Методичка (3) (975694), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Пример прогноза масштабов зон токсикологическойопасности.Перейдем далее к непосредственному прогнозу масштабов зонпотенциального токсического поражения на примере двух сценариевгипотетических аварий с выбросом зарина через отверстие сэквивалентным диаметром 1 м на высоте 10 м и на уровне земли.162Концентрация зарина в выбросе составляет 500 ррм, интенсивностьвыброса - 24.57 г/с.Все расчеты проводились постоянного выброса с временемвоздействия на человека 10 минут для шести классов устойчивостиатмосферы («А», «В», «С», «D», «E», «F») в соответствии склассификацией Гиффорда-Паскуилла при изменении скорости ветраот 1м/с до 10 м/с. Вертикальные распределения скорости ветра икоэффициентов турбулентной диффузии в невозмущенной атмосферерассчитывались в зависимости от класса устойчивости атмосферы поизвестным метеорологическим зависимостям, приведенным напримерв [21].
Параметр шероховатости местности был принят равным 1 м.В качестве критерия выбора границы зоны использовалосьзначение N=1% (один процент пораженного населения), которомусоответствовала концентрация зарина 2.02 мг/м3.Результаты расчета зоны 1% поражения при аварийном выбросепредставлены на рис. 5.3.1-5.3.2 в виде изолиний приземнойконцентрации (С=2.02 мг/м3) для различных классов устойчивостиатмосферы и скоростей ветра.
Анализ кривых на рис. 5.3.1-5.3.2свидетельствует о том, что независимо от скорости ветра размер зоныпоражения увеличивается с повышением устойчивости атмосферы.Например, протяженность зоны поражения для настильного выбросана уровне земли изменялась от 480 м при неустойчивом состоянииатмосферы до 3700 м при инверсии. Для вертикального высотноговыброса максимальные зоны получены при скоростях 2-4 м/с (рис.5.3.1). Интересно отметить, что при малых скоростях ветра длявертикально направленного выброса, порядка 1 м/с, на уровне земликак правило отсутствуют опасные концентрации ОВ. Этонепосредственно связано с начальным вертикальным подъемомпримеси. Численные исследования показали, что высотадинамического подъема факела существенно увеличивается приснижении скорости ветра, вследствие чего приземные концентрацииОВ могут уменьшаться до безопасного уровня.163Класс устойчивости атмосферы "В"350400Класс устойчивости атмосферы "D"164Класс устойчивости атмосферы "F"Рисунок 5.3.1.
Зоны 1% поражения при аварийном выбросе зарина навысоте 10 м вертикально вверх со скоростью 10 м/с черезотверстие с диаметром 1 м и начальной концентрацией вструевом выбросе 500 ррм.Класс устойчивости атмосферы "В"165Класс устойчивости атмосферы "D"20040090080010001200 1400Класс устойчивости атмосферы "F"100,090,080,0Я3^Y-\\\ \ \70.0I 80,050,0140.0О2004006008001000 1200 1400 1вОО 1800 2000 2200 2400 2«00 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000Рисунок 5.3.2. Зоны 1% поражения при аварийном настильномвыбросе зарина на уровне земли со скоростью 10 м/с черезотверстие с диаметром 1 м и начальной концентрацией вструевом выбросе 500 ррм.166Анализ численных расчетов аварийных выбросов заринасвидетельствует о существенном влиянии стадии струйногорассеивания на формирование зон поражения.
Первоначальныйподъем факела, сопровождающийся интенсивным тепломассообменомс окружающим воздухом, приводит к активному разбавлению струи, врезультате чего концентрация ОВ в конце струйной области (гдескорость потока сравнивается со скоростью ветра) существенноснижается.
Неучет указанных закономерностей распространенияструйных выбросов может привести к значительным погрешностям витоговых размерах зон поражения. Например, использованиеклассического уравнения распределения концентрации в пространстве(уравнение Сеттона) без учета начального подъема и разбавленияфакела приводит для указанного сценария вертикального выброса кзоне поражения аналогичной с настильным выбросом. С другойстороны, попытка учесть начальный подъем факела с помощьювведения в уравнение Сеттона дополнительной высоты подъемафакела, рассчитанной по эмпирическим соотношениям Бригса, как этопредлагается в нормативной методике рекомендованной Агенством поохране окружающей среды США [22], приводит к значительномузанижению размеров зоны поражения для рассматриваемого случая.Можно привести еще много примеров, когда различные инженерныеметодики, основанные на схематизации процесса рассеивания и неучитывающие взаимодействие турбулентных течений истекающегогаза и воздуха, дают противоречивые результаты.
Так, глубина зоны1% поражения населения (для указанного сценария), рассчитанная понормативной методике ОНД-86 [23], составила 1.6-1,8 км, пометодике Госкомгидромета РД 52.04.253-90 [24] эта величинасоставила - 5-5.6 км, по методике [25] зона поражения была - >60 км.Это свидетельствует о необходимости детальной верификациимоделей рассеивания газа в атмосфере и сценариев возникновенияаварий с учетом не только метеорологических параметров переноса,но и начальной концентрации вещества и струйного механизмаистечения.1675.4. Обобщенный алгоритм расчета вероятности гибелилюдей (риска) при возникновении выбросов токсикантовВ соответствии с принятой в международной практикетерминологией будем трактовать понятие "индивидуальный риск" каквероятность смертельного поражения (гибели) человека, связанной свозникновением аварийного выброса опасного вещества и егораспространения в окружающем пространстве.Смертельное поражение человека, находящегося в районеисточника токсической опасности, зависит от многих факторов: отобщих объемов и продолжительности выброса токсического веществапри аварии; от состояния атмосферы, скорости и направления ветра вовремя выброса и распространения вещества в атмосфере; от типа(специфики воздействия) самого вредного вещества; от местанахождения человека по отношению к источнику в момент аварии;наконец, от состояния здоровья самого человека и от его поведения вовремя аварии.Все эти факторы можно разделить на две группы:1.
технологические и климатические факторы, не зависящие отчеловека, подвергающегося негативному воздействию;2. факторы, которые в той или иной степени определяются илизависят от человека - факторы жизнедеятельности,местонахождения, поведения, состояния здоровья и т.д.На факторы 1-ой группы (интенсивность и продолжительностьвыброса, а также тип токсического вещества, состояние атмосферы,направление и сила ветра, время существования вещества в атмосфереи т.д.) человек, находящийся в районе аварии, повлиять не может. Сточки зрения абстрактного человека, попавшего в зону аварии, такиефакторы являются независимыми от него, т.е. объективными.Реализация того или иного объективного фактора (из общейгруппы) носит случайный характер.
Мерой случайности являетсячастота или вероятность его появления.Вероятность поражения (риск), определенная с учетом толькообъективных факторов, будет являться потенциальным риском.Поле потенциального риска позволяет оценить общую картинуопасности или поражения при возникновении аварии и его можно168рассматривать как некоторый фон опасности вокруг объекта стоксическим веществом.При вычислении поля потенциального риска можно, если этонеобходимо, ставить дополнительную задачу - задачу корректировкипотенциального поля (фона опасности) с целью его уменьшения.Корректировка поля опасности должна заключаться в измененииколичественныххарактеристик"управляемых"объективныхфакторов, если таковые есть и (если это возможно) с помощьютехнических средств (например, объем выброса, время выброса и т.д.)и/или в изменении (снижении) частоты их появления.Далее подробно рассмотрим непосредственно задачувычисления потенциального риска в предположении, что все частотыи/или вероятности возникновения и существования объективныхфакторов, влияющих на токсическое поражение человека, намизвестны.Итак, считаем известными:1.
Частота возникновения аварии с выбросом токсичноговещества в атмосферу — А, (Угод).2. Объемы (интенсивность) выброса токсичного вещества,которые могут изменяться в зависимости от сценария авариив некотором диапазоне: Gmin<G<Gmax.Предполагается, что выделен набор характерных объемоввыброса токсичного вещества для данного источника опасностиK).(5.4.1)Каждый из этих объемов может реализоваться со своей частотойgk,кпричем X 9ц=1-3.
Данные о розе ветров и состоянии атмосферы в районеисточника опасности:ф набор характерных для данной местности скоростей ветра169+ набор характерных состояний атмосферы - обычномаксимальное число классов устойчивости атмосферыпринимается равным шести (по Паскуиллу): А, В, С, D, E, F;4 общее число румбов, из которых состоит роза ветров - М(чаще всего 8 или 16);Известно, что каждая из скоростей ветра U? реализуется влюбом из географических направлений, т.е. внутри каждого из румбовс порядковым номером - m (m=l....M) с частотой Р"т, где n = 1,...N номер временного интервала в разрезе года (сезона или месяца),требующего дифференциации по сочетанию метеорологическихпараметров для данной местности.Набор этих частот(5А2)Учет состоянии атмосферы необходимо проводить согласноизвестной информации о частоте повторяемости того или иногокласса устойчивости атмосферы в зависимости от скорости ветра,причем для данной местности и желательно для каждого временногоинтервала.
Предположим, что такие частоты есть - ((Р,"й, ^=1...L,а=1....6), n=l...N), где "aj " — определяет класс устойчивостиатмосферы: А - а=1; В - а=2; С - а=3; D - а=4; Е - а=5; F - а=6,причем }Pt\ = 1Для выделения класса устойчивости атмосферы в условияхвлияния других факторов необходимо определить условную частоту,например, повторяемости скорости ветра при классе устойчивостиатмосферы "а/'. Условная частота для скорости ветра будет иметь вид:(5А:^ ...Ч»«1/Очевидно, что170NML_C./« = 1(5-4.4)а=1Приведенные выше частоты полностью описывают основные(наиболее общие) "объективные" факторы, влияющие на величинупотенциального риска.Прежде чем перейти к процедуре вычисления количественныхпоказателей потенциального риска, необходимо оценить размеробласти (территории), в каждой точке которой риск возможен, т.еимеет ненулевое значение.
Для этого нужно знать максимальноерасстояние от источника аварии, на которое может распространитьсявредное вещество (с определенным уровнем концентрации) ватмосфере, т.е.(5.4.5)где (г (,а) - расстояние, на которое распространяется опасное облако,при сценарии аварии k (то есть соответствующей интенсивностивыброса), скорости ветра U f , классе устойчивости атмосферы "а/',во временном интервале (в разрезе года) — п. Эти расстоянияопределяютсяпорезультатампроведениячисленногоинтегрирования дифференциальных уравнений, описывающихзакономерности истечения и рассеяния (распространения) ватмосфере опасного вещества и учитывающих характерныедиапазоны изменения объективных факторов (k,^, а, п).Таким образом, поле риска будет ограничиваться кругомрадиуса R^ с центром в источнике аварии.При расчете потенциального риска необходимо учесть еще одинфактор, определяющий уровень токсичности самого вещества.
Этотфактор носит название "пробита" - PR, учитывает специфическиеособенностифизиологическоговоздействияиколичествопоглощенного вещества (дозу), которое может смертельновоздействовать на "абстрактного" человека, находящегося в зонеаварии, и имеет вид:(5-4.6)171где Dnkta(x,y)величина- токсодоза вредного вещества - интегральная(5.4.7)где Cvnktta(x,y,i) - функция концентрации токсичного вещества вточке (х,у), Tk - время экспозиции; а, р, v - константы,характеризующие как специфику токсиканта, так и выделеннуюгруппу людей (группу риска); (х,у) - координаты предполагаемогоместа нахождения абстрактного человека внутри круга радиуса R*Обычно в специальной медицинской литературе дляхарактеристики острого ингаляционного воздействия газообразныхтоксическихвеществприводятсязначенияконцентраций,вызывающих 50% поражение при экспозиции в течение некотороговремени "Т" (LCT50). Эта характеристика по существу определяетинтегральную меру токсиканта, при получении которой возможенлетальный исход у 50% субъектов в группе (например, методика"ТОКСИ").Знание функции пробита в точке Ря(х,у) позволяет определитьвероятность (степень) поражения в точке через интеграл Гаусса:(5-4.8)Особо отметим практический прием проверки правильностииспользования из литературы констант пробит-функции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
