Методическое пособие 817

5. Осадчий, Ю. М. Аппроксимация зависимостей концентрации радионуклида от глубины в слое хранилища твердых отходов/ Ю. М. Осадчий, В. С. Заниздра // Вестник СевНТУ. Серия: Механика, энергетика, экология. – 2014. – Вып. 147. – С. 157-162.

1Черноморское высшее военно-морское училище им. П. С. Нахимова, Севастополь 2Воронежский государственный технический университет

3Уральский институт ГПС МЧС России

V. S. Bilash1, A. V. Kalach2,3

PREDICTION OF RADIUM CONCENTRATION CHANGES

IN RADIOACTIVE WASTE STORAGE LAYERS

The article presents the results of experimental studies of spatiotemporal changes of 226Ra concentration in bulk and underlying layers. Models of distribution of radionuclides concentration in space and time were selected.

1The Black Sea Higher Naval School named after P. S. Nakhimov, Sevastopol 2Voronezh State Technical University

3Ural Institute of State Emergency Situations Ministry of Russia

УДК 504.064.2.001.18

А. А. Егоркин

МЕТОДОЛОГИЯ ПОДХОДОВ К ОЦЕНКЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СПЕЦИАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

В статье рассматривается концептуальный подход по оценке воздействия потенциально опасных объектов на окружающую среду и персонал на основе компьютерного моделирования с использованием программных продуктов вычислительной газодинамики. Представлена система взаимосвязи используемых методик для оценки экологической ситуации среды данного объекта.

Анализ руководящих документов, применяемых для оценки экологической опасности потенциально опасных объектов, содержащих различные виды специальной техники, выделяющей в окружающую среду загрязняющие и опасные вещества, позволяет сделать вывод, что применяемые в настоящее время методики не в полной мере позволяют оценить экологическую обстановку.

В связи с этим предполагается разработка методологии комплексной оценки экологической обстановки, исходя из данных:

– системы экологического мониторинга и применения роботизированных комплексов с современными системами индикации для целей оценки экологической обстановки;

60

–расчетных методов оценки опасности и рисков;

–применения методов численного моделирования, основанных на компьютерных программах газодинамики (CFD);

–экологического картирования;

–созданных экологических баз;

–анализа экологического ущерба;

–учета вторичного загрязнения окружающей среды в результате химических превращений;

–оценки ингаляционного воздействия;

–оценки эффективности средств индивидуальной защиты систем вентиляции в защите от токсического воздействия.

Данный концептуальный подход можно представить в виде схемы (рисунок), отображающей взаимосвязь перечисленных методов, которые наряду с эффективностью (каждый в отдельности) не дают полной картины экологической ситуации данного объекта.

Схема взаимосвязи методов, обусловливающих концептуальный подход

Для каждой из составляющей указанной схемы целесообразно выделить особенный вклад данного метода.

Так система мониторинга подразумевает наблюдение за состоянием окружающей среды, подверженной воздействию источников негативного воздействия, с использованием различных систем наблюдения, подразумевающая принятие управленческого решения по минимизации такого воздействия. Для расширения зоны оперативности и достоверности получения информации мо-

61

ниторинга используются роботизированные системы, способные в реальном масштабе времени передавать информацию. Повышение достоверности информации достигается применением современных средств детектирования концентрационных полей распространения загрязняющих и опасных веществ, основанных на селективных высокочувствительных полупроводниковых датчиках.

Одним из элементов системы является создание экологических баз данных, отображающие климатические данные, геохимическую обстановку и др. А также картографирование, учитывающее географические особенности расположения объектов, экосистемы разного ранга, масштабы антропогенного воздействия на окружающую среду, организацию и эффективность природоохранных мероприятий.

На основе количественных критериев риска и их вероятностных характеристик, а также моделирования последствий корректируются результаты мониторинга учитывая опасности, к которым можно отнести чрезвычайные ситуации техногенного и природного характера. Критерием риска будет определение тяжести ущерба от этого неблагоприятного события. Оценка экологического риска носит комплексный, системный характер с приведением всего комплекса исходных данных к одной шкале оценивая.

Существует большое количество способов оценки ущерба - в одном случае производится сравнение полученных результатов мониторинга с нормативными требованиями, в другом - на основе методов вероятностной оценки производится различное сравнение статистических данных, используются методы экспертных оценок и расчет распространения загрязнений.

В связи с вышеперечисленным, немаловажным будет определение риска для здоровья персонала и населения, находящегося в зоне влияния объекта при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. Поэтому оценка путей воздействия загрязняющих веществ на человека и в частности оценки ингаляционного воздействия является частью оценки экологического риска. Такая оценка проводится на основе выбора для мониторинга приоритетных химических веществ, определение уровня экспозиции по концентрациям с учётом фоновых уровней загрязнения. Анализ проводится с использованием моделирующих программ рассеивания величины выброса для каждого источника по каждому веществу. Необходимо обеспечить учет таких данных при расчете как режим функционирования источников выбросов (включение и выключение оборудование), связанные с максимальным и минимальным выделением, реальная мощность выброса за время работы, уточняющие расписание работы источников и значения их разовых (почасовых) выбросов, которые часто отличаются от максимальных.

Необходимым условием для обеспечения достоверной оценки обстановки необходимо учитывать физико-химические превращения, обусловливающие присутствие первичных и вторичных загрязнителей в атмосферном воздухе, а также присутствием веществ как продуктов производственного процесса по-

62

тенциально опасных объектов, характеризующиеся высокой токсичностью продуктов разложения при взаимодействии с кислородом и влагой атмосферы.

При реализации задачи по оценке экологической обстановки предусматривается оценка эффективности систем комплексной индивидуальной и коллективной защиты от опасных химических и биологических факторов.

Эффективность системы вентиляции определяется концентраций веществ на входе и выходе из нее, что позволяет корректировать экологическую ситуацию в целом и поэтому необходимо её учитывать при комплексной оценке.

Анализ вышесказанного позволяет сделать вывод, что каждая из составляющих приведенной схемы влияет на построение методологии оценки экологической обстановки.

В настоящее время оценка экологической обстановки и определение опасности для окружающей среды специальных объектов сводится к проведению расчетов негативного воздействия на отдельные компоненты окружающей среды, что в дальнейшем должно подтверждаться результатами инструментального или расчетного контроля в рамках проведения производственного экологического контроля.

Требования по организации проведения экологического мониторинга, закрепленные в законодательстве, не носят четкой регламентации и по сути, могут выполняться и проводиться эпизодически. В основном находят реализацию достаточно трудоемкие и дорогостоящие методики проведения мероприятий по инструментальному мониторингу, что не всегда оправдано с точки зрения экономической целесообразности.

Понятие экологического риска хоть и закреплено в законодательстве, но не нашло должного отражения в нормативных документах. Оценка экологического риска в рамках процедуры внедрения системы экологического менеджмента носит рекомендательный характер и не является обязательным требованием.

Экологическое картирование (картографирование) как инструмент визуализации оценки экологической обстановки используется недостаточно полно. Картографирование зачастую используется для проведения инвентаризации и в дальнейшем для прогнозирования возможных полей концентраций загрязняющих веществ при расчете допустимых выбросов. Так же наличие карты схемы объекта входит в обязательные требования ведомственных документов надзорных органов. Отсутствует комплексный подход в применении картографического материала. Положительный эффект дало бы применение геоинформационной системы, в основе которой использовались бы картографический материал, представленный 3D-форматом.

Экологическое картирование, применяемое для оценки воздействия выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) на атмосферный воздух сводится к схематическому наложению на карту зон распространения полей концентраций ЗВ с объектами негативного воздействия. Для водных объектов такой практики нет, скорее всего, из-за сложности прогностических оценок и особенностей разбав-

63

ления веществ. При нанесении данных фактических замеров зачастую невозможно охватить всю территорию, что делает необходимым применять современные средства мониторинга.

На практике экологический ущерб и вред рассчитываются большей частью по последствиям произошедших аварийных и чрезвычайных ситуаций и не являются обязательной частью процедуры оценки экологического риска.

В заключении вышесказанного можно сделать вывод о том, что мало разработаны подходы, позволяющие дать интегральную оценку экологической опасности и оценки обстановки на территории потенциально опасного объекта по всей совокупности параметров.

Методология оценки экологической опасности и обстановки на потенциально опасном объекте должна использовать методические приемы различных отраслей наук, экологии, биологии, географии, математики, физики, что позволит найти нестандартные решения проблемы.

Основой методологических подходов предполагается использование математического моделирования, применение которого позволяет объединить различные методики для оценки экологической обстановки в определенную концепцию, объединяющую экологическую ситуацию и возможности управления предполагаемыми рисками, а также построение геоинформационной системы (ГИС) на базе проведенных вычислений.

Современное моделирование не может существовать без создания банка данных, включающих в себя определенную информацию, а именно географическую, метеорологическую, данные о физико-химических характеристиках веществ, используемом технологическом оборудовании.

Использование ГИС зачастую сводится к использованию карт, интегрированных в систему без применения наложения информации, полученной по результатам мониторинга или прогнозных расчетов.

При использовании такого подхода необходимо будет решить задачу по созданию алгоритмов, предполагающих совместную работу математических моделей и ГИС с возможностью совершенствования, которая не будет завязана на конкретную исследуемую пространственную область. Так как математическое моделирование экологических задач требует визуализации расчетов, то ГИС будет связующим звеном для решения задач оценки экологической опасности. Так же ГИС сможет соединить созданную базу данных и математическое моделирование, которое будет источником наполнения информационной системы. Неоспоримым преимуществом по сравнению с существующими подходами будет 3D-моделирование аварий в производственных помещениях и представление результатов в наглядной форме.

Математическое моделирование распространения примесей основано на применении двух руководящих документов: «Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ» и «Методы расчета рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе». Основой методик является использование полуимперических формул для опреде-

64

ления полей концентраций. Так же существует целый ряд методик и компьютерных программ в основном иностранного производства схожей направленности.

Несмотря на большое количество разработанных моделей для различных источников, на сегодняшний день отсутствует универсальная общепринятая методика комплексной оценки загрязнения на территории потенциально опасного объекта, учитывающая весь спектр решаемых задач. Одним из возможных вариантов решения данной задачи может быть адаптация к применению одной из компьютерных программ вычислительной гидрогазодинамики (CFD) для целей моделирования распространения примесей.

Применение CFD-программных продуктов, являющихся основой математического моделирования позволит:

–получать концентрации полей загрязнения, учитывающие реальную геометрию объекта и неоднородную турбулентность в атмосфере;

–проводить расчет различных параметров распространения газовоздушной смеси в замкнутых производственных помещениях для оценки и организации вентиляции, являющейся организованным источником выбросов;

–проводить расчеты концентраций опасных веществ, сравнивать их с установленными предельно допустимыми концентрациями в воздухе рабочей зоны и давать оценку по токсическому влиянию на организм персонала, определять необходимость проведения защитных мероприятий;

–моделировать распространения примесей с учетом совместного влияния физико-химических явлений и вторичного загрязнения;

–использовать как инструмент анализа процесса испарения и конденсации при моделировании аварийных ситуаций;

–прогнозировать возможные чрезвычайные ситуации на объектах повышенной опасности с учетом ветрового воздействия;

–определять места расположения систем индикации экологического мониторинга на основе расчета полей концентрации опасных и загрязняющих веществ;

–получать данные, необходимые для построения полетного задания роботизированных комплексов мониторинга над объектом исследования;

–использовать совместно с численным CFD - методом эмпирических зависимостей, учитывающих влияние растительности на ветровой поток;

–использовать модели различного масштаба, что экономит денежные средства на натурный эксперимент.

Проведение указанных расчетов позволит выработать алгоритм методологического руководства и оценку экономической эффективности предполагаемых подходов.

Литература

1. Егоркин A. А. Подходы к выбору оптимальной расчетной области при CFD моделировании влияния воздушных потоков на полет БПЛА / А. А. Егоркин, В. В. Мезенцев // Материалы международной научно-практической конференции, посвящённой 100-летию отечественного танкостроения. - Омск: ОАБИИ, 2020. - 221 с.

65

2. Алямовский, А. А. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А. А. Алямовский. - СПб: БХВ-Петербург, 2005. С.163 – 170.

Военная академия ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого, Россия, Балашиха

A. A. Yegorkin

FORECASTING AND ORGANIZATION OF ENVIRONMENTAL MONITORING AT POTENTIALLY HAZARDOUS FACILITIES

The article considers a conceptual approach to assessing the impact of potentially hazardous objects on the environment and personnel based on computer modeling using computational gas dynamics software products. The system of interrelation of the methods used to assess the ecological situation of the environment of this object is presented.

Military Academy of Strategic Missile Forces named after Peter the Great,

Russia, Balashikha

УДК 004.942

О.В. Ложкина

КВОПРОСУ О СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОЦЕССА МОНИТОРИНГА НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА НА ОКРУЖАЮЩУЮ

СРЕДУ

Особенностью развития методологических подходов в области мониторинга и прогнозирования опасного воздействия транспорта на окружающую среду и человека является изначальная декомпозиция общего процесса: каждый уровень детализации развивался самостоятельно и обеспечивался своим комплексом методов, методик и моделей. В данной работе изложен разработанный автором новый подход, позволяющий на единой информационной платформе, осуществлять контроль и прогнозирование негативного воздействия транспорта на локальном, мезо- и региональном уровнях в краткосрочной, среднесрочной и долгосрочной перспективах.

Выполняя несомненно важные социальные и экономические функции в современном обществе, транспортная отрасль одновременно через многомиллионный парк подвижного состава, главным образом автотранспортных средств, объекты транспортной инфраструктуры и сопутствующие отрасли оказывает негативное воздействие на среду обитания, здоровье населения, флору и фауну. Наиболее ощутимо негативный «прессинг» ощущается в городских агломерациях – центрах жизнедеятельности человека [1-3].

На современном этапе эффективность принятия решений на различных уровнях управления экологической безопасностью в городах во многом зависит от организационного и методического обеспечения информационного процесса

66

мониторинга и прогнозирования негативного воздействия транспорта на среду обитания и население [4-6].

В представленной вниманию читателей статье описывается разработанная автором оригинальная комплексная модель мониторинга и прогнозирования чрезвычайного воздействия городского транспорта на здоровье населения и окружающую среду.

На рис. 1 представлена концептуальная схема комплексной модели.

Рис. 1. Концептуальная схема комплексной модели мониторинга

ипрогнозирования опасного воздействия городского транспорта на здоровье населения

иокружающую среду

Концептуально модель реализуется на двух иерархических уровнях воздействия: 1) локальном (участок улично-дорожной сети, микрорайон города) с переходом на мезо-уровень (район города, несколько районов) и 2) региональном (крупный город с городами-спутниками или регион). На локальном и мезуровне, с помощью соответствующих методов и программного обеспечения, в локальных и мезо- пространственно-временных масштабах поэтапно оценивается и / или прогнозируется опасное воздействие транспортных выбросов – в конечном итоге по показателям риска для здоровья населения. На региональном уровне производится оценка годовых валовых выбросов для всего субъекта в целом, определяется популяционный риск, а также социальный и экономический ущерб от негативного воздействия всего транспортного комплекса или отдельных его элементов. На рис. 2 визуализирована структурно-логическая схема комплексной модели.

67

Рис. 2. Структурно-логическая схема комплексной модели комплексной модели мониторинга и прогнозирования опасного воздействия городского транспорта

на здоровье населения и окружающую среду

Структурно-логически модель выстраивается в трех стратах: 1 страта – страта информационных баз данных (совокупность гетерогенных расчетных и натурных (фактических баз данных), сценариев, моделей; 2 страта – страта исследования объекта (городской среды, подвергаемой негативному воздействию транспортных выбросов) на основе его математического моделирования на локальном, мезо- и региональном уровнях; 3 страта – когнитивная страта (страта принятия решений и управляющих воздействий).

На рис. 3 представлен алгоритм экспериментально-расчетного мониторинга и прогнозирования опасного воздействия автомобильного транспорта по показателям химического и шумового воздействия на среду обитания и здоровье населения на локальном и мезо-уровне.

Рис. 3. Последовательность осуществления экспериментально-расчетного мониторинга и прогнозирования опасного воздействия автомобильного транспорта на среду обитания и здоровье населения на локальном и мезо-уровне

68

На основании данных, поступающих от автоматических систем учета автотранспортных потоков, которыми в рамках реализации аппаратнопрограммного комплекса «Безопасный город» оснащаются автодороги, установленных факторов эмиссии загрязняющих веществ и известных геометрических параметров проезжей части осуществляется расчетный мониторинг выбросов ЗВ и одновременный расчетный мониторинг уровня загрязнения придорожного воздуха, верифицируемый по показателям натурного мониторинга (результатам измерений), и мониторинг шумового загрязнения. В конечном итоге, определяется интегральный риск здоровью от одновременного негативного воздействия химического загрязнения и шума.

Рис. 4. отражает алгоритм реализации расчетного мониторинга и прогнозирования опасного воздействия городского транспорта на среду обитания и здоровье населения на региональном уровне

Оценка опасного воздействия транспорта на региональном уровне осуществляется по показателям годовых валовых выбросов с определением среднего за год уровня загрязнения и шума, определением популяционного риска здоровью населения, оценкой ущерба в натуральных единицах, например увеличение числа заболевших острыми респираторными заболеваниями, бронхитами, сер- дечно-сосудистыми заболеваниями по причине повышенного или высокого загрязнения воздуха, и последующей стоимостной оценкой причиненного ущерба в денежном выражении.

Подобный подход позволяет не только осуществлять мониторинг в текущем времени, но и прогнозировать ситуацию в краткосрочной, среднесрочной и долгосрочной перспективе, а следовательно, позволяет оценивать эффективность планируемых законодательных мер снижения транспортного воздействия на среду обитания и жителей городов, эффекта диверсификации автотранс-

69