Методичка (3) (В.В. Меньшиков, А.А. Швыряев - Опасные химические объекты и техногенный риск)

5. МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ПОЛЕЙ РИСКОВ И РАСЧЕТАПРЯМЫХ И КОСВЕННЫХ ПОСЛЕДСТВИЙНЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ИСТОЧНИКОВОПАСНОСТИ НА РАЗЛИЧНЫЕ ГРУППЫ РИСКА.ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ АЛГОРИТМОВ.5.1. Основные положения методов построения полейпотенциального риска.Согласно РД 08-120-96 при проведении декларированияопасных производственных объектов следует рассматриватьследующие количественные показатели риска:Индивидуальный риск - частота поражения отдельногоиндивидуума в результате воздействия исследуемых факторовопасности.Коллективный риск - ожидаемое количество смертельнотравмированных в результате возможных аварий заопределенный период времени.Социальный риск - зависимость частоты событий, вкоторых пострадало на том или ином уровне число людей,больше определенного, от этого определенного числа людей.Потенциальныйтерриториальныйрискпространственноераспределениечастотыреализациинегативного воздействия определенного уровня.Рассмотрим взаимосвязи между этими показателями.

Припроведении анализа риска определяются различные сценарии аварий.Каждому сценарию аварии предписывается своя частота реализации(А,, 1/год) и вероятностная зона поражения (Р(х,у)), котораярассчитывается исходя из физических процессов протекания аварий ихарактеристики негативного воздействия на человека или другиесубъекты воздействия. Для получения поля потенциальноготерриториального риска R(x,y) проводится суммирование всехвероятностных зон поражения с учетом частоты их реализации нарассматриваемойтерритории(впредположениималостипроизведения A.j*Pj(x,y)):R(*,y) = &j*pj(*>y)(5.1.1)Для оценки риска необходимо построить распределениеперсонала или населения (N(x,y)) на рассматриваемой территории.Это распределение отражает количество субъектов воздействия,находящихся в конкретном месте в среднем в год. Тогдаколлективный риск (F) определяется как(5.1.2]Для определения среднего показателя индивидуального рискадля субъектов воздействия (N) из всех субъектов следует выделитьтолько ту часть (NR), которая подвергается риску.

Это связано с тем,что определенная часть субъектов может находиться за пределаминегативного влияния опасного производственного объекта.(5.1.3Средний индивидуальный риск оценивается как R^ =F/NR.Кроме показателя среднего индивидуального риска, зная N(x,y) иR(x,y), можно построить распределение субъектов воздействия поуровням риска (N(R)), N-R диаграмму. Эта информация важна дляоценки количества субъектов, находящихся под высоким уровнемриска.

Более того, распределение субъектов по территории весьманеравномерно и по этой причине в ряде случаев все субъекты могутбыть разбиты на группы по их территориальной илипроизводственной специфике. Для каждого территориальногораспределения Nr(x,y) групп субъектов можно определить показателиколлективного (Fr) и индивидуального Rrjnd риска.Показатели социального риска определяются исходя частотыреализации (А,, 1/год) и вероятностной зоны поражения (Р(х,у)) длякаждого сценария аварии с учетом распределения субъектов N(x,y) нарассматриваемой территории.

Количество пострадавших (N*) приконкретном сценарии аварии рассчитывается по формуле:N.=]N(x9y)*P(xty)а частота этого события есть К. Рассчитав количествопострадавших для всего спектра сценариев (J), можно построить F-Nдиаграмму.Далее рассматриваются алгоритмы построения вероятностныхзон поражения при авариях с выбросом токсикантов.5.2. Методические особенности расчетараспространения (рассеивания) выбросов в атмосфереПроблема турбулентного переноса и рассеивания различныхпримесей в атмосфере относится к числу наиболее сложных проблемсовременной науки. Ее решению посвящено весьма значительноечисло как фундаментальных, так и прикладных исследований, обзоркоторых дан в [1-4].

Поэтому в настоящей работе акцентируетсявнимание только на тех ее аспектах, которые имеют выраженныйметодический характер и непосредственно влияют на достоверностьпостроения полей токсического поражения и расчет показателейриска.Размеры зоны токсической опасности при выбросах токсикантазависят как от мощности выброса, так и от характеристикатмосферного переноса, прежде всего от скорости ветра и откатегории (класса) устойчивости (стабильности) атмосферы.Категории различаются в основном интенсивностью вертикальногоперемешивания воздуха. Наиболее неустойчивая категория "А"отмечается при слабом ветре и сильной солнечной радиации, когдавоздух, нагретый теплом от земной поверхности, всплывает.

Обычноэто состояние возникает после полудня или несколько раньше.Категория "С" наблюдается при усилении ветра от умеренного досильного и чаще всего вечером при ясном небе или днем при низкихкучевых облаках, а также летними ясными днями при высоте солнца15-кЗО . Нейтральная категория "D" соответствует условиям сплошнойоблачности как днем, так и ночью, когда влияние прямых солнечныхлучей незначительно. Устойчивые категории "Е" и "F" фиксируютобычно ночью при чистом небе или слабой облачности, когда земнаяповерхность выхолаживается и над ней устанавливаетсяинверсионный слой.

Естественная конвекция при этом подавляется.Стабильность повышается с ростом скорости ветра и снижениеминтенсивности солнечного облучения. Облачность проявляется поразному. Ночью ее снижение усиливает охлаждение Земли,образование температурной инверсии. Днем, наоборот, конвективныепотоки и нестабильность усиливаются.В литературе нет общепринятого критерия определениякатегорий стабильности [5], однако большинство исследователейпользуютсяпростейшейклассификацией(Паскуилла)повертикальному градиенту температур - см.

таблицу 5.2.1.148Таблица 5.2.1Классификация классов устойчивости по ПаскуиллуГрадиент температуры (AT/AZ), градЛООмКласс устойчивости<-1,9А - сильная конвекция41,9^-1,7)В - конвекция-(1,7-1,5)С - умеренная конвекция-(1,5+0,5)D - нейтральная-0,5-И- 1,5Е — инверсия+(1,5+4,0) и болееF - сильная инверсияПоскольку состояние устойчивости атмосферы по существуопределяется интенсивностью вертикальных конвективных течений,оно может существенно измениться и в течение суток. Характерноераспределение стабильности атмосферы в течение дня для среднихширот представлено на рис.

5.2.1 для различных времен года. Каквидно, распределение состояний устойчивости атмосферы в холодноеи теплое время года весьма отличаются. Так, в холодное время годадоминируют нейтральное и стабильное состояния атмосферы, а втеплое время года: ночью - стабильное, а днем - неустойчивое. Длямощныхвертикальныхвысокоскоростныхвыбросовиливысокотемпературных выбросов, а также в случаях расположенияисточника выброса на значительной высоте от поверхности земливесьма важным является учет зависимости слоя перемешивания(приземный слой атмосферы с примерно постоянным касательнымнапряжением сдвига) от состояния атмосферы.

По даннымзарубежных исследователей высота слоя перемешивания в среднемизменяется от 100 м ночью до 2000 м в дневное время [6]. При этоммаксимальное значение высоты слоя перемешивания достигаетсячерез 3-4 часа после восхода солнца. На рис. 5.2.2 дано распределениеэтого параметра в зависимости от условий стабильности атмосферы.Для описания зависимости реализации того или иного классаустойчивости атмосферы от скорости ветра "U" былипроанализированы данные станций наблюдений в США [7] и в РФ(Обнинский ИЭМ) [8].

Результаты представлены на рис. 5.2.3.Значительное их различие свидетельствует о необходимостииспользования только "местной" метеоинформации, строго149соответствующей определенному типу земной поверхности(равнинная, холмистая и т.д.).Влияние состояния земной поверхности проявляется также и вэффекте торможения движения воздушных масс, которыйхарактеризуется, как правило, так называемым "параметромшероховатости" (До) в зависимости от структуры ландшафта и сезонав разрезе года.

Наиболее характерные значения А0 даны в таблице5.2.2.150(ноябрь-апрель).Вероягность,%100% -п90% Ш80% Ш70% Ш60% JI50% 1• класЕ,РОкласС.ОШкпас А,В40% 430% 420% 110% 1Час суток1719 21 23(май-октябрь)Вероятность,%100% п90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%т-• класЕ,РJDiuiacCJD|ИкласА,ВJ1Час суток1719 21 23Рисунок 5.2.1.

Распределение частоты реализации различных классовустойчивости атмосферы в зависимости от времени суток.151Вероятность,%9 i7 63 2 -8 S§1Вероятность,%18 ткласс C,DВероятность,%60 ткласс E,F50 -40302010ОLMJLflJBJIJiiMj«Л«ЛРисунок 5.2.2. Распределение частоты реализации различной высоты слояперемешивания в случае устойчивых атмосферных условий152Вероятность, %апрель-сентябрь (IV-IX)UM/CIVVVIСVHDvm;октябрь-март(Х-Ш)IПXI хпв с D ЕXЕКF0.0АВ0-11.47.029.8 23.74.034.12-33.210.5 36.5 28.73.817.30.00.04-52.212.4 39.6 31.03.711.10.00.16-74.33.49.50.10.28-104.311.9 39.4 31.512.2 40.4 32.83.76.60.00.2А0.15.35.86.46.75.9ШF17.2 20.8 56.623.0 26.0 45.226.0 28.1 39.427.3 29.0 36.726.0 27.2 49.7Рисунок 5.2.3.

Распределение классов устойчивости в зависимости отскорости ветра.(по данным: А - Р.Макнаут, Б - Вызова)153Таблица 5.2.2.Зависимость параметра шероховатости от типа ландшафта исезона.СезонЛандшафтГородской, лиственные и хвойные леса, независимозалесенные болотавремени годаСельскохозяйственныйвеснаПастбищаот1.000.03лето0.25ранняя осень0.10поздняя осень0.005зима0.001весна0.02лето, осень0.05зима0.001весна, осеньБолотаСмесь сельскохозяйственныхпастбищамиПо,Мкультурс0.1лето0.15весна0.03лето0.1ранняя осеньпоздняя осеньзима0.080.020.001Известно, что скорость ветра существенно изменяется свысотой.