danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2021-65-2-139-145dan-956Research ArticleИНФОРМАТИКАINFORMATICSКомпьютерное прогнозирование пространственного распределения концентрации Cs-137 в почвеComputer prediction of the spatial distribution of the Cs-137 concentration in soilШалькевичП. К.ShalkevichP. K.

Шалькевич Павел Константинович, канд. техн. наук, доцент

ул. Долгобродская, 23, 220070, Минск

Shalkevich Pavel K., Ph. D. (Engineering), AssociateProfessor

23, Dolgobrodskaya Str., 220070, Minsk

pavel.shalkevich@gmail.comМеждународный государственный экологический институт имени А. Д. Сахарова Белорусского государственного университетаInternational Sakharov Environmental Institute of Belarusian State University202108052021652139145Copyright © Шалькевич П.К., 20212021Шалькевич П.К.Shalkevich P.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/956

Компьютерное прогнозирование распространения радиоактивных загрязнений в почвах является перспективным научным направлением ввиду того, что прогнозирование развития радиационной обстановки на основе экспериментальных измерений удельной активности радионуклидов требует применения методов математической и компьютерной обработки данных. При этом большинство специализированных программных средств, используемых для прогнозирования распространения радиоактивных загрязнений в почвах, основано на одномерных и двумерных идеализациях этого процесса, тогда как для решения задачи комплексной оценки состояния биосферытребуются данные о пространственном распределении загрязняющих веществ. Для получения таких данных автором был разработан программный модуль в составе ПК (программного комплекса) SPS (Simulation of Processes in Soil) v2.0, позволяющий прогнозировать параметры пространственной миграции радионуклидов в природных дисперсных средах. Для оценки возможности применения разработанного программного обеспечения на практике была проведена верификация результатов прогнозирования с экспериментальными данными. Для этого выполнялось прогнозирование пространственного распределения концентрации Сs-137 на опытной площадке СПК «НовоеПолесье» Лунинецкого района Брестской области c использованием данных полевых измерений активностей Сs-137 и почвенных характеристик. Сравнение результатов, полученных на основе экспериментальных измерений и прогнозируемых значений пространственного распределения концентрации Cs-137, показало, что прогнозируемые значения находятся в пределах доверительных интервалов измеряемых величин. Следовательно, разработанные программные средства могут применяться для решения практических задач в области прогнозирования миграции радионуклидов с получением достоверной картины их распространения по объему области моделирования и для осуществления комплексной оценки их влияния на окружающую среду.

Computer prediction of the migration of radioactive contaminants in soil is a promising scientific direction due to the fact that prediction of the radiation situation on the basis of experimental measurements of radionuclides activity requires the use of mathematical and computer methods of data processing. At the same time, most of the specialized software packages for predicting the spread of radioactive contaminants in soil are based on one- and two-dimensional idealizations of this process, while solving the problem of comprehensive assessment of the biosphere’s state requires the data of the contaminant’s spatial distribution. To obtain such data, the author has developed a software module as a part of SPS (Simulation of Processes in Soil) v2.0 software package, which allows predicting the parameters of the spatial migration of radionuclides in natural dispersed media. To assess the possibility of using the developed software in practice, the prediction results were verified by the experimental data. For this purpose, the spatial distribution of the Cs-137 concentration in the experimental area in the Luninets district of the Brest region was predicted using the measurement data of the Cs-137 activities and the soil characteristics. The comparison of the results obtained on the basis of experimental measurements and the predicted values of the spatial distribution of the Cs-137 concentration showed that the predicted values are within the confidence intervals of the measured values. Consequently, the developed software can be used to solve practical problems in the field of forecasting the migration of radionuclides with obtaining a reliable picture of their distribution over the volume of the modeling area and to comprehensively assess their impact on the environment.

компьютерное прогнозированиематематическое моделирование3D моделированиемиграция радионуклидовCs-137computer forecastingmathematical modeling3D modelingmigration of radionuclidesCs-137ReferencesКомпьютерное моделирование миграции загрязняющих веществ в природных дисперсных средах / С. П. Кундас [и др.]. – Минск, 2011. – 212 с.Kundas S. P., Gishkelyuk I. A., Kovalenko V. I., Hilko O. S. Computer simulation of the migration of pollutants in natural dispersed environments. Minsk, 2011. 212 p. (in Russian).Шалькевич, П. К. Модель и алгоритмы для прогнозирования миграции радионуклидов в природных дисперсных средах с применением технологий параллельных вычислений / П. К. Шалькевич. – Минск, 2019. – 136 с.Shalkevich P. K. Model and algorithms for forecasting the migration of radionuclides in natural dispersed media using parallel computing technologies. Minsk, 2019. 136 p. (in Russian).Макаревич, Т. А. Радиоэкология / Т. А. Макаревич. – Минск, 2013. – 136 с.Makarevich T. A. Radioecology. Minsk, 2013. 136 p. (in Russian).Авдонина, А. Б. Прогнозирование миграции трития из хранилищ радиоактивных отходов / А. Б. Авдонина // Комплексные и отраслевые проблемы науки и пути их решения: сб. ст. по итогам Междунар. науч.-практ. конф. (Ижевск, 13 июля 2020 г.). – Стерлитамак, 2020. – С. 20–23.Avdonina A. B. Forecasting of tritium migration of radioactive wastes from storages. Kompleksnye i otraslevye problemy nauki i puti ih resheniya: sbornik statej po itogam Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (Izhevsk, 13 iyulya 2020 g.) [Complex and industrial problems of science and ways of their solution: collection of articles on the results of the International Scientific and Practical Conference (Izhevsk, July, 13, 2020)]. Sterlitamak, 2020, pp. 20–23 (in Russian).Шалькевич, П. К. Программный модуль для 3D анализа миграции загрязняющих веществ в природных дисперсных средах / П. К. Шалькевич, С. П. Кундас, А. Г. Яскевич // Сахаровские чтения 2015 года: экологические проблемы XXI века: материалы 15-й Междунар. науч. конф., Минск, 21–22 мая 2015 г. – Минск, 2015. – С. 316–317.Shalkevich P. K., Kundas S. P., Yaskevich A. G. Software module for 3D analysis of migration of pollutants in natural dispersed media. Sakharovskie chteniya 2015 goda: ekologicheskie problemy XXI veka: materialy 15-i Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii, Minsk, 21–22 maya 2015 g. [Sakharov Readings of 2015: Environmental Problems of the XXI Century: Proceedings of the 15th International Scientific Conference, Minsk, May 21–22, 2015]. Minsk, 2015, pp. 316–317 (in Russian).Кундас, С. П. Методы долгосрочного прогнозирования взаимосвязанного тепловлагопереноса и миграции загрязняющих веществ в природных дисперсных средах с применением технологии параллельных вычислений / С. П. Кундас, П. К. Шалькевич, И. А. Гишкелюк // Материалы респ. науч.-практ. конф. «Радиация, экология и техносфера = Radiation, environment and man-risk factor». Гомель, 3–4 дек. 2015. – Минск, 2015. – С. 153–157.Kundas S. P., Shalkevich P. K., Gishkelyuk I. A. Methods of long-term forecasting of interconnected heat and moisture transfer and migration of pollutants in natural dispersed media using parallel computing technology. Materialy respublikanskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Radiatsiya, ekologiya i tekhnosfera = Radiation, environment and man-risk factor». Gomel, 3–4 dekabrya 2015 [Proceedings of the republican scientific-practical conference “Radiation, ecology and technosphere = Radiation, environment and man-risk factor”, Gomel, December, 3–4, 2015]. Minsk, 2015, pp. 153–157 (in Russian).Международный чернобыльский проект. Технический доклад. Оценка радиологических последствий и защитных мер. Доклад МКК- IAEA. – Вена, 1992. – 740 с.International Chernobyl project. Technical report. Assessment of radiological consequences and protective measures. Report of the IWC-IAEA. Vienna, 1992. 740 p. (in Russian).Хилько, О. С. Алгоритмы и программные средства прогнозирования латеральной миграции радионуклидов с речных водосборов на основе нейросетевых технологий / О. С. Хилько. – Минск, 2014. – 190 с.Khilko O. S. Algorithms and software for predicting the lateral migration of radionuclides from river catchments based on neural network technologies. Minsk, 2014. 190 p. (in Russian).Мироненко, В. А. Проблемы гидрогеоэкологии. Прикладные исследования / В. А. Мироненко, В. Г. Румынин. – М., 2002. – 504 с.Mironenko V. A., Rumynin V. G. Problems of hydrogeoecology. Applied research. Moscow, 2002. 504 p. (in Russian).Conceptual and numerical modelling of radionuclide transport in near-surface systems at Forsmark. SR-Site Biosphere. Svensk karnbranslehantering AB, SkB R-10-30: Report / À. Piqué [et al.]. – Stockholm, 2010. – 147 p.Piqut A., Grandia F., Sena C., Arcos D., Molinero J., Duro L., Bruno J. Conceptual and numerical modelling of radionuclide transport in near-surface systems at Forsmark. SR-Site Biosphere. Svensk Kärnbränslehantering AB, SKB R-10-30: Report. Stockholm, 2010. 147 p.Conceptual and Numerical Modeling of Radionuclide Transport and Retention in Near-Surface Systems / À. Piqué [et al.] // AMBIO. – 2013. – Vol. 42, N 4. – P. 476–487. https://doi.org/10.1007/s13280-013-0399-1Pique A., Arcos D., Grandia F., Molinero J., Duro L., Berglund S. Conceptual and Numerical Modeling of Radionuclide Transport and Retention in Near-Surface Systems. AMBIO, 2013, vol. 42, no. 4, pp. 476–487. https://doi.org/10.1007/s13280-013-0399-1Miracapillo, C. Numerical Simulation of Radionuclides Migration in the Far Field of a Geological Repository / C. Miracapillo, L. Ferroni // Energy Procedia. – 2015. – Vol. 82. – P. 848–854. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.11.823Miracapillo C., Ferroni L. Numerical Simulation of Radionuclides Migration in the Far Field of a Geological Repository. Energy Procedia, 2015, vol. 82, pp. 848–854. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.11.823Segerlind, L. J. Applied Finite Element Analysis / L. J. Segerlind. – New York; London; Sydney; Toronto, 1976. – 422 p. 14. Создание и обеспечение функционирования единой системы мониторинга радиоактивного загрязнения на территории Днепровско-Сожского водосбора. – Минск, 1999. – 50 с.Segerlind L. J. Applied Finite Element Analysis. New York, London, Sydney, Toronto, 1976. 422 p.Цыбулько, Н. Н. Оптимизация использования загрязненных радионуклидами сельскохозяйственных земель и агрохимических защитных мероприятий в отдаленный период чернобыльской аварии / Н. Н. Цыбулько. – Минск, 2017. – 47 с.Creation and maintenance of a unified system for monitoring radioactive contamination on the territory of the Dnieper-Sozh catchment area: report on research (conclusion). Minsk., 1999. 50 p. (in Russian).Tsybulko N. N. Optimization of the use of agricultural lands contaminated with radionuclides and agrochemical protective measures in the remote period of the Chernobyl accident. Minsk, 2017. 47 p. (in Russian).Tsybulko N. N. Optimization of the use of agricultural lands contaminated with radionuclides and agrochemical protective measures in the remote period of the Chernobyl accident. Minsk, 2017. 47 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.