Основы прогнозирования и оценка обстановки в районах ЧС техногенного и природного характера.

В комплексе мероприятий радиационной и химической защиты (РХЗ) при авариях и катастрофах на радиационно и химически опасных объектах экономики важное место занимают выявление и оценка обстановки в районах аварий и катастроф, характеризующейся в первую очередь степенью радиоактивного заражения (загрязнения), а также размерами очагов радиоактивного и химического заражения. Практика показывает, что по своим параметрам обстановка в районах (зонах) аварий на радиационно и химически опасных объектах сопоставима с обстановкой, складывающейся в очагах ядерного поражения и химического заражения. В связи с этим в методику прогнозирования и оценки обстановки при авариях на АЭС, других объектах ядерной энергетики, а также на химически опасных объектах в основном положены принципы прогнозирования обстановки в очагах ядерного поражения и химического заражения при использовании химического оружия.

По степени разрушения зданий и сооружений очаг поражения при землетрясении также сопоставим с очагом ядерного поражения и только очаг поражения при катастрофическом наводнении имеет свои специфические особенности и существенно отличается от очага ядерного поражения и химического заражения.

Выявление последствий в районах КПА, К и СБ имеет свои конкретные цели и задачи, характерные только для данного вида чрезвычайной ситуации. Соответственно определен четкий перечень исходных данных, а также последовательность (порядок) нанесения обстановки в очаге ЧС на карту (схему).

Вместе с тем, опыт показывает, что прогнозирование и оценка всех видов обстановки (инженерной, радиационной, химической, пожарной, в районах наводнений) осуществляется в четыре этапа:

1. Заблаговременная оценка обстановки методом прогнозирования по определенным оценочным параметрам (табличным данным) при отсутствии ЧС с учетом гипотетических данных.

2. Предварительная(оперативная) оценка обстановки при авариях на РОО, ХОО, а также в районах землетрясений и наводнений (до получения данных прогнозирования на основе реальных исходных данных, приблизительная оценка).

3. Прогнозируемая оценка обстановки по известным исходным данным.

4. Практическое выявление и оценка обстановки по данным разведки (уточненная оценка обстановки).

Очагом поражения при землетрясении называется территория, в пределах которой произошли массовые разрушения и повреждения зданий и сооружений, сопровождающиеся поражением и гибелью большого количества людей и животных.

Очаги массового поражения возникают обычно в районе (зоне) землетрясения, где интенсивность его по шкале Рихтера составляет 7-8 баллов и более; при этом большинство зданий и сооружений получают средние и сильные разрушения, например, в Спитаке 17 августа 1999 г. в Турции.

В районе землетрясения могут быть один или несколько очагов поражения. Так, например, при землетрясении в Армении в очагах поражения оказались города Ленинакан, Спитак, Степанован, Кировакан и еще 58 сельских населенных пунктов.

Очаги поражения при землетрясениях по характеру разрушения зданий и сооружений можно сравнить с очагами ядерного поражения. Поэтому оценка возможных масштабов разрушений при землетрясении может быть проведена аналогично оценке разрушений при ядерном взрыве, с той лишь разницей, что в качестве критерия берется не максимальное избыточное давление во фронте ударной волны (Р_ф), а максимальная сила (интенсивность) землетрясения в баллах по шкале Рихтера.

При прогнозировании характер и степень ожидаемых разрушений в населенном пункте (на объекте экономики) могут быть определены для различных дискретных значений интенсивности в интервале от величин, вызывающих слабые разрушения подавляющего большинства зданий и сооружений до величин, вызывающих полные их разрушения (таблица 2).

Таблица 2. Степень и характер возможных разрушений различных зданий в зависимости от силы землетрясения (в баллах).

Полученные результаты позволяют выявить как в целом размеры очага поражения, так и охарактеризовать зоны полных, сильных, средних и слабых разрушений.

Основными исходными данными для прогнозирования и оценки обстановки в очаге поражения при землетрясении являются: этажность зданий и сооружений в городе (микрорайоне); плотность застройки, ширина проездов (дорог); объемно-конструктивные решения преобладающего количества зданий и сооружений; сила землетрясения.

Данные о силе (интенсивности) землетрясения можно получить от служб единой системы сейсматологии, объединяющей на территории стран СНГ 60 опорных и 155 региональных сейсмических станций.

Полные разрушения характеризуются разрушением или сильной деформацией всех несущих конструкций и элементов зданий (сооружений), образованием сплошных завалов на дорогах (улицах, проездах). Подземные (подвальные) части зданий (сооружений) могут получить значительно меньшие разрушения по сравнению с наземными.

При сильных разрушениях деформации подвергается большая часть несущих зданий (сооружений), однако могут сохраниться наиболее прочные элементы-каркасы, ядра жесткости, частично стены и перекрытия нижних этажей. На дорогах и проездах образуются частичные завалы. Восстановление зданий (сооружений) возможно с использованием сохранившихся частей зданий и конструктивных элементов.

При средних разрушениях наблюдаются частичные деформации несущих конструкций зданий (сооружений) при сохранении большей части несущих конструкций. Второстепенные конструкции могут быть разрушены полностью. здания (сооружения) надолго выводятся из строя, но могут быть и восстановлены.

При слабых разрушениях основные несущие конструкции зданий (сооружений) сохраняются, а частично разрушаются и повреждаются перегородки, конструкции крыш, заполнения дверных и оконных проемов. Для полного восстановления зданий (сооружений) потребуется капитальный ремонт.

Очагом поражения при наводнении называется территория, в пределах которой произошли затопления местности, повреждения зданий и сооружений, сопровождающиеся поражением и гибелью людей, сельскохозяйственных животных и растений.

Масштабы наводнений зависят от высоты и продолжительности стояния опасных уровней воды, площади затоплений при разрушении гидротехнических сооружений зависят от:

- объема водохранилища (W, м³);

- ширины прорана (длины части плотины), м;

- глубины прорана (глубина воды перед плотиной), м;

- средней скорости движения волны попуска, м/с;

- максимального расхода воды на 1 м ширины прорана, м³/(с·м);

- времени опорожнения водохранилища, час.

Указанные ориентировочные исходные данные обязаны предоставлять службы гидрологических постов, осуществляющие круглосуточное непрерывное наблюдение за состоянием гидросооружений ГЭС (таблицы 3 и 4).

Таблица 3. Ориентировочная высота волны попуска и продолжительность ее прохождения на различных расстояниях от плотины.

Таблица 4. Зависимость расхода воды на 1 м ширины прорана от глубины прорана.

Используя необходимые исходные данные органы управления (управления и штабы ГОЧС, комитеты и комиссии по ЧС) оценивают обстановку в районе возможного очага поражения при наводнении, определив по эмпирическим формулам время прихода волны попуска к заданным рубежам (границам населенных пунктов) и продолжительность прохождения по ним волны попуска.

Время прихода волны попуска к заданным рубежам определяется по формуле:

где:

t_пр - время прихода волны попуска к заданным рубежам, ч;

R - удаление от плотины до заданных рубежей (границ населенных пунктов), км;

V - средняя скорость движения волны попуска, м/с.

Высота волны попуска (h) определяется из таблицы № 1 в зависимости от глубины воды перед плотиной (H). Продолжительность прохождения волны попуска (t) также определяем из таблицы № 1 в зависимости от времени опорожнения водохранилища (Т), определяемого по формуле:

где:

Т - время опорожнения водохранилища, ч;

W - объем водохранилища, м³;

B - ширина прорана или участка перелива воды через гребень не разрушенной плотины, м;

N - максимальный расход воды на 1 м ширины прорана (участка перелива воды через гребень плотины), м³/(с·м). Определяется в зависимости от глубины воды перед плотиной (глубины прорана) - Н, м.

Полученные исходные данные, а также результаты расчетов позволят определить размеры района катастрофического затопления с последующей оценкой во времени возможной обстановки в очаге поражения при наводнении.

Очаги (зоны) радиоактивного поражения (заражения, загрязнения), образующиеся в результате аварии (разрушения реактора) на АЭС и других объектах ядерной энергетики по характеру воздействия ионизирующего излучения и степени радиоактивного заражения (загрязнения) местности, зданий и сооружений аналогичны очагам ядерного поражения в условиях военного времени. Поэтому, основные задачи и методика оценки радиационной обстановки в них имеют много общего.

Под радиационной обстановкой понимают совокупность последствий радиоактивного загрязнения (заражения) местности, оказывающих влияние на боевые действия и боеспособность формирований ГО и подразделений аварийно-спасательных служб, работу объектов экономики и жизнедеятельность населения.

Выявление последствий при аварии АЭС включает выявление и оценку радиационной методом прогнозирования и по данным разведки.

Выявление радиационной обстановки методом прогнозирования включает:

1. Сбор и обработка исходных данных (координат АЭС-Х, У; тип ядерного реактора (ЯР); n-количество ЯР; время аварии- t_ав; мощность ЯР; характер аварии, срок эксплуатации (h, %); метеорологические условия (скорость- W и направление - A_w среднего ветра).

2. Определение размеров зон возможного радиоактивного загрязнения (ЗВЗ): длинну - L и ширину - Ш зон, радиуса заражения в районе АЭС-R_сз.

3. Нанесение ЗВЗ на карту (схему).

Общие аварии на АЭС специалисты разделяют на два основных варианта:

1. Гипотетическая (гетерогенная) авария без разрушения реактора.

2. Авария с разрушением ядерного реактора.

При этих вариантах аварии на АЭС радиационные последствия для людей будут характеризоваться возможным внешним их облучением в следствии радиоактивного заражения местности и внутренним облучением в результате попадания в организм радиоактивных веществ.

При гипотетической аварии происходит выброс в атмосферу через вентиляционную систему на высоту около 150 м от поверхности земли радиоактивной паровой смеси, содержащей радиоактивный изотоп йода с активностью до 2, 0·10⁷ Кu. Радиоактивное облако из района АЭС будет перемещаться в слое воздуха до высоты около 200 м по направлению и со скоростью среднего ветра.

Средним называется ветер, который является усредненным по скорости и направлению для всех слоев атмосферы в пределах высоты подъема факела выброса радиоактивных веществ при разрушении реактора АЭС.

При аварии с разрушением реактора в районе АЭС складывается более сложная радиационная обстановка, прежде всего из-за обширных территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению (заражению).

Характеристика зон радиоактивного загрязнения при аварии на АЭС с разрушением реактора представлена в таблице 5.

Таблица 5. Характеристика зон радиоактивного загрязнения при аварии на АЭС с разрушением реактора

Для качественной оценки радиационной обстановки и решения аналитических задач, полученные данные соответственно подготовленные специалисты (личный состав группы прогнозирования УГПС МЧС) наносят на топографическую карту или схему с соблюдением установленных условных знаков ГО и использованием соответствующих цветов.

Последовательность нанесения на карту (схему) зоны радиоактивного загрязнения (заражения):

1. На карту (схему) наносится место дислокации (координаты) АЭС или иного радиационно опасного объекта (цвет - черный) и делается поясняющая надпись в виде дроби, в числителе которой указывается тип реактора, его электрическая мощность и тип аварии. В знаменателе указывается время начала аварии (час, число и месяц).

2. По направлению среднего ветра синим цветом проводится ось следа радиоактивного облака, спроецированного на местность (поверхность земли).

3. Из центра условного знака ГО, определяющего место дислокации АЭС, последовательно соответствующими цветами в виде эллипсов наносятся зоны радиоактивного загрязнения с использованием данных таблицы 9. При этом ширина зон измеряется в средней части по их длине.

Как показывает анализ развития аварии на ЧАЭС, при разрушении реактора происходит взрывоопасный выброс в атмосферу на высоту 1.0-3.0 км до 100 % парообразной смеси, содержащей радиоактивные изотопы и до 20 % твердых радиоактивных осколков содержимого реактора и конструкций зданий и сооружений. В дальнейшем до герметизации реактора из него будут продолжать выходить образующиеся газообразные составляющие, которые под влиянием среднего ветра будут распространятся как и в случае гипотетической аварии. Такое распространение радиоактивных веществ в одном направлении может продолжаться в среднем от 3 до 12 часов, а в отдельных случаях до 1-2 суток.

Наиболее сложная радиационная обстановка при аварии на АЭС будет наблюдаться в том случае, если в этот момент реактор будет работать на полную мощность (примерно 32 тыс. МВт тепловой энергии). В этом случае, при скорости среднего ветра равной 3-7 м/с (10 - 25 км/ч), в слое воздуха от поверхности земли равной по высоте 0-6.0 км образуется радиоактивное заражение местности в виде эллипса на территории площадью около 8, 4 тыс. км². При этом возможно внешнее и внутреннее облучение незащищенного личного состава подразделений ГПС на прилегающей к АЭС территории площадью до 970 км².

Изменение уровней радиации на радиоактивно загрязненной местности при аварии на АЭС с разрушением реактора в общем виде характеризуется зависимостью:

где:

P₀ и P_t - уровни радиации в момент времени t₀ и спустя заданное время после аварии, рад/ч;

n - показатель степени спада радиации, который для аварийных ЯЭР со сроком эксплуатации более 20 лет принимают 0, 5.

Тогда формула спада радиации принимает вид:

(4)

Если время после аварии t_о=1 час, то 4

или (5)

Выявление радиационной обстановки по данным разведки включает:

1. Сбор данных разведки (Р_{х, у}, t_авар).

2. Приведение Р_{х, у} на Р₁.

3. Нанесение Р₁ на карту (схему) и по ним строим фактические зоны загрязнения.

Нанесение на карту Р₁ осуществляется путем обозначения черным цветом точки в месте измерения и значения уровня радиации. Главной задачей радиационной разведки является своевременное обнаружение радиоактивного загрязнения (заражения) и оповещение об этом населения, рабочих и служащих радиационно опасных объектов (РОО). К радиационной разведке привлекаются:

- разведчики-химики (дозиметристы) подразделений и формирований служб ГО;

- разведывательные группы (звенья) общей разведки;

- посты радиационного и химического наблюдения (ПРХН);

- формирования и учреждения медицинской службы ГО;

- химические и радиометрические лаборатории ГО и объектов экономики.

Результаты радиационной разведки заносят в журнал радиационного и химического наблюдения (разведки) и являются исходными данными для оценки обстановки.

Оценка радиационной обстановки включает решение основных задач по вариантам действий личного состава ГПС в зонах радиоактивного загрязнения, анализ полученных результатов и выбор целесообразных вариантов, при которых будут получены наименьшие радиационные потери.

При оценке радиационной обстановки решаются следующие задачи:

1. Определение мощности доз излучения Р_t на время t после аварии.

2. Определение доз облучения Д личного состава за время пребывания на загрязненной местности.

3. Определение допустимой продолжительности Т_дп пребывания личного состава на загрязненной местности.

4. Определение допустимого времени начала действий t_нач на загрязненной местности.

5. Определение режимов радиационной защиты (РРЗ) рабочих, служащих и производственной деятельности объектов экономики.

6. Определение возможных радиационных потерь личного состава на загрязненной местности.

В общем случае доза излучения, которую может получить личный состав ГПС при нахождении на загрязненной территории определяется как

Д = Д_обл + Д_вн + Д_внут, (6)

где:

Д_обл - доза излучения, получаемая личным составом при попадании его в зону прохождения зараженного облака;

Д_вн - доза излучения, получаемая личным составом при внешнем облучении;

Д_внутр- доза излучения, получаемая личным составом при попадании радионуклидов внутрь организма.

Величина дозы излучения внешнего облучения будет зависеть от мощности дозы излучения, промежутка времени с момента начала до конца облучения личного состава, отсчитываемого от момента аварии и коэффициента ослабления ионизирующего излучения (К_осл) и вычисляется по формуле:

, рад (7)

где:

Р₁ - величина уровня радиации на 1 час после начала аварии, рад/ч;

t_к и t_н - время конца и начала облучения, час;

К_осл - коэффициент ослабления радиации.

Под химической обстановкой принимают совокупность последствий химического заражения местности аварийными химически опасными веществами (АХОВ) (ОВ), оказывающих влияние на деятельность объектов народного хозяйства, сил ГО и населения.

Химическое заражение (загрязнение) возникает в результате разлива (выброса) аварийных химически опасных веществ (АХОВ) с образованием зон химического заражения и очагов химического поражения.

Очагом ХЗ является территория (участок местности), подвергшаяся непосредственному воздействию аварийными химически опасными веществами (АХОВ) или ОВ. Различают первичный и вторичные очаги ХЗ, образующиеся в пределах возможной зоны ХЗ в результате конденсации химических веществ на местности при долговременном развитии аварии.

Расчетной границей очага ХЗ считается условная линия на местности, за пределами которой отсутствует опасность химического поражения личного состава.

Зона химического заражения, образованная аварийными химически опасными веществами (АХОВ) или ОВ, включает место непосредственного вылива (выброса) веществ и территорию, над которой распространились пары ядовитых веществ или газы в поражающих концентрациях в результате переноса зараженного облака воздуха по направлению приземного ветра и ограниченная линией средних пороговых значений экспозиционной ингаляционной токсической дозы. Пороговое значение экспозиционной токсической дозы соответствует возможности проявления в 50 % случаев начальных симптомов поражения людей, не приводящих к потере работоспособности.

На химически опасных объектах химическую обстановку выявляют посты, звенья и группы радиационной и химической разведки (РХР).

Выявление химической обстановки методом прогнозирования включает:

1. Сбор и обработку исходных данных (место аварии-Х, У; t_авар; количество и тип аварийных химически опасных веществ (АХОВ); температура воздуха; направление и скорость приземного ветра; степень вертикальной устойчивости воздуха; условия хранения аварийных химически опасных веществ (АХОВ)).

2. Определение размеров зон химического заражения (R_ав, Г_расч).

3. Нанесение района очага и зон химического заражения на карту (схему).

Выявление химической обстановки по данным разведки включает:

1. Сбор данных химической разведки (тип АХОВ, S_р - площадь района разлива СДЯВ, границы зоны химического заражения).

2. Нанесение района очага и зон химического заражения на карту (схему).

Оценка химической обстановки при авариях включает решение основных задач по действиям личного состава ГПС в зоне химического заражения, анализ полученных результатов и выбор целесообразного варианта защиты, исключающего или уменьшающего потери от аварийных химически опасных веществ (АХОВ), а также определения объема проведения специальной обработки.

При оценке химической обстановки решаются следующие задачи:

1. Определение времени подхода зараженного облака к объекту.

2. Расчет потерь личного состава от воздействия аварийных химически опасных веществ (АХОВ).

3. Расчет площади зоны возможного и фактического заражения.

Исходными данными для оценки химической обстановки являются:

- тип и количество вылитого (испарившегося) АХОВ;

- скорость приземного ветра и особенности рельефа местности, степень вертикальной устойчивости воздуха;

- степень защищенности персонала ХОО и населения, проживающего вблизи объекта;

- степень защищенности личного состава (АС и АВ) подразделений, привлекаемых к проведению АСР;

- параметры зон химического заражения;

- удаление объекта от места аварии, доля пораженной части объекта.

При оценке метеорологических условий различают 3 степени вертикальной устойчивости воздуха: инверсию, изотермию и конвекцию, которые в значительной мере влияют на характер развития аварии на ХОО.

Инверсия возникает обычно в вечерние часы, примерно за один час до захода солнца, и разрушается в течение часа после его восхода. При инверсии нижние слои воздуха холоднее верхних, что препятствует рассеиванию его по высоте и создает наиболее благоприятные условия для сохранения высоких концентраций зараженного воздуха на местности.

Изотермия характеризуется стабильным равновесием воздуха. Она наиболее характерна для пасмурной погоды, но может возникать также в утренние и вечерние часы как переходное состояние от инверсии к конвекции (утром) и наоборот (вечером).

Конвекция возникает обычно через 2 часа после восхода солнца и разрушается примерно за 2 - 2, 5 часа до его захода. Она обычно наблюдается в летние ясные дни. При конвекции нижние слои воздуха нагреты сильнее верхних, что способствует быстрому рассеиванию зараженного облака и уменьшению его поражающего действия.

Степень вертикальной устойчивости приземного слоя воздуха может быть определена по данным прогноза погоды с использованием специальных таблиц и графиков.

При оценке химической обстановки методом прогнозирования принимается условие одновременного разлива (выброса) всего запаса аварийных химически опасных веществ (АХОВ) на объекте при благоприятных для распространения зараженного воздуха метеоусловиях (инверсия, скорость ветра - 1 м/с).

Быстро протекающие процессы при авариях на ХОО, а также наличие опасных проявлений поражающего действия АХОВ, не позволяют получить данные для статистического моделирования обстановки, в связи с чем для выявления возможных ситуаций при авариях используется метод раннего вероятного прогнозирования с использованием соответствующей Методики Госгидромета СССР (РД 52.04.253-90).

Порядок нанесения на топографическую карту (схему) зоны химического заражения:

1. Установленными цветами условным знаком ГО наносится место дислокации ХОО и очаг химического заражения R_ав и делается поясняющая надпись в виде дроби, в числителе которой указывается вид вылившегося СДЯВ и его количество, а в знаменателе - время начала аварии (час, число и месяц).

2. По направлению приземного ветра наносится зона химического заражения (ЗХЗ) с учетом расчетной глубины заражения Г_расч и угла распространения.

Полученная в виде сектора геометрическая фигура и будет являться зоной химического заражения при аварии на ХОО.

Габариты условных знаков ГО, поясняющая надпись наносятся черным цветом, R_ав и боковые стороны зоны ХЗ наносятся синим цветом, а внутреннее пространство R_ав затемняется желтым цветом, сектора-наклонной штриховой линией желтого цвета.

При фактической аварии (разрушении емкостей с АХОВ) на ХОО оценка производится по конкретно сложившейся обстановке, то есть берутся реальное количество вылившегося (выброшенного) вещества и метеорологические условия. При этом необходимо иметь в виду, что химические вещества, имеющие температуру кипения ниже 20 ⁰С (фосген, фтористый водород и т. п.), по мере их разлива достаточно быстро испаряются и количество ядовитых паров, поступающих в приземный слой воздуха, будет равно количеству вытекшей жидкости.

Сильнодействующие ядовитые вещества, имеющие температуру кипения выше 20 ⁰С (сероуглерод, синильная кислота и т. п.), а также низко кипящие жидкости (сжиженные аммиак и хлор, а также олеум и т. п.) разливаются по территории объекта и, испаряясь, заражают приземный слой воздуха.