Исследование влияния лесных и торфяных пожаров на радиационную обстановку в юго-западных районах Брянской области

Введение. Данные научной и прикладной литературы позволяют составить представление о радиационной обстановке в лесах и на торфяниках, расположенных на радиоактивно загрязненных территориях (РЗТ) приграничных районов Брянской области. В ряде трудов изучено влияние на окружающую среду крупных лесных пожаров в зоне отчуждения (ЗО) Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС).

Из материалов Атласа последствий аварии на ЧАЭС¹ следует, что леса подверглись радиоактивному загрязнению на территории более 3 млн га в 15 субъектах Российской Федерации и шести областях Республики Беларусь. Авария на ЧАЭС стала причиной загрязнения радионуклидами более 1,5 млн га российских² и 292,1 тыс. га брянских лесов. Стоит уточнить, что последняя цифра — это около 30 % лесного фонда Брянской области.

Пожары в лесах и торфяниках на РЗТ повышают радиационные риски для населения прилегающих территорий, в том числе юго-западных районов Брянской области. Этим обусловлена актуальность рассматриваемой проблемы.

Цели научных изысканий: исследование радиационной обстановки в лесах и на торфяниках, расположенных в приграничных районах Брянской области, а также изучение возможности переноса радиоактивных материалов при лесных и торфяных пожарах.

Основные задачи:

– анализ содержания ¹³⁷Cs в лесных горючих материалах при возникновении пожаров;

– оценка опасности пожаров в лесах и на торфяниках с высокими уровнями радиоактивного загрязнения для здоровья населения, проживающего на РЗТ;

– подготовка предложений по совершенствованию технической и технологической составляющих решения исследуемой проблемы;

– определение направления дальнейших исследований в данной области.

Материалы и методы. Значительное число исследований посвящено оценке влияния на окружающую среду пожаров в лесах и на торфяниках РЗТ³ [3–12]. Ряд ученых отмечают, что на РЗТ переносчиком радионуклидов может быть дым лесных пожаров⁴ [1–9, 12].

Из [1] известно, что активность радионуклидов в почве снижается прямо пропорционально глубине. ¹³⁷Cs и трансурановые элементы большей частью сосредоточены в верхнем (0–5 см) слое. Здесь их содержание ¹³⁷Cs варьируется в диапазоне 41–76 %.

В [2] показано, что лесные и торфяные пожары представляют собой неконтролируемый процесс горения. Это бедствие для населения, экономики и природы. При тушении таких пожаров на РЗТ добавляется радиационный фактор.

В [3] отмечено, что выбросы фракций ¹³⁷Cs во время лесных пожаров могут достигать 3–4 %.

В [4] подчеркивается важность точного прогнозирования пожарных рисков для успешной стратегии тушения лесных пожаров. Предложено использовать программное обеспечение системы поддержки принятия решений. Данный софт состоит из модуля оценки пожарной опасности и модуля переноса радионуклидов при пожаре. Он позволяет работать с параметрами лесных пожаров на основе базы данных и прогнозировать экологические последствия лесных пожаров на РЗТ (количество выбросов радионуклидов, вторичное загрязнение территорий).

В экспедиционных исследованиях юго-западных районов Брянской области использовали передвижную радиометрическую лабораторию РЗТ. Данное оборудование позволило определить влияние лесных и торфяных пожаров на распространение радиоактивного загрязнения. Кроме того, оценивались радиационные риски для населения. В трех населенных пунктах регистрировали результаты полевой гамма-спектрометрии. В эксперименте задействовали сцинтилляционный гамма-спектрометр МКС‑АТ6101С. Расчеты для гипотетического пожара выполнялись с помощью программного средства САУР АИУС РСЧС 2030⁵.

Результаты исследования

Анализ последствий крупных лесных пожаров в ЗО ЧАЭС. В апреле 2020 года вспыхнули масштабные лесные пожары в чернобыльской ЗО. Леса и луга интенсивно горели более двух недель [5]. С 6 по 26 апреля возгорания фиксировались в радиусе 25 км вокруг реактора [6].

3 апреля огонь охватил огромную площадь лесов вокруг ЗО [7] (рис. 1).

Рис. 1. Спутниковый снимок пожара в ЗО (апрель 2020 года): 1 — место возникновения пожара 3 апреля; 2, 3 — состояние на 8 апреля; 4 — месторасположение ЧАЭС, голубая линия — граница ЗО [7]⁶

Его удалось потушить только через 10 суток. Пожар, охвативший около 20 тыс. га, уничтожил значительный массив леса⁷.

В тушении приняли участие более 1 тыс. человек, 120 пожарных машин, вертолеты и самолеты. Для воздушной разведки задействовали 10 беспилотных летательных аппаратов (БПЛА)⁸. Это позволило быстро оценить ситуацию и принять верные решения по развертыванию средств борьбы с огнем⁹.

Большинство публикаций в зарубежных научных журналах подтвердили отсутствие радиационной опасности для населения. Об этом же говорилось в заявлении Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ)¹⁰. Полученная от пожаров в ЗО суммарная эффективная доза ингаляций составила ~0,003 % от допустимого уровня облучения населения (1 мЗв/год) [5].

После чернобыльской аварии в 1986 году первые значимые лесные пожары в ЗО датируются августом 1992 года. Они затронули 1 тыс. га лугов и лесных угодий, верховой пожар охватил более 5 тыс. га [7]. При низовых пожарах не наблюдалось заметное (более 1 км) продвижение радиоактивного загрязнения, даже по ходу распространения дыма. Продукты горения от верхового пожара при сильном ветре переносятся намного дальше, но они имеют меньшую радиоактивность, так как кроны деревьев загрязнены намного меньше, чем лесная подстилка, трава и подлесок [7].

В 1994 году на западной территории Рыжего леса в ЗО измеряли содержание ¹³⁷Cs в разных уровнях соснового леса: от хвои до почвы на глубине 15 см (рис. 2 [7, 8]).

Рис. 2. Распределение ¹³⁷Сs в частях сосны и почве. Пробы взяты в ЗО (10 и 20 км к югу от ЧАЭС) [7]

Для ликвидаторов наиболее радиационно опасны низовые лесные пожары ЗО ЧАЭС, т. к. субмикронные аэрозоли, содержащие ¹³⁷Cs, долго остаются в атмосфере и могут переносить его на значительные расстояния. 10-кратное снижение концентрации радиоактивных аэрозолей в дымовом шлейфе наблюдалось на расстоянии более 2 км от фронта пожара [8].

С. И. Воронов с соавторами выяснил, что леса Брянской области существенно загрязнены ¹³⁷Cs. При этом более 40 % пострадавших лесов относятся к зоне радиационного заражения (ЗРЗ) с плотностью радиоактивного загрязнения почвы ¹³⁷Cs более 5 Ки/км². Из них на 16 % зафиксирован показатель 15–40 Ки/км² и больше, в отдельных кварталах — до 200 Ки/км².

В юго-западных районах Брянской области преобладают леса 1–3-го классов (по классификации природной пожарной опасности¹¹) [9].

В соответствии с законом¹², с 1991 года на территории Брянской области установлено четыре типа зон по опасности радиации:

– зона отчуждения (ЗОТЧ);

– зона отселения (ЗОТС);

– зона проживания с правом на отселение (ЗПО);

– зона проживания с льготным социально-экономическим статусом (ЗЛС).

ЗОТЧ характеризуется плотностью радиоактивного загрязнения ¹³⁷Cs более 40 Ки/км², ЗОТС — более 15 Ки/км², ЗПО — от 5 до 15 Ки/км², ЗЛС — от 1 до 5 Ки/км².

По данным Российского национального доклада, в 2020 году на РЗТ Брянской области площади лесов составили 226,9 тыс. га, в том числе:

– ЗЛС — 127 тыс. га;

– ЗПО — 84,2 тыс. га;

– ЗОТС — 14,9 тыс. га;

– ЗОТЧ — 0,8 тыс. га [10].

На рис. 3 представлен прогноз загрязнения ¹³⁷Cs территории Брянской области к 2026 году.

Рис. 3. Карта загрязнения ¹³⁷Cs территории Брянской области согласно Атласу последствий аварии на ЧАЭС

(прогноз на 2026 год)

Наиболее радиоактивно загрязненные районы: Гордеевский, Злынковский, Клинцовский, Красногорский и Новозыбковский — расположены в ЗРЗ Брянской области и в общей сложности занимают 14,3 % территории региона. На этой площади находятся 329 населенных пунктов (рис. 4) [11].

Рис. 4. Юго-запад Брянской области. Административные муниципальные образования на РЗТ¹³

В [9] представлен аналогичный прогноз на 2046 год. Данные касаются четырех ЗРЗ наиболее загрязненных участков Брянской области. Измерялось содержания ¹³⁷Cs в лесной подстилке. Исследователи подтвердили значительное загрязнение, особенно в Красногорском районе и Новозыбковском городском округе. Точные цифры приводятся ниже.

– Гордеевский р-н: ЗЛС — 3,932 кБк/кг; ЗПО — 9,43 кБк/кг; ЗОТС — 18,1 кБк/кг.

– Злынковский р-н: ЗЛС — 4,24 кБк/кг; ЗПО — 8,67 кБк/кг.

– Красногорский р-н: ЗЛС — 3,1 кБк/кг; ЗПО — 9,25 кБк/кг; ЗОТС — 26,6 кБк/кг; ЗОТЧ — 81,49.

– Новозыбковский городской округ: ЗЛС — 4,58 кБк/кг; ЗПО — 9,34 кБк/кг; ЗОТС — 21,48 кБк/кг.

Отметим, что одна из причин торфяных пожаров — заболачивание РЗТ Брянской области.

По официальным данным¹⁴, в пожароопасном сезоне 2020 года в Брянской области зарегистрировано 175 лесных пожаров на общей площади 1351,49 га. На территории Брянской области учтено 1449 торфяных болот площадью 77,2 тыс. га. Почти 90 % болот занимают площади до 100 га, 11 — более 1 тыс. га. Самые крупные расположены в пойме р. Нерусса (7 462 га, Брасовский р-н) и Кожановском (6 984 га, Краногорский район).

В¹⁵ отмечено, что при торфяном пожаре аэрозоли, содержащие ¹³⁷Cs, не распространяются далее 500 м от очага возгорания, поэтому не представляют опасности для жителей близлежащих населенных пунктов. Однако результаты работы [12] свидетельствуют о том, что горящий торфяник — самый мощный и длительно действующий источник радиоактивного загрязнения. Поэтому важно предупреждать торфяные и лесные пожары. Это позволит сократить перенос радионуклидов и выбросы радиоактивных дымов.

Экспедиционные обследования радиоактивно загрязненных территорий юго-западных районов Брянской области. В 2019 году проводились экспедиционные обследования в лесах и на торфяниках приграничных территорий Брянской области. Изучалось влияние лесных и торфяных пожаров на здоровье населения РЗТ. Замеры выполняли с помощью передвижной радиометрической лаборатории (ПРЛ)¹⁶.

Маршрут обследований (рис. 5) выбирался исходя из данных о максимальном уровне радиоактивного загрязнения.

Рис. 5. Карта маршрута радиационного обследования

Во время движения ПРЛ по районам, наиболее загрязненным радионуклидами, установка «Гамма-сенсор» вела непрерывную гамма-съемку. Измерялась мощность амбиентного эквивалента дозы (МАЭД) гамма-излучения. Замеры выполнены в 2 757 точках.

Для обнаружения источников ионизирующего излучения с идентификацией радионуклидов использовался спектрометр МКС-АТ6101С, а для подтверждения данных радиационной обстановки — дозиметр-радиометр ДКС-96.

Во всех точках полевых измерений МАЭД гамма-излучения не превышала 1,2 мкЗв/ч (при среднем значении 0,2–0,3 мкЗв/ч). Это согласуется с данными Атласа последствий аварии на ЧАЭС (0,1–0,3 мкЗв/ч).

Для замеров на болотах Кожановское, Белимово, Чайное и Оболёшево задействовали установку Becquerel Monitor LB 200 производства Berthold technologies. Полевые измерения не выявили следов ¹³⁷Cs на глубине более 40 см.

Наибольшая активность ¹³⁷Cs наблюдалась в верхнем (0–4 см) слое почвы (до 65 %). Это согласуется с результатами, полученными белорусскими учеными (41–76 % [1]).

Для уточнения радиационной обстановки в юго-западных районах Брянской области методом полевой гамма-спектрометрии провели радиационные обследования в трех районах со средним уровнем МАЭД более 0,6 мкЗв/ч (Новозыбковский, Злынковский и Коасногорский). Результаты сведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты полевой гамма-спектрометрии, ¹³⁷Cs

В эксперименте использовался сцинтилляционный гамма-спектрометр МКС-АТ6101С. Аппарат устанавливали на треногу таким образом, чтобы между поверхностью земли и центром регистрации кристалла сцинтиллятора было расстояние 1 метр. Для учета распределения активности по глубине при расчетах поверхностной активности в месте проведения измерений отбирали несколько кернов грунта. Полученные результаты сопоставимы с данными Атласа последствий аварии на ЧАЭС.

Оценка возможного радиоактивного загрязнения при лесном пожаре. С учетом данных об активности ¹³⁷Cs на РЗТ Брянской области рассматривалась возможность потенциального радиоактивного загрязнения в случае лесного пожара. Для оценочного расчета выбрали точку возгорания в лесу в районе пгт Вышков (географические координаты 52º28ˊ45˝N, 31º42ˊ39˝E).

В качестве граничных условий установили следующие параметры:

– характеристики лесного пожара (тип пожара — низовой, класс горимости леса — лиственный лес, продолжительность пожара — 24 часа, класс пожарной опасности погоды — V, т. е. чрезвычайная пожарная опасность);

– метеоусловия на момент возникновения лесного пожара (направление ветра — 90 º — по азимуту; скорость — 10 м/с).

Выполнен расчет в программной среде САУР АИУС РСЧС 2030 для гипотетически произошедшего лесного пожара 14.11.2019 00:00. На условную дату 15.11.2019 и время 00:00 получены следующие результаты:

– площадь выгоревшего леса — 3,7 га;

– периметр пожара — 0,7 км;

– площадь зоны задымления — 1 437,6 га;

– площадь зоны радиоактивного загрязнения — 348,0 га;

– количество людей, пострадавших в результате пожара, — 33 человека;

– число жертв — до 1 человека.

В результате такого пожара плотность радиоактивного загрязнения местности может вырасти на 5–10 % (от исходной). Увеличение дозовой нагрузки при данном одиночном случае не приведет к значимым последствиям для населения. Однако череда пожаров потенциально опасна. Она может ухудшить ситуацию на приграничных территориях с фоновым загрязнением.

Во время экспедиции выяснилось, что водные преграды (реки, озера) на РЗТ Брянской области затрудняют доступ наземных мобильных средств радиационного контроля к лесам прибрежной полосы. В этом случае наиболее эффективны:

– дистанционные средства радиационного контроля на базе БПЛА (обнаружение очагов возгорания)¹⁷ [13];

– надводные средства радиационного контроля (радиационная разведка и уточнение данных радиационного контроля).

Беспилотные летательные аппараты — обязательный инструмент в борьбе с лесными пожарами. Особенно важны тепловизионные изображения, так как они передают вид местности с высоты птичьего полета и помогают определить направление распространения огня. Это позволяет пожарным оперативно принимать решение о том, куда должны двигаться экипажи и кого следует эвакуировать.

Обсуждение и заключения. Итоги научных и экспедиционных изысканий позволяют сделать ряд утверждений. В очаге пожара на радиационно загрязненной территории содержание радиоактив­ных аэрозолей в дымовом шлейфе может на порядки превышать допустимые значения, поэтому пожарные рискуют получить недопустимо высокую ингаляционную дозу облучения.

Отметим, что радиационная обстановка в лесах РЗТ Брянской области изменяется крайне медленно. Наиболее опасна лесная подстилка. На нее приходится более 70 % общего запаса ¹³⁷Cs в лесных горючих материалах. ¹³⁷Cs активен в лесной подстилке и в верхнем слое (до 40 см) торфяников, поэтому лесные и торфяные пожары создают риск переноса радионуклидов в близлежащие населенные пункты. Такая угроза сохранится в ближайшие годы.

Экспедиционные обследования с ПРЛ показали, что во всех точках полевых измерений МАЭД не превышает 1,2 мкЗв/ч. Средняя МАЭД (0,2–0,3 мкЗв/ч) соответствует данным Атласа последствий аварии на ЧАЭС. Такая доза не опасна для здоровья населения РЗТ Брянской области. Тем не менее частые возгорания существенно повышают вероятность переноса активного ¹³⁷Cs на жилые территории. В этом смысле актуален своевременный мониторинг и прогнозирование пожаров.

Авторы сформулировали предложения по совершенствованию технической и технологической составляющих решения рассмотренной проблемы.

1. Для уточнения радиационной обстановки необходимо использовать автомобили повышенной проходимости. Их следует оборудовать:

– средствами регистрации радиационной обстановки;

– программно-аппаратным комплексом для автоматического сбора, анализа информации и ее фиксации в базы данных.

Это позволит при крупном пожаре оперативно уточнить радиационную обстановку. Прогностические модели и электронные базы данных радиоактивного загрязнения дают возможность оптимизировать маршруты спецтехники. Такая навигация будет базироваться на результатах прошлых измерений активности ¹³⁷Cs и актуальных данных, уточненных по итогам текущего маршрута.

2. Обеспечить надежную сотовую связь между всеми подразделениями оперативного реагирования в зоне чрезвычайной ситуации.

Дальнейшие исследования ориентированы на создание быстроразвертываемых модулей контроля радиационной обстановки и мобильных комплексов аэрогаммасъемки с применением БПЛА в зоне ЧС. Новое измерительное оборудование и программное обеспечение позволят определять в реальном масштабе времени характеристики радиационных полей с геопривязкой.

¹Атлас современных и прогнозных аспектов последствий аварии на Чернобыльской АЭС на пострадавших территориях России и Беларуси (АСПА Россия — Беларусь) / Под ред. Ю. А. Израэля, И. М. Богдевича. Москва ; Минск, 2009. 140 с.

²30 лет чернобыльской аварии. Итоги и перспективы преодоления ее последствий в России 1986–2016 : Российский национальный доклад / С. И. Воронов [и др.]. М., 2016. 202 с.

³Кузьменкова Н. В., Рожкова А. К., Воробьева Т. А. Радиоэкологическая оценка воздействия торфяных пожаров на окружающую среду в зоне отселения Брянской области // Радиоэкологические последствия радиационных аварий: к 35-й годовщине аварии на ЧАЭС : мат-лы междунар. науч.-практ. конф. Обнинск. 2021. С. 190–193.

⁴То же

⁵Информационно-аналитическая система анализа и управления рисками автоматизированной информационно-управляющей системы Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (САУР АИУС РСЧС-2030) / ООО «ЦИЭКС» // http://www.esrc.ru : [сайт]. URL: http://www.esrc.ru/sites/default/files/contentuploads/docs/cieks_2020.pdf?ysclid=l7q7p6c8cl443523486 (дата обращения: 06.09.2022).

⁶Квітневі лісові пожежі 2020 року в зоні відчуження Чорнобильської АЕС стали найбільшими в історії / Лісівник // for-ester.blogspot.com : [сайт]. URL: https://for-ester.blogspot.com/2020/04/2020_10.html (дата обращения: 06.09.2022).

⁷Сивков П. Экологи заявили о вторичном радиоактивном загрязнении из-за лесных пожаров в зоне ЧАЭС / ТАСС : [сайт]. URL: https://tass.ru/obschestvo/10583913 (дата обращения : 06.09.2022).

⁸Воздушный кодекс Российской Федерации от 19 марта 1997 г. № 60-ФЗ / Государственная Дума ; Совет Федерации // ivo.garant.ru : [сайт]. URL: http://ivo.garant.ru/#/document/10200300/paragraph/319340:1 (дата обращения : 08.10.2022).

⁹Peng H. Chernobyl: Massive Wildfire Extinguished with the Help of Drones // DJI Enterprise : [сайт]. URL: https://enterprise-insights.dji.com/user-stories/chernobyl-wildfire-extinguished-with-drones (дата обращения: 27.08.2022).

¹⁰МАГАТЭ не видит радиационных рисков в связи с пожарами в чернобыльской зоне отчуждения / Международное агентство по атомной энергии // iaea.org : [сайт]. https://www.iaea.org/ru/newscenter/pressreleases/magate-ne-vidit-radiacionnyh-riskov-v-svyazi-s-pozharami-v-chernobylskoy-zone-otchuzhdeniya (дата обращения: 06.09.2022).

¹¹Классификация природной пожарной опасности лесов и классификация пожарной опасности в лесах в зависимости от условий погоды / Федеральное агентство лесного хозяйства // ivo.garant.ru : [сайт]. URL: http://ivo.garant.ru/#/document/12189021/paragraph/9:0 (дата обращения: 06.09.2022).

¹²О социальной защите граждан, подвергшихся воздействию радиации вследствие катастрофы на Чернобыльской АЭС : Закон РСФСР от 15.05.1991 № 1244-1  / Верховный Совет РСФСР // garant.ru : [сайт]. URL: https://base.garant.ru/185213/ (дата обращения: 06.09.2022).

¹³Районы Брянской области на карте с границами // maps-rf.ru : [сайт]. URL: https://maps-rf.ru/brjanskaja-oblast/rajony.php?ysclid=l5p8uis5n9622087709 (дата обращения: 06.09.2022).

¹⁴Цублова Е. Г., Лукашов С. В. Природные ресурсы и окружающая среда Брянской области. Годовой доклад об экологической ситуации в Брянской области в 2020 г. Брянск, 2021. С. 251. URL: http://www.kpl32.ru/in_doc/20210616_21856_gosdoklad_2020.pdf (дата обращения: 06.09.2022).

¹⁵Кузьменкова Н. В., Рожкова А. К., Воробьева Т. А. Радиоэкологическая оценка воздействия торфяных пожаров на окружающую среду в зоне отселения Брянской области

¹⁶Проектирование автоматизированной системы мониторинга чрезвычайных ситуаций с радиационным фактором на радиоактивно загрязненных вследствие катастрофы на Чернобыльской АЭС территориях государств — участников Союзного государства (АС КРО): отчет о НИР / АНО ЦАБ ИБРАЭ РАН; рук. С. Л. Гаврилов. М., 2019, 380 с. № ГР АААА-Б20-220013090244-3.

¹⁷Воронов С. И. Комплексная система мониторинга за состоянием защиты населения на радиоактивно загрязненных территориях // Радиоэкологические последствия радиационных аварий: к 35-й годовщине аварии на ЧАЭС : мат-лы междунар. науч.-практ. конф. Обнинск, 2021. С. 175–177.