Минуло 35 років від того часу, коли на Чорнобильській АЕС сталася найбільша в світі техногенна радіаційна аварія. Але з наслідками її ми живемо й досі. Учені й сьогодні оцінюють ризики радіаційного забруднення і затоплень берегової забудови у випадку стихійного лиха та техногенних впливів
…Пізньої осені 2020 року на Київське водосховище на теплоході «Георгій Готовчиць» вийшла наукова експедиція. Дослідники з Інституту гідробіології НАН України поспішали: до кінця судноплавства вони повинні були встигнути взяти проби води й мулу з самого дна. Одразу після цього вчені вирушили до зони відчуження, щоб взяти проби з водойми охолоджувача ЧАЕС.
Так розпочалася робота команди вчених у проєкті «Прогнозування небезпечних впливів радіоактивно забруднених поверхневих вод і затоплення берегів: розвиток моделей та їх впровадження для зменшення наслідків надзвичайних ситуацій у м. Києві, спричинених водами р. Дніпро». Проєкт подали на конкурс Національного фонду досліджень України «Наука для безпеки та суспільства» науковці Інституту проблем математичних машин та систем НАН. Вони вирішили створити сучасну систему моделювання оцінки ризиків вторинного радіаційного забруднення Прип'яті і Дніпра у випадку стихійного лиха (повеней, руйнування дамб, лісових пожеж) та техногенних впливів (зокрема, при поглибленні дна для нових навігаційних шляхів). Проєкт переміг у конкурсі і отримав грантове фінансування на 2020 і 2021 роки (усього — понад п'ять мільйонів гривень)
Керівник проєкту, старший науковий співробітник інституту Роман Беженар каже: створити таку систему науковці прагнули давно, але все не вистачало коштів. І лише завдяки грантовому фінансуванню змогли розпочати роботу.
Дослідження є надзвичайно важливим, адже кожна висока повінь чи пожежа в зоні відчуження несуть ризики для людей та довкілля. Кияни пам'ятають, як у січні 1991 року через крижаний затор затопило заплаву у верхній частині Київського водосховища, де після аварії на ЧАЕС на луки випала велика кількість стронцію. Завдяки вчасному попередженню Київ не постраждав — було зупинено роботу водогону і до столиці перекинуто деснянську воду. Але цей випадок підтвердив важливість наукових моделей прогнозування та швидкого реагування на попередження.
Чорнобильські уроки
Наслідки аварії на ЧАЕС науковці Інституту проблем математичних машин та систем досліджують з 1986 року — вивчають проблеми затоплення, розробляють моделі поширення радіонуклідів, розраховують дози опромінення.
Методи математичного моделювання, які розробили вчені, використовували і використовують для прогнозування радіоактивного забруднення Дніпра, для оцінки ефективності водоохоронних заходів у зоні відчуження тощо. Їхні моделі використовують у програмах МАГАТЕ для моделювання радіаційних забруднень, у розробці математичних моделей RODOS (Європейської системи підтримки ухвалення рішень з реагування на радіаційні аварії), при прогнозуванні наслідків забруднення водних систем в Японії та Південній Кореї після аварії на атомній станції Фукушіма-1.
До команди вчених, які працюють у проєкті, увійшли спеціалісти з математичного моделювання, гідрологи, гідрохіміки, біологи, фахівці з атмосферного переносу радіоактивних аерозолів. І це цілком зрозуміло, адже для комплексного дослідження потрібні дані про радіоактивне забруднення води, донних відкладів і водних організмів у Прип'яті і Київському водосховищі, на водозборах зони відчуження.
У команді — двадцять основних виконавців, які представляють шість наукових установ України. До роботи залучено фахівців Українського гідрометеорологічного інституту (УкрГМІ) Державної служби України з надзвичайних ситуацій та НАН України. Після аварії на ЧАЕС вони моніторили забруднення вод у зоні відчуження та в дніпровських водосховищах. Лабораторні дослідження виконуються у лабораторії УкрГМІ (це єдиний в Україні учасник мережі лабораторій МАГАТЕ для вимірювань радіоактивності навколишнього середовища — ALMERA). Дослідження на Київському водосховищі в рамках проєкту проводяться на науково-дослідному теплоході УкрГМІ «Георгій Готовчиць».
Виконавцями проєкту є також дослідники відділу водної радіоекології Інституту гідробіології НАН, які мають величезний досвід роботи у зонах впливу атомних електростанцій. У рамках проєкту вчені досліджують водойми у зоні відчуження, аналізують гідробіологічні та радіологічні зразки у власних лабораторіях (що мають найкраще обладнання в Україні).
Науковці з Інституту проблем безпеки АЕС проводять розрахунки переміщення в атмосфері та осадження на поверхні радіоактивних викидів, поширення радіонуклідів при лісових пожежах. Виконавці з Українського гідрометеорологічного центру ДСНС впроваджують в оперативну діяльність методи прогнозування повеней. Представник Українського центру екологічних і водних проектів АТН України в проєкті відповідає за дослідження наслідків Чорнобильської аварії і впровадження наукових результатів в управлінні зоною відчуження. Тобто команда зібралася справді потужна, готова розробляти і впроваджувати сучасну систему моделювання ризиків вторинного радіаційного забруднення Прип'яті і Дніпра.
Коли важлива кожна хвилина
Останні великі повені сталися на Дніпрі у 1970, 1978 і 1999 роках. Але ризик затоплення існує кожної весни. За прогнози зон затоплень відповідає Український Гідрометцентр. Разом з дослідниками Гідрометеоцентру (на основі комп'ютерних моделей течій у річках і водосховищах) вчені Інституту проблем математичних машин та систем декілька років тому розробили пілотну версію прогностичної системи. Система проводила величезний обсяг обчислень, ураховувала (щосекунди!) рух повені, швидкість течії та рівні води в десятках тисяч розрахункових «комірок» русла Дніпра від греблі Київської ГЕС до Трипілля. УГМЦ випробував її, дав позитивну оцінку та рекомендації щодо вдосконалення (зокрема, зробити розрахунок кожного сценарію швидшим).
— Для оперативного попередження потрібні дуже швидкі прогнози, тому наш колектив розробив нову технологію чисельного розв'язання рівнянь таких моделей для графічних процесорів. З її допомогою можна провести розрахунки для зони затоплень всього за одну-дві години! Для цього потрібен лише комп'ютер з потужною графічною картою, — розповідає Роман Васильович. — Цю розробку ми також впроваджуємо у рамках проєкту.
Відповідно до модифікованих розрахункових моделей вчені нададуть прогнози щодо потенційного радіоактивного забруднення території та опромінення людей при різних сценаріях природних і техногенних впливів на радіонукліди, що знаходяться в басейні Верхнього Дніпра. Крім цього, прорахують — що може статися в разі високої повені на цих водоймах. Буде розроблено, зокрема, систему прогнозування підняття води в Києві (з визначенням районів, вулиць та будинків, які можуть бути затоплені) при паводках і малоймовірному, але обговорюваному сценарію руйнування греблі Київської ГЕС.
Управління ризиками
На сьогодні всі проби, зібрані в Київському водосховищі, водоймі-охолоджувачі і на заплаві річки Прип'ять (мул, вода, риби і рослини) оброблені, виміряно концентрації радіоактивного забруднення. Також зібрано й систематизовано дані попередніх досліджень, у яких брали участь виконавці проєкту (На основі цих даних вчені налаштовують і перевіряють моделі). Підготовлено сценарії техногенних впливів на Київське водосховище при днопоглибленні і високих повенях. Протестовано новий алгоритм швидких розрахунків зон затоплень на графічних платах.
Про результати своїх досліджень вчені планують розповісти, зокрема, на конференції Європейської геофізичної спілки EGU-2021, а також на форумі «Проблеми виведення з експлуатації об'єктів ядерної енергетики та відновлення навколишнього середовища» INUDECO 2021, що відбудеться в Славутичі.
Нині робота над проєктом триває. Буде продовжено збір та дослідження проб, завершено налаштування моделей, а також — створено системи прогнозування.
Користувачами системи моделювання радіоактивного забруднення стануть два оперативних підрозділи. Це Державне спеціалізоване підприємство «Екоцентр» Державного агентства України з управління зоною відчуження (воно відповідає за моніторинг навколишнього середовища й оцінку ризиків радіаційних забруднень в Чорнобильський зоні) та — Центр прогнозування наслідків радіаційних аварій Українського Гідрометцентру.
Відділ прогнозувань Гідрометцентру використовуватиме систему для оперативного прогнозування зон затоплень. Також вона стане в пригоді при розробці планів управління ризиками затоплення (як Києва, так і інших міст), розробці нових Генпланів розвитку столиці тощо.
Після закінчення проєкту вчені презентують систему в Київській міській держадміністрації, розкажуть про можливості та перспективи її впровадження. Система буде корисна також для Державної служби з надзвичайних ситуацій України, що відповідає за розроблення планів управління ризиками затоплення.
Колегам-науковцям (особливо тим, хто працює у чорнобильській тематиці) Роман Беженар радить подавати свої проєкти на конкурси (як українські, так і міжнародні), отримувати грантове фінансування, комунікувати з вченими з інших країн, реалізовувати спільні проєкти. Дослідник упевнений: українські наукові досягнення важливі для всього світу. Зокрема, вони вже стали в пригоді японцям, які долають наслідки аварії на атомній станції «Фукусіма-1». Долати наслідки аварій на атомних станціях людству доведеться ще довго, і краще робити це разом.