Прошло 35 лет с тех пор, когда на Чернобыльской АЭС произошла крупнейшая в мире техногенная радиационная авария. Но с последствиями ее мы живем до сих пор. Ученые и сегодня оценивают риски радиационного загрязнения и затоплений береговой застройки в случае стихийных бедствий и техногенных воздействий
... Поздней осенью 2020 года на Киевское водохранилище на теплоходе «Георгий Готовчиц» вышла научная экспедиция. Исследователи из Института гидробиологии НАН Украины спешили: до конца судоходства они должны были успеть взять пробы воды и ила со дна. Сразу после этого ученые отправились в зону отчуждения, чтобы взять пробы из водоема охладителя ЧАЭС.
Так началась работа команды ученых в проекте «Прогнозирование опасных воздействий радиоактивно загрязненных поверхностных вод и затопления берегов: развитие моделей и их использование для уменьшения последствий чрезвычайных ситуаций в г. Киеве, вызванных водами р. Днепр». Проект представили на конкурс Национального фонда исследований Украины «Наука для безопасности и общества» ученые Института проблем математических машин и систем НАН. Они решили создать современную систему моделирования оценки рисков вторичного радиационного загрязнения Припяти и Днепра в случае стихийного бедствия (наводнения, разрушения дамб, лесных пожаров) и техногенных воздействий (в частности, при углублении дна для новых навигационных путей). Проект победил в конкурсе и получил грантовое финансирование на 2020 и 2021 годы (всего - более пяти миллионов гривен)
Руководитель проекта, старший научный сотрудник института Роман Беженар говорит: создать такую систему ученые стремились давно, но все не хватало средств. И только благодаря грантовому финансированию смогли начать работу.
Исследование является чрезвычайно важным, ведь каждое высокое половодье или пожар в зоне отчуждения несут риски для людей и окружающей среды. Киевляне помнят, как в январе 1991 года из-за ледяного затора затопило пойму в верхней части Киевского водохранилища, где после аварии на ЧАЭС на луга выпало большое количество стронция. Благодаря своевременному предупреждению Киев не пострадал - была остановлена работа водопровода и в столицу переброшено деснянскую воду. Но этот случай подтвердил важность научных моделей прогнозирования и быстрого реагирования на предупреждение.
Чернобыльские уроки
Последствия аварии на ЧАЭС ученые Института проблем математических машин и систем исследуют с 1986 года - изучают проблемы затопления, разрабатывают модели распространения радионуклидов, рассчитывают дозы облучения.
Методы математического моделирования, которые разработали ученые, использовали и используют для прогнозирования радиоактивного загрязнения Днепра, для оценки эффективности водоохранных мероприятий в зоне отчуждения и тому подобное. Их модели используют в программах МАГАТЭ для моделирования радиационных загрязнений, в разработке математических моделей RODOS (Европейской системы поддержки принятия решений по реагированию на радиационные аварии), при прогнозировании последствий загрязнения водных систем в Японии и Южной Корее после аварии на атомной станции Фукушима-1. /p>
В команду ученых, работающих в проекте, вошли специалисты по математическому моделированию, гидрологи, гидрохимики, биологи, специалисты по атмосферному переносу радиоактивных аэрозолей. И это вполне понятно, ведь для комплексного исследования нужны данные о радиоактивном загрязнении воды, донных отложений и водных организмов в Припяти и Киевском водохранилище, на водосборах зоны отчуждения.
В команде - двадцать основных исполнителей, представляющих шесть научных учреждений Украины. К работе привлечены специалисты Украинского гидрометеорологического института (УкрГМИ) Государственной службы Украины по чрезвычайным ситуациям и НАН Украины. После аварии на ЧАЭС они мониторили загрязнения вод в зоне отчуждения и в днепровских водохранилищах. Лабораторные исследования выполняются в лаборатории УкрГМИ (это единственный в Украине участник сети лабораторий МАГАТЭ для измерений радиоактивности окружающей среды - ALMERA). Исследования на Киевском водохранилище в рамках проекта проводятся на научно-исследовательском теплоходе УкрГМИ «Георгий Готовчиц».
Исполнителями проекта являются также исследователи отдела водной радиоэкологии Института гидробиологии НАН, которые имеют огромный опыт работы в зонах влияния атомных электростанций. В рамках проекта ученые исследуют водоемы в зоне отчуждения, анализируют гидробиологические и радиологические образцы в собственных лабораториях (имеющие лучшее оборудование в Украине).
Ученые из Института проблем безопасности АЭС проводят расчеты перемещения в атмосфере и осаждения на поверхности радиоактивных выбросов, распространение радионуклидов при лесных пожарах. Исполнители из Украинского гидрометеорологического центра ДСНС внедряют в оперативную деятельность методы прогнозирования наводнений. Представитель Украинского центра экологических и водных проектов АТН Украины в проектах отвечает за исследования последствий Чернобыльской аварии и внедрение научных результатов в управлении зоной отчуждения. То есть команда собралась действительно мощная, готова разрабатывать и внедрять современную систему моделирования рисков вторичного радиационного загрязнения Припяти и Днепра.
Когда важна каждая минута
Последние крупные наводнения произошли на Днепре в 1970, 1978 и 1999 годах. Но риск затопления существует каждую весну. За прогноз зон затоплений отвечает Украинский Гидрометцентр. Вместе с исследователями Гидрометеоцентра (на основе компьютерных моделей течений в реках и водохранилищах) ученые Института проблем математических машин и систем несколько лет назад разработали пилотную версию прогностической системы. Система проводила огромный объем вычислений, учитывала (каждую секунду!) движение наводнения, скорость течения и уровни воды в десятках тысяч расчетных «ячеек» русла Днепра от плотины Киевской ГЭС до Триполья. УГМЦ испытал ее, дал положительную оценку и рекомендации по совершенствованию (в частности, сделать расчет каждого сценария более быстрым).
- Для оперативного предупреждения нужны очень быстрые прогнозы, поэтому наш коллектив разработал новую технологию численного решения уравнений таких моделей для графических процессоров. С ее помощью можно провести расчеты для зоны затоплений всего за один-двачаса! Для этого нужен лишь компьютер с мощной графической картой, - рассказывает Роман Васильевич. - Эту разработку мы также внедряем в рамках проекта.
Согласно модифицированных расчетных моделей ученые предоставят прогнозы относительно потенциального радиоактивного загрязнения территории и облучения людей при различных сценариях природных и техногенных воздействий на радионуклиды, которые находятся в бассейне Верхнего Днепра. Кроме этого, просчитают - что может произойти в случае высокого наводнения на этих водоемах. Будут разработаны, в частности, система прогнозирования поднятия воды в Киеве (с определением районов, улиц и домов, которые могут быть затоплены) при паводках и маловероятный, но обсуждаемый сценарий разрушения плотины Киевской ГЭС.
Управление рисками
На сегодняшний день все пробы, собранные в Киевском водохранилище, водоеме-охладителе и на пойме реки Припять (ил, вода, рыбы и растения) обработаны, измерено концентрации радиоактивного загрязнения. Также собраны и систематизированы данные предыдущих исследований, в которых принимали участие исполнители проекта (на основе этих данных ученые настраивают и проверяют модели). Подготовлено сценарии техногенных воздействий на Киевское водохранилище при дноуглублении и высоких наводнениях. Протестировано новый алгоритм быстрых расчетов зон затоплений на графических платах.
О результатах своих исследований ученые планируют рассказать, в частности, на конференции Европейского геофизического союза EGU-2021, а также на форуме «Проблемы вывода из эксплуатации объектов ядерной энергетики и восстановления окружающей среды» INUDECO 2021, который состоится в Славутиче.
Сейчас работа над проектом продолжается. Будет продолжено сбор и исследование проб, завершено настройки моделей, а также - создана система прогнозирования.
Пользователями системы моделирования радиоактивного загрязнения станут два оперативных подразделения. Это Государственное специализированное предприятие «Экоцентр» Государственного агентства Украины по управлению зоной отчуждения (оно отвечает за мониторинг окружающей среды и оценку рисков радиационных загрязнений в Чернобыльский зоне) и - Центр прогнозирования последствий радиационных аварий Украинского Гидрометцентра.
Отдел прогнозирований Гидрометцентра будет использовать систему для оперативного прогнозирования зон затопления. Также она пригодится при разработке планов управления рисками затопления (как Киева, так и других городов), разработке новых Генпланов развития столицы и тому подобное.
После окончания проекта ученые презентуют систему в Киевской городской госадминистрации, расскажут о возможностях и перспективах ее применения. Система будет полезна также для Государственной службы по чрезвычайным ситуациям Украины, отвечающей за разработку планов управления рисками затопления.
Коллегам-ученым (особенно тем, кто работает по чернобыльской тематике) Роман Беженар советует подавать свои проекты на конкурсы (как украинские, так и международные), получать грантовое финансирование, коммуницировать с учеными из других стран, реализовывать совместные проекты. Исследователь уверен: украинские научные достижения важны для всего мира . В частности, они уже пригодились японцам, которые преодолевают последствия аварии на атомной станции «Фукусима-1». Преодолевать последствия аварий на атомных станциях человечеству придется еще долго, и лучше делать это вместе.