Вторичное радиоактивное загрязнение территории в результате лесных пожаров

На территории Республики Беларусь ежегодно происходят сотни лесных пожаров. В атмосферу с продуктами горения поступают тонны различных вредных токсичных веществ. Особую важность представляют исследования выноса радиотоксичных продуктов пожаров с поверхности земли в зонах ра­диоактивного загрязнения местности, в частности, в Чернобыльской зоне за­грязнения. В результате пожаров в приземной атмосфере могут появиться токсичные вещества (в том числе радиоактивные) в опасных для человека концентрациях.

Дым лесных пожаров не только является одним из основных опасных факторов пожара, но и в условиях радиоактивного загрязнения является воз­можным трансграничным переносчиком радионуклидов при горении загряз­ненных ими лесных горючих материалов, источником вторичного загрязне­ния территории сопредельных государств. Дым воздействует на людей, не только находящихся в зоне его распространения, но и в зонах, расположен­ных далеко от очага пожара.

Оценка воздействия лесных пожаров на вторичное радиоактивное за­грязнение прилегающих территорий является достаточно трудной научной и практической задачей из-за многофакторности этого явления. Трудность оп­ределить, что источником радиоактивного загрязнения атмосферы на боль­ших расстояниях является лесной пожар, связана с большой неопределенно­стью идентифицировать этот источник.

В научной литературе имеется ограниченное количество работ [1, 2], в которых предполагается, что источником радиоактивного загрязнения атмо­сферы является лесной пожар. В основном радиоактивного загрязнения ат­мосферы оценивается на основе расчета по математическим моделям.

Таким образом, влияние лесных пожаров в зонах радиоактивного за­грязнения на вторичное радиоактивное загрязнение прилегающих террито­рий является важной и актуальной задачей, имеющей большое экономиче­ское и социально-экологическое значение. Решение этой задачи необходимо для разработки стратегии реабилитации загрязненных территорий и системы радиационной безопасности работников лесного хозяйства и населения.

Исследования выполнялись в рамках Государственной программы науч­ных исследований на 2011-2015 годы «Научные основы комплексного ис­пользования, сохранения и воспроизводства природно-ресурсного потенциала и повышения качества окружающей среды» (Природно-ресурсный потенциал).

В данной работе предлагается способ оценки влияния лесных пожаров в зонах радиоактивного загрязнения на вторичное радиоактивное загрязнение прилегающих территорий на основе совместного анализа данных о метеорологических условиях, радиационного мониторинга атмосферы и лесопожар­ной обстановки.

Цель исследований: оценить вторичное радиоактивное загрязнение при­легающих территорий в результате лесных пожаров в зонах радиоактивного загрязнения.

Авторы выражают свою искреннюю и глубокую благодарность работ­никам Республиканского центра радиационного контроля и мониторинга ок­ружающей среды (Голикову Ю.Н., Новоковскому А.Ф.), ГП «Гомельское производственное лесохозяйственное объединение» (Супруну М.П., Савошко

В.Н., Жукову В.В.), БелНИЦ «Экология» (Геменчук М.Г.) за предоставление информационных материалов по теме исследований.

Методика исследований

Методология исследований основывалась на сборе и обработке инфор­мационных материалов теоретического и экспериментального характера. Экспериментальные данные включали в себя информацию о лесопожарной обстановке в лесном фонде Гомельской области, полученные из оперативных журналов учета возгораний на территории Гомельского ПЛХО. К теоретиче­ским следует отнести метеорологические данные, данные о радиометриче­ском контроле воздуха на территории Гомельской области, а также материа­лы, приведенные в литературных источниках.

ГУ ЦРКМ предоставлены специализированные экологические информа­ционные материалы по радиационному мониторингу атмосферы в пунктах постоянного наблюдения в зонах радиоактивного загрязнения Гомельской области в период с 2001 по 2011 год. В рамках радиационного мониторинга атмосферы регистрируется суммарная бета-активность радиоактивных выпа­дения из атмосферы на горизонтальные планшеты (ГП) и суммарная бета- активность аэрозолях атмосферного воздуха, которая измеряется с помощью фильтро-вентиляционных установок (ФВУ).

Для оценки переноса радионуклидов с дымом лесных пожаров, случив­шихся на загрязненной радионуклидами территории, нами предложен новый метод такой оценки.

Предлагаемый метод основан на проведении комплексного сравнитель­ного анализа контролируемых параметров: данных радиационного контроля атмосферного воздуха, метеорологической обстановки в пунктах наблюде­ния, лесопожарной обстановки и радиационного контроля лесных экосистем.

В сравнительном анализе использовались следующие контролируемые параметры:

• данные радиационного контроля атмосферного воздуха (суммарная бе­та-активность выпадений на горизонтальные планшеты, суммарная бета- активность аэрозолей (только для Гомеля и Мозыря), мощность экспозици­онной дозы);
• данные метеорологической обстановки в пунктах наблюдения (ско­рость и направление ветра, осадки);
• данные лесопожарной обстановки и радиационного контроля лесных экосистем (лесхоз, лесничество, квартал, состав насаждения, площадь и вид пожара, расстояние и направление ориентации относительно пункта наблюдения, уровень радиоактивного загрязнения квартала ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr).

Все совокупные экспериментальные данные были систематизированы по дате возникновения пожара, ориентации относительно пункта наблюдения направлению ветра в день пожара.

Суть метода заключается в следующем. Если в определенном лесном квартале произошел пожар, радионуклиды, содержащиеся в ЛГМ, переходят в аэрозольное состояние и в составе дымового облака переносятся на некото­рое расстояние. В ближайшем пункте радиационного контроля (ПРК) может быть зафиксировано осаждение радионуклидов из дымового облака на по­верхность земли.

Для подготовки и систематизации данных предъявляются следующие требования:

• очаг пожара должен быть расположен не далее 25 км от ПРК;
• размер площади пожара не менее 0,01 га;
• уровень радиоактивного загрязнения лесного квартала;
• направление ветра совпадает с направлением вектора очаг лесного по­жара – ПРК.

При сравнительном анализе необходимо учитывать радиоактивное за­грязнение лесного квартала, площадь, вид и интенсивность пожара, силу вет­ра, влажность, статистически значимое отличие значения радиоактивных вы­падений в день пожара от фоновых значений в дни без пожаров.

Для сравнительного анализа радиационной и метеорологической обста­новки выбраны пункты наблюдения, расположенные в городах Гомель, Мозырь, Хойники, Наровля, Лельчицы, Брагин, Буда-Кошелево, Чечерск. Эти города расположены в зоне радиоактивного загрязнения и имеют пункты контроля радиационной и метеорологической обстановки. Такие информаци­онные материалы были получены в Республиканском центре радиационного контроля и мониторинга окружающей среды, г. Минск.

Для сравнительного анализа также проведен сбор и обработка сведений о характеристиках лесных пожаров в зоне радиоактивного загрязнения Го­мельской области по данным 2001-2011 гг. Сведения были предоставлены Гомельским ПЛХО. При сборе фактического материала были использованы оперативные журналы регистрации пожаров, база данных радиоактивного за­грязнения лесных кварталов, планы лесных насаждений выбранных лесхозов.

Данные, взятые из оперативных журналов учета возгораний на террито­рии Гомельского ПЛХО, сводились в таблицу и обрабатывались в соответст­вии с выработанными критериями отбора.

Создана объединенная экспериментальная база данных, содержащая со­гласованную информацию о случаях лесных пожаров, их локализации, ра­диоактивном загрязнении лесных кварталов, метеоусловиях региона и уров­нях радиоактивных выпадений в пунктах радиационного контроля. Общее количество записей в базе данных составило 423.

База данных по метеорологическим условиям включает информацию об изменении суточной температуры, направления и скорости ветра, а также влажности воздуха в течение пожарного сезона за 2001-2011 годы.

Результаты и их обсуждение

Для оценки переноса радионуклидов с дымовым облаком проведен ком­плексный сравнительный анализ контролируемых параметров: данных ра­диационного контроля атмосферного воздуха, метеорологической обстанов­ки в пунктах наблюдения, лесопожарной обстановки и радиационного кон­троля лесных экосистем.

Рассмотрим динамику поведения контролируемых параметров радиаци­онного контроля приземного слоя атмосферы. Поскольку согласно многолет­ним наблюдениям пожароопасным периодом является период апрель- сентябрь каждого года, то данные пожароопасного периода приняты за ап­рель-сентябрь, а фоновые значения параметров радиационной обстановки – периоды январь-март и октябрь-декабрь, т.е. периоды, когда нет лесных и торфяных пожаров.

В таблице 1 приведены усредненные данные по бета-активности выпа­дений, измеренные по горизонтальным планшетам (ГП), и по бета- активности в атмосферном воздухе, измеренные с помощью фильтро­вентиляционных установок (ФВУ) в г. Гомеле в 2008 г.

Таблица 1

Измеренные данные по бета-активности выпадений (ГП) и по бета-активности в воздухе (ФВУ) в г. Гомеле в 2008 г.

Из этих данных следует, что среднегодовая фоновая бета-активность и среднегодовая бета-активность по пожарному сезону радиоактивных выпа­дений достоверно не отличаются. Эти показатели являются малочувстви­тельными к изменению радиационной обстановки под влиянием лесных и торфяных пожаров.

Среднемесячные измерения бета-активности аэрозолей в атмосферном воздухе с помощью фильтро-вентиляционных установок в г. Гомеле демон­стрируют систематическое достоверное повышение концентрации радионук­лида в апреле-сентябре месяце примерно в 1,5 – 2 раза по сравнению с фоно­выми (непожароопасными) периодами на протяжении 2001-2011 годов.

Поведение месячных значений суммарной бета-активности в воздухе и суммарной бета-активности выпадений свидетельствует о незначительной корреляции в их динамике, и, следовательно, их поведение обусловлено раз­личными причинами.

Для выявления причин этого сезонного повышения уровня радиации в атмосферном воздухе детально рассмотрим лесопожарную и радиологиче­скую обстановку в Гомельской области.

В таблице 2 приведены сводные данные по регистрации суточной бета- активности выпадений на ГП и суточной бета-активности в воздухе, зареги­стрированной в 2008 г. на измерительном посту г. Гомель. Эти данные пред­ставлены для условий, когда в Ветковском спецлесхозе были зарегистриро­ваны лесные пожары и по метеоусловиям направление ветра совпадало с на­правлением «очаг пожара – пункт наблюдения», т.е. воздушный поток спо­собствовал переносу загрязненного дымового облака в пункт наблюдения.

Таблица 2

Сводные данные по регистрации суммарной бета-активности вы­падений на ГП и суммарной бета-активности в воздухе (ФВУ), зарегистриро­ванной в 2003 г. на измерительном посту г. Гомель

Из таблицы видно, что верховой лесной пожар 16-17 августа 2008 г. в Ветковском спецлесхозе в 17 км от Гомеля охватил площадь свыше 100 га с  уровнем радиоактивного загрязнения от 200 до 300 кБк/м по ¹³⁷Cs при попут­ном ветре. Возможно, пожар ±способствовал повышению суммарной бета- активности в воздухе в 3-4 раза относительно фоновой активности и не повли­ял на значения бета-активности выпадений на горизонтальные планшеты. В данном случае фоновая бета-активность вычислялась по показаниям ФВУ в дни августа, когда не было лесных пожаров. Она оказалась равной (13,54 ± 1,25) 10^-5 Бк/м³ для показаний ФВУ и (0,58 ± 0,10) Бк/(м²сут) для ГП.

Другие проанализированные случаи лесных пожаров оказали незначи­тельное влияние на изменение радиационной обстановки. Для изменения ра­диационной обстановки в данном пункте существенную роль играет высокий уровень радиоактивного загрязнения почвы ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr, вид и площадь лес­ного пожара, попутный ветер. Лесные пожары могут повлиять на изменение радиационной обстановки в зонах радиоактивного загрязнения свыше 10 Ки/км² и зоне отчуждения. Также они могут увеличить дозы облучения лю­дей, участвующих в пожаротушении.

Рисунок 1

Анализ представленных измерений бета-активности выпадений в пожа­роопасный период (апрель-сентябрь) показывает, что в большинстве случаев они достоверно не превышают средних фоновых значений. Отмечаются от­дельные случаи повышения бета-активности выпадений в дни лесных пожа­ров и попутного направления ветра, переносящего дым к пункту наблюдения. Так, например, пожары в Наровлянском лесхозе, происшедшие 21.04.2003, 30.07.2003, 21.09.2003 повысили уровень выпадений в 2-4 раза относительно фона. Аналогичная ситуация и в Хойникском лесхозе. Повышение уровня выпадений в 2-4 раза наблюдались 27.04.2003, 03.06.2003, 06.06.2003 и 13.09.2003. Приведенные примеры не носят систематического характера. В то же время можно наблюдать существенное повышение уровня выпадений в 2-5 раз относительно фона в дни, когда отсутствовали лесные пожары.

Данные измерений бета-активности выпадений в г. Хойники в период апрель-сентябрь 2003 г. показывают, что измеренное значение более чем в 2 раза превышает фоновое, но лесные пожары отсутствуют.

Среди других причин, способных повлиять на повышение суммарной бета-активности выпадений и суммарной бета-активности воздуха можно на­звать такие, как ветровой перенос пыли при проведении посевных и убороч­ных сельскохозяйственных работ, дым при печном отоплении дровами.

Заключение

В результате проведенного комплексного сравнительного анализа кон­тролируемых параметров: данных радиационного контроля атмосферного воздуха, метеорологической обстановки в пунктах наблюдения, лесопожар­ной обстановки и радиационного контроля лесных экосистем сделана оценка переноса радионуклидов с дымовым облаком лесных пожаров в зонах радио­активного загрязнения.

Показано, что сильные низовые и верховые лесные пожары на высоком уровне радиоактивного загрязнения почвы и при большой площади пожара могут влиять на изменение радиационной обстановки.

Измерения суммарной бета-активности выпадений, регистрируемые с по­мощью горизонтальных планшетов, являются малочувствительными к измене­нию радиационной обстановки под влиянием лесных и торфяных пожаров.

Литература

• Душа-Гудым, С.И. Радиоактивные лесные пожары: Справочное посо­бие. / С.И. Душа-Гудым. – М.: ВНИИЦлесресурс, 1999. – 160 с.
• Молодых, В.Г. Радиоэкологические последствия лесных пожаров / В.Г. Молодых // Препринт ИРЭП-4. – Минск, 1993. – 7 с.

Авторы: А.А. Дворник, А.М. Дворник
Источник: Проблемы лесоведения и лесоводства: Сборник научных трудов ИЛ НАН Беларуси. Выпуск 73. – Гомель: Институт леса НАН Беларуси, 2013. Ст. 494-501.

Secondary radioactive contamination as a result of forest fires

Authors: A.A. Dvornik, A.M. Dvornik

A method for assessment of the secondary radioactive contamination as a result of forest fires. A comparative analysis of data on meteorological conditions, radiation monitoring of the atmosphere and the forest fire situation. It is shown that strong grass-roots and upland forest fires at a high level of radioactive contamination of the soil and a large area of the fire may af­fect the change in the radiation situation.