Цивільна оборона на судні

4.     радіаційний вплив (техногенні аварії на радіаційно-небезпечних об'єктах, ядерні вибухи і т.д.);

5.     механічний вплив (осколки, обвалення будинків, селі, зсуви і т.д.);

6.     біологічний вплив (епідемії, бактеріологічна зброя і т.д.).

При прогнозуванні наслідків небезпечних явищ, як правило, використовують детерміновані(обчислювальні) або імовірнісні методи.

У детерміновані(обчислювальних) методах прогнозування певній величині негативного впливу вражаючого фактора джерела надзвичайної ситуації відповідає цілком конкретний ступінь поразки людей, інженерно-технічних споруджень і т.п.

Так, наприклад, величина надлишкового тиску на фронті ударної хвилі Рф = 10 кпа ухвалюється безпечної для людини. При величині надлишкового тиску на фронті ударної хвилі Рф > 100 кпа буде мати місце смертельна поразка людей.

При токсичному впливі такими величинами є гранична токсодоза й летальна токсодоза.

Область, обмежена лінією, відповідної до певного ступеня негативного впливу, зветься зони впливу цього рівня (летального, середнього, граничного й т.п.).

Оскільки надзвичайні ситуації природного характеру й техногенні надзвичайні ситуації мають свою специфіку, розглянемо методики прогнозування їх наслідків роздільно. Одним з найнебезпечніших проявів аварій у промисловості й транспорті є викид небезпечних хімічних речовин у парогазовій фазі й поширення їх в атмосфері. Найбільші техногенні катастрофи, такі як аварія на хімічному заводі Union Carbide в индийском місті Бхопал, Індію 1984 р. (число жертв до 18 тисяч людей), зривши на хімічному заводі компанії «Нипро Кемикл Плант» г. Фликсборо, Великобританія 1974 р. (число жертв вибуху більш 60 людей, потужні руйнування). Вибух і отрутна хмара в г. Севезо, Італія 1976 р. стали причиною знищення цілого міста, а також поштовхом для появи в 1982 р. «директиви Севезо», що стала початком створення сучасного європейського законодавства в області безпеки в промисловості.

При викиді парогазової фази в атмосферу в результаті «миттєвого» утвору хмари, витікання з разгерметизованого встаткування, що перебуває під тиском, випару  з   поверхні   протоки  небезпечних  хімічних  речовин  (НХР),   можливе

формування й розсіювання в просторі токсичних, горючих домішок. Горючі домішки можуть згоряти в різних режимах і вибухати при певних обставинах.

У цей момент існує кілька рівнів моделей для кількісного опису процесу розсіювання викиду газоподібних речовин в атмосфері:

1)   прості напівемпіричні моделі;

2)   гауссови моделі дисперсії домішки в атмосфері;

3)   моделі розсіювання, засновані на інтегральних законах збереження;

4)              моделі, побудовані на чисельному розв'язку системи рівнянь газодинаміки
(моделі чисельного моделювання класу CFD - Computational Fluid Dynamics).

У ДЕРЖСТАНДАРТ Р 12.3.047- 98 опублікована методика розрахунків залпових викидів на основі моделі важкого газу. Проте, практичне використання такого опису неможливо у зв'язку з його незв'язністю й помилками в тексті. Розроблена в СРСР методика РД 52.04.253-90 і її український аналог «Методика прогнозування наслідків виливу (викиду) небезпечних хімічних речовин при аваріях на промислових об'єктах і транспорті» (Зареєстровано в Міністерстві юстиції України 10 квітня 2001 р. за N 326/5517), заснована на емпіричних співвідношеннях, була первісної для визначення максимальних глибин зон поразок на основі інгаляційного токсичного впливу на людину. Раціональність застосування даної методики для ІДО НС визначалася в першу чергу відсутністю чого-небудь кращого на той момент і простотою обчислень, що було необхідно в умовах відсутності досить продуктивної обчислювальної техніки й прикладних програм. При цьому граничним параметром була «токсодоза», вимірювана в мг*хв/літр, що не можна розглядати як дозу у звичному змісті (вимірювану або в одиницях маси, або відношенні кількості отриманого речовини протягом часу впливу до маси тіла), що і є скоріше «концентраційним напором».

У світі ніде більше не зустрічається подібне визначення причини поразки. Крім того, у цих методиках немає обчислення просторово-тимчасового розподілу концентрацій1 що    не   дозволяє   одержувати    вхідних   даних   для

визначення ступенів отруєнь або маси парогазової фази

що перебуває між нижнім і верхнім межами поширення полум'я, тобто здатної

горіти  й вибухати.  Найбільш близьке  поняття до  «токсодозе» - причинний

коефіцієнту якім використовується кореляційний коефіцієнт'7, що

характеризує ступінь токсичності речовини. Однак потрібно відзначити, що непряме використання причинного коефіцієнта й наявність кореляційного статечного коефіцієнта суттєво міняє зміст визначення токсичних наслідків у порівнянні з поняттям «токсодоза». Імовірність різних ступенів отруєнь можна визначати на підставі функції щільності ймовірності поразки:

де:- причинний коефіцієнт;

- 1-й параметр логарифмічного розподілу; - 2-й параметр логарифмічного розподілу.

Відповідні коефіцієнти виходять у результаті обробки експериментальних даних, які найбільше широко представлені в даних ЕРА. При цьому для легких поразок пропонується користуватися таким критерієм як AEGL-2 (Acute Exposure Guideline Levels) - рівень впливу, вище якого передвіщено, що загальне населення, включаючи сприйнятливих індивідуумів, може одержати необоротні або інші серйозні, тривалі несприятливі наслідки для здоров'я або стан, при якім людей, можливо не зможе покинути небезпечну зону самостійно (AEGL-2 is the airborne concentration (expressed as ppm or mg/m3) of a substance above which it is predicted that the general population, including susceptible individuals, could experience irreversible or other serious, long-lasting adverse health effects or an impaired ability to escape). Імовірність смертельних поразок визначається на основі даних всесвітньої токсикологічної лабораторії або інших джерел.

Основною проблемою подальшого застосування цих методик є обмеженість і сумнівна вірогідність вихідних дан, що не дозволяє одержувати адекватні кількісні показники процесів формування й розсіювання парогазової фази в атмосфері й наслідків її дисперсії.

Гауссови моделі розроблені на виставі розподілу концентрації в просторі на основі   розподілу    Гаусса.    Для    обчислень    на    основі    гауссових   моделей

використовуються емпіричні коефіцієнти, відповідні до атмосферної турбулентності при різних умовах стану атмосфери. У таких моделях, як правило, не враховуються архімедові сили, закони збереження маси й енергії хмари. Ці моделі мають прийнятну точність або в далекій зоні на видаленні від місця викиду, або при малому викиді, а також у випадку нейтральної по щільності повітря домішки.

Однак процеси викиду й формування хмар складніше, чим це описується в моделях першого й другого типів. При розсіюванні викиду ОХВ спостерігається обтікання перешкод і формування застійних зон. Залежно від густини викинутої речовини, можливо його вспльїтие в повітрі або опускання й розтікання по поверхні.

При вибухах хмар паливноповітряних сумішей в умовах складного рельєфу місцевості й при наявності забудов відбиття, дифракція й інтерференція ударних хвиль приводить до істотного ускладнення картини з виникненням кумулятивних ефектів. Анізотропія поширення ударних хвиль у просторі спостерігалася під час великих промислових аварій, у яких границі зон заданих ступенів руйнувань суттєво відрізнялися від отриманих у вигляді концентричних окружностей, отриманих по аналітичних залежностях.

У початковий момент викиду й поширення парогазової фази істотну роль відіграють процеси струминних плинів, турбулентного підмішування повітря й висока густина речовини, яка у випадку істотного перевищення щільності навколишнього середовища повинна розглядатися як «важкий газ». Найбільш відомими реалізаціями моделей розсіювання важкого газу є методика Всесвітнього банку, методики класу HGSYSTEM, методики, створені такими організаціями як TNO (Голландія), Det Norske Veritas (DNV Technica) (Норвегія), U.S. Environmental Protection Agency (EPA - агентство захисту навколишнього середовища СІЛА), NIST (Національний інститут стандартів і технологій США), методики класу DEGADIS.

Прикладом використання моделей важкого газу в Росії є методика «Токси-3». Модель дисперсії нейтрального газу «Токси-2» являє приклад гауссовои

моделі нейтрального газу. В Україні й інших країнах використовуються моделі програмного комплексу «Риззкс-2». При досить високому якісному підході при моделюванні дисперсії «важкого газу» у методиці Токси-3, у визначенні токсичних наслідків, на жаль, по колишньому використовується поняття «граничної токсодози» і паралельно пробитий-рівняння для визначення ймовірності отруєнь, що взаємно суперечить один одному.

Найбільше широко розповсюджені моделі, використовувані в США, Канаді, ЄС і інших країнах є моделі ЕРА класу AERMOD. Основними розроблювачами прикладного програмного забезпечення для цього класу моделей є компанії Lakes Environmental (Канада) і BREEZE (США). Моделі AERMOD містять три основні модулі: AERMOD (модель дисперсії домішки в атмосфері), AERMET і інструментальний набір AERSURFACE для створення вхідних даних пов'язаних зі станом атмосфери й рельєфом місцевості, AERMAP - програмні засоби, призначені для прив'язки моделі до тривимірних даних місцевого рельєфу й об'єктів. Крім того в моделях даного класу втримується ряд засобів, що дозволяють ураховувати особливості поширення домішки над трасами, водними перешкодами, лісовим масивом і т.д. Використання моделей цього класу звязано з істотними витратами й зусиллями при підготовці вхідних даних і має більше змісту при оцінці екологічних ризиків від промислових джерел забруднення.

Найбільш перспективними й, безумовно верифицируемимі( тобто, що піддаються перевірці) і валидируемимі (обґрунтованими) моделями є моделі класу CFD. Донедавна їх використання не мало перспективи інженерного застосування у зв'язку з необхідністю використання потужних обчислювальних ресурсів. Останнім часом розвиток обчислювальної техніки вже наближається до раціонального використання моделей такого класу в розподілених завданнях. Причому інтеграція таких моделей дозволяє одночасно моделювати як витікання домішки в атмосферу, формування сумішей, поширення їх у часі й просторі з обліком усіх факторів, що впливають, так і явища горіння й вибуху, поширення ударної хвилі й чисельне визначення впливу цієї хвилі на об'єкти, їх елементи й людей. Тому що застосування таких моделей по колишньому висуває    високі

вимоги до обчислювальних засобів, раціональна розробка гібридної методики, що враховує коефіцієнти турбулентної дифузії, що залежать від виду місцевості (так званої «шорсткості») і стану атмосфери, але утримуючу спрощений алгоритм дисперсії в площинному симетричному просторі. Це дозволило б підвищити швидкість розрахунків, одночасно об'єднавши позитивні якості моделей класу DEGADIS і HGSYSTEM з додатковим обліком змінних умов витікання. Прикладами успішного використання моделей класу CFD є такі продукти як ANSYS, FDS і інші.