучения (50-64 нГр/ч). Участки отрицательных форм соляной тектоники характеризуются увеличением мощности хвалынских глин и увеличением мощности дозы гамма-излучения (100-120 нГр/ч).

Средние значения плотности потока радона с поверхности грунта в пределах ландшафтных районов территории Волгоградской области варьируют в диапазоне от 6,0 до 39,44 мБк/(м^{2 .} с) (рис. 1). Ландшафтные районы Волгоградской области по величине средних значений плотности потока радона неоднородны и различаются до 6,6 раз (табл. 2).

Показатель плотности потока радона из грунта значительно варьирует для различных ландшафтных районов. Усреднённое значение для всей территории Волгоградской области составляет 19,56 мБк/(м^2. с).

Таблица 2

Основные характеристики вариационного ряда значений плотности потока радона из грунта

Среднее арифметическое значение, мБк/(м2 . с)	Минимальное значение, мБк/(м2 . с)	Максимальное значение, мБк/(м2 . с)	Среднее геометрическое значение, мБк/(м2 . с)	Стандартное отклонение, мБк/(м2 . с)	Коэффициент вариации, %
20,267	6,0	39,44	17,73	9,44	48,26

В результате анализа полученных результатов дана характеристика потенциальной радоноопасности участков территории области с различным геологическим строением.

Рис. 1. Дифференциация ландшафтных районов Волгоградской области по величине плотности потока радона (ППР) с поверхности грунта

Минимальные значения интенсивности эксхаляции радона характерны для интразональных ландшафтных районов речных долин (аллювиально-аккумулятивных низменных равнин), песчаных равнин.

В пределах ландшафтных районов выявлены локальные аномалии плотности потока радона из грунта. Аналогично полю гамма-излучения на территории правобережья Волги они приурочены к локальным морфоструктурам (локальным антиклинальным поднятиям), испытывающим новейшие тектонические поднятия. Сводовые участки данных зон характеризуются повышенной трещиноватостью массива горных пород, увеличением интенсивности эксхаляции радона из грунта.

В пределах Прикаспийской низменности интенсификация потока радона с поверхности почвы установлена для территорий, приуроченных к положительным формам соляных структур. По результатам исследований выявлено, что значения плотности потока радона с поверхности грунта для территорий, приуроченных к тектоническим нарушениям и зонам повышенной трещиноватости над положительными формами соляной тектоники (49-70 мБк/(м^{2 .} с)), в 2-3 раза выше, чем за пределами куполов (20-28 мБк/(м^{2 .} с)).

Проведены исследования по выявлению взаимосвязи между параметрами тектонической активности соляных структур левобережья Волги и интенсивностью потока радона из грунта. В качестве критерия тектонической активности соляных куполов в послехвалынское время использовались значения относительных высот солянокупольных поднятий (Проничева М. В.). Проанализированы 19 соляных структур, расположенных на территории Волгоградского Заволжья. Исследованы соляные структуры левобережья Волгоградской области: Рахинская, Демидовская, Лугово-Пролейская, Солдатско-Степновская и другие. По результатам расчётов получены средние значения эксхаляции радона из грунта для каждого значения относительной высоты соляных структур. На рисунке 2 показана зависимость величины ППР из грунта от значений относительной высоты соляных куполов.

При увеличении степени выраженности соляной структуры в рельефе территории происходит интенсификация эксхаляции радона из грунта. Рассчитано значение коэффициента корреляции Пирсона для выявления наличия и характера взаимосвязи между значениями относительной высоты соляных структур и плотностью потока радона из грунта. Полученный коэффициент корреляции составил r = 0,642; p<0,05; t_ф (2,646) > t_табл (2,228).

Рис. 2. Средние значения эксхаляции радона из грунта в зависимости от относительной высоты соляного купола

Установлено наличие взаимосвязи между значениями относительных высот (критерий тектонической активности) соляных структур левобережья Волги и интенсивностью эксхаляции радона из грунта над соляными структурами. Выявленная связь между изучаемыми явлениями является статистической значимой, слабой. Полученные результаты подтверждаются данными, полученными Цыганковым А. В., для активных антиклинальных поднятий правобережья Волги.

Глава 4. Характеристика радиационных параметров территории урбанизированных и промышленных комплексов Волгоградской области

Факторы, определяющие радиационные характеристики городского ландшафта, отличаются от факторов природного ландшафта. Основными строительными материалами, формирующими объекты урбанизированных комплексов Волгоградской области, являются бетон, силикатный и керамический кирпич. Удельная активность ²²⁶Ra в бетоне в 1,5-4,4 раза, а в керамическом кирпиче в 2,6-8,5 раз больше, чем в почвах Иловлинско-Волжского полого-волнистого овражно-балочного и Приахтубинского плоского легкосуглинистого ландшафтных районов, в пределах которых расположены урбанизированные комплексы. Эффективная удельная активность ЕРН в бетонных конструкциях и керамическом кирпиче в 1,5 раза больше, чем фоновое значение в почвах ландшафтных районов.

В природных комплексах поле г-излучения создаётся одним плоским источником (поверхность почвы). В пределах большей части урбанизированного комплекса (возле зданий) поле г-излучения создаётся двумя плоскими источниками - поверхностью дорожного покрытия (асфальтом, грунтом и т.п.) и поверхностью стен зданий. В результате формируемая мощность дозы излучения увеличивается. Дозиметрические измерения, проведённые в пределах г. Волгограда и г. Волжского показали, что МПД гамма-излучения вблизи зданий (до 10 м) больше мощности поглощённой дозы гамма-излучения на расстоянии от них в 1,3-1,4 раз. В связи с этим районы города с более плотной застройкой характеризуются более высокими значениями интенсивности ионизирующего излучения. Мощность дозы гамма-излучения в непосредственной близости от зданий превышает аналогичный показатель для природных комплексов Волгоградской области в 2,2-2,4 раз.

Объекты урбанизированных территорий в пределах исследуемого района являются причиной увеличения концентрации радиоактивного газа радона в грунте и интенсивности потока радона с поверхности грунта. В ходе проведённых измерений выявлены локальные участки урбанизированных территорий, характеризующиеся увеличением плотности потока радона с поверхности грунта. В пределах территории городских ландшафтов это районы прохождения подземных инженерных коммуникаций.

Тепловые электростанции на исследуемой территории, работающие на мазуте, выделяют в атмосферу с дымовыми выбросами значительную долю естественных радионуклидов (²²⁶Ra, ²³²Th), содержащихся в топливе. При сгорании топлива ТЭЦ основная часть тория (²³²Th) остаётся в составе золы и улавливается электрофильтрами. В летучей золе основная часть ²²⁶Ra связана в тонкодисперсных и слаборастворимых аэрозолях которые в значительной степени не улавливаются электрофильтрами. Поэтому в зольных выбросах ТЭЦ на исследуемой территории удельная активность ²²⁶Ra существенно превышает фоновую активность почв природных комплексов (в 12-21 раз). Кратность превышения фоновых значений удельной активности по ²³²Th значительно меньше (1,6-2,4 раза). Кратность превышения фоновых значений удельной активности ЕРН зависит от концентрации радионуклидов в зольных выбросах и от активности радионуклидов в почвах ландшафтов. Наибольшие коэффициенты превышения установлены для ТЭЦ, расположенных в пределах ландшафтных районов речных долин.

Установлен характер зависимости мощности экспозиционной дозы гамма-излучения от расстояния до источника выбросов ТЭЦ (рис. 3).

Рис. 3. График зависимости мощности экспозиционной дозы гамма-излучения от расстояния до источника выбросов ТЭЦ. Указаны стандартные отклонения и линия тренда. R² - коэффициент достоверности аппроксимации

Проведён анализ корреляционной зависимости между расстоянием от источника выброса ТЭЦ и значением мощности экспозиционной дозы гамма-излучения. Установлено наличие статистически достоверной слабой связи между расстоянием от источника выброса ТЭЦ и значением мощности экспозиционной дозы гамма-излучения. Полученный коэффициент корреляции составил r = -0,688 (p<0,05; t_ф (4,445) > t_табл (2,074)). Участок, характеризующийся повышенными значениями мощности экспозиционной дозы гамма-излучения, имеет радиус порядка 2,5-2,7 километров. В пределах данной зоны значения мощности поглощённой дозы гамма-излучения варьируют в диапазоне 120-210 нГр/ч. Кратность превышения фоновых для исследуемого района значений мощности экспозиционной дозы гамма-излучения составляет в зависимости от расстояния 1,5-3 раза.

В пределах исследуемого района ведётся добыча полезных ископаемых осадочного происхождения (глина, песок, песчаник, известняк, мел) более чем на 100 месторождениях. При извлечении на поверхность горных пород, концентрация радионуклидов в которых выше, чем в почвах, происходит формирование радиационных параметров горнопромышленных комплексов. На территории карьеров по добыче глины, песчаника, мела, известняка, доломитов удельная активность ²²⁶Ra извлекаемого материала в 1,3-7,5 раз больше удельной активности почв. Удельная активность ²³²Th в добываемых породах превышает (до двух раз) содержание радионуклида в почвах на отдельных карьерах по добыче глины (Себряковское, Липовское, Камышинское месторождения) и песчаника (Батраковское, Подхимовское месторождения). Поскольку удельная активность радионуклидов в извлекаемых на поверхность породах превышает фоновые значения, характерные для почв, происходит увеличение в пределах горнопромышленных комплексов мощности дозы гамма-излучения. Кратность превышения фоновой мощности поглощённой дозы г-излучения в пределах горнопромышленных комплексов зависит от радиационных характеристик добываемых пород и фоновых радиационных параметров ландшафтных районов. Наибольшие значения коэффициентов превышения (3-5 раз) установлены для горнопромышленных комплексов по добыче глин и песчаников, расположенных в пределах ландшафтных районов речных долин (Прихопёрский террасовый аллювиально-флювиогляциальный песчаный, Медведицко-Терсинский пойменный плоскоравнинный лесо-луговой районы).

Повышенные значения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения установлены на территориях Коробковского и Арчединского месторождений, на которых осуществляется добыча нефти. Объектами, к которым приурочены повышенные значения радиационного фона, являются шламонакопители, территории групповых сборных пунктов, цеха подготовки нефти. Удельная активность ЕРН в образующихся отходах превышает фоновую удельную активность почв Иловлинско-Медведицких ландшафтных районов в 10-100 раз. Площадного загрязнения почв радионуклидами не выявлено, что может быть связано с прочной фиксацией ²²⁶Ra в почве при поступлении радионуклида с хлоркальциевыми рассолами. Это обусловлено коагуляцией почвенных коллоидов под действием ионов кальция и фиксацией ионов ²²⁶Ra в обменном комплексе почв (Н. А. Титаева).

Мощность поглощённой дозы г-излучения в пределах нефтегазодобывающих комплексов Волгоградской области превышает фоновые значения, характерные для Иловлинско-Медведицких ландшафтных районов (66-88 нГр/ч), в 4-50 раз. Основные радиационные параметры, характерные для территорий урбанизированных и промышленных комплексов на территории Волгоградской области, показаны в таблице 3.

Таблица 3

Характеристика радиационных параметров урбанизированных и промышленных комплексов Волгоградской области

Изучаемый комплекс	Эффективная удельная активность ЕРН объектов, Бк/кг	Мощность поглощённой дозы гамма-излучения, нГр/ч
Урбанизированный	200-300 (материал зданий, дорог)	120-180
Промышлен ный (ТЭЦ)	300 (зола)	140-220
Горнопромыш ленный (строительное сырьё)	200-300 (горные породы)	140-450
Горнопромыш ленный (нефтегазодобыча)	(1,5-10) . 103 (шламонакопители)	350-3300
Промышлен ный	300-4000 (отходы, искусственные ИИИ)	140-1880
Природный	50-100 (почвы)	93,51 (64-114)

соляной тектоника радиационный радон

Таким образом, для промышленных комплексов факторы, которые формируют радиационные характеристики территории, можно разделить на три группы.

На формирование радиационных параметров оказывают влияние природные факторы (космическое излучение), природно-техногенные (извлечённые из глубин горные породы, промысловые воды, отложения солей на оборудовании при добыче нефти, зола при сжигании топлива) и техногенные (промышленные искусственные источники ионизирующего излучения, здания, коммуникации).

Глава 5. Оценка радиационной нагрузки на население Волгоградской области в районах развития соляных куполов и в пределах урбанизированных, промышленных комплексов

По результатам дозиметрических измерений рассчитаны величины индивидуальных рисков возникновения стохастических (вероятностных) эффектов за счёт облучения в пределах урбанизированных и промышленных комплексов исследуемой территории (табл. 4).

Таблица 4

Значения индивидуального риска возникновения стохастических эффектов, связанного с внешним гамма-излучением

Источник риска	Индивидуальный риск
Урбанизированные комплексы:	(1,1 -1,8) . 10-5
Участки на территории промышленного комплекса: -ТЭЦ -Горнопромышленные - Нефтегазодобывающие - Полигоны промышленных отходов, свалки	(1,3 - 2,0). 10-5 (1,3 - 4,2) . 10-5 (3,2 - 30,5). 10-5 (1,3 - 17,5). 10-5

Максимально возможный риск возникновения вероятностных эффектов, связанных с дополнительным внешним гамма-излучением в пределах урбанизированных и промышленных комплексов Волгоградской области, составляет 3,1 случая на десять тысяч человек.

Исследование влияния потока радона из грунта на концентрацию радиоактивного газа в зданиях, расположенных в районах солянокупольной тектоники, проведено в г. Волжский, территория которого частично приурочена к положительным формам соляной тектоники (рис. 4).



Условные обозначения: 1 - граница Южно-Паромненской брахиантиклинали (Н. А. Самусь); 2 - значения ЭРОА радона более 100 Бк/м³.

Рис. 4. Здания г. Волжского с повышенными значениями (более 100 Бк/м³) ЭРОА радона и его ДПР

Критерием радоноопасности здания принято значение эквивалентной равновесной объёмной активности радона и его ДПР 100 Бк/м³. Процентная доля зданий с величиной ЭРОА более 100 Бк/м³ для объектов, приуроченных к Южно-Паромненской брахиантиклинали, равна 17% (рис. 5). Среднее значение равно 68,45 Бк/м³; стандартное отклонение составляет 38,71.

Рис. 5. Частотное распределение зданий г. Волжского, приуроченных к Южно-Паромненской брахиантиклинали, по величине ЭРОА

Аналогичное распределение получено для зданий, расположенных за пределами Южно-Паромненской брахиантиклинали на территории, приуроченной к сплошному массиву (рис. 6).

Рис. 6. Частотное распределение зданий г. Волжского, приуроченных к сплошному массиву, по величине ЭРОА

Среднее значение равно 43,95 Бк/м³; стандартное отклонение составляет 25,59. Процентная доля зданий с величиной ЭРОА более 100 Бк/м³ для объектов, расположенных за пределами Южно-Паромненской брахиантиклинали, равна 4%. То есть в районе, приуроченном к Южно-Паромненской брахиантиклинали, доля зданий с ЭРОА радона более 100 Бк/м³ в 4,3 раза выше.

При оценке риска рака лёгкого, обусловленного облучением радоном и его дочерними продуктами распада в жилых помещениях г. Волжского, использована модель относительного риска. В данной модели величина риска определяется уровнем фоновой заболеваемости раком лёгкого и функцией дополнительного (избыточного) относительного риска возникновения рака лёгкого (Киридин И. А., Ярмошенко И. В., Жуковский М. В., 2003 г.). Значения среднегодовой эффективной эквивалентной дозы, радиационного риска для населения Волгоградской области, обусловленные различными источниками облучения, приведены в таблице 5.

Таблица 5

Значения эффективной эквивалентной дозы (ЭЭД), радиационного риска для населения Волгоградской области

Источник облучения	Среднегодовая ЭЭД, мЗв	Суммарный радиационный риск
1	2,02	0,31 . 10-3
2	7,2	2,6 . 10-3
3	0,6	0,04 . 10-3

1 - участки в урбанизированных и промышленных комплексах; 2 - зоны интенсивной эксхаляции радона из грунта природного характера (соляные купола); 3 - внутреннее облучение радионуклидами ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr с продуктами питания и водой.

Заключение

1. Установлены закономерности формирования и динамики радиационных параметров территории (удельная активность ЕРН, эффективная удельная активность ЕРН, мощность дозы гамма-излучения, плотность потока радона с поверхности грунта) в пределах ландшафтных районов Волгоградской области.

2. Удельная активность ²²⁶Ra в почвах ландшафтов полупустынной зоны в 1,6 и 2 раза больше, чем в почвах ландшафтов подзон сухих и умеренно-сухих степей соответственно. В каштановых песчаных почвах удельная активность радионуклида ²²⁶Ra меньше в 1,5 раза, чем в каштановых среднесуглинистых и тяжелосуглинистых почвах. Данные закономерности связаны с уменьшением содержания ²²⁶Ra в почве при вымывании из почвы карбонатов, увеличении степени выщелоченности почвы.

3. Минимальные значения мощности дозы гамма-излучения и плотности потока радона из грунта характерны на территории Волгоградской области для интразональных ландшафтных районов речных долин, песчаных равнин. Максимальные значения радиационных параметров установлены в пределах глинистых равнин, суглинистых плато, ландшафтах на отложениях песчаника.

4. Получены минимальные значения мощности дозы излучения и максимальные величины эксхаляции радона из грунта в пределах локальных антиклинальных поднятий правобережья Волги, испытывающих новейшие тектонические поднятия. В пределах Прикаспийской низменности интенсификация потока радона с поверхности почвы и снижение мощности дозы гамма-излучения установлены для территорий, приуроченных к положительным формам соляных структур. Установлено наличие статистически значимой связи между относительной высотой соляной структуры и величиной плотности потока радона из грунта.

5. Дана характеристика естественного радиационного фона в условиях активной солянокупольной тектоники территории Волгоградского Заволжья. Выявлено, что значения плотности потока радона с поверхности грунта для территорий, приуроченных к тектоническим нарушениям и зонам повышенной трещиноватости над положительными формами соляной тектоники (49-70 мБк/(м^{2 .} с)), в 2-3 раза выше, чем за пределами куполов (20-28 мБк / (м^{2 .} с)).

6. Установлено определяющее влияние объектов урбанизированных и промышленных комплексов на параметры радиационного фона территории. В объектах урбанизированных комплексов (материал зданий, дорожного покрытия) удельная активность естественных радионуклидов превышает фоновое содержание в почвах природных комплексов в 1,5-9 раз. Установлено увеличение мощности поглощённой дозы гамма-излучения в 1,3-2 раза. В пределах населённых пунктов происходит интенсификация плотности потока радона с земной поверхности до 3-4 раз.

7. В промышленных комплексах (горнопромышленных, ТЭЦ, свалки и полигоны отходов) удельная активность естественных радионуклидов объектов превышает фоновое содержание в почвах природных комплексов в 2-100 раз. Установлено увеличение мощности поглощённой дозы гамма-излучения в 1,5-35 раз.

8. Наиболее высокая степень трансформации радиационных характеристик установлена в пределах нефтегазодобывающих комплексов. Максимальная кратность превышения фоновых радиационных параметров установлена для промышленных комплексов, расположенных в пределах ландшафтных районов речных долин, песчаных равнин.

9. Установлено, что в пределах урбанизированных и промышленных комплексов Волгоградской области происходит увеличение эффективных доз облучения населения. Максимально возможный риск возникновения вероятностных эффектов, связанных с дополнительным внешним гамма-излучением в пределах урбанизированных и промышленных комплексов Волгоградской области, составляет 3,1 ^. 10^-4.

10. Установлено увеличение значений ЭРОА радона и его ДПР в зданиях на территориях, приуроченных к положительным формам соляной тектоники. Значения среднегодовой эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемых населением Волгоградской области в зданиях, расположенных на территории развития соляных куполов, составляет 7,2 мЗв/год. Данное значение превышает дозу, получаемую населением в зданиях над сплошным массивом в 1,6 раз.

11. Проживание в зданиях, приуроченных к положительным формам соляной тектоники, является источником радиационного риска возникновения онкологических заболеваний дыхательной системы, который составляет для населения Волгоградской области 2,6 ^. 10^-3.

12. Установлено, что обусловленные техногенными радионуклидами (¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr) эффективные дозы в 3,37 и 12 раз меньше, чем дозы, создаваемые участками в урбанизированных и промышленных комплексах и зонами интенсивной эксхаляции радона из грунта соответственно.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ

1. Сухоносенко, Д. С. Обеспечение радиационной безопасности в городе Волжском / Д. С. Сухоносенко // V Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области: тезисы докладов по направлению Экология, охрана среды, строительство / ВолГАСА. - Волгоград, 2000. - С. 20-21.

2. Сухоносенко, Д. С. Первые оценки радиационных характеристик объектов окружающей среды г. Волжского / Д. С. Сухоносенко // VI Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области: тезисы докладов по направлению Экология, охрана среды, строительство / ВолГАСА. - Волгоград, 2001. - С. 20-21.

3. Сухоносенко, Д. С. Обеспечение радиационной безопасности жителей города Волжского/ Д. С. Сухоносенко // Материалы Научной сессии Волгоградского Государственного Университета. Экономика и финансы. - вып. 1 / ВолГУ. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2001. - С. 140-142.

4. Сухоносенко, Д. С. Сравнительная характеристика основных радиационных параметров объектов Волгоградской области и России / Д. С. Сухоносенко // Безопасность и устойчивое развитие Нижнего Поволжья: материалы II Региональной научно-практической конференции / ВГИ. - Волжский, 2002. - С. 79-81.

5. Сухоносенко, Д. С. Обеспечение радиационной безопасности в строительном комплексе города Волжского. Основные мероприятия / Д. С. Сухоносенко // Эколого-экономические проблемы экологической политики региона: материалы круглого стола - Волгоград, 2002. - С. 73-76.

6. Сухоносенко, Д. С. Радиационная экология в стройиндустрии города Волжского: проблемы, поиск решений, перспективы / Д. С. Сухоносенко // VIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области: тезисы докладов по направлению Экология, охрана среды, строительство / ВолГАСА. - Волгоград, 2004. - С. 12-13.

7. Сергиенко, Л. И. Радиационная обстановка в г. Волжском: мониторинг, методы снижения нагрузки / Л. И. Сергиенко, Д. С. Сухоносенко // Вестник НИИ РПХС ВОЛГУ: научный журнал. - вып. 1 / ВолГУ. - Волгоград, 2004. - С. 94-100.

8. Сухоносенко, Д. С. Характеристика естественного радиационного фона в городе Волжском / Д. С. Сухоносенко, Е. С Попов // Эколого-экономическая оптимизация природопользования: материалы круглого стола / ВолГУ. - Волгоград, 2004. - С. 223-225.

9. Сухоносенко, Д. С. Экологическая безопасность населения г. Волжского: качество строительных материалов / Д. С. Сухоносенко // XI Межвузовская научно-практическая конференция молодых учёных и студентов: тезисы докладов / ВГИ (филиал) ВолГУ. - Волжский, 2005. - С. 223-226.

10. Сухоносенко, Д. С. Радиоэкологические аспекты безопасности населения г. Волжского / Д. С. Сухоносенко // Проблемы устойчивого развития и эколого-экономической безопасности региона: тезисы V Региональной научно-практической конференции / ВГИ (филиал) ВолГУ. - Волжский, 2005. - С. 79-80.

11. Сухоносенко, Д. С. Влияние геологической среды на радиационную обстановку города (на примере г. Волжского) / Д. С. Сухоносенко // Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря: материалы IX Международной научной конференции. - Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет, 2006. - С. 146-147.

12. Сухоносенко, Д. С. Влияние геоэкологических факторов на величину экономического эквивалента радиационного ущерба здоровью населения (на примере г. Волжского) / Д. С. Сухоносенко // Эколого-экономические аспекты развития региона: материалы круглого стола / ВолГУ. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2007. - С. 46-50.

13. Сухоносенко, Д. С. Характеристика радиационных параметров объектов урбанизированных комплексов / Д. С. Сухоносенко // Экологические и экономические составляющие устойчивого развития региона: материалы круглого стола / ГОУ ВПО «ВолГУ». - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2008. - С. 226-230.

14. Сухоносенко, Д. С. Влияние солянокупольной тектоники на эксхаляцию радона из грунта / Д. С. Сухоносенко // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. Спецвыпуск «Геология».- 2007. - С. 14-17.

15. Сухоносенко, Д. С. Изменение естественного радиационного фона в пределах урбанизированных и промышленных комплексов / Д. С. Сухоносенко // Экологические системы и приборы. - 2008. -№2. - С. 22-25.

16. Сухоносенко, Д. С. Радиационные параметры ландшафтных районов и техногенных комплексов Волгоградской области / Д. С. Сухоносенко // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - 2008. -№3. - С. 84-88.

Размещено на Allbest.ru

...