Методы прогноза полученных людьми токсодоз

Таблица 3.11.

Таблица 3.10.

Класс устойчивости	c	Класс устойчивости	c
A	0,1	D	6,0
B	0,5	E	19,0
C	1,5	F	65,0

Примечание: Критерии оценки классов устойчивости (стабильности) атмосферы

приведены в табл. П3.6 приложения.

Входящий в табл. 3.10 класс устойчивости (стабильности) атмосферы следует определять по табл. П3.2 или П3.6 приложения. При этом подразумевается такая связь между принятыми в них наименованиями: классы A, B и C означают конвекцию (соответственно - сильную, умеренную и слабую), класс D - изотермию, а классы E, F - инверсию (умеренную и сильную).

Сложнее рассчитать эффективную высоту - h_eff, введенную для согласования теории с экспериментом, поскольку точное значение этого параметра может быть определено лишь численным моделированием. Как показывают его результаты[11], например, для рассеяния тяжелых газов при классе устойчивости атмосферы F, данная высота изменяется в пределах [2...8] м. Следовательно, в приближенных расчетах можно использовать значения h_eff из этого интервала, при условии, что меньшие значения эффективной высоты должны соответствовать вредным примесям тяжелее воздуха, а бо¢льшие - равным или легче ему по плотности.

Оценка дисперсий s_i. Для определениявходящихвтабл. П3.4дисперсий s_i, воспользуемся рекомендациями [15], где их величина считается зависящей от параметров несущей среды, шероховатости[3] подстилающей поверхности и удаления от источника выброса:

s₁=C₃x₁ /(1+0,0001x)^1/2; s₁(13212+x/U)/(13812), x/U³ 600;

s₂ =

s₃=j(x₃₀,x₁)×q(x₁); s₁ - для x/UÐ 600;

n[C₁x^D1(1+C₂x^D2)],x₃₀ ³0,1м;

j(x₃₀,x₁)= q(x₁)=A₁x^B1/(1+A₂x^B2);

ln[C₁x^D1/(1+C₂x^D2)],x₃₀ <0,1м;

s₃ |конвекция < 640м; s₃ |изотермия < 400 м; s₃ |инверсия<220 м, (3.24)

где U - скорость ветра, совпадающего с осью х₁, м/с;

A₁,A₂,B₁,B₂,C₃ - коэффициенты, характеризующие вертикальную устойчивость атмосферы (определяются с помощью табл. 3.11);

C₁,C₂,D1, D2 - коэффициенты, зависящие от шероховатости местности в зоне распространения вредных веществ (см. табл. 3.12).

Учитывая громоздкость определения дисперсий s₁, s₂, s₃ и коэффициентов К,К₂, К₃, укажем более простой способ их приближенный оценки, предложенный авторами [2] и [8,9]. При известных параметрах вертикальной устойчивости атмосферы и шероховатости конкретной местности, они предлагают рассчитывать значения каждого из этих параметров как функцию одного параметра: а) s_i - от расстояния между конкретной точкой пространства и источником выбросов – х (м); б) К_i -от скорости ветра в приземном слое - V (м/с):

К₁=К₂=y_1,2×V; К₃=y₃ × V; s_i = a_i×x×(1+b_i×x)^c, (3.25)

где y₁,y₂,y₃ и a_i,b_i, c_i - константы, значения которых приведены соответственно в табл. П3.5 и П3.7 приложения.

Класс стабильности	A1	A2	B1	B2	C3
Конвекция	0,112	0,00092	0,920	0,718	0,11
Изотермия	0,098	0,00135	0,889	0,688	0,08
Инверсия	0,0609	0,00196	0,895	0,684	0,06

Таблица 3.12.

Тип местности	х30	С1	С2	D1	D2
Ровная, трава до 15 см		1,56	0,000625	0,048	0,45
Ровная, трава до 60 см	4-5	2,02	0,000776	0,027	0,37
Покрытая кустарником	10-12	2,73
Лес высотой до 10 м		5,16	0,0538	-0,098	0,225
Городская застройка		7,37	0,000233	-0,096	0,6

Сопоставление результатов оценки коэффициентов турбулентной диффузии К_i, полученных с помощью y_i и c (см. табл. П3.5 и 3.12), указывает на их удовлетворительное согласие, особенно для условий сельской местности. Это свидетельствует о возможности применения данного способа оценки К_i для моделирования турбулентного рассеяния вредного вещества из приземных источников, в открытой местности. Достигнутая при этом погрешность не превышает ту, которая обеспечивается известными ныне дисперсионными моделями.

Мы не приводим здесь другие модели рассеяния вредных веществ, основанные на уравнениях термогазодинамики и имеющие более сложные начальные и граничные условия[11]. Примеры, иллюстрирующие возможности рассмотренных нами моделей при прогнозировании вредных концентраций в зонах поражения различных ресурсов, будут приведены в заключительной главе настоящих методических рекомендаций.

Актуальность и состояние проблемы. Для определения эффекта токсического поражения человека и других биоособей, необходимо необходимо как можно точнее оценить полученную ими ингаляционную дозу химических веществ или экспозиционную - радиоактивных. Расчет значений таких доз должен проводиться с помощью моделей поглощения, связывающих их с теми параметрами концентрационного поля, которые прогнозировались в предыдущем параграфе.

Учитывая, что известные ныне подходы к оценке поглощенных доз либо не совсем корректны (не учитывают динамику рассеяния), либо излишне сложны (требуют исчисления двойных интегралов от текущих концентраций), выдадим рекомендации по совершенствованию прогноза полученных людьми токсодоз. При этом будем исходить из нестационарного концентрационного поля, которое генерируется мгновенным или непрерывным источником, находящимся в точке x^¢_¢ (x₁^¢,x₂^¢,x₃^¢) и извергающим массу вредного вещества - М, а также учитывать степень его отражения от земли и ветер, обычно совпадающий с осью x₁ и имеющий скорость u₁.

Способы прогноза токсического ущерба. При оценке размеров зон и вероятности токсического поражения сильно действующими ядовитыми (СДЯВ) или аварийно опасными химическими (АОХВ) веществами, будем также руководствоваться длительностью воздействия таких вредных веществ t = t-t₀ и их концентрацией в конкретной точке x (x₁,x₂,x₃) в данный момент времени - t. В общем случае концентрация с(х, t) будет считаться функцией двух основных параметров - расстояния между источником загрязнения и местом расположения поражаемых ресурсов (между точками х ¢ и х), а также длительности времени с момента выброса вредного вещества - t₀.

Заметим, что в последующем нами будут использоваться такие обозначения: t=t для t₀ =0 и t = t-t₀ - в других случаях. Более того, параметр t₀ может обозначать как момент начала выброса вредных веществ источником, так и начало их поглощения человеком, не имеющим средств зашиты органов дыхания и оказавшимся в зоне рассеяния токсичных веществ. Смысл символов t, t₀ и t будет оговариваться в каждом конкретном случае.

Возможный поражающий эффект вредных веществ (например, процент гибели людей - g или других биоособей) может быть оценен двумя способами, каждый из которых основывается на расчете поглощенных токсодоз и использовании зависимостей “доза-эффект”. При прогнозе разрушительного эффекта, должны также учитываться параметры стойкости потенциальных жертв, зависящие от их возраста, состояния здоровья и интенсивности физической нагрузки (объема вдыхаемого загрязненного воздуха).

Первый способ - приближенный. Он базируется на допущении о стационарности поля концентраций (С = с (х, t)=const) и применении известных нам пробит-функций. Мощность получаемой за этот период токсодозы рассчитывается по такой формуле: DP=Cⁿ × t. Входящий в эту формулу показатель степени n и другие постоянные коэффициенты, совместно со смертельно опасными концентрациями типичных вредных веществ - LCg (мг/м³), приведены в табл. 3.13.

Таблица 3.13.

Параметры токсичности химических соединений

Вещество	LC50	а	в	n
Акролеин		-4,1
Аммиак		-15,80
Бензол		-109,8	5,3
Бром		-9,04
Двуокись азота		-18,6		3,7
Двуокись серы		-15,67	2,1
Метилизоцианат		-1,2		0,7
Сероводород		-11,50		1,9
Соляная кислота		-16,85
Толуол		-6,80	0,4	2,5
Угарный газ		-7,4
Фосген		-0,8		0,9
Фтористый водород		-8,4		1,9
Хлор		-8,29		2,3
Хлористый водород		-6,7
Цианистый водород		-9,8		2,4

Второй (более точный) способ базируется на специальных моделях поглощения и разрушительного воздействия вредных веществ на человека и другую биоту. В отличие от первого, здесь предполагается нестационарное концентрационное поле, которое создается выбросом количества К=М таких веществ из точки х¢ и их распространением под воздействием движущейся воздушной или водной среды, с учетом эффектов турбулентного или дисперсионного обмена между ними. Общее выражение для концентрации в интересующей нас точке х имеет такой вид:

C(х,t) = М×G(x,. x ¢_,t), (3.26)

где G(x, x ¢_,t) - функция, называемая "фактором метеорологического разбавления" вредных веществ в зоне рассеяния, методы получения которой подробно рассматривались в предыдущем параграфе.

Общая постановка и решение задачи. С учетом соотношений между текущим моментом времени t, продолжительностью работы непрерывного источника - Т и длительностью времени воздействия вредного вещества на человека без средств защиты дыхания - t, общее выражение для искомой токсодозы - D_Н(x,t) и t₀= 0имеет вид[9]:

М×G(x, x ¢_, t-t)dt, при t<T;

D_Н(х,t) = (3.27)

М×G(x, x ¢_, t-t)dt, при t³T,

где G(x,. x ¢_,t-t) - фактор метереологического разбавления, ранее введенный в формулу (3.26) и определяемый (например, для мгновенного точечного выброса в момент t₀= 0) по такой зависимости:

G(x, x ¢_,tt)= exp(3.28)

Сравнение последней формулы с моделью 201300 (см. верхнюю строку табл. П3.4) и выражением (3.26) показывает, что G(x, x ¢_,t-t) совпадает (с точностью до обозначений) с правой частью приведенной там формулы для c(x,t), при условии, что М= 1, t=t-t₀, t₀=u₂=u₃= 0. Это указывает на возможность использования этого и других решений табл. П3.4 и П3.3 для расчета токсодоз по зависимостям (3.27).

К сожалению, следует отметить, что не всегда удается получить в аналитическом виде первообразную от представленных там функций G(x, x ¢_,t-t). Однако, последнее пожелание все же может быть реализовано в ряде практически важных случаев. В том числе, для мгновенных выбросов вредного вещества и для их выброса с постоянной интенсивности, при условии упрощения моделей, используемых для прогноза полученных людьми токсодоз.

Модификация и упрощение моделей. Если принять, что t₀= 0 и определить t как разность между началом и концом времени ингаляции (t_Н-t_К), то суммарную дозу D_Н, полученную людьми от источника непрерывных выбросов (для всех t>t) следует складывать из двух частей: а)токсодозы, приобретенной в период работы источника, и б)токсодозы, полученной после прекращения вредных выбросов, считая, что люди остались подверженными их воздействию, хотя интенсивность его будет неуклонно снижаться.

В целях дальнейшего упрощения расчета доз, нами использован метод замены двойного (по dt, dt) и повторного (в пределах t_Н-Т, Т - t_К) интегрирования G(x, x ¢_,t-t) на взятие одного интеграла с новой переменной l=t-t. Для t_Н=t₀= 0 и t_К<Т это приводит к формуле[9]:

D_Н(х,t) = М×G(x, x ¢_,l)(t_к-l)dl, (3.29)

а при превышении моментом времени завершения ингаляции t_К продолжительности работы источника загрязнения - Т, к следующей:

D_Н(х,t)= М×Т×G(x, x ¢_,l)dl+M×G(x, x ¢_,l)(t_к-l)dl (3.30)

Анализ опасности режимов выброса. Практический интерес представляет сравнительная оценка доз, полученных людьми от одного и того же количества М вредных веществ за время t=0-t_к, при условии, если их выброс был: а)мгновенным и б)непрерывным, с постоянной интенсивностью m=M / t. Это нетрудно сделать с помощью формулы (3.26) и только что приведенных результатов.

Оказывается, что для мгновенного выброса, токсодоза, полученная человеком, всегда превышает соответствующее ее значение от непрерывного источника на величину DD>0. Иначе говоря, имеют место такие зависимости:

D_M(х,t)=D_Н(х,t)+DD; DD= (М/t_К)×G(x, x ¢_,l)(t_к-l)dl. (3.31)

Последние соотношения справедливы для любых источников вредных выбросов, всех функций метереологического разбавления, в том числе - для каждой из тех моделей их распространения, которые были рассмотрены нами в предыдущем параграфе.

Заметим, однако, что для прогноза разрушительного эффекта токсичных и радиоактивных веществ, недостаточно знания одних лишь доз D_Н и D_М, имеющих размерность [кг×ч/м³]. Для перехода к ингаляционной дозе токсичного вещества - DР_Т или экспозиционной мощности дозы – радиоактивного - DР_R, и использования известных для них зависимостей “доза-эффект”, в каждом конкретном случае необходимо перемножать дозу D на объем воздуха V [м³/ч], прошедшего через органы дыхания человека или иной биоособи во время пребывания их в зоне заражения.

Дата добавления: 2013-12-12