Modelling vertical migration of 137Cs in Lithuanian soils

Abstract

¹³⁷Cs vertical migration in soil was evaluated using two methods: evaluating migration parameters using the quasi‐diffusion model, and modelling vertical migration using VS2DI software package, which is intended for simulating transport of pollution in different types of soil. ¹³⁷Cs distribution in soil was compared in elevated contamination “spots” in 1992 and 1999–2000. It was determined that ¹³⁷Cs vertical distribution in soil has two maxima caused by the ¹³⁷Cs global fallout due to nuclear weapon tests and by the fallout due to the ChNPP accident. ¹³⁷Cs concentration simulated by VS2DI software package is close to the measured ¹³⁷Cs concentration, especially to values measured in 1992. This shows that the software is able to simulate ¹³⁷Cs vertical migration due to a single fallout. The quasi‐diffusion model is adequate for description of long‐term ¹³⁷Cs vertical migration, and the results of measurements and calculations agreed within error limits. Parameters of long‐term vertical migration of ¹³⁷Cs in soil, the transfer rate w and the diffusion coefficient Dwere found for each region: in the western region of Lithuania (mainly sandy loam) D = 0.12 cm²/year⁻¹, w =0,26 cm/year⁻¹, in the southern region of Lithuania (mainly loam) D = 0.13 cm²/year⁻¹, w = 0.29 cm/year⁻¹, and on the Curonian Spit (mainly fine sand) D = 0.1 cm²/year⁻¹, w = 0.22 cm/year⁻¹.

¹³⁷Cs vertikaliosios migracijos Lietuvos dirvožemiuose modeliavimas

Santrauka. ¹³⁷Cs vertikalioji migracija dirvožemyje buvo įvertinta, matuojant jo savitąjį aktyvumą dirvožemyje ir taikant du metodus: radionuklido vertikaliosios migracijos įvertinimas pagal kvazidifuzinį modelį ir jos modeliavimas, naudojant VS2DI kompiuterinę programą, kuri skirta taršos sklidimui įvairių tipų dirvose modeliuoti. ¹³⁷Cs pasiskirstymas dirvožemyje buvo pa-lygintas su ¹³⁷Cs didelės užtaršos plotuose („karštose dėmėse“) 1992 ir 1999–2000 m. Buvo nustatyta, kad ¹³⁷Cs vertikalusis pasiskirstymas turi dvi smailes, pirmoji atsirado dėl 137Cs globalios iškritos, sukeltos branduolinio ginklo bandymais, antroji – dėl Černobylio avarijos iškritos. ¹³⁷Cs savitasis aktyvumas, sumodeliuotas naudojant VS2DI kompiuterinę programą, yra artimas išmatuotam ¹³⁷Cs savitajam aktyvumui, ypač išmatuotam 1992 m. Tai rodo, kad ši programa tinka  vienkartinės taršos ¹³⁷Cs vertikaliajai migracijai modeliuoti. Tačiau ilgalaikei ¹³⁷Cs vertikaliajai migracijai aprašyti labiau tinka kvazidifuzinis modelis, ir jo rezultatai bei matavimo rezultatai sutampa neviršydami paklaidų ribų. Ilgalaikės ¹³⁷Cs vertikaliosios migracijos dirvožemyje parametrai, kryptingos pernašos greitis w ir kvazidifuzinės pernašos koeficientas D buvo nustatyti kiekviename regione: Vakarų Lietuvos regione (vyrauja priesmėlis) D = 0,12 cm²/m^–1, w = 0,26 cm/m^–1, Pietų Lietuvos regione (vyrauja priemolis) D = 0,13 cm²/m^–1, w = 0,29 cm/m^–1, o Kuršių nerijoje, kur vyrauja smulkus smėlis, D = 0,1 cm²/m^–1, w = 0,22 cm/m^–1.

Reikšminiai žodžiai: ¹³⁷Cs, modeliavimas, vertikalioji migracija, ČAE avarija, dirvožemis, kryptingos pernašos greitis, kvazidifuzinės pernašos koeficientas.

Моделирование вертикальной миграции ¹³⁷Cs в почвах Литвы

Резюме. Вертикальная миграция ¹³⁷Cs в почве была исследована при измерении его концентрации в почве, а также при помощи двух методов: оценки параметров миграции с помощью квазидиффузионного метода и с использованием компьютерной программы VS2DI, предназначенной для моделирования переноса загрязнения в различных типах почв. Cравнивается распределение ¹³⁷Cs в областях повышенной загрязненности („горячих пятнах“) в 1992 г. и 1999–2000 гг. Установлено, что вертикальное распределение ¹³⁷Cs имеет два максимума, обусловленных глобальным выпадением ¹³⁷Cs в результате ядерных испытаний и вследствие Чернобыльской аварии. Концентрация ¹³⁷Cs, смоделированная с помощью программы VS2DI, близка к измеренной, особенно к значениям, измеренным в 1992 г. Это свидетельствует о том, что программа может быть использована для моделирования вертикальной миграции одиночного выпадения ¹³⁷Cs. Квазидиффузионная модель приемлема для описания долгосрочной вертикальной миграции, причем результаты измерений и вычислений совпадают в пределах погрeшности. Были найдены параметры долгосрочной вертикальной миграции ¹³⁷Cs, направленная скорость переноса w и коэффициент диффузии D для каждого из регионов: в Западной Литве (преобладает супесчаная почва) D = 0,12 см² г^–1, w = 0,26 см г^–1, в Южной Литве (преобладает суглинок) D = 0,13 см² г^–1, w = 0,29 см г^–1 и на Куршской косе (преобладает мелкий песок) D = 0,1 см² г^–1, w = 0,22 см г^–1.

Ключевые слова: ¹³⁷Cs, моделирование, вертикальная миграция, авария на ЧАЭС, почва, направленная скорость переноса, коэффициент диффузии.

First Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : 137Cs, modelling, vertical migration, ChNPP accident, soil, transfer rate, quasi-diffusion coefficient