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 D were 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 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 palygintas su 137Cs didelės užtaršos plotuose („karštose dėmėse“) 1992 ir 1999–2000 m. Buvo nustatyta, kad 137Cs vertikalusis pasiskirstymas turi dvi smailes, pirma atsirado dėl 137Cs globalios iškritos, sukeltos branduolinio ginklo bandymais, antroje – 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.