Концепция экологического риска и метод его расчета при созда (Раздаточные материалы)

УДК 629.78.048:612

КОНЦЕПЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА И МЕТОД ЕГО РАСЧЕТА ПРИ СОЗДАНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ВЫВЕДЕНИЯ

Канд. техн. наук В. М. Жаров, канд. техн. наук Ю. А. Корсунов, В. А. Фортов, канд. техн. наук Я. Т. Шатров, Ю. Г. Шманкевич

Приводятся основные положения концепции экологического риска, связанного с воздействием ракетно-космической техники на окружающую среду, и расчетные зависимости для оценки такого риска, в частности, при эксплуатации ракетного комплекса типа «Старт-1». Предлагается метод определения величины платы за выбросы вредных веществ в окружающее пространство на основе упомянутой концепции.

Concept of Ecological Risk and Methods to Evaluate it when Deve­loping and Operating Space Launch Capabilities. V. M. Zharov, Yu. A. Korsunov, V. A. Fortov. Ya. T. Shatrov, Yu. G. Shmankevich. Main aspects of the ecological risk concept associated with effects of rocket and space-technology on the environment and design dependences for assessing such a risk in particular, when operating the «Start-1» rocket complex are given. The method of evaluating the price of toxic agent exhausts into the environment on the basis of the mentioned concept is proposed.

В отечественной практике система экологической безопас­ности основывается на понятии предельно допустимой, максимальной, концентрации (ПДК) вредных веществ, которая не оказывает прямого или косвенного влияния на человека, его потомст­во и санитарные условия жизни. Такая система наряду с рядом пре­имуществ, которые обеспечили ее работоспособность в течение деся­тилетий, обладает определенными недостатками, связанными с отсут­ствием:

• четких временных интервалов допустимого воздействия;

• возможности оценки вреда, возникающего в случае превыше­ния ПДК.

Недостатки системы ПДК особенно рельефно выявляет эксплу­атация объектов вооружения и военной техники, сопровождающаяся большим количеством выбросов токсичных веществ в окружающую среду в течение короткого времени (например при запуске ракет, уничтожении образцов с помощью взрывов и т. д.).

В ряде работ для количественного измерения опасности, связан­ной с функционированием промышленных объектов, предложена шкала, основанная на оценке риска от той или иной деятельности или источников. Методики определения риска вдоль трасс пусков ракет-носителей и в районах падения их отделяющихся частей с учетом шкалы риска при других видах деятельности предложены в работах [21—24].

Термин «экологический риск» появился в научной и публицисти­ческой литературе несколько лет назад как некоторая оценка вероят­ности неблагоприятных последствий воздействия природных и антротюгенных факторов на окружающую природную среду и человека. В последние годы внимание к этому понятию научных работников повысилось из-за появления нормативных документов, предписыва­ющих обязательный учет экологического риска при разработке проектных материалов, касающихся опасных видов хозяйственной деятельности [3, 14]. Однако, как показывает анализ литературы, в Российской Федерации (РФ) отсутствуют не только общепринятые

методы расчета экологического риска, но и его нормативное опреде­ление. В то же время Агентство по охране окружающей среды США активно использует этот показатель в процессе принятия решений, вводит его в различные нормативные акты [17]. На государственном уровне методология анализа риска и «управления» им, основанная на концепции приемлемого риска, принята в Нидерландах [9]. Име­ются сведения о применении критерия допустимого риска в Австралии [20].

Поскольку экологический риск, связанный с выбросами вредных для человека веществ в окружающее пространство,— это прежде

Рис. 1. Зависимость уровня риска от токсодозы

всего риск нанесения ущерба здоровью человека, единицей количествен­ного измерения такого риска может быть отношение числа непрожитых лет группой людей к их предстоящей суммарной продолжительности жизни [4] или вероятность смерти индивидуума после получения: токсодозы в течение определенного времени, например одного года [18]. При известных демографических данных о населении, прожи­вающем в местности, подверженной опасному воздействию, упомяну­тые два показателя сводятся друг к другу.

При разработке математической модели расчета индивидуального экологического риска были учтены положения, постулированные международным Научным комитетом по действию атомной радиации (НКДАР) ООН и принятые другими учреждениями, занимающимися исследованиями в указанной области [13]. Согласно первому допуще­нию не существует никакой пороговой дозы, за которой отсутствует риск болезни (речь идет о заболеваниях раком, связанных с воздейст­вием радиации). Любая сколь угодно малая доза увеличивает веро­ятность заболевания, и всякая дополнительная доза еще более по­вышает ее. Второе допущение заключается в том, что вероятность или риск заболевания возрастает прямо пропорционально дозе облу­чения. На такой заведомо упрощенной, но удобной основе строятся известные оценки риска заболевания различными видами рака.

Эту концепцию иллюстрирует рис. 1. При нулевой дозе риск поражения равен, естественно, нулю. Как правило, известна величина смертельной токсодозы Д_с, определяющей вероятность летального исхода, равную единице. В то же время мало известно о действии промежуточных доз, поэтому необходима экстраполяция известных оценок риска при больших дозах в область малых.

На рис. 1 отражены три способа такой экстраполяции [13]. В общем случае все возможные виды зависимости можно условно отнести к одному из трех типов. Зависимость первого типа А пред­ставляет собой прямую. Это означает, что вероятность заболевания увеличивается прямо пропорционально дозе. Зависимость второго типа

В, выраженная в виде выпуклой кривой, свидетельствует о том, что с увеличением дозы вероятность заболевания быстро растет при малых и медленно при больших дозах. Зависимость третьего типа С, представленная вогнутой кривой, предполагает, что с повышением дозы вероятность заболевания (смерти) возрастает медленнее при малых дозах, чем при больших.

Упомянутый НКДАР и ряд других учреждений пользуются допу­щением о линейной зависимости риска раковых заболеваний от дозы облучения, т. е. зависимостью типа А.

Аналогичное допущение, как представляется, можно сделать и в отношении поражения человека вредными химическими соединениями. Вместе с тем целесообразно учесть существование безвредной (поро­говой) дозы Дб химических токсикантов [15]. Тогда зависимость доза—эффект будет выглядеть так, как прямая D (см. рис. 1).

Согласно приведенному выше допущению при известной токсодозе Д, полученной человеком с пищей или во время дыхания, инди­видуальный риск

Величины доз Д, Д_с и Д_б могут быть определены как попавшее в организм человека количество токсиканта при дыхании (мг∙мин/м³).

Относительно существования безопасной дозы воздействия хими­ческих соединений на человека несколько лет назад в медицинской литературе проводилась широкая дискуссия. Ее результаты, свиде­тельствующие об отсутствии беспорогового воздействия основных хи­мических соединений, подведены в работе [15]. Так как предельно допустимая максимальная разовая концентрация химических веществ в воздухе населенных мест ПДК_м.р не должна при дыхании в течение 30 мин вызывать рефлекторных (в том числе субсенсорных) реакций в организме человека [4], при построении упомянутой модели эколо­гического риска принималось, что в случае ингаляционного воздейст­вия вещества

Для определения летальной (смертельной) дозы Д_с целесооб­разно воспользоваться применяемым в специальных исследованиях показателем средней смертельной концентрации токсиканта в воздухе LCt₅₀ , которая вызывает смертельный исход у 50% пораженных. В ходе работ Института биофизики Минздрава РФ и Военной академии химической защиты Минобороны РФ были определены значения этого показателя применительно ко многим соединениям. При извест­ном значении LCt₅₀ в формуле (2)

где k — коэффициент, который превышает единицу. Исходя из изло­женного k = 2.

В силу предположения о линейной зависимости риска леталь­ного исхода от полученной токсодозы величины безопасной и смер­тельной токсодозы формулы (1) — (3) являются приближенными и используются для предварительной оценки такого риска. При накоп­лении репрезентативной статистики относительно каждого химическо­го токсиканта эти формулы необходимо уточнить.

Рассчитать полученные токсодозы Д при распространении ток­сичных соединений в атмосфере и на поверхности почвы можно раз-

личными способами, в частности, с использованием общепринятой методики ОНД-86 [11], предназначенной, в основном, для расчетов выбросов предприятиями сравнительно небольших расходов упомяну­тых соединений в течение более или менее продолжительного времени. С целью оценки выбросов при кратковременных нестационарных про­цессах (таких как взрывы, внезапные выбросы газов, полеты самоле­тов и ракет), связанных к тому же с очень высокими расходами токсикантов (до нескольких тонн в секунду), указанная методика должна быть существенно откорректирована. Поэтому для определе­ния токсодозы Д более целесообразно применять математические

Рис. 2. К обоснованию расчета риска экологического

модели, принятые в США, Западной Европе и Японии [10, 19], a также в области отечественной ядерной энергетики [5] и газовой промышленности [12].

При оценке ингаляционной токсодозы удобно воспользоваться соотношением, которое получено путем преобразования формул для нахождения концентрации вредных веществ на уровне поверхности земли в результате радиоактивных выбросов [5]

где M — масса выбросов;

h — высота облака выбросов над землей; и u — скорость ветра;

— стандартные распределения примеси в облаке выбросов вредных веществ в направлении координатных осей (гори­зонтальной и вертикальной), зависящие от расстояния от исследуемой точки до места выброса и категории устойчи­вости атмосферы.