Оцінка характеру і наслідків надзвичайної події на хімічно небезпечних об’єктах стаціонарного типу
У статті наведені алгоритми визначення параметрів сектора поширення хімічно небезпечних речовин у випадку надзвичайної події на стаціонарному потенційно-небезпечному об’єкті та визначення зони перетину сектору загального зараження і сусідніх населених пунктів. Іл.: 2. Бібліогр.: 5 назв....
Saved in:
| Date: | 2003 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2003
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/737 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Оцінка характеру і наслідків надзвичайної події на хімічно небезпечних об’єктах стаціонарного типу / Беспалов В.П., Білецький Б.О., Коваль Ю.Х., Сивенюк В.В. // Математичні машини і системи. – 2003. – № 3, 4. – С. 124 – 129. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859734504174780416 |
|---|---|
| author | Беспалов, В.П. Білецький, Б.О. Коваль, Ю.Х. Сивенюк, В.В. |
| author_facet | Беспалов, В.П. Білецький, Б.О. Коваль, Ю.Х. Сивенюк, В.В. |
| citation_txt | Оцінка характеру і наслідків надзвичайної події на хімічно небезпечних об’єктах стаціонарного типу / Беспалов В.П., Білецький Б.О., Коваль Ю.Х., Сивенюк В.В. // Математичні машини і системи. – 2003. – № 3, 4. – С. 124 – 129. |
| collection | DSpace DC |
| description | У статті наведені алгоритми визначення параметрів сектора поширення хімічно небезпечних речовин у випадку надзвичайної події на стаціонарному потенційно-небезпечному об’єкті та визначення зони перетину сектору загального зараження і сусідніх населених пунктів. Іл.: 2. Бібліогр.: 5 назв.
В статье приведены алгоритмы определения параметров сектора распространения химически опасных веществ в случае чрезвычайного происшествия на стационарном потенциально-опасном объекте и определения зоны пересечения сектора общего заражения и соседних населенных пунктов. Ил.: 2. Библиогр.: 5 назв.
In the article the algorithms have been adduced sector parameters definitions of spreading chemically dangerous matters in case of the extra ordinary incident at the stationary potentially dangerous object the definitions of the general contamination sector crossing zone and the neighbouring populated areas. Figs.: 2. Refs.: 5 titles.
|
| first_indexed | 2025-12-01T15:13:39Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2003, № 3, 4 124
УДК 502
В.П. БЕСПАЛОВ, Б.О. БІЛЕЦЬКИЙ, Ю.Х. КОВАЛЬ, В.В. СИВЕНЮК
ОЦІНКА ХАРАКТЕРУ І НАСЛІІДКІВ НАДЗВИЧАЙНОЇ ПОДІЇ НА ХІМІЧНО НЕБЕЗПЕЧНИХ
ОБ’ЄКТАХ СТАЦІОНАРНОГО ТИПУ
Вступ
Техногенна екологія сьогодення – проблема планети в цілому і, в першу чергу, промислових центрів і великих
міст. Технологічні аварії складають більше 70% загальної кількості надзвичайних подій, і майже кожна десята з
них є викид хімічно небезпечних речовин (ХНР) [1, 2].
Якщо не можна уникнути надзвичайної події (технологічної аварії), то принаймні важливо знати, що
нас чекає після її скоєння, які будуть наслідки. Вміння прогнозувати характеристики надзвичайної події дає
можливість завчасно підготуватися до ліквідації її наслідків, більш обґрунтовано забезпечити і розподілити
наявні ресурси, що дасть можливість ліквідувати фактичні людські втрати, зберегти матеріально-технічні
цінності та захистити навколишнє середовище.
Саме питанню прогнозування характеру протікання і наслідків надзвичайної події на хімічно
небезпечних об’єктах і присвячена ця стаття.
У цьому випадку розв’язуються, як мінімум, дві задачі:
– задача визначення повної зони зараження місцевості (район аварії і поширення хмари у напрямку
вітру) [3];
– задача визначення ступеня зараження навколишніх населених пунктів (НП).
У даній статті наведено:
– алгоритми розв’язку другої задачі;
– мажорантні оцінки обчислення густини зараження, радіусу аварії і глибини поширення ХНР першої
задачі.
Як правило, район аварії моделюється колом певного радіусу в зоні аварії і наступним поширенням
зараження в секторі напрямку вітру (сектор поширення – кут, утворений двома променями, що виходять з
центру аварії) [3, 4].
Логічно і доцільно в цьому випадку користуватись полярною системою координат r , L , де r –
глибина поширення газу (пилу) в навколишнє середовище; L – половина кута сектора зараження.
На рис. 1 схематично наведено умовне розміщення заданих та розрахункових параметрів (область
зараження НП – заштрихована).
На рисунку прийняті такі позначення:
– ОП – промінь, що прийнятий за початок відліку в полярній системі координат, який виходить з
центру аварії і проходить через умовний центр НП;
– nr – відстань НП від центру аварії;
– β – половина кута, в якому розміщений НП;
– ОВ – промінь, що характеризує напрямок вітру;
– R – радіус поширення небезпечних речовин у напрямку вітру;
– aR – радіус аварії;
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2003, № 3, 4
125
– L2 – величина кута сектора поширення небезпечних речовин;
– γ – кут між напрямком вітру і напрямком центру НП (початком відліку у вибраній полярній системі
координат);
– γ∆ – кут між найближчими променями сектора зараження і НП;
– 3λ – кут, що визначає сектор зараження НП (на рис. 1 кут γλ ∆=3 , так як сектор зараження
частково перетинається з сектором населеного пункту).
Рис. 1. Взаємне розташування секторів зони зараження і НП
1. Визначення повної зони зараження місцевості
Зона зараження місцевості містить у собі:
– район аварії з радіусом аварії aR ;
– сектор поширення хмари (пилу) ХНР, який визначається глибиною поширення хмари Г у напрямку
вітру і кутом сектора зараження L2 з концентрацією (густиною) зараження ρ .
Параметри повної зони зараження (радіус аварії, глибина і площа поширення ХНР, густина ХНР)
визначаються згідно з [3].
Можна розглядати два варіанти визначення повної зони зараження:
– табличний варіант – для випадку, коли необхідні вхідні коефіцієнти задані в таблиці;
– аналітичний (універсальний) варіант, при якому всі необхідні коефіцієнти визначаються
аналітичними формулами.
Додатково до [3] наведено мажорантні (верхні) оцінки основних параметрів зони зараження, які
доповнюють і розширюють можливості аналітичного варіанта рішення.
Із рівняння Клайперона – Менделєєва [5] маємо
L
L
(напрям. вітру)
В
β
-β
0 |∆γ|=λ3
М(rn,0
НП
П
О
Ra
γ
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2003, № 3, 4 126
ρ =
T
p
R
µ
,
де p – тиск; T – температура газу по Кельвіну; µ – молярна маса; R – газова постійна.
Скориставшись цією формулою для двох різних температур, одержимо формулу для визначення
густини зараження ap в районі аварії. Вона має вид
ao
a t
t
n σ
σρρ
+
+=
1
1 00 ;
0273
1=σ , (1)
де
0p – густина ХРН в тарі до аварії;
0n – кількість атмосфер ХНР, що знаходилась в тарі до аварії;
0t – температура ХНР до вибуху;
at – температура оточуючого середовища в районі аварії.
Зауважимо, що формула (1) дає мажорантні оцінки густини, так як вона не враховує переміщення ХНР
з оточуючим повітрям.
Замінюючи реальний об’єм вибуху з густиною зараження ρа після осідання ХНР відповідним йому
рівновеликим об’ємом тієї ж густини з мажорантним радіусом і середньою висотою хмари в районі аварії,
матимемо
2/1
=
a
a h
m
R
ρπ
(2)
або з врахуванням (1)
a
a t
t
h
Vn
R
σ
σ
ρπ +
+=
1
1 0
0
002
, (2a)
де m , oV – відповідно маса і початковий об’єм ХНР до аварії;
h – середня висота підйому хмари ХНР.
Основні параметри поширення хмари ХНР визначаються формулами [3], в тому числі:
1) половина кута сектора поширення хмари L для множини ймовірностей mm PP ∈ (50%, 75%, 90%)
має відповідно ймовірні значення
(9, 12, 15) при інверсії,
L = (12, 20, 20) при ізотермії, (3)
(15, 25, 30) при конверсії;
2) глибина поширення Г
a
PCu
m
b
=Γ
τ2
, (4)
де
ε86,057,0 ea = ;
ε96,642,15 eb = ;
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2003, № 3, 4
127
ε – параметр, що характеризує вертикальну стійкість повітря;
τPC – порогова токсодоза ХНР;
2u – швидкість вітру на висоті 2 м;
3) площа поширення
( )2
0180 aR
L
S +Γ= π
. (5)
Формула (5) не враховує всієї площі поширення хмари ХНР в зоні аварії. Неврахована площа
визначається формулою
−= 0
2
1 180
1
L
RS aπ . (6)
Сумарна площа зараження ∑S буде
( )
−++Γ=∑ 0
22
0 180
1
180
L
RR
L
S aa ππ
. (7)
Об’єм зараження і маса ХНР визначаються відповідно формулами
∑= SV h ; (8)
pVm = . (9)
Підставляючи (7) в (8), а одержаний результат в (9), матимемо рівняння для визначення
aRR +Γ= :
2/1
0
2
0
180
1
180
−−=+Γ= L
R
h
m
L
RR aa ρπ . (10)
Підставляючи в формулу (10) замість ρ множину загальноприйнятих значень густин зараження
різних ХНР, ми одержуємо відповідну множину прогнозованих мажорантних оцінок значень Г для них при
minhh = .
Таким чином, можна наперед визначити (спрогнозувати) глибини зон заражень ХНР, зокрема, зону
гранично допустимої концентрації, за якою небезпека зараження відсутня. Слід врахувати, що формула (10)
для визначення aRR +Γ= ( R – відстань поширення ХНР від центру аварії) більш проста, ніж формула (4).
2. Визначення можливості попадання населеного пункту в зону зараження ХНР
Розв’язок такої задачі зводиться до:
– простого порівняння радіуса Πr з визначеними радіусами зон зараження для відносно невеликих
НП з майже рівномірним розподілом населення. Саме таким випадком ми обмежилися (у випадку великих НП
необхідно проводити поділ їх на зони з більш складним аналізом);
– визначення кута 3λ .
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2003, № 3, 4 128
Із рис. 1 видно, що )( βγγ +−=∆ L . Залишаючи за рамками статті аналіз всіх можливих взаємних кутових
положень сектора загального зараження і кутового сектора розміщення населеного пункту, наведемо основні
результати такого аналізу. Проведений авторами аналіз показує, що в залежності від співвідношення величин
γ∆ , βγ + і L+γ визначення кута 3λ зводиться до таких чотирьох випадків:
– якщо 0>∆γ , то 03 =λ ; (11)
– якщо 0<∆γ і L<+ βγ 1 , то βλ 23 = ; (12)
– якщо 0<∆γ і βγ <+ L1 , то L23 =λ ; (13)
– в усіх інших випадках γλ ∆=3 . (14)
У випадку наявності зараження обчислення людських втрат населеного пункту виконується згідно з
формулою
β
λ
2
001,0 3⋅=∆ nn sχ , (15)
де n∆ – кількість втрат населення даного НП;
n – кількість населення даного НП;
sχ – процент втрат у зоні зараження (береться те значення sχ , якому відповідає більша частина
населеного пункту).
Формула (15) використовується для грубої оцінки кількості втрат населення даного НП. Для більш
детальних розрахунків необхідно враховувати геометричні параметри меж НП. Для такого аналізу
використовують засоби Геоінформаційної системи (ГІС) та відповідні цифрові карти місцевості. За допомогою
цих засобів спочатку визначають фактичну площу зараження НП (частину площі НП, яку накриває сектор
зараження), а потім – кількість втрат як добуток цієї площі на середню щільність населення у даному НП.
На цифрових картах межі НП визначають неперервними замкнутими контурами, що складаються з
сукупності елементарних відрізків (рис. 2).
Рис. 2. Схема взаємного розташування сектора поширення ХНР і межі НП на цифрових картах місцевості
На рисунку прийняті такі позначення:
– O – центр аварії;
– γ∆ – кут сектора поширення ХНР;
– НП – населений пункт на цифровій карті;
НП
∆Sj
∆Si
ai bj
∆γ
O
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2003, № 3, 4
129
– )( ji ba – елементарний відрізок межі НП, який повністю або частково попадає у сектор поширення
ХНР;
– iS∆ )( jS∆ – площі трикутників, побудованих з відрізків )( ji ba – та центра аварії (точка O ).
Розглянемо алгоритм визначення фактичної площі зараження:
1. Визначається множина відрізків, які описують межу НП на цифровій карті і повністю або частково попадають
у сектор поширення ХНР ( на рисунку це сукупність відрізків ja та jb ).
2. Ця множина розбивається на дві: )(...1 iki aUA == – відрізків, які розташовані “ближче“ до центру аварії, та
)(...1 jni bUB == відрізків які розташовані більш віддалено від центру аварії.
3. Для кожного відрізка множин А та В будується трикутник з вершиною в точці O , iS∆ та jS∆ – відповідні
величини площі трикутників.
4. Фактична площа зараження НП визначається за формулою
)()( ijф SSS ∆∑−∆∑= . (16)
Отже, якщо S – загальна площа НП, формула (15) матиме більш точний вид:
S
ф
X
S
S
nn ⋅=∆ 01,0 . (17)
Зауваження. Для деяких НП замкнутих контурів, які визначають межі НП, може бути декілька (НП поділено
річкою, лісовим масивом тощо). Наведений алгоритм легко розповсюджується на такий випадок, для чого
треба дещо модифікувати п. 2 наведеного алгоритму.
Висновки
1. Алгоритми даної статті є ефективним доповненням та розширенням загальноприйнятої методики
визначення параметрів поширення ХНР [3].
2. Простота і наочність алгоритмів робить їх досить ефективними при розв’язанні найрізноманітніших
задач, пов’язаних з моніторингом надзвичайних ситуацій, картографуванням, оцінкою впливу на навколишнє
середовище. Цінністю наведених алгоритмів є простота використання їх для попереднього прогнозування
можливості повного або часткового попадання населеного пункту в зону зараження.
3. Викладені вище алгоритми покладені в основу методики „Оцінка характеру і наслідків надзвичайних
подій на хімічно небезпечних об’єктах стаціонарного типу”, яка реалізована в ІПММС НАНУ з використанням
ГІС технологій, що дозволяє видавати на карту район НП і зону поширення хмари ХНР із зазначенням на ній
усіх вихідних параметрів аварії. У разі наявності більш детальних цифрових карт місцевості району аварії цей
алгоритм може бути застосовано при створенні тривимірної моделі поширення хмари ХНР.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. К вопросу паспортизации потенциально опасных объектов / Морозов А..А., Яровой А.Д., Кузьменко Г.Е., Рогач В.Д.,
Трацевский А.В., Хоминич В.С. // Інформаційні технології управління екологічною безпекою, ресурсами та заходами у
надзвичайних ситуаціях. – Київ-Харків-Крим, 2002. – С. 31 – 36.
2. Бесчастнов М.В. Аварии в химических производствах, меры их предупреждения. – М.: 1976. – С. 17 – 22.
3. Сильнодействующие ядовитые вещества и защита от них. – М.: Воениздат, 1989. – С. 44 – 53.
4. Катков В.Л. Моделирование ветрового переноса заражений при чрезвычайных ситуациях // РАН, Инженерная экология. –
2000. – № 1. – С. 22 – 30.
5. Законы и формулы физики: Справочник / Сост. В.Е. Кузьмичев. – К.: Наукова думка, 1989. – С. 165 – 166.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-737 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-9763 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-01T15:13:39Z |
| publishDate | 2003 |
| publisher | Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Беспалов, В.П. Білецький, Б.О. Коваль, Ю.Х. Сивенюк, В.В. 2008-06-24T13:41:09Z 2008-06-24T13:41:09Z 2003 Оцінка характеру і наслідків надзвичайної події на хімічно небезпечних об’єктах стаціонарного типу / Беспалов В.П., Білецький Б.О., Коваль Ю.Х., Сивенюк В.В. // Математичні машини і системи. – 2003. – № 3, 4. – С. 124 – 129. 1028-9763 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/737 502 У статті наведені алгоритми визначення параметрів сектора поширення хімічно небезпечних речовин у випадку надзвичайної події на стаціонарному потенційно-небезпечному об’єкті та визначення зони перетину сектору загального зараження і сусідніх населених пунктів. Іл.: 2. Бібліогр.: 5 назв. В статье приведены алгоритмы определения параметров сектора распространения химически опасных веществ в случае чрезвычайного происшествия на стационарном потенциально-опасном объекте и определения зоны пересечения сектора общего заражения и соседних населенных пунктов. Ил.: 2. Библиогр.: 5 назв. In the article the algorithms have been adduced sector parameters definitions of spreading chemically dangerous matters in case of the extra ordinary incident at the stationary potentially dangerous object the definitions of the general contamination sector crossing zone and the neighbouring populated areas. Figs.: 2. Refs.: 5 titles. uk Інститут проблем математичних машин і систем НАН України Програмно-технічні комплекси Оцінка характеру і наслідків надзвичайної події на хімічно небезпечних об’єктах стаціонарного типу Оценка характера и последствий чрезвычайного происшествия на химически опасных объектах стационарного типа Estimating the Character and Consequences of the Extraordinary incident at the Stationary Type Chemically Dangerous Objectives Article published earlier |
| spellingShingle | Оцінка характеру і наслідків надзвичайної події на хімічно небезпечних об’єктах стаціонарного типу Беспалов, В.П. Білецький, Б.О. Коваль, Ю.Х. Сивенюк, В.В. Програмно-технічні комплекси |
| title | Оцінка характеру і наслідків надзвичайної події на хімічно небезпечних об’єктах стаціонарного типу |
| title_alt | Оценка характера и последствий чрезвычайного происшествия на химически опасных объектах стационарного типа Estimating the Character and Consequences of the Extraordinary incident at the Stationary Type Chemically Dangerous Objectives |
| title_full | Оцінка характеру і наслідків надзвичайної події на хімічно небезпечних об’єктах стаціонарного типу |
| title_fullStr | Оцінка характеру і наслідків надзвичайної події на хімічно небезпечних об’єктах стаціонарного типу |
| title_full_unstemmed | Оцінка характеру і наслідків надзвичайної події на хімічно небезпечних об’єктах стаціонарного типу |
| title_short | Оцінка характеру і наслідків надзвичайної події на хімічно небезпечних об’єктах стаціонарного типу |
| title_sort | оцінка характеру і наслідків надзвичайної події на хімічно небезпечних об’єктах стаціонарного типу |
| topic | Програмно-технічні комплекси |
| topic_facet | Програмно-технічні комплекси |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/737 |
| work_keys_str_mv | AT bespalovvp ocínkaharakteruínaslídkívnadzvičainoípodíínahímíčnonebezpečnihobêktahstacíonarnogotipu AT bílecʹkiibo ocínkaharakteruínaslídkívnadzvičainoípodíínahímíčnonebezpečnihobêktahstacíonarnogotipu AT kovalʹûh ocínkaharakteruínaslídkívnadzvičainoípodíínahímíčnonebezpečnihobêktahstacíonarnogotipu AT sivenûkvv ocínkaharakteruínaslídkívnadzvičainoípodíínahímíčnonebezpečnihobêktahstacíonarnogotipu AT bespalovvp ocenkaharakteraiposledstviičrezvyčainogoproisšestviânahimičeskiopasnyhobʺektahstacionarnogotipa AT bílecʹkiibo ocenkaharakteraiposledstviičrezvyčainogoproisšestviânahimičeskiopasnyhobʺektahstacionarnogotipa AT kovalʹûh ocenkaharakteraiposledstviičrezvyčainogoproisšestviânahimičeskiopasnyhobʺektahstacionarnogotipa AT sivenûkvv ocenkaharakteraiposledstviičrezvyčainogoproisšestviânahimičeskiopasnyhobʺektahstacionarnogotipa AT bespalovvp estimatingthecharacterandconsequencesoftheextraordinaryincidentatthestationarytypechemicallydangerousobjectives AT bílecʹkiibo estimatingthecharacterandconsequencesoftheextraordinaryincidentatthestationarytypechemicallydangerousobjectives AT kovalʹûh estimatingthecharacterandconsequencesoftheextraordinaryincidentatthestationarytypechemicallydangerousobjectives AT sivenûkvv estimatingthecharacterandconsequencesoftheextraordinaryincidentatthestationarytypechemicallydangerousobjectives |