1. Методика оценки химической обстановки

1. Общие положения

Для того, чтобы оценка химической обстановки и выводы, формируемые на ее основе, не зависели от субъективных факторов и обеспечивали адекватность (соответствие) разрабатываемых и проводимых в дальнейшем мероприятий условиям оцениваемой обстановки, она должна осуществляться на научной основе, включать конкретное содержание и проводиться в строго определенном порядке и последовательности. Эти положения составляют сущность понятия «методика оценки химической обстановки».

Итак, под методикой оценки химической обстановки понимается

определенная последовательность проведения расчетов и формулирования соответствующих выводов, применяемая при оценке химической обстановки, а также используемый математический аппарат и порядок его применения при этом.

Для заблаговременной оценки химической обстановки, осуществляемой при долгосрочном (оперативном) прогнозировании, используются следующие данные:

общее количество ОХВ для объектов, расположенных в опасных районах (на военное время и для сейсмоопасных районов и пр.). В этом случае принимается разлив ОХВ «свободно»;

количество ОХВ в единичной максимальной технологической емкости для других объектов. В этом случае принимается разлив ОХВ «в поддон» или «свободно» в зависимости от условий хранения ОХВ;

метеорологические данные: скорость ветра в приземном слое – 1 м/с, температура воздуха +20⁰С, степень вертикальной устойчивости воздуха – инверсия, направление ветра не учитывается, а распространение облака загрязненного воздуха принимается в круге 360⁰;

средняя плотность населения в этой местности;

емкости с ОХВ при авариях разрушаются полностью;

-6-

при авариях на продуктопроводах (аммиакопроводах и пр.) за количество ОХВ, которое может быть выброшено, принимается его количество между отсекателями (для продуктопроводов количество ОХВ принимается 300÷500 т);

мероприятия по защите населения наиболее детально планируются на глубину ЗВХЗ, которая формируется в течение первых 4 часов после начала аварии.

Для оценки химической обстановки, осуществляемой при аварийном прогнозировании, используются следующие данные:

общее количество ОХВ на момент аварии в емкости (трубопроводе), на которой произошла авария;

характер разлива ОХВ на подстилающей поверхности («свободно» или «в поддон»);

высота обвалования (поддона);

реальные метеорологические условия: температура воздуха (⁰С), скорость (м/с) и направление ветра в приземном слое, степень вертикальной устойчивости воздуха (инверсия, изотермия, конвекция);

средняя плотность населения для местности, над которой распространяется облако ОХВ;

прогнозирование осуществляется на срок не более, чем 4 часа. После чего прогноз должен быть уточнен.

Для того, чтобы устранить излишнюю инвариантность зависимости результатов оценки обстановки от значительного количества различных менее существенных факторов, обеспечить возможность формализации и идентификации определенного разброса значений некоторых исходных величин при оценке химической обстановки, в рассматриваемой методике принимаются следующие допущения:

1. Разлив «свободно» принимается, если вылитое ОХВ разливается по подстилающей поверхности слоем толщиной h не более 0,05 м. Разлив «в поддон» принимается, если вылитое ОХВ разливается по поверхности, имеющей обвалование, при этом толщина слоя разлитого ОХВ должна быть h=H - 0,2 м, где H – высота обвалования.

-7-

2. При авариях с емкостями, содержашими ОХВ в количествах, меньших нижних пределов, приведенных в соответствующих таблицах для определения глубины 3х3 (приложение 1), ее величина рассчитывается методом интерполирования между нижним значением и нулем.

3. Все расчеты по определению глубины 3х3, выполняются на срок не более 4 часов. После получения результата с учетом всех коэффициентов полученное значение глубины 3Х3 сравнивается с максимальным значением глубины переноса воздушных масс за 4 часа:

Г_max = 4 W, (1)

где W – скорость переноса воздушных масс (табл. 6);

Г_max - максимальная глубина 3х3.

В последующем используется наименьшее из двух значений Г, которые сравниваются.

2. Глубины распространения для ОХВ, не включенных в таблицы приложения 1, рассчитываются с использованием коэффициентов табл. 1.

Для расчетов в этом случае берется значение глубины распространения облака воздуха, загрязненного хлором, которое соответствует условиям, при которых возникла авария с ОХВ (скорость ветра, степень вертикальной устойчивости воздуха, температура воздуха, количество ОХВ ), и умножается на коэффициент, полученный из табл. 1 для данного ОХВ.

3. Если ОХП расположен в населенном пункте и площадь ПЗХЗ не выходит за пределы населенного пункта, то все данные по количеству населения в ПЗХЗ, а также потери населения рассчитываются только для ПЗХЗ.

4. При наличии в пределах административно-территориальной единицы более одного ХОО общая площадь зоны загрязнения (ЗВХЗ или ПЗХЗ) рассчитывается после нанесения зон на карту. В случае перекрытия зон общая площадь принимается интегрированно по изолиниям зон загрязнения, и только после этого выполняются дальнейшие расчеты относительно количества и потерь населения в зонах.

-8-

Таблица 1

Коэффициенты пересчета для различных ОХВ

для определения глубины распространения

облака загрязненного воздуха при аварии с ОХВ

№№ п/п	Вид ОХВ	Коэффициент
1	2	3
1.	Анилин	0,01
2.	Винил хлористый	0,01
3.	Водород фтористый	0,31
4.	Водород цианистый	0,97
5.	Дивинил	0,01
6.	Диметиламин	0,24
7.	Этиленхлорангидрид	0,12
8.	Этилмеркаптан	0,22
9.	Этилхлорангидрид	0,12
10.	Метиламин	0,24
11.	Метил хлористый	0,06
12.	Нитрил акриловой кислоты	0,79
13.	Нитробензол	0,01
14.	Окисел этилена	0,06
15.	Окислы азота	0,28
16.	Олеум	0,08
17.	Стирол	0,02
18.	Тетраэтилсвинец	0,08
19.	Фурфурол	0,01
20.	Фосген	1,14

-9-

1.2. Содержание методики оценки химической обстановки

Оценка химической обстановки при аварии с ОХВ включает:

1. Определение степени вертикальной устойчивости воздуха.

2. Определение глубины зоны химического загрязнения.

3. Определение площади зоны химического загрязнения (ЗВХЗ и ПЗХЗ).

4. Определение ширины зоны химического загрязнения (ПЗХЗ).

5. Определение границ возможных очагов химического поражения.

6. Определение времени подхода облака ОХВ к объекту.

7. Определение продолжительности действия источника загрязнения.

8. Определение потерь людей в ОХП и их структуры.

После окончания расчетов производится присвоение степени химической опасности для каждого объекта в пределах ЗХЗ, а также для административно-территориальной единицы (АТЕ) в целом (табл. 8).

1.2.1. Определение степени вертикальной устойчивости

воздуха

Данная задача решается с помощью графика (рис.1), согласно которому степень вертикальной устойчивости воздуха определяется с учетом времени суток, состояние атмосферы (ясно, полуясно, пасмурно) и скорости ветра.

Рис.1. График ориентировочной оценки степени вертикальной устойчивости воздуха (по данным прогноза погоды)

-10-

Более точно степень вертикальной устойчивости воздуха можно определить по скорости ветра на высоте 1 м и температурному градиенту Δ t (Δ t = t₅₀ – t₂₀₀, где t_50(200) – температура воздуха на высоте 50 м и 200 м соответственно) с помощью графика, приведенного в [2].

2. Определение глубины зоны химического загрязнения

В общем случае глубина 3Х3 (Г) может быть определена в зависимости от ПДК либо известных смертельных и поражающих концентраций ОХВ по формуле:

Г = 34,2 √ , (2)

где G – количество ОХВ, кг;

Д – токсодоза, мг∙мин/л, Д=С∙Т

(С – концентрация, мг/л; Т – время воздействия ОХВ данной концентрации, мин);

V – скорость ветра в приземном слое воздуха, м/с.

Это выражение справедливо при инверсии для открытой местности.

Согласно приводимой методике глубина 3Х3 определяется в зависимости от типа ОХВ, его количества в разрушающейся емкости, температуры воздуха, скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха по таблицам, приведенным в приложении 1.

Учет возможного уменьшения глубины 3Х3 при наличии обвалования емкости с ОХВ осуществляется с помощью коэффициентов, приведенных в табл. 2. В этом случае значение глубины распространения облака ОХВ, полученное по таблицам приложения 1, необходимо разделить на коэффициент из табл. 2 для соответствующего ОХВ и данной высоты обвалования.

Кроме того, учет возможного уменьшения глубины ЗХЗ при распространении облака ОХВ в условиях городской или сельской застройки, в условиях леса осуществляется с использованием табл. 3, в которой в зависимости от степени вертикальной устойчивости воздуха приведены значения коэффициентов, характеризующих уменьшение глубины распространения облака ОХВ каждым километром застройки городского или

-11-

сельского характера или лесного массива.

В этом случае, из значения глубины распространения облака ОХВ, полученного по таблицам приложения 1, необходимо вычитать величину произведения протяженности застройки того или иного характера или

лесного массива, в направлении которой распространяется облако ОХВ, на соответствующий коэффициент из табл. 3. При этом влияние на глубину 3х3 как застройки, так и леса при наличии обоих указанных факторов учитывается независимо одно от другого.

Таблица 2

Коэффициент уменьшения глубины распространения облака

ОХВ при выливе «в поддон»

Наименование ОХВ	Высота обвалования, м
	1	2	3
Хлор	2,1	2,4	2,5
Аммиак	2,0	2,25	2,35
Сернистый ангидрид	2,5	3,0	3,1
Сероводород	1,6	-	-
Соляная кислота	4,6	7,4	10,0
Хлорпикрин	5,3	8,8	11,6
Формальдегид	2,1	2,3	2,5

Примечание:

1. Если емкость с ОХВ содержится в помещении, которое может

герметично закрываться и оборудовано специальными отсекателями, то соответствующий коэффициент увеличивается в 3 раза.

2. В случае промежуточных значений высоты обвалования имеющееся значение высоты обвалования округляется до ближайшего.

Таблица 3

Коэффициенты уменьшения глубины распространения облака ОХВ

каждым километром городской застройки, сельской застройки или леса

-12-

СВУВ	Городская застройка	Сельская застройка	Лесные массивы
Инверсия	3,5	3	1,8
Изотермия	3	2,5	1,7
Конвекция	3	2	1,5

После получения результата с учетом всех коэффициентов полученное значение глубины ЗХЗ сравнивается с максимальным значением глубины переноса воздушных масс за 4 часа, полученным по формуле (1) согласно допущению 3. В последующем используется наименьшее из двух сравниваемых значений глубины 3Х3.

2. Определение площади зоны химического загрязнения

А. При долгосрочном (оперативном) прогнозировании:

Площадь ЗВХЗ определяется по формуле:

S^(on)_ЗВХЗ = 3,14 Г², км² (3)

площадь ПЗХЗ определяется по формуле:

S^(on)_ПЗХЗ = 0,11 Г², км² (4)

Б. При аварийном планировании площадь ЗВХЗ определяется по формуле:

S^(on)_ЗВХЗ = 8,72∙10^-3 Г² φ, км² (5)

где Г – глубина ЗХЗ, определенная согласно пункту 1.2.2;

φ – коэффициент, который условно приравнивается угловому размеру зоны.

Значения коэффициента φ в зависимости от скорости ветра приведены в табл. 4.

Таблица 4.

Коэффициент φ, который зависит от скорости ветра

Скорость ветра, м/с	< 1	1	2	> 2
Φ	360	180	90	45

Примечание:

для оперативного прогнозирования принимается φ = 360;

площадь ПЗХЗ определяется по формуле:

S^(an)_ПЗХЗ = К · Г² · N^0,2, км², (6)

где К – коэффициент, который зависит от степени вертикальной

устойчивости воздуха и значения которого приведены в табл. 5;

-13-

N – время, на которое рассчитывается глубина ПЗХЗ; его значение

принимается не более 4 часов (согласно допущению 3).

Таблица 5

Коэффициент К, который зависит от степени вертикальной

устойчивости воздуха

Инверсия	Изотермия	Конвекция
0,081	0,133	0,235

2. Определение ширины прогнозируемой зоны химического загрязнения.

Ширина ПЗХЗ (Ш) определяется как при долгосрочном (оперативном), так и при аварийном прогнозировании по ее глубине (Г) с использованием формул (7), (8) или (9) в зависимости от степени вертикальной устойчивости воздуха:

Ш = 0,3 Г^0,6, км – при инверсии; (7)

Ш = 0,3 Г^0,75 , км – при изотермии; (8)

Ш = 0,3 Г^0,95, км – при конвекции. (9)

2. Определение границ возможных очагов химического

поражения.

Данная задача решается графо-аналитическим методом путем нанесения на карту зон химического загрязнения и выявления тех объектов, которые полностью или частично попадают в их пределы. Расчетными границами возможных ОХП будут границы этих объектов, населенных пунктов или районов.

А. При долгосрочном (оперативном) прогнозировании в качестве возможных ОХП принимаются все объекты, попадающие в пределы ЗВХЗ.

Б. При аварийном прогнозировании из всех возможных ОХП, определенных при оперативном прогнозировании, выбираются те, которые полностью или частично попадают в пределы ЗВХЗ и ПЗХЗ, рассчитываемые на этапе аварийного прогнозирования.

Примеры нанесения на карту границ ЗХЗ при различных вариантах

-14-

условий для оперативного и для аварийного прогнозирования приведены на рис.2, рис.3 и рис. 4.

Рис.2. Пример нанесения на карту 3х3 и определение возможных

границ ОХП при долгосрочном (оперативном) прогнозировании:

Г – глубина ЗВХЗ и ПЗХЗ; Ш – ширина ПЗХЗ; 1,2,3,4 – возможные

ОХП; 5 – ХОО; R₁, R₂, R₃, R₄ – удаление возможных ОХП от места

нахождения емкости с ОХВ.

На рис. 2 ПЗХЗ показана пунктиром, т.к. при оперативном прогнозировании направление ветра не учитывается, поэтому ориентирование ПЗХЗ относительно сторон света не определяется. В этом случае считается, что ПЗХЗ, имея определенные размеры, характеризуемые глубиной (Г) и шириной (Ш), в пределах ЗВХЗ может занимать любые положения, которое в дальнейшем будет определено (уточнено) при аварийном прогнозировании.

-15-

Рис. 3. Пример нанесения на карту ЗХЗ и определения возможных

границ ОХП при аварийном прогнозировании (для метео-

условий: скорость ветра менее 1 м/с, направление ветра

северо-западное):

Г – глубина ЗВХЗ и ПЗХЗ; Ш – ширина ПЗХЗ;

1 – возможный ОХП; 2 – ХОО; R₁ – удаление возможного

ОХП от места аварии.

-16-

Рис.4. Пример нанесения на карту ЗХЗ и определения возможных

границ ОХП при аварийном прогнозировании (для метео-

словий: скорость ветра 2 м/с, направление ветра западное);

Г – глубина ЗВХЗ и ПЗХЗ; Ш – ширина ПЗХЗ; 1 – возможный

ОХП; 2 – ХОО; R₁ – удаление возможного ОХП от места аварии

2. Определение времени подхода облака ОХВ к объекту.

Время подхода облака ОХВ к заданному объекту зависит от расстояния от места аварии с ОХВ до объекта и скорости переноса переднего фронта облака ОХВ и определяется по формуле:

t_подх = , , (10)

где R – расстояние от источника загрязнения до заданного объекта, км;

W – скорость переноса переднего фронта облака ОХВ, км/ч (табл.6).

Облако ОХВ в общем случае распространяется на высоте, где скорость

-17-

ветра больше, чем у земли. Вследствие этого скорость переноса переднего фронта облака ОХВ будет больше, чем скорость ветра в приземном слое.

Значения скорости переноса переднего фронта облака ОХВ в зависимости от скорости ветра у земли и степени вертикальной устойчивости воздуха приведены в табл. 6.

Таблица 6