Перейти до основного вмісту

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

Назва конкурсу: Конкурс НФДУ "Наука для безпеки людини та суспільства"
Реєстраційний номер проєкту: 2020.01/0421
Терміни реалізації проєкту: з до
Тип дослідження (розробки): прикладні наукові дослідження
Галузь науки: Технології захисту навколишнього середовища

Пріоритетний напрям розвитку науки і техніки: науки про життя, нові технології профілактики та лікування найпоширеніших захворювань
Науковий напрям за конкурсом: За напрямами досліджень, пов’язаних із біобезпекою, біомедициною, екологією, кібернетичною та інформаційною безпекою, із відповіддю на економічні, соціальні, гуманітарні виклики в умовах природних та техногенних надзвичайних ситуацій, а також з подоланням
Відомча підпорядкованість установи: Національна академія наук України
Підстава для зміни: не має
Кількість докторів наук : 1
Кількість кандидатів наук: 6
У тому числі молоді вчені: 0
Кількість допоміжного персоналу: 10
Середній бал за експертною оцінкою: 88.80

Ключові слова: Екологічна безпека, поверхневі води, радіоактивне забруднення, радіонукліди у воді і намулах, наслідки Чорнобильської аварії, радіоактивне забруднення гідробіонтів, затоплення при високих повенях, кліматичні зміни, математичне моделювання, чисельне моделювання, моделювання екологічних систем, паралельні алгоритми, обчислення на багатопроцесорних системах і графічних процесорах, Системи підтримки прийняття рішень
Мета проєкту: Метою проекту є створення високопродуктивних комп’ютеризованих систем підтримки прийняття рішень (СППР), що використовують економічні графічні процесори – GPU для оперативного прогнозування радіаційного стану поверхневих вод і затоплення річкових берегів, а також для планування захисних заходів в чорнобильській Зоні відчуження (ЗВ) і для Києва. СППР будуть впроваджені у установах Києва та Чорнобиля з можливістю їх подальшої адаптації для водних систем України. Ця мета обґрунтовується тим, що радіоактивне забруднення дніпровських вод внаслідок інтенсифікації динаміки «чорнобильських» радіонуклідів та катастрофічні затоплення прирічкової забудови Києва є надзвичайними ситуаціями, можливість реалізації яких турбує населення. Основна частина виносу радіонуклідів у ЗВ відбувається водними шляхами. Інтенсивність цього джерела забруднення підсилюється в періоди високих повеней. Після аварії на ЧАЕС в донних відкладеннях Київського водосховища було накопичено біля 5,4Е+13 Бк 137Cs та 1Е+13 Бк 90Sr. Громадськість стурбована можливим підвищенням інтенсивності переносу радіонуклідів у Прип’яті та Київському водосховищі під час високих повеней та внаслідок днопоглиблення Прип’яті і Дніпра. Особливу увагу викликає транспортний водний коридор Е-40 з Балтійського до Чорного моря, який за планом пройде через Прип’ять і Київське водосховище. Комплекс математичних моделей, що розроблявся після Чорнобильської аварії в ІПММС на основі даних вимірювань УкрГМІ та ІГБ, потребує суттєвого оновлення для використання сучасних значень параметрів міжфазних обмінів радіонуклідами. Двовимірна гідравлічна модель COАSTOX, розробленого в ІПММС комплексу моделей екогідравліки, дозволяє на сучасному рівні розраховувати зони затоплень берегів. Заплановане в проекті оновлення чисельної схеми та алгоритмів паралельного розв’язку рівнянь моделі для графічних процесорів дозволить значно детальніше й швидше розраховувати зони затоплень придніпровської забудови Києва та ближніх пригородів.
Результати проєкту: Опрацьовано і систематизовано результати лабораторних досліджень
проб води, донних відкладів і гідробіонтів, відібраних під час польового сезону
2020 р. у Київському водосховищі, на заплаві р. Прип’ять, у ВО ЧАЕС. У
результаті було отримано актуальні концентрації забруднення у зоні відчуження і
в Київському водосховищі, а також нові дані обміну радіонуклідів у системах
«вода – донні відкладення» на заплаві р. Прип’ять та у ВО ЧАЕС. Здійснено забір
зразків на водозборах і водоймах ЗВ в умовах весни 2021 р., а також у Дніпрі з
використанням експедиційного корабля УкрГМІ.
Розраховані щільності випадання радіонуклідів на водойми під час
лісових пожеж в ЗВ 2015 і 2020 років за сценаріями пожеж, які відповідають
максимальному потенційному радіологічному впливу на населення через водні
шляхи переносу радіонуклідів. За допомогою математичного моделювання
показано, що підвищення рівня концентрації 137Cs і 90Sr у воді під час цих пожеж
не перевищує 0,25 Бк/м3
в руслі Прип’яті та 0,1 Бк/м3 біля м. Вишгорода, що
становить біля 0,015% від виміряних значень концентрації біля м. Вишгорода
весною 2021 року. Це дає підстави зробити висновок, що пожежі в
Чорнобильській зоні відчуження не можуть призвести до підвищення
концентрацій 90Sr і 137Cs у воді Київського водосховища вище ніж 0,02% від
концентрацій, які вимірюються при відсутності пожеж. Це означає, що пожежі
практично не впливають на радіологічний стан вод Київського водосховища.
Проведено розрахунки переносу радіонуклідів для гіпотетичних
сценаріїв прориву захисних лівобережних дамб в районі заплави р. Прип’ять з
урахуванням сучасних значень параметрів взаємодії води з ґрунтами заплави,
ідентифікованими за даними досліджень відповідних проб 2020-2021 років.
Найвищі концентрації 90Sr в Прип’яті отримано для сценарію прориву
лівобережної дамби при повені 35% забезпеченості.
Здійснене налаштування двовимірної моделі COASTOX і тривимірної
моделі THREETOX на Київське водосховище для оцінок потенційного
радіоактивного забруднення водного середовища у результаті можливих робіт з
днопоглиблення. Здійснені тестові розрахунки підняття 137Cs з дна і його переносу
у водосховищі при днопоглибленні.
7. Розроблена камерна модель переносу радіонуклідів у ВО ЧАЕС
POSEIDON-F, результати якої узгоджуються з даними вимірювань 1986-2020
років. За допомогою моделювання показано, що в результаті зниження рівня води
у ВО відбулося незначне підвищення концентрації 137Cs у всіх частинах водойми, тоді як концентрація 90Sr підвищилась нерівномірно з максимумом у північній
частині ВО.
8. Підготовлено технічний проєкт архітектурних і програмних рішень
для нової СППР при затопленнях річкових заплав під час високих повеней біля
Києва на основі технології Розподілених Об’єктів Обгорток. Проєкт передано в
УГМЦ для ознайомлення.

УЧАСНИКИ ПРОЄКТУ

Керівник проєкту: БЕЖЕНАР Роман Васильович
Термін у проєкті: -