Hydrosphere. Hazard processes and phenomena
Not a member yet
170 research outputs found
Sort by
Оценка русловых процессов с разработкой рекомендаций по обеспечению устойчивости русла на примере реки Западная Двина в г. Витебск
No full textAssessment of riverbed processes is necessary for substantiation of engineering measures to ensure the stability of riverbeds. Violation of riverbed stability may result in significant erosion of the riverbed and banks, which may pose a threat to the safety of nearby objects. Therefore, assessment of riverbed stability and possible erosion is an urgent task, the solution of which is carried out using mathematical modeling methods. The initial data for modeling include the results of hydrological observations of runoff and river level regime, as well as results of hydrometric measurements of the coordinates of river cross-sections and the characteristics of traction sediments. The article considers a method of mathematical modeling of the hydrological regime of rivers using the equation of uneven water movement and a semi-empirical formula for calculating local longitudinal water flow velocities. Water levels in the river and average flow velocities in live sections are determined as a result of mathematical modeling of uneven water movement. Local longitudinal water flow velocities are performed with using calculated water levels and average velocities. The article presents a characteristic of the method for assessing riverbed processes, including the stability of the river bed and its possible erosion using the results of calculating local longitudinal flow velocities in the cross sections of the river and the characteristics of the granulometric (mechanical) composition of the traction sediments. The article presents formula for determining the permissible (non-eroding) water velocities rates taking into account the Coriolis correction coefficient (kinetic energy correction coefficient) and calculation formulas for determining the predicted values of vertical (deep) deformations caused by the movement of traction sediment ridges. The research findings using the proposed methods are demonstrated through a case study of the calculated reach of the Western Dvina River in Vitebsk. Recommendations were developed to ensure river stability on the estimated section of the Western Dvina River based on the research results.Оценка русловых процессов необходима при обосновании инженерных мероприятий с целью обеспечения устойчивости русел рек. При нарушении устойчивости русел рек могут происходить значимые размывы русла и берегов рек, что может являться угрозой безопасности расположенных вблизи объектов. Поэтому оценка устойчивости русел рек и возможных размывов является актуальной задачей, решение которой осуществляется с использованием методов математического моделирования. В качестве исходных данных для моделирования используются результаты гидрологических наблюдений стока и уровенного режима рек, а также гидрометрических измерений координат поперечных сечений на исследуемом расчетном участке и характеристики влекомых наносов. В статье рассмотрен метод математического моделирования гидрологического режима рек с использованием уравнения неравномерного движения воды и полуэмпирической формулы расчета местных продольных скоростей течения воды. В результате моделирования определяются уровни воды в реке и средние в живых сечениях скорости течения, с использованием которых выполняется расчет местных продольных скоростей течения воды. Приведена характеристика метода оценки русловых процессов, включая устойчивость русла реки и его возможный размыв с использованием результатов расчетов местных продольных скоростей течения и характеристик гранулометрического (механического) состава влекомых наносов. Приведены зависимости для определения допускаемых (неразмывающих) скоростей течения с учетом коэффициентов Кориолиса (кинетической энергии) и расчетные формулы для определения прогнозных величин вертикальных (глубинных) деформаций, обусловленных движением гряд влекомых наносов. Результаты исследований с использованием предложенных методов приведены на примере расчетного участка реки Западная Двина в г. Витебск. По результатам исследований разработаны рекомендации по обеспечению устойчивости русла на расчетном участке реки Западная Двина
Изучение водной эрозии на балочном водосборе: радиоцезиевый метод и ГИС
No full textThe article presents the estimation results for the soil runoff intensity observed due to water erosion in the experimental drainage basin of the ravine with an area of 135,000 sq. m. The experimental area is located within the basin of the Sukhaya Orlitsa River (a left tributary of the Oka River located within the Oryol region of the Russia). Gray forest soils of a 1110 kg/cu. m. density are common in the catchment area. A computation method for soil runoff observed due to water erosion is proposed, it is based upon the use of the properties of Chernobyl origin Caesium-137 that is able to mark soil with varying washout degree. The computational equations based upon the specific radioactivity of Caesium-137 (predictant), the catchment area and the profile curvature (predictors) were developed for eleven particular micro–catchments of ancient ravines and temporal streams (computational zones). The detected dependences are based upon more than 400 measurement of the Chernobyl origin Caesium-137 specific radioactivity at the sampling plots. Soil sampling was carried out from an arable horizon of 0–25 cm along the catenae located along the slope. The results of in situ measurements conducted from 2010 to 2024 were used. The digital elevation model (DEM) was produced from a 1:10,000 scale topographic data. Geomorphometric topography relief indicators (catchment area and profile curvature) were mapped using the DEM data and tools of the SAGA GIS software. The computational equations developed by the authors formed the basis for a soil runoff gridded map production. The maximum value of soil runoff estimated within the study area reached more than 20 tons/ha per year. Data on the delivery intensity of washed-out soil material collected in the drainage basin of the ravine (1.5–2.0 tons/ha per year) are presented. Exceeding by 20 times in the locally detected values of the soil runoff intensity compared to the intensity of soil runoff from the entire catchment area (calculated using the soil-morphological method) indicates the need for additional studies to clarify the location of areas of intra-slope accumulation of soil material. The accumulation areas can be marked by negative values of the profile curvature of the topography relief. The values of the profile curvature, which can be considered as marking accumulation zones on the profile curvature map is debatable (unresolved for today). It is assumed that the accumulation zones will include sections of the sloping surface located in places with positive but low values of the profile curvature in future studies. The practical significance of the study is composed of the first-time obtaining of a spatial distribution map showing spatial differentiation of the water erosion intensity in a small catchment area in the upper Oka basin.В статье излагаются результаты расчета интенсивности смыва почвы вследствие водной эрозии на водосборе балки площадью 135000 м2. Предложена методика расчета смыва почвы, основанная на использовании свойств цезия-137 чернобыльского происхождения маркировать почву разной степени смытости. Расчетные уравнения, основу которых составили удельная активность цезия-137 (предиктант), площадь сбора и профильная кривизна (предикторы) разработаны для одиннадцати частных микроводосборов (расчетных участков). Предложена точечная карта интенсивности смыва почвы для изучаемого водосбора. Максимальные значения смыва на карте достигают более 20 тонн/га в год. Приводятся данные по интенсивности доставки смытого почвенного материала с водосборной поверхности ложбины в балку (1,5–2,0 тонн/га год). Превышение в 20 раз точечных значений интенсивности смыва почвы над интенсивностью смыва почвы со всего водосбора свидетельствует о необходимости проведения дополнительных исследований по уточнению местоположения участков внутрисклоновой аккумуляции смываемого почвенного материала. Места аккумуляции маркируются отрицательными значениями профильной кривизны. В дальнейших исследованиях предполагается в зоны аккумуляции включать участки склоновой поверхности, расположенные в местах с положительными, но невысокими значениями профильной кривизны. Практическое значение исследования – землепользователи впервые получили карту пространственного распределения участков разной интенсивности протекания водной эрозии на малом водосборе в бассейне верхней Оки
Урбоклиматические проекты для предотвращения чрезвычайных ситуаций в водоснабжении мегаполисов
Get PDFShortage of water for supply to megacities as well as unacceptable deterioration of its quality in the distribution water supply network may lead to social and economic implications that let one consider such phenomena as emergencies. The main causes of water supply disruption in megacities are abnormal droughts and floods which tend to show enhanced severity and frequency in the climate warming period. To prevent this, the development and implementation of hydroclimatic projects are required towards adapting the megacities’ water supply system to the changing conditions. This pressing task can be solved only through the construction of water-resource logistic routes used to provide interregional redistribution of water resources. Floodwater which should be discharged to avoid floods that cause significant economic and environmental damage is to be exported. The term “mobile water resources” is proposed to denote water that can be moved to another region without environmental damage. The volume of water should be determined based on the results of a special hydrological investigation carried out taking into account the long-term dynamics of river runoff. To ensure the sustainable operation of water-resource logistic routes, it is necessary to arrange water depositories designed for the accumulation and storage of mobile water resources. This requires modernization of the existing storage pools and the creation of new artificial water bodies. The financial costs required for the construction of water-resource logistic routes will not exceed the damage that could result from emergencies due to water supply disruptions in megacities. At present, interregional water redistribution is practised in many countries. Some of such hydroengineering systems have a transborder character. They form a basis for the international water-resource market. Exporting countries not only benefit financially from selling water but also strengthen their geopolitical position. If the Russian Federation, which has extensive mobile water resources, creates water-resource logistic routes, it can become one of those states.Недостаток воды для обеспечения водоснабжения мегаполисов и недопустимое снижение ее качества в распределительной водопроводной сети может иметь социальные и экономические последствия, которые позволяют рассматривать подобные явления как возникновение чрезвычайной ситуации. Основными причинами нарушения водоснабжения мегаполисов являются аномальные засухи и наводнения, сила и частота которых в период потепления климата постоянно возрастают. Для предотвращения событий такого рода необходима разработка и осуществление гидроклиматических проектов, позволяющих адаптировать водоснабжение мегаполисов к меняющимся условиям. Эту актуальную задачу можно решить только путем строительства трасс водноресурсной логистики, осуществляющих межрегиональное перераспределение водных ресурсов. Транспортировке подлежат паводковые воды, отвод которых позволяет избежать наводнений, наносящих значительный экономический и экологический ущерб. Для обозначения вод, которые могут быть перемещены в другой регион без ущерба для окружающей среды, предложен термин «мобильные водные ресурсы». Их объем должен определяться на основе результатов специальных гидрологических исследований, проводимых с учетом многолетней динамики речного стока. Для обеспечения устойчивой работы трасс водноресурсной логистики необходимо создание водных депозитариев, предназначенных для накопления и хранения мобильных водных ресурсов. Это потребует модернизации режима существующих водохранилищ и создания новых искусственных водных объектов. Финансовые затраты на строительство трасс водноресурсной логистики не превысят ущерб, который могут нанести чрезвычайные ситуации, вызываемые нарушением водоснабжения мегаполисов. В настоящее время межрегиональное перераспределение вод осуществляется во многих странах. Некоторые из таких гидротехнических систем имеют трансграничный характер. На их основе формируется международный рынок водных ресурсов. Страны-экспортеры не только получают финансовую выгоду от продажи воды, но и укрепляют свое геополитическое положение. Если Российская Федерация, обладающая большим количеством мобильных водных ресурсов, создаст трассы водноресурсной логистики, она сможет стать одним из таких государств
Оценка качества моделирования и прогнозирования в гидрологии – рассуждение о методе
Get PDFThe currently existing hydrological models are provided with extremely limited methodological tools for their calibration, verification, and testing. It seems extremely relevant to develop, on a unified methodological basis, a system of quality assessment for a number of typical hydrological tasks – parameterization and verification of hydrological models, simulation and scenario modeling of the hydrological regime, forecasting, engineering calculations, etc. Without solving this problem, further development and effective practical use of hydrological models are impossible.
The paper demonstrates the logic and, to some extent, the history of the development of some of the most important ideas and approaches used in assessing the quality of modeling and forecasting, as well as to outline some prospects for their development. The necessary systematization of the terms of the subject area under consideration has been carried out, starting with the basic concepts of “prediction” and “forecast”, with consideration of additional definitions: “continuous – aggregated” forecasts; “short-term – long-term” forecasts; “methodological”, “standard”, “ideal”, “inertial”, “regime” forecasts; and etc.
The stages of development of the “skill scores” approach in the development of measures for assessing the quality of hydrological modeling and forecasting are considered, mainly using the example of the emergence and modification of a basic measure for hydrology - the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient. Special attention is paid to two decompositions of the NSE measure, demonstrating its reducibility to the basic statistical parameters of the samples of measured and predicted values of the variable – average values, standard deviations and correlation coefficient. A rationale for modifying the NSE estimate by applying it to pre-ranked samples of variable values is proposed. An approach to assessing the quality of modeling and forecasting is formulated based on a consistently statistical approach, using statistical criteria for the similarity of marginal distributions of actual and forecast values of a variable. A number of tasks for future research are outlined in the field of developing methods for assessing the quality of hydrological models and forecasts.Существующие в настоящее время гидрологические модели обеспечены лишь крайней ограниченными методическими средствами их калибровки, верификации и тестирования. Крайне актуальной представляется разработка на единой методической основе системы оценок качества при решении ряда типовых задач гидрологии – параметризации и верификации гидрологических моделей, имитационного и сценарного моделирования гидрологического режима, прогнозирования, инженерных расчетов. Без развития системы оценок качества дальнейшее развитие и эффективное практическое использование гидрологических моделей невозможны.
В работе показана логика и, отчасти, история развития некоторых важнейших идей и подходов, применяемых в оценивании качества моделирования и прогнозирования, представлены направления их развития. Выполнена необходимая систематизация терминов рассматриваемой предметной области, начиная с базовых понятий «предсказание» и «прогноз», с рассмотрением дополнительных дефиниций: «непрерывные – агрегированные» прогнозы; «краткосрочные – долгосрочные» прогнозы; «методический», «стандартный», «идеальный», «инерционный», «режимный» прогнозы; и др.
Рассмотрены этапы развития подхода «оценки умений» (skill scores) в разработке мер оценки качества гидрологического моделирования и прогнозирования, в основном на примере появления и модификации базовой для гидрологии меры – коэффициента эффективности Нэша-Сатклиффа. Особое внимание уделено двум разложениям меры NSE, показывающим её сводимость к базовым статистическим параметрам выборок измеренных и прогнозных значений переменной: средним значениям, среднеквадратическим отклонениям и коэффициенту корреляции. Предложено обоснование модификации оценки NSE путем применения её к предварительно ранжированным выборкам значений переменной. Сформулирован подход к оцениванию качества моделирования и прогнозирования на основе последовательно статистического подхода, с использованием статистических критериев сходства маргинальных распределений фактических и прогностических значений переменной. Намечен ряд задач перспективных исследований в области развития методов оценки качества гидрологических моделей и прогнозов
Эколого-хозяйственные риски водопользования в условиях трансформации климата и водного режима
Get PDFUsing the example of the regions of the Central Black Earth Region, the main features of the water regime of rivers formed as a result of climate change and the associated potential environmental and economic risks of water use are considered. For a region with pronounced agricultural and industrial components in the economy, the hydroecological state of rivers and artificial reservoirs as sources of water supply is relevant. The purpose of this study is to analyze the transformation of water content of river flows in the Central Black Earth Region and the potential risks of water use under changing natural and climatic conditions. The initial database was formed on the basis of open and accessible sources of hydrometeorological and water management information. The materials were processed using traditional methods of hydrometeorological statistics, hydrological analogy, and graphic interpretation of the results. It has been established that in the first decade of the current century, trends in water use continued to reduce the volume of water consumption. As an example, the volumes of fresh water intake are considered. In the second decade, the quantitative withdrawal of water stabilized. There is an active transformation of water content on the rivers. In the water regime, a decrease in runoff volumes and flood maximums, an increase in winter runoff and summer-autumn low water were noted. A special feature of the water regime is the formation of abnormally high rain floods in 2016 and 2022. The changes are associated with climate fluctuations. In the exceptionally low-water year 2020, the maximum flood water flow of 211 m3/s was recorded, which is 53 times less than the historical maximum of 1888, equal to 11200 m3/s. One of the reasons for low floods is the condition of the soil on the eve of snowmelt, its moisture content and freezing depth. The lack of water in the current years is fraught with environmental and economic risks associated both with a lack of water during scarce seasons of water consumption, for example, in the agricultural industry in the summer of 2020, and with the filling of small artificial reservoirs that play an important role in agricultural water use. When the volume of flood flow is reduced, the ecological function of the water flow and its diluting ability are inhibited.На примере областей Центрального Черноземья рассмотрены основные черты водного режима рек, формирующегося вследствие климатических изменений, и связанные с ними потенциальные эколого-хозяйственные риски водопользования. Для региона с выраженными аграрной и промышленной составляющими в экономике гидроэкологическое состояние рек и искусственных водоемов, как источников водоснабжения, является актуальной. Цель настоящего исследования – анализ трансформации водности речных потоков Центрального Черноземья и потенциально возможных рисков водопользования в условиях меняющихся природно-климатических условий. Исходная база данных сформирована на основе открытых и доступных источников гидрометеорологической и водохозяйственной информации. Обработка материалов производилась традиционными методами гидрометеорологической статистики, гидрологической аналогии, графической интерпретации результатов. Установлено, что в первом десятилетии текущего века в водопользовании сохранялись тенденции сокращения объемов потребления воды. В качестве примера рассмотрены объемы забора свежей воды. Во втором десятилетии количественное изъятие вод стабилизировалось. На реках наблюдается активная трансформация водности. В водном режиме отмечены уменьшение объемов стока и максимумов половодья, увеличение зимнего стока и летне-осенней межени. Особая черта водного режима – образование аномально высоких дождевых паводков в 2016 и 2022 гг. Изменения связаны с климатическими флуктуациями. В исключительно маловодном 2020 г. зафиксирован максимальный расход воды половодья величиной 211 м3/с, что в 53 раза меньше исторического максимума 1888 г., равного 11200 м3/с. Одна из причин низких половодий – состояние почвы накануне снеготаяния, ее влагосодержание и глубина промерзания. Маловодье текущих лет чревато эколого-хозяйственными рисками, связанными как с недостатком воды в дефицитные сезоны водопотребления, например, в сельскохозяйственной отрасли летом 2020 г., так и заполнением малых искусственных водоемов, играющих важную роль в сельскохозяйственном водопользовании. При сокращении объемов стока половодья угнетается экологическая функция водного потока, его разбавляющая способность
Процессы формирования стока рек криолитозоны в условиях горнодобывающей деятельности в речных долинах (на примере добычи золота в бассейне р. Сусуман, Магаданская область)
Get PDFGold mining in placer deposits in Eastern Siberia and the Far East plays an important role in the economy of these regions. The Magadan region ranks first in Russia, in this industry. However, an increase in production volumes is accompanied by negative impact onthe natural environment, including changes in riverbeds, destruction of vegetation, the increased water turbidity, etc. These changes can become a source of dangerous hydrometeorological phenomena such as floods. This study is devoted to assessing the impact of climate change and technogenic factors on the formation of river flow in the Susuman district, one of the gold mining centers in the Magadan region, using the Hydrograph mathematical model. The object of study was the Susuman River basin, where gold mining and hydrometeorological observations began in the 30s of the last century. According to Sentinel-2 satellite data, the proportion of mining-impacted lands in the Susuman river basin (up to the village of Tongora) is estimated at 8.8 % of the total area of the basin, including 3 % completely devoid of vegetation. At the first stage of research, modeling of runoff formation processes in the Susuman river basin was carried out for the period 1966-1987 without taking into account mining-impacted areas. The average Nash-Sutcliffe criterion for the modeling period was 0.59 of the annual runoff layer is 12 mm or 4 %. Modeling results are highly dependent on the quality and representativeness of the input meteorological precipitation data. The next stage will be the development of parameters of mining-impacted landscapes and numerical experiments to verify them based on a hydrological model.Добыча золота на россыпных месторождениях Восточной Сибири и Дальнего Востока играет важную роль в экономике этих регионов. Магаданская область в данной отрасли занимает первое место в России. Однако увеличение объемов добычи сопровождается негативными последствиями для природной среды, включая изменение русел рек, уничтожение растительного покрова, увеличение мутности воды и др. Эти изменения могут стать источником опасных гидрометеорологических явлений, таких как паводки. Настоящее исследование посвящено оценке воздействия изменения климата и антропогенных факторов на формирование стока рек в Сусуманском районе, одном из центров золотодобычи в Магаданской области, с помощью математической модели «Гидрограф». Объектом исследования выбран бассейн реки Сусуман, где добыча золота и гидрометеорологические наблюдения начались в 30-х гг. прошлого века. По спутниковым данным Sentinel-2 доля нарушенных земель в бассейне р. Сусуман (до п. Тонгора) оценена в 8,8 % от общей площади бассейна, в том числе 3 % полностью лишено растительности. На первом этапе исследований проведено моделирование процессов формирования стока в бассейне р. Сусуман за период 1966–1987 гг. без учета нарушенных территорий. Средний критерий Нэша-Сатклиффа за период моделирования составил 0,59, невязка годового слоя стока – 12 мм или 4 %. Результаты моделирования в значительной мере зависят от качества и репрезентативности входных метеорологических данных об осадках. Следующим этапом станет разработка параметров нарушенных ландшафтов и численных экспериментов по их верификации на основе гидрологической модели
Особенности типизации опасных гидрологических событий в устьях рек на примере Роны и Эбро
Get PDFRiver mouths are highly vulnerable to sea level rise associated with global climate change, strengthening storm surges, and wave action, accompanied by abrasion of seacoasts and flooding of vast deltaic areas. Therefore, experience in studying dangerous hydrological events of river and sea origin at river mouths is necessary and useful for developing criteria for assessing the danger of such events and their comprehensive typification. Using the example of large deltas of the Mediterranean region (Rhone and Ebro), it is shown that despite a rather good study of such events at these river mouths, there is no generally accepted typification, and different classifications are given for the same object. Dangerous hydrological events at the mouths of the Rhone and Ebro rivers are subdivided by different researchers both according to genetic characteristics (the origin of precipitation) and water discharge values, frequency and duration of flood, assessment of the impact on the environment and human life. Dangerous hydrological events at the studied mouths are considered from the point of view of the typification adopted by the authors. It is noted that among the dangerous hydrological events in the Rhone and Ebro deltas the most typical are fluvial, storm surge, fluvial-storm surge, fluvial-pluvial floods, as well as dangerous droughts.Устья рек сильно уязвимы к повышению уровня моря, связанному с глобальными изменениями климата, усилению штормовых нагонов, морского волнения, сопровождающихся абразией морских берегов и затоплением обширных дельтовых территорий. Поэтому опыт исследований опасных гидрологических событий речного и морского происхождения в устьях рек необходим и полезен для разработки критериев оценки опасности таких событий и их комплексной типизации. На примере крупных дельт Средиземноморского региона (Роны и Эбро) показано, что несмотря на довольно хорошую изученность подобных событий в этих устьях, нет их общей принятой типизации, а для одного и того же объекта приведены разные классификации. Опасные гидрологические события в устьях Роны и Эбро разными исследователями подразделяются как по генетическому признаку (происхождению осадков), так и по величине расходов воды, повторяемости и продолжительности наводнений, оценке воздействия на окружающую среду и жизнь человека. Опасные гидрологические события в исследуемых устьях также рассмотрены с точки зрения принятой авторами типизации. Отмечается, что для дельт Роны и Эбро среди опасных гидрологических событий наиболее характерны стоковые, нагонные, стоково-нагонные, стоково-дождевые наводнения, а также опасные маловодья
Развитие терминологии в области исследования морских устьев рек
Get PDFProposals for improving the terms and definitions used in estuarine oceanography and hydrology, and for updating regulatory documentation in these areas of research are relevant, since uncertainty, lack of universality of individual terms, and sometimes inaccuracy reduce the quality and effectiveness of scientific and applied research. The controversial nature of the proposals available in the published papers initiates the development of standardization issues in the field of research of marine estuaries. Therefore, the purpose of this work is to improve the interpretations of previously proposed terms and definitions based on the criticism of the article by R.Y. Minkovskaya "Proposals to the State Standard "Marine estuaries" in the review by S.V. Lebedeva, which is aimed at improving the understanding of the main phenomena, processes, as well as the state of marine estuaries.Предложения об усовершенствовании применяющихся терминов и определений в устьевой океанографии и гидрологии, а также обновлении нормативной документации в этих областях исследований актуальны, так как отсутствие универсальности, неопределённость отдельных терминов, а порой и ошибочность, снижают качество и эффективность научных и прикладных работ. Дискуссионность предложений, имеющихся в литературных источниках, инициирует развитие вопросов стандартизации в области исследования морских устьев рек. Поэтому цель работы – усовершенствование трактовок предлагавшихся ранее терминов и определений на основе критики статьи Р.Я. Миньковской «Предложения к ГОСТ «Морские устья рек», содержащейся в рецензии С.В. Лебедевой, направленной на улучшение понимания основных явлений, процессов, а также состояния морских устьев рек
Изучение фильтрационных свойств барьеров безопасности для захоронения радиоактивных отходов на примере глиноземистого бетона
Get PDFThe presented work is the result of studying the filtration properties of engineering safety barriers materials for Class 3 and 4 near-surface radioactive waste disposal facility, as well as the assessment of computational hydrogeological modeling of several near-surface radioactive waste disposals for compliance with certain provisions of the current regulatory documentation in the field of atomic energy use. Since the composition of the materials used for barriers materials is different, predictive calculations of material degradation time using thermodynamic constants can have a high margin of error (300 % and more), and long-term contact of barriers materials with groundwaters or storage solutions can result in changes to the composition, porosity, and, consequently, the filtration, sorption, strength properties of the barrier material. Approaches to studying the evolution of weakly permeable barriers materials under varying engineering-geological conditions over the long-term application of barriers materials require further development. In the present work a methodical approach to long-term filtration experiments in barriers samples is proposed, on the example of cement stone modified with clay additive, the results of filtration flow rate data through the sample are presented, after which the changes in the sample composition and its pore space structure are evaluated. The present work shows an attempt to apply the equilibrium dissolution model to calculate the inverse problem – calcium loss in the solid phase is estimated by the dissolution time of calcium hydroxide at the moment of increased filtration flow rate, and then a direct calculation of the degradation time of the barrier of the required thickness at the filtration rate possible under burial conditions is performed. The change of properties in barriers shown in the present work agree with the works of researchers, the approach can be useful and can be applied to study the evolution of barrier materials to confirm the lifetime of barriers and justify the intensity of radionuclide release beyond their limits. The work demonstrates the methodological possibility of estimating the long-term stability of the insulating properties of barriers, considering experimental data and modeling of the kinetics of dissolution of components. Experimental evaluations are the main source of information regarding the justification of the service life of safety barriers.Представленная работа − результат изучения фильтрационных свойств материалов инженерных барьеров безопасности для пункта приповерхностного захоронения радиоактивных отходов 3 и 4 классов, а также оценки расчетного гидрогеологического моделирования нескольких пунктов приповерхностного захоронения радиоактивных отходов на соответствие отдельным положениям действующей нормативной документации в области использования атомной энергии. Поскольку состав применяемых материалов для инженерных барьеров безопасности различен, прогнозные расчеты времени деградации материалов с использованием термодинамических констант могут иметь высокую погрешность (300 % и более), а длительный контакт инженерных барьеров безопасности с природными водами или растворами хранилищ, может привести к изменению состава, пористости барьерного материала и, как следствие, к изменению фильтрационных, сорбционных, прочностных свойств и параметров инженерных барьеров безопасности, то подходы к изучению эволюции слабопроницаемых материалов барьеров, при различных инженерно-геологических условиях на период долгосрочного применения инженерных барьеров безопасности, требуют проработки.
Предложен методический подход к длительным фильтрационным опытам в образцах инженерных барьеров безопасности, на примере цементного камня, модифицированного добавкой глины, представлены результаты регистрации расхода фильтрации через образец, после чего выполнена оценка изменения состава образца и структуры его порового пространства.
Применена модель равновесного растворения для расчета обратной задачи − по времени растворения гидроксида кальция в образце на момент возросшего расхода фильтрации оценена потеря кальция в твердой фазе, с учетом чего выполнен прямой расчет − времени деградации барьера нужной толщины при скорости фильтрации возможной в условиях захоронения. Изменение свойств материалов в ИББ, показанное в настоящей работе согласуются с работами других исследователей, а подход может успешно применяться для изучения эволюции барьерных материалов − подтверждения срока службы инженерных барьеров безопасности и обоснования интенсивности выхода радионуклидов за их пределы. Работа демонстрирует методическую возможность оценки длительной устойчивости изолирующих свойств барьеров с учетом экспериментальных данных и моделирования кинетики растворения компонентов. Экспериментальные оценки являются основным источником информации в отношении обоснования срока службы барьеров безопасности