CC BY
42
БЕЗОПАСНОСТЬ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ
УДК 614.8.086.4
МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПОКАЗАТЕЛЯ И ПОСТРОЕНИЮ ШКАЛЫ ОЦЕНКИ ЗАЩИЩЕННОСТИ НАСЕЛЕНИЯ В ЖИЛЫХ ЗДАНИЯХ ПРИ ХИМИЧЕСКОМ ЗАРАЖЕНИИ
ТЕРРИТОРИИ
A.B. Рыбаков
доктор технических наук, доцент, начальник лаборатории информационного обеспечения населения и технологий информационной поддержки РСЧС Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск. E-mail: anatoll_rubakovQmail.ru
A.A. Кочелаев
адъюнкт научно-исследовательского центра Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск. E-mail: alexej911Qmail.ru
E.H. Глотов
кандидат химических наук, доцент, научный сотрудник Института специальной подготовки
Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск. E-mail: agz.u.sQyandex.ru
E.B. Иванов
адъюнкт научно-исследовательского центра Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск. E-mail: linia-zhizniQyandex.ru
Аннотация. В статье представлено дальнейшее развитие методического подхода к оценке показателя защищенности населения в жилых зданиях при химическом заражении территории. Раскрывается порядок построения шкалы оценки значений показателя защищенности с определением интервалов качественной оценки количественных значений показателя защищенности. Приведен пример вычисления показателя защищенности населения в жилых зданиях с различными защитными свойствами, а также порядок построения и применения шкалы для конкретного расчетного примера.
Ключевые слова: химически опасный объект, химическое заражение, шкала оценки, показатель защищенности, аварийно химически опасные вещества, жилые здания, защита населения, токсичность, токсическая доза.
Цитирование: Рыбаков A.B., Кочелаев A.A., Глотов E.H., Иванов Е.В. Методический подход к определению показателя и построению шкалы оценки защищенности населения в жилых зданиях при химическом заражении территории. 2018. № 2 (37). С. 32-39.
В работе [1] была предложена методика оценки показателя защищённости населения в жилых зданиях при химическом заражении внутригородской территории. Предложенная методика позволяет оценить способность жилого здания к снижению поражающего воздействия на человека аварийно химически опасных веществ (далее - АХОВ), распространяющихся по внутригородской территории в результате аварии на химически опасном объекте (далее - ХОО).
Поражающим фактором химического воздействия АХОВ на организм человека является его токсическое действие, а в качестве оценочных параметров данного поражающего фактора используются концентрация и доза конкретного АХОВ.
Концентрационные характеристики,
несмотря на широкую сферу своего примене-
ния, не могут служить полной характеристикой токсичности, особенно, если не известно время их воздействия на организм человека. Это связано с тем, что суммарный эффект токсикологического воздействия (степень тяжести поражения), зависит не только от величины концентрации, но и от времени её воздействия, а также от способности человеческого организма к интоксикации, частичному связыванию и выведению вредных веществ. Поэтому для количественной характеристики токсичности различных химических соединений в ряде случаев широко используются значения токсических доз (токсодоз), учитывающих путь поступления вещества в организм человека [2].
Таким образом, в качестве количественной характеристики, позволяющей определить значения показателя защищённости, бу-
дем рассматривать токсодозы, полученные человеком как внутри здания, так и вне его.
В настоящей работе предложен подход к оценке возможности защиты населения в зоне химического заражения, за счёт временного укрытия людей в жилых зданиях. Постановка задачи.
В качестве критерия для обоснования возможности укрытия людей в жилых зданиях и обеспечения их защиты от поражения АХОВ, предлагается рассматривать значения показателя защищённости [1]. Оценка показателя защищённости людей от поражения АХОВ должна осуществляться с учётом:
сведений о защитных свойствах жилого здания;
метеорологических данных; данных об аварии.
Показатель защищённости определяет степень снижения экспозиционной дозы за счёт укрытия населения внутри жилых зданий при химическом заражении внутригородской территории АХОВ [1]
к = ^
= в , ^ и
(1)
где ^б - доза получаемая человеком вне помещения за время действия поражающего фактора АХОВ, мг;
Д, - доза получаемая человеком внутри помещения за время действия поражающего фактора АХОВ, мг.
Расчёты по определению значений показателя защищённости жилых помещений могут быть проведены заблаговременно [1].
При проведении расчётов учитывается, что величины доз не являются некоторой статичной величиной, а зависят от времени действия источника АХОВ и изменения концентрации во времени и пространстве.
Величина находится на основании
методик предлагаемых в [3], учитывающих
физико-химические свойства веществ, а также особенности рассеяния их в атмосфере.
Кк 1
>и 1
Л 2
В6(х,у,г,Т2) — С2(х,у,г,г)<И,
Пш 2
Щ (х,у,г,т) = В1 + В2,
(2)
(3)
(4)
где С\ - концентрация АХОВ в первичном облаке в точке с координатами х,у,г, г/м3;
С2 - концентрация АХОВ во вторичном облаке в точке с координатами х,у,г, г/м3;
¿нъ^к 1 _ время начала и окончания действия первичного облака АХОВ, мин;
¿н2 2 _ время начала и окончания действия вторичного облака АХОВ, мин.
При нахождении Ип необходимо определить время начала действия АХОВ на объект, зависимость изменения концентрации АХОВ от времени, и время за которое концентрация АХОВ внутри помещения будет снижена до величины, при которой в расчёте дозы ей можно пренебречь. При нахождении значений Ип принимается ряд допущений:
проникновение АХОВ внутрь здания происходит сразу после подхода заражённого облака к жилому зданию;
десорбцией АХОВ с поверхностей помещения в расчётах пренебрегаем;
в качестве основных способов проникновения АХОВ внутрь здания рассматриваются: проникновение за счёт разницы давлений, вызванных разницей температур вне и внутри помещения и проникновение за счет ветрового напора.
При этом при нахождении значений Ип необходимо учитывать, что одновременно с проникновением АХОВ внутрь помещения происходит и его удаление за счёт того, что воздухообмен жилых помещений сбалансирован
м
^^^ - ^ ^ у
3=0
( м
У! ^внеш г
г=0
^ _ ^внеш з •^•Ы] ^
м
£
.7=0
V
(5)
где СВееШ _ концентрация АХОВ в заражённом воздухе, г/м3;
д^ _ элементарные отрезки времени, на которые разделяется интервал времени действия АХОВ на человека (в примере принимаем равным 1 мин);
N - время действия источника АХОВ на человека вне здания, мин; М - время действия источника АХОВ на человека внутри здания, мин; С - расход инфильтрующегося воздуха, м3/ч; Уа - объём помещения, м3.
Задача состоит в определении значений показателя защищённости для обоснования возможности укрытия людей в жилых зданиях и обеспечения их защиты от поражения АХОВ.
Решен,не задачи
Решение включает в себя последовательное выполнение следующих этапов:
1. Определение зависимости изменения показателя защищённости во времени. Для расчета значений показателя защищённости будем пользоваться формулами, представленными в [1|.
При этом, зависимости и Ип от времени (4) и (5) могут быть схематически представлены в виде площадей на графике зависимости доз от времени действия АХОВ на организм человека (рисунок 1).
Рисунок 1 Зависимость дозы токсичного химиката от времени действия АХОВ на организм человека
На рисунке 1:51- зависимость значения дозы от времени действия АХОВ на организм человека, находящегося внутри помещения, 52 - зависимость значения дозы от времени действия АХОВ на организм человека, находящегося на открытой местности.
График зависимости изменения показателя защищённости к от времени при заданной концентрации схематично изображён на рисунке 2.
к
Рисунок 2 Зависимость значений показателя защищённости от времени
Со временем значения показателя защищенности начинают снижаться, что связано с ростом концентрации АХОВ внутри жилого помещения с течением времени. При этом, чем выше концентрация внутри помещения, тем меньше влияние времени на значения показателя защищённости. Это связано с тем, что при малой разнице концентраций внутри и вне здания приращения полученной токсо-дозы будут отличаться друг от друга меньше, чем при большой разнице концентраций с начала воздействия.
2. Построение шкалы оценки показателя защищённости в заданный момент времени.
Для того чтобы перейти от количественных значений показателя защищённости к качественной характеристике зданий и сооружений необходимо построить шкалу оценки значений показателя защищённости.
При этом в расчётах для определения границ интервалов шкалы примем следующие значения Ип (ограничивающих интервалы безопасного и относительно безопасного нахождения людей в помещениях): пороговая (Р^бо) и летальная {ЬИ5о) токсодозы.
Обоснование в качестве границы интервала безопасного пребывания внутри помещения
РО50 обусловлено тем, что указанная токсодо-за вызывает начальные признаки поражения АХОВ с наименьшей вероятностью, принимаемой равной 50%.
Границей интервала относительно безопасного пребывания внутри помещения является летальная доза ЬИ50 т.е. токсодоза, которая вызывает смертельный исход при поражении АХОВ с вероятностью также 50%.
Тин АХОВ, воздействующего на объект, принимаем на основании анализа источников возможной опасности (наиболее опасный для объекта ХОО).
За концентрацию на открытой местности принимаем концентрацию, найденную по результатам расчетов в программе Тст+Мс1со, реализующей алгоритмы методики, утвержденной приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору [4].
Значения Ип рассчитываются на основе известных закономерностей инфильтрации воздуха внутрь помещения [5].
В результате проведенных расчетов строится шкала оценки (рисунок 3).
За точку отсчета на шкале принимается к — 1, что соответствует ситуации, когда никаких препятствий на пути зараженного воздуха при проникновении его в помещение нет и —
Точкой, ограничивающей шкалу сверху, будут значения к ^ то, что соответствует ситуации, когда проникновение, зараженного воздуха внутрь помещения не происходит и
0.
Рисунок 3 Шкала оценки значений показателя защищенности
к(, - значения показателя безопасности, характеризующие границы интервала безопасного нахождения людей в здании;
к0 - значения показателя безопасности, характеризующие границы интервала относительно безопасного нахождения людей в здании.
Полученная таким образом шкала может быть использована для проведения классификации жилых зданий, находящихся в зоне химического заражения, но степени их защищенности.
3. Определение времени безопасного пребывания людей в жилых зданиях.
На основе рассчитанных значений показателя защищенности при известной концентрации но графику (рисунок 2), в случае если время действия источника на объект известно, могут быть определены значения токсодоз, которые ориентировочно получат люди, находящиеся внутри жилых зданий.
Полученные таким образом оценки защищенности жилых зданий могут быть использованы при обосновании мероприятий по защите населения в жилых зданиях при авариях на химически опасных объектах.
Пример
В качестве условий аварии выберем следующие: в дневное время произошло разрушение хранилища с жидким хлором, при этом величина выброса АХОВ составила 5 тонн. Хранение хлора осуществлялось при температуре 25°С и давлении 5 атм. Метеоусловия: скорость ветра 9 м/с.
Жилые дома расположены на расстоянии 300, 350 и 400 метров от химически опасного объекта соответственно.
Определены значения показателей защищенности для 3 жилых зданий (рисунок 4) при рассчитанном времени действия источника АХОВ в 0,1 ч ( составляют 4,5 5 17,4 и 28,4 соответственно) по наихудшему сценарию развития аварии.
Рисунок 4 Схема обстановки, ("..ложившейся в результате аварии с выбросом АХОВ
Максимальная концентрация хлора на оси следа движения облака, зараженших) воздуха на
3
соответственно.
ЮО- 2.00 зоо БОО еио 700
Ра с Сталине, м
Рисунок 5 Значения концентраций в зависимости от расстояния между источником аварии и
жилым зданием
Рисунок 6 - Значения токсодоз в зависимости от расстояния между источником аварии и
жилым зданием
Для указанных расстояний при известной концентрации, значения токсодоз составят: .3,2 кг-с/м3; 2 кг-с/м3; 1,5 кг-с/м3. Значения токсодоз для хлора: Р^бО=0,036 кг-с/м3, ЬБб0=
-3
Из сопоставления величин полученных доз (^б) можно сделать вывод о гибели людей находящихся на открытом пространстве без средств индивидуальной защиты.
Из формулы (1) значения Бп будут равны:
„ Dp. 3,2 _ , о
1 = ^ = 3- = 0,71кг ■ с/м3; к 1 4,5
П = Щ =
^тт 2 = -— =
2
к2 17,4
= 0,11кг - с/м3
П = Щ =
Мт .3 = -- =
кз
1,5 28,4
= 0,052кг -с/
м
(6)
(7)
(8)
Из сопоставления величин полученных доз (ДО можно сделать вывод о гибели людей находящихся в 1-м здании и об их относительно безопасном нахождении во 2-м и 3-м зданиях, наиболее удалённых от источника аварии.
Произведём расчёт изменения значений показателя защищённости от времени для 1-го здания.
Значения Dq найдены с использованием программы Toxi | Meteo и составляют .3,2 кг-с/м3. Для нахождения значений Dn необходимо знать значения концентраций в каждый момент времени действия источника АХОВ на объект. При этом будем принимать, что изменение концентрации АХОВ во времени будет происходить по нормальному закону распределения (рисунок 7) [7].
Рисунок 7 - График зависимости изменения концентрации АХОВ от времени
Элементарные отрезки времени примем равными 1 мин. График зависимости изменения показателя защищённости к от времени Ь будет иметь следующий вид, представленный на рисунке 8.
Построим соответствующую шкалу для здания, наиболее близко раеположеншнх) к источнику опасности (рисунок 9).
В„=0
Безопасно
0„=0,036 ИИ^И^^И^ИР
Относительно опасно
Опасно
Рисунок 9 Шкала оценки значений показателя защищённости для 1-го здания
Таким образом, применяя показатель защищённости, можно определить возможность использования жилых зданий в качестве варианта защиты населения при аварии на химически опасных объектах.
Вывод
В работе представлен подход по определению значений показателя защищённости и разработке шкалы оценки мх) значений. Реализация рассматриваемых подходов позволяет обосновать мероприятия по обеспечению защиты населения при химическом заражении внутригородской территории.
Рисунок 8 График зависимости изменения значений показателя защищённости от времени
ke= ss,s
ко= S.8
Литература
1. Рыбаков A.B.. Кочелаев A.A.. Иванов Е.В. О показателе; защищенности населения в жилых зданиях при химическом заражении территории // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2018. - №1 - С.24-30.
2. Барышев П.Ф.. Мазаник А.И. Алгоритм выбора рационального маршрута перемещения спасательного воинского формирования МЧС России к потенциально опасному объекту. "Научные и образовательные проблемы гражданской защиты". 2015. №4 (27). С. 24-29.
3. Батырев В.В.. Живулин Г.А.. Сосунов И.В.. Садовский И.Л. Оценка эффективности и качества фильтрующих средств индивидуальной защиты органов дыхания населения в чрезвычайных ситуациях: Монография / под общ. Ред. В.В. Богатырева / МЧС России. М.: ФГБУ ВНИИ ГО ЧС (ФЦ). 2017. 424 с.
4. Приказ РТН №158 от 20.04.2012 г. Об утверждении Руководства по безопасности «Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ»: [Электронный ресурс]. Доступ из справочно-правовой системы «Кодекс» URL: http://docs.cntd.ru/docuniont/420271040 (дата обращения 25.05.2018 г.).
5. Рекомендации по расчету инфильтрации наружного воздуха в одноэтажные производственные здания.- М.. 1993.
6. Маркитанова Л.И.. Кисс В.В.. Маркитанова A.A. Оценка химической обстановки: Учеб. пособие. СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2014. 119 с.
7. Батырев В.В. Основы противохимической защиты населения в чрезвычайных ситуациях: Монография; МЧС России М.: ФГУ ВНИИ ГО ЧС (ФЦ), 2010. 212 с.
METHODOLOGICAL APPROACH TO DETERMINING THE INDICATOR AND CONSTRUCTING THE SCALE OF EVALUATING THE PROTECTION OF POPULATION IN HOUSING BUILDINGS IN THE CHEMICAL INFECTION OF THE TERRITORY
Anatoliy RYBAKOV
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Laboratory of Information Support of the Population and Information Support Technologies
Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk. E-mail: anatoll_rubakovQmail.ru
Alexey KOCHELAEV
Adjunct Scientific Research Center Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk. E-mail: alexej91 lQmail.ru
Evgeniy GLOTOV
Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, Research Associate of the Institute of Special Training. Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia. Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk. E-mail: agz.u.sQyandex.ru
Evgeniy IVANOV
Adjunct Scientific Research Center Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk. E-mail: linia-zhizniQyandex.ru
Abstract. The article presents the further development of a methodical approach to assessing the index of population protection in residential buildings during chemical contamination of the territory. Reveals the order of the scale of the evaluation values of security, with the definition of intervals for the qualitative assessment of the quantitative values of security. An example of calculating the indicator of protection of the population in residential buildings with different protective properties, as well as the order of construction and application of the scale for a specific calculation example.
Keywords: Chemically dangerous object, chemical contamination, scale of assessment, protection index, emergency chemical hazardous substances, residential buildings, protection of the population, toxicity, toxic dose.
Citation: Rybakov A.V., Kochelaev A. A., Glotov E.N., Ivanov E.V. (2018) Metodicheskiy podkhod k opredeleniyu pokazatelya i postroyeniyu shkaly otsenki zashchishchennosti naseleniya v zhilykh zdaniyakh pri khimicheskom zarazhenii territorii [Methodological approach to determining the indicator and constructing the scale of evaluating the protection of population in housing buildings in the chemical infection of the territory]. Scientific and educational problems of civil protection, no. 2 (37), pp. 32-39(in Russian).
References
1. Rybakov A.V., Kochelayev A.A., Ivanov Ye.V. 0 pokazatele zashchishchennosti naseleniya v zhilykh zdaniyakh pri khimicheskom zarazhenii territorii // Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity. - 2018. - №1 - S.24-30.
2. Baryshev P.F., Mazanik A.I. Algoritm vybora ratsional'nogo marshruta peremeshcheniya spasatel'nogo voinskogo formirovaniya MCHS Rossii k potentsial'no opasnomu ob"yektu. "Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity". 2015. №4 (27). S. 24-29.
3. Batyrev V.V., Zhivulin G.A., Sosunov I.V., Sadovskiy I.L. Otsenka effektivnosti i kachestva fil'truyushchikh sredstv individual'noy zashchity organov dykhaniya naseleniya v chrezvychaynykh situatsiyakh: Monografiya / pod obshch. Red. V.V. Bogatyreva / MCHS Rossii. M.: FGBU VNII GO CHS (FTS), 2017. 424 s.
4. Prikaz RTN №158 ot 20.04.2012 g. Ob utverzhdenii Rukovodstva po bezopasnosti «Metodika modelirovaniya rasprostraneniya avariynykh vybrosov opasnykh veshchestv»: [Elektronnyy resurs]. Dostup iz spravochno-pravovoy sistemy «Kodeks» URL: http://docs.cntd.ru/document/420271040 (data obrashcheniya 25.05.2018 g.).
5. Rekomendatsii po raschetu infil'tratsii naruzhnogo vozdukha v odnoetazhnyye proizvodstvennyye zdaniya.- M., 1993.
6. Markitanova L.I., Kiss V.V., Markitanova A. A. Otsenka khimicheskoy obstanovki: Ucheb. posobiye. SPb.: NIU ITMO; IKhiBT, 2014. - 119 s.
7. Batyrev V.V. Osnovy protivokhimicheskoy zashchity naseleniya v chrezvychaynykh situatsiyakh: Monografiya; MCHS Rossii - M.: FGU VNII GO CHS (FTS), 2010. - 212 s.
