2. Общие положения

В лабораторной работе рассмотрена методика прогнозной оценки загрязнения открытых водоисточников АХОВ в чрезвычайных ситуациях (ЧС) [1], с целью оперативной оценки масштабов загрязнения открытых водоисточников для водотоков.

Под аварийным сбросом загрязняющих веществ в водный объект понимается крупномасштабное поступление в него АХОВ в результате разрушения блокировок очистных сооружений на промышленных объектах, разрывов нефте- и продуктовроводов, транспортных аварий и стихийных бедствий.

В расчет принимаются только те аварийные сбросы, которые могут привести к высокому (> 10∙ПДК_В) и экстремально высокому (>100∙ПДК_В) загрязнению водных объектов, в результате чего в створе водопользования рассчитанная по прогнозу или зафиксированная при непосредственном наблюдении концентрация хотя бы по одному из загрязняющих веществ может исключить или ограничить возможность их водопользования.

Данная методика позволяет производить расчеты основных характеристик зон аварийного загрязнения водных объектов, к которым относятся:

– время, через которое центр зоны загрязнения достигнет задан­ного створа водного объекта (t_max, час):

– максимальное значение концентрации загрязняющего вещества в заданном створе (c_max, мг/л);

– продолжительность прохождения высоких и экстремально высоких концентраций загрязняющего вещества (c_вз, мг/л) через заданный створ (Δt_з , час).

Расчет указанных параметров производится на основе следующих исходных данных:

а) морфометрических и гидравлических характеристик расчетных участков водных объектов, в том числе для водотоков:

– заданной длины расчетного участка (L, км );

– средней ширины (В, м) и средней глубины (Н, м) расчетного участка;

– коэффициентов шероховатости (n_ш и n_л) расчетного участка;

– заданного расхода (Q, м³/с ) или средней скорости течения воды (V, м/с) на расчетном участке;

б) параметров, характеризующих аварийный сброс опасного химического вещества в водный объект:

– вида, коэффициента скорости самоочищения (К, l/сут) и плотности (ρ, кг/м³) загрязняющего вещества;

– объема аварийного сброса загрязняющего вещества (W, м³);

– концентрации загрязняющего вещества (c_в, мг/л) в аварийном сбросе;

– продолжительности аварийного сброса (t₀, час);

в) требований к качеству воды водного объекта в пунктах водопользования.

Для АХОВ, температура кипения которых выше 0 °С, в основе расчетных соотношений в водном объекте используются главным образом теоретические положения и экспериментальные данные о разбавлении и самоочищении загрязняющего вещества; а для АХОВ, температура кипения которых ниже 0 °С, дополнительно учитывается их испарение в момент разгерметизации емкости и в начальный период смешения с водой. При этом необходимо иметь ввиду, что над поверхностью водного объекта может образовываться облако зараженного воздуха.

В целях обеспечения оперативного прогнозирования обстановки и оповещения предприятий, организаций и населения о сложившейся чрезвычайной ситуации в штабе ГОЧС субъекта РФ или административно-территориальной единицы заблаговременно готовятся следующие документы:

а) крупномасштабная карта или карта-схема речной сети и водоемов (для судоходной части рек желательно иметь лоции, для водоемов – батиметрические карты с ориентацией по сторонам света);

б) перечень и точное место расположения на картах: створов водпостов; створов проведения гидрохимического наблюдения; створов, где водопотребление или водопользование зависит от качества воды; створов, где наиболее вероятно высокое аварийное поступление в водный объект загрязняющих веществ;

в) данные, характеризующие гидрологический режим и морфометрическую информацию о водных объектах, в том числе для водотоков, на которых ведутся гидрологические наблюде­ния: статистические зависимости значений расходов воды: Q (H_у); максимальное и среднее по ширине реки значения скоростей течения: V (H_у) и V_ср (H_у); средняя глубина: Н (Н_у); площадь поперечного сечения Ω (Н_у) и значение коэффициентов Шези С (Н_у).

Кроме того для каждого календарного месяца желательно иметь сведения об экстремальных значениях скорости течения воды и глубины речного потока между пунктами гидрологических наблюдений, где возможно перемещение высоки загрязненных масс воды.

Для прогноза обстановки по факту аварийного сброса в водные объекты опасных химических веществ необходим предварительный сбор следующей информации: время начала и окончания аварийного сброса; общий объем или расход сброшенных (сбрасываемых) в водный объект опасных химических веществ; основные гидрологические и метеорологические характеристики на период прогноза обстановки; средняя глубина водоема по направлению возможного распространения высокозагрязненных масс воды и на выделяемых для расчета его участках.

3. Расчет основных характеристик зоны

аварийного загрязнения в водоемах

3.1 Расчет общих и средневзвешенных значений

характеристик водоема

Общая длина расчетной траектории перемещения зоны аварийного загрязнения (L_x) определяется по формуле:

, (1)

где L₁ – длины отдельных расчетных участков водоема вдоль расчетной траектории, км.

Средняя скорость течения воды вдоль расчетной траектории (V_х) определяется исходя из имеющихся гидрологических характеристик водоема. В случае, когда такие данные отсутствуют, а имеются значения скоростей течения на отдельных участках, средняя скорость течения воды вдоль расчетной траектории определяется по формуле:

, (2)

где V_l – скорость течения воды на участке L_l, м/с.

Средневзвешенное значение глубины водоема вдоль расчетной траектории рассчитывается по соотношению:

, (3)

где l₁ – длины участков водоема между изобатами, измеренные по карте-схеме в направлении перемещения зоны загрязнения, км; H₁ – значения глубины водоема, определяемые по карте-схеме водоема в точках пересечения расчетной траектории с изобатами, м.

Средневзвешенное значение коэффициента дисперсии (D_x) вдоль расчетной траектории определяется по соотношению:

(4)

при этом коэффициенты дисперсии D₁ определяются для каждого из выделенных расчетных участков водоема по следующим формулам:

– для глубоководных (Н_ср > 20 м) частей водоема:

; (5)

– для мелководных (Н_ср < 20 м) частей водоема:

, (6)

где Н_ср – средняя глубина участка водоема, м; V_ср – средняя по вертикали скорость течения на выделенном участке, м/с; с – коэффициент Шези (м^0,5/с), определяемый по формуле:

(7)

где d_э – эффективный диаметр донных отложений на выделенном участке водоема, мм (таблица 1).

Таблица 1

Ориентировочные значения эффективного

диаметра донных отложений (d_э)

Преобладающий тип донных отложений	dэ, мм
Илы тонкие Илы Илы с примесью песка Мелкие пески заиленные Среднезернистые пески заиленные Крупнозернистые пески Пески с гравием	0.01 0.01–0.07 0.10–0.15 0.10–0.20 0.20–0.50 0.50–1.00 5.00–10.0

3.2. Прогноз времени наступления максимальной

концентрации аварийно химически опасного

вещества в заданном створе водоема

Время наступления максимальной концентрации аварийно химически опасного вещества в заданном створе водоема определяется по формуле:

, (8)

где t_x – время перемещения загрязненных масс воды от места аварии до заданного створа, час; t₀ – время поступления загрязнителя в водоем, час.

Расчет t_x выполняется по формуле:

(9)

где L_x – общая длина расчетной траектории перемещения загрязненных масс воды, км; V_x – средняя скорость течения воды вдоль расчетной траектории, м/с.