A predictive assessment of the uranium ore tailings impact on surface water contamination: Case study of the city of Kamianske, Ukraine

Abstract

In this study, we present an assessment of the uranium ore tailings impact on groundwater and surface water contamination. The radioactive materials were deposited in the tailings storage facility “Dniprovske” (the city of Kamianske, Ukraine) from 1954 to 1968; now it contains about 5.85•106 m3 of hazardous waste on the area of about 76 ha in the floodplain of the Dnipro river. The lack of a proper waterproof screen below deposited tailings and in the earthen dam led to permanent watering of radioactive materials, their leaching and migration in groundwater into the nearest small Konoplianka river. We used the reports on previous site-specific studies conducted in 1999– 2016, monitoring results, and the field studies conducted in 2022 with the authors’ team participation. The calculations performed with the advection-dispersion model to simulate transport of radionuclides 238U, 230Th, 226Ra and 210Pb through the embankment to the Konoplianka river and dilution relations were compared to the monitoring data of the surface water quality. Among four radionuclides, uranium poses the greatest risks today; the subsurface runoff increases its concentration in the Konoplianka river water by several times over the background value. It is estimated that due to much more intensive sorption in the shallow aquifer, the contribution of 226Ra and 210Pb to the increase in radioactivity of Konoplianka river water is insignificant compared to uranium, whereas the migration front of 230Th has probably not yet reached the riverbank. In the next 50 years the radionuclide fluxes will increase by 1.3–3.7times for different isotopes, with the uranium subsurface runoff growing at a slower rate than nowadays. These results are of high significance for improving hydrological, hydrogeological, and geotechnical monitoring on this hazardous facility to maintain its radiation safety.

У цьому дослідженні ми представляємо оцінку впливу хвостів уранової руди на забруднення ґрунтових і поверхневих вод . Радіоактивні матеріали зберігалися в хвостосховищі «Дніпровське» (м. Кам'янське, Україна) з 1954 по 1968 рр.; зараз він містить близько 5,85•10 6 м 3 небезпечних відходівна площі близько 76 га в заплаві р. Дніпро. Відсутність належного водонепроникного екрану під хвостосховищами та в земляній дамбі призвела до постійного зволоження радіоактивних матеріалів, їх вимивання та міграції підземними водами у найближчу малу річку Коноплянку. Використано звіти про попередні спеціалізовані дослідження, проведені в 1999–2016 роках, результати моніторингу та польові дослідження, проведені у 2022 році за участю колективу авторів. Розрахунки, виконані з адвекційно-дисперсійною моделлю для моделювання переносу радіонуклідів 238 U, 230 Th, 226 Ra та 210Pb через набережну до річки Коноплянка та коефіцієнти розведення порівнювалися з даними моніторингу якості поверхневих вод. Серед чотирьох радіонуклідів сьогодні найбільшу небезпеку становить уран; підземний стік збільшує його концентрацію у воді р. Коноплянка у кілька разів порівняно з фоновою. Вважається, що завдяки набагато більш інтенсивній сорбції у мілководному водоносному горизонті внесок 226 Ra та 210 Pb у збільшення радіоактивності води річки Коноплянка є незначним порівняно з ураном, тоді як фронт міграції 230 Th, ймовірно, ще не досяг берег річки . У наступні 50 роківпотоки радіонуклідів для різних ізотопів зростуть у 1,3–3,7 рази, при цьому глибинний стік урану зростатиме повільніше, ніж зараз. Ці результати мають велике значення для вдосконалення гідрологічного, гідрогеологічного та геотехнічного моніторингу на цьому небезпечному об’єкті для забезпечення його радіаційної безпеки.