4. Прогнозування масштабів зараження сильнодіючими отруйними речовинами при аваріях (руйнуваннях) на хімічно небезпечних об’єктах і транспорті за методикою рд 52.04-253-90

Методика прогнозування масштабів зараження сильнодіючим отруйними речовинами (СДОР) при аваріях (руйнуваннях) на хімічно небезпечних об'єктах (ХНО) і транспорті регламентована РД 52.04.253-90. Вона поширюється на випадок викиду СДОР в атмосферу в газоподібному, пароподібному, аерозольному стані.

Цей документ рекомендує два види прогнозування :

1) завчасне - до аварії при максимальній кількості СДОР і найгірших метеоумовах (ступінь вертикальної стійкості ат­мосфери або СВСА - інверсія і швидкість вітру або v_В= I м/с);

2) оперативне - після аварії з урахуванням конкретної кількості викинутих (що розлилися) СДОР і реальних метеоумов (СВСА і v_В) на момент аварії. При завчасному прогно­зуванні розглядають два варіанти: перший - на випадок руйнування одиничної найбільшої ємності з розливом СДОР в піддон або обваловку (для сейсмічних районів беруть загальний запас СДОР на об'єкті; при аваріях на газо- і продуктопроводах - рівним максимальній кількості СДОР, що міститься в газопроводі між автоматичними відсікачами, наприклад, для аміакопроводів це складає 275..500 т);

другий - на випадок руйнування усього ХНО при вільному раз­ливе усієї кількості СДОР на підстилаючу поверхню товщиною h = 0,05 м

Територію, в межах якої поширюються СДОР в небезпечних для життя людей концентраціях, називають зоною хими­ческого зараження (3Х3). Вона виникає при проході первинної або вторинної хмар СДОР. Первинна хмара СДОР утворюється в результаті миттєвого (1…3 хв) переходу в ат­мосферу частини СДОР з місткості (продуктопроводу) при її порушенні. ЇЇ утворюють стислі і зріджені гази. Вторинна хмара СДОР утворюється в результаті випаровування рідкої речовини, що розлилася, і від зрідженого газу. Інтенсивність випаровування залежить від температури зовнішнього повітря, яка змінюється протягом доби.

Наслідки хімічного зараження прогнозуються тільки за інгаляційною токсичністю, тобто через органи дихання. Ступінь ураження СДОР в цьому випадку залежить від токсодози - добутку концентрації СДОР в повітрі, міліграм/л, на час, год знаходження людини в зараженій атмосфері. Розрізняють три токсо­дози: порогова - доза СДОР, що викликає початкові симптоми ураження у 50% людей, що знаходяться у зоні хімічного ураження; смертельна доза СДОР, що викликає сметь у 50% людей.

Методика прогнозування масштабів зараження СДЯВ при руйнуванні одиничної найбільшої ємності полягає в наступному:

1. Визначають СВСА за таблицею 1 залежно від метеоумов на момент аварії, а при завчасному прогнозуванні її приймають згідно п. 1.5 РД 52.04.253-90 - інверсію і VВ = 1 м/с.

Таблиця 1.

СВСА за прогнозом погоди

Швидкість вітру Vв м/с	ніч		ранок		День		вечер
	Ясно перемінна хмарність	Суцільна хмарність	Ясно перемінна хмарність	Суцільна хмарність	Ясно перемінна хмарність	Суцільна хмарність	Ясно перемінна хмарність	Суцільна хмарність
< 2	ІН.	ІЗ	ІЗ(ІН)	ІЗ	КО(ІЗ)	ІЗ	ІН	ІЗ
2…3,9	ІН	ІЗ	ІЗ(ІН)	ІЗ	ІЗ	ІЗ	ІЗ(ІН)	ІЗ
≥ 4	ІЗ	ІЗ	ІЗ	ІЗ	ІЗ	ІЗ	ІЗ	ІЗ

У таблицях. 1..6 приведені витяги із додатків 1..6 РД 52.04.253-90

Примітки до таблиці. 1.

1. Під терміном "ранок" розуміють період часу протягом 2 год після сходу Сонця, а "Ве­чер" - протягом 2 год після заходу Сонця; період від сходу до заходу Сонця за вирахуванням двох ранішніх годин - день, а період від заходу до сходу Сонця за вирахуванням двох вечірніх годин - ніч.

2. Букви в дужках - при сніговому покриві.

3. Позначення ІН слід читати як інверсія, ІЗ - ізотермія і Ко - конвекція.

Різні СДОР мають різні токсичні властивості, приведені в таблиці. 2. Тому цю особливість при розрахунку враховують шляхом перерахунку кількостей тих або інших СДОР, викинутих в довкілля, на еквівалентну кількість хлору. 2. Розраховують еквівалентну кількість речовини, т, в первинній хмарі СДОР за формулою

QЭ1=К1К3К5К7 Q0 (1),

де К1 - коефіцієнт, залежний від умов зберігання конкрет­ного СДОР (беруть з таблиці. 2 або додатку 3 РД 52.04.253-90, для стислих газів К1 = 1, а для інших зріджених газів, що не увійшли до додатка 3 цього РД, розраховують за формулою (4) РД 52.04.253-90 [7]; К3 - коефіцієнт, рівний відношенню порогової токсодози хлору до порогової токcодозу інших СДОР (беруть з таблиці. 2 або додатку 3 РД [7]); К5 – коефіцієнт що враховує, СВСА (для инвер­сії К5 = 1, для ізотермії К5 = 0,23, а для конвекції К5= 0,08); К7 - коефіцієнт, що враховує вплив темпера­тури зовнішнього повітря на момент аварії (беруть з таблиці. 2 або додатку 3 РД [7],а для стислих газів K7 = 1);

Qo - кількість викинутої (або розлитої) при аварії речовини, т (при аваріях на сховищах стислого повітря або на газопроводі Qo розраховують за формулою (2) або (3) РД [7]).

Таблиця 2.

Характеристика СДОР і допоміжні коефіцієнти для визначення глубини зони зараження

№ п/п	СДОР	Щільність СДОР т/м3		Порогова таксодоза Мг хв л	Значення допоміжних коофіцієнтів
		Газ	рідина		К1	К2	К3	К7 для температур повітря оС
								-40	-20	0	20	40
1	Аміак: зберігання під тиском	0,0008	0,681	15	0,18	0,025	0,04	0 0,9	0,3 1	0,6 1	1 1	1,4 1
2	Водень хлористий	0,0016	1,191	2	0,28	0,037	0,30	0,4 1	0,6 1	0,8 1	1 1	1,2 1
3	Сірчистий ангідрит	0,0029	1,462	1,8	0,11	0,049	0,333	0 0,2	0 0,5	0,3 1	1 1	1,7 1
4	Хлор	0,0032	1,553	0,6	0,18	0,052	1,0	0 0,9	0,3 1	0,6 1	1 1	1,4 1

3. Знаходять тривалість уражуючої дії СДОР або час випаровування, год, СДОР з площі розливу за формулою; T=hd/(K₂ K₄ K₇) (2), де

h - товщина шару СДОР, що розлилися, м (при вільному розливі h = 0,05 м за усією площею розливу, а при разли­ве в піддон або обваловку висотою Н величина h = Н - 0,2);

d - щільність СДОР, т/м³ або додатку 3 РД [7]); К2 - коефіцієнт, залежний від фізико-хімічних властивостей СДЯВ (беруть з таблиці. 2 або додатку 3 РД,

К4 –коефіцієнт, що враховує швидкість вітру, v_В (беруть з таблиці. 3)

Табдиця 3.

Величина К₄ в залежності відшвидкостіі вітру V_в

vВ, м/с	1	2	3	4	5	6	8	1О	15
К4	1	1,33	1,62	2,0	2,34	2,67	3,34	4,0	5,68

4. Визначають еквівалентну кількість речовини, т, у вторинній хмарі СДОР за формуллою

QЭ2=(1-К1) К2К3К4К5К6К7 Q0/(h+d) (3), де

К6 - коефіцієнт, залежний від часу N, ч, після початку аварії. Його значення обчислюють за формулою:

а при Т < 1 ч K6 приймається для 1 ч.

5. Знаходять методом інтерполяції максимальну глибину 3Х3 первинних (Г1) і вторинних (Г2) хмарами за таблицею. 4 або додатку 2 РД залежно від VВ і QЭ1 і QЭ2

Наприклад, при VВ = 3 м/з і QЭ1 =0,769 т інтерполюють за таблицею. 4 величину Г1 так:

Таблиця 4.

Максимальна глибина, км, ЗХЗ

Швидкість вітру м/с	Еквівалентна кількість СДОР, т
	0,01	0,05	0,1	0,5	1	3	5	10	20	50
1 і менше	0,38	0,85	1,25	3,16	4,75	9,18	12,53	19,20	29,56	52,67
2	0,26	0,59	0,84	1,92	2,84	5,35	7,20	10,83	16,44	28,73
3	0,22	0,48	0,68	1,53	2,17	3,99	5,34	7,96	11,94	20,59
4	0,19	0,42	0,59	1,33	1,88	3,28	4,36	6,46	9,62	16,43
5	0,17	0,38	0,53	1,19	1,68	2,91	3,75	5,53	8,19	13,88
6	0,15	0,34	0,48	1,09	1,53	2,66	3,43	4,88	7,20	12,14
8	0,13	0,30	0,42	0,94	1,33	2,30	2,97	4,20	5,92	9,90
10	0,12	0,26	0,38	0,84	1,19	2,06	2,66	3,76	5,31	8,50
15 і більше	0,10	0,22	0,31	0,69	0,97	1,68	2,17	3,07	4,34	6,86

Таблиця 5.

Значення V, км/г, в залежності від скорості вітра U_в і СВСА

СВСА	Значення Vв, м/с
	1	2	3	4	5	6	8	10	12	15
Інверсія	5	10	16	21	-	-	-	-	-	-
Ізотермія	6	12	18	24	29	35	47	59	71	88
конвекція	7	14	21	28	-	-	-	-	-	-

6. Обчислюють повну глибину 3Х3, км, за формулою

Г=Г'+0,5Г'' (4), де

Г - найбільша і Г" - найменша величина зі значень Г1 і Г2, км.

7. Визначають гранично можливу глибину, км, перенесення повітряних мас за формулою

Гп =N* V (5), де

N - час від початку аварії, ч; V - швидкість перенесення переднього фронту хмари СДОР при цій VВ і СВCА, км/год (беруть за таблицею 5).

8. Порівнюють значення Г і Гп і за остаточну розрахункову глибину 3Х3 приймають найменше з двох порівнюваних значе­них. Її означають як Го, км.

9. Обчислюють можливу і фактичну площі 3Х3, км2, за формулою Sв=8,72*10^-3*Го²*j (6)

Sф=К₈*Го²*N ^{0, 2} (7), де

Sв можлива площа 3Х3 або площа території, в межах якої під впливом зміни напряму вітру може переміщуватися хмара СДОР, км2; Sф - фактична площа 3Х3 або площа території, на якій зараження СДОР спостерігаються в

небезпечних для життя людей межах, км;

j - кутові розміри зони можливого зараження (приймають по таблиці. 6), град; K8 - коефіцієнт, залежний від СВУА (приймають рівним: 0,081 при інверсії; 0,133 при ізотермії; 0,235 при конвекції).

Таблиця 6

Кутові розміри і форма зони можливого зараження СДЯВ залежно від vВ

Примітка. Точка "О" відповідає джерелу зараження.

10. Визначають час, хв, підходу хмари СДОР до населеного пункту або об'єкту економіки (ОЕ) за формулою t = 60 Х/nV (8), де

X - відстань від джерела зараження до населеного пункту або ОЕ, км.

11. Розробляють оцінку виниклої обстановки при аварії і розробляють заходи по підвищенню безпеки людей.

Тема 2. Короткострокове прогнозування техногенного забруднення атмосфери з врахуванням динаміки метеорологічних умов

1. Поширення техногенних речовин в атмосфері як міжнародна проблема.

2. Короткостроковий прогноз метеорологічних умов, не сприятливих для розсіювання домішок.

3. Практичне застосування методів короткострокового прогнозу.

1. Поширення техногенних речовин в атмосфері як міжнародна проблема. Забруднюючі речовини поширюються у вертикальному і горизонтальному напрямах.

Вертикальне перемішування відбувається за допомогою конвекційних або турбулентних рухів. Залежно від структури атмосфери і її стану в даний момент перемішування може досягти лише певної висоти. Ця висота в першу чергу залежить від розподілу температури по вертикалі в атмосфері. Температура повітря вгору зазвичай знижується, на 0,6ºС на кожних 100 м. На висоті 8-18 км. це пониження температури зникає, і рухаючись вище, можна спостерігати потепління. Шар, де відбувається зміна температури у зворотному напрямі, називається тропопаузою, а простір між нею і поверхнею землі-тропосферою. Вище знаходиться стратосфера, де потепління відбувається в результаті поглинання короткохвильового випромінювання і протікання фотохімічних реакцій. Тропопауза, що розділяє дві сфери відіграє важливу роль, вона діє як екрануючий шар між тропосферою і стратосферою. Фізичною умовою руху потоку вгору є зниження температури повітря в цьому ж напрямі. Перемішування в тропопаузі сповільнюється, і забруднюючі речовини вже можуть проникнути в стратосферу лише за допомогою дифузії - дуже повільний процес. Речовини, що мають тривалий час, життя можуть попасти в стратосферу, наприклад фреон, і час знаходження яких в тропосфері обчислюється декількома десятками років.

Часто поблизу від поверхні, спостерігається інверсія температури, т. е зміна її в протилежному напрямі, що також призводить до припинення вертикального переміщення. Місцезнаходження інверсії інколи видно неозброєним оком. Над забрудненими місцями інколи можна чудово розгледіти кордон між сірим забрудненим нижнім і верхнім чистим шарами повітря. На цьому кордоні припиняється вертикальне перемішування забруднюючих речовин. Цей близький до поверхні шар називають шаром перемішування. Висота його залежить від пори року і метеорологічних умов.

Кислотні забруднюючі речовини поширюються і в горизонтальному напрямі. Цей процес відбувається під впливом так званої адвекции напряму швидкості напряму вітру при впорядкованому русі повітря або в результаті турбулентного (неврегульованого) руху. На великих відстанях (більше 50 км.) вирішальним чинником є адвекція. Відстань, яку може в середньому пройти одна молекула забруднюючої речовини, залежить окрім швидкості вітру і від часу її перебування в атмосфері. Усі речовини, що знаходяться в атмосфері, у тому числі і її основні компоненти, через певний час вступають в хімічну реакцію або випадають з атмосфери на поверхню у вигляді осаду.

Поширення забруднюючих речовин створило багато міжнародних проблем. Наприклад, існує тісний зв'язок між утворенням кислотних дощів в Скандинавських країнах і емісією двоокису сірки і азоту в Середній і Західній Європі. Європейська економічна комісія ООН вже підрахувала, в якій мірі та або інша держава несе відповідальність, наприклад, за випадання кислотних дощів в Скандинавських країнах. Кількості забруднюючих речовин, які винагороджуються з певної країни і надходять туди з інших країн можна обчислити виходячи з колообігу речовин на даній території. Якщо в якій-небудь країні викид забруднюючої речовини (наприклад, двоокису сірки або окису азоту) на її території перевищує його випадіння в незмінній або перетвореній формі, то баланс цієї країни негативний, тобто вона більше забруднює, ніж забруднюється сама.

За пересуванням мас повітря між країнами і поширенням в такий спосіб забруднюючих речовин можна простежити. Використовуючи різні метеорологічні дані (наприклад, напрями вітру на різній висоті, швидкість вітру), можна визначити, де маса повітря, що знаходиться над певною територією, буде знаходиться через 0; 3; 6; . 36 год. Якщо ми з'єднаємо ці крапки, то отримаємо траєкторію руху повітряної маси. Цей спосіб часто застосовують в метеорології, особливо при аналізі так званих епізодичних явищ (забруднення повітря у великих масштабах, виключаючи кислотні дощі і так далі).

Таким чином, ми схематично ознайомилися з вертикальним перемішуванням (конвекція) і горизонтальним поширенням (адвекция) забруднюючих речовин. Проте їх лише теоретично можна відокремити один від одного, насправді два ці процеси проходить паралельно. Для моделювання поширення забруднюючих речовин необхідно також враховувати хімічну взаємодію, седиментацію мікроелементів, вплив рельєфу на формування потоку повітря і так далі Ці моделі дуже складні, їх теорія ще не розроблена повністю.