CC BY
74
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 1 (61)
ЕКОЛОГ1Я НА ТРАНСПОРТ!
УДК 502.361.504.3.054:656.2
Н. Н. БЕЛЯЕВ1*, Л. Я. МУНТЯН2*
1 Каф. «Гидравлика и водоснабжение», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (056) 273 15 09, эл. почта gidravlika2013@mail.ru, ОЯСГО 0000-0002-1531-7882
2*Каф. «Гидравлика и водоснабжение», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (056) 273 15 09, эл. почта gidravlika2013@mail.ru, ОЯСГО 0000-0002-1659-7740
ЭКСПРЕСС-МЕТОД ОЦЕНКИ
ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО РИСКА ПРИ АВАРИЯХ НА ТРАНСПОРТЕ
Цель. Данное исследование направлено на разработку метода оценки потенциального территориального риска при авариях на железнодорожном транспорте, учитывающего специфику эмиссии химически опасных веществ при чрезвычайных ситуациях во время их транспортировки. Методика. Основу предложенного метода составляет численное моделирование процесса переноса химически опасного вещества в атмосфере. Основой численной модели является уравнение массопереноса химически опасных веществ. Данное уравнение учитывает рассеивание в атмосфере опасного вещества за счет ветра и атмосферной диффузии. Для численного интегрирования уравнения переноса химически опасного вещества в атмосфере применяется неявная разностная схема расщепления. На основе построенной численной модели разработан метод оценки потенциального территориального риска и создан код на алгоритмическом языке Фортран. Разработанный метод пространственно-временной оценки территориального риска учитывает: вероятные метеоситуации; режим эмиссии химически опасного вещества; мощность эмиссии; движение источника эмиссии. Проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения атмосферы над поселком Синельниково при аварийной утечке аммиака. Результаты. Предложенный метод позволяет оперативно рассчитать возможный потенциальный риск утечки химически опасных веществ на основе расчета уровня загрязнения атмосферы при различных метеоситуациях. Метод позволяет определить размеры зоны токсичного поражения людей и оценить уровень опасности аварий на железнодорожном транспорте. С помощью разработанной численной модели выполнена оценка риска поражения людей в селитебной зоне поселка Синельниково. Научная новизна. Учеными создан метод оценки потенциального территориального риска, основанный на численном моделировании процесса загрязнения атмосферы. Выполнен расчет потенциального риска для селитебной зоны поселка Синельниково. Практическая значимость. Разработанный метод оценки потенциального риска может быть использован не только для решения задач данного класса для объектов железнодорожного транспорта, но и для других химически опасных объектов. С помощью разработанного метода выполнена оценка потенциального риска для поселка Синельниково в случае аварийной эмиссии аммиака.
Ключевые слова: аварийное загрязнение атмосферы; выброс химически опасных веществ; численное моделирование; оценка риска
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 1 (61)
Введение
Оценка уровня загрязнения окружающей среды в случае аварий при транспортировке химически опасных грузов является специфической и особо важной задачей, возникающей в области научных исследований, связанных с эксплуатацией железнодорожного транспорта [1, 2]. В рамках этой проблемы следует выделить одну, крайне важную задачу - оценку территориального риска при аварийных ситуациях на железнодорожном транспорте [9, 14, 17]. Используемые в настоящее время на практике методики решения таких задач не отвечают современным требованиям и не дают возможности получить научно обоснованные данные относительно уровня загрязнения окружающей среды и оценки риска при чрезвычайных ситуациях (рис. 1) [5, 6, 9-12].
Рис.1. Эмиссия загрязняющих веществ при аварии на железной дороге
Fig. 1. Emission of pollutants in the accident on the railroad
Важность решения задач данного класса, особенно сейчас, привлекает к себе внимание в связи с повышенной угрозой террористических атак и диверсий на железной дороге, когда эмиссия опасных веществ может быть значительно бшьше, чем при авариях. Таким образом, создание методов оценки уровня загрязнения окружающей среды и риска, при чрезвычайных ситуациях на железной дороге, является актуальной научной задачей.
Цель
Целью данной работы является разработка метода для оперативной оценки потенциального территориального риска при аварийной эми-
ссии химически опасных веществ на объектах железнодорожного транспорта.
Анализ публикаций. В Украине в настоящее время для оценки риска при чрезвычайных ситуациях используется нормативная методика [9], которая носит декларативный характер и не содержит конкретных расчетных зависимостей, позволяющих прогнозировать величину риска для конкретных аварийных ситуаций. Как известно, величина риска зависит от величины поражающих факторов, которые возникают при той или иной чрезвычайной ситуации. При аварийной эмиссии химически опасных веществ возникает поражающий фактор - концентрация. В случае ситуаций, связанных эмиссией химически опасных веществ, для оценки последствий аварий на химически опасных объектах и транспорте используется нормативная методика [10], которая основана на ряде эмпирических зависимостей. Данная методика не учитывает скорость ветра, атмосферную диффузию, режим эмиссии химически опасного вещества на процесс формирования зоны загрязнения, а значит, на величину риска. Эта методика не позволяет оценить величину концентрации, то есть оценить риск. Кроме этой методики, применяются также аналитические модели, в частности модель Гаусса для оценки аварийного загрязнения атмосферы и оценки риска поражения людей [6, 14] . Как известно, модели данной группы позволяют быстро рассчитать зону загрязнения, но только для модельных ситуаций типа точечный постоянно действующий источник или точечный мгновенный выброс. В ряде случаев используются СББ модели [2, 3, 15, 16], но они «сложны» для рядового пользователя. В настоящее время очевиден дефицит моделей и методов прогноза территориального риска, позволяющих оперативно получать необходимые прогнозные данные.
Постановка задачи. Рассматривается рассеивание в атмосфере токсичного вещества, попавшего в нее при чрезвычайной ситуации. Известна интенсивность выброса загрязняющего вещества и продолжительность эмиссии опасного вещества по времени, а также возможные метеоситуации. Необходимо оценить риск токсичного поражения людей на открытом пространстве возле места аварии.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Днiпропетровського нацiонального унiверситету залiзничного транспорту, 2016, № 1 (61)
Методика
Платформой решения задачи по оценке потенциального территориального риска в случае аварий при транспортировке химически опасных грузов является осредненное по высоте переноса Н уравнение массопереноса примеси Г. И. Марчука [4, 7]
д ( дС Л
|у- ' +
дС дt
диС дуС д (
дх ду
дС_ дх
ду I ду
туации. На заключительном, пятом этапе, осуществляется построение поля риска для рассматриваемого региона.
При построении поля территориального риска следует учесть, что каждому погодному состоянию Р(^) отвечает конкретная зона загрязнения, характеризующаяся размерами и концентрацией опасного вещества. Вероятность реализации конкретного погодного состояния определяется по зависимости
(*)-5(х-х0 (*))-5(у-У0 (0), (1)
где С - концентрация опасного вещества; и, V -компоненты вектора скорости ветрового потока;
| = {|1х, |у ) - коэффициенты атмосферной турбулентной диффузии; \ - время; Q - интенсивность эмиссии опасного вещества; х0 (), • у0 (t) -координаты источника эмиссии, зависящие от времени; 5(х - х0 (t)), 5{у - у0 ^)) - дельта
функция Дирака.
Задавая зависимость от времени координат источника эмиссии х0 (), • у0 (), мы можем моделировать движение источника эмиссии (разгерметизированная цистерна). Постановка краевых условий для данного уравнения рассмотрена в работах [2, 7, 13].
В данном разделе рассмотрена новая методология оценки территориального риска в случае аварийной эмиссии опасного вещества на железной дороге. Полагается, что вероятность инициирующего события (аварийный выброс) Р=1.
Алгоритм определения величины территориального риска разбивается на ряд этапов. На первом этапе решения задачи формируется блок данных относительно инициирующего события (место эмиссии, интенсивность эмиссии, режим эмиссии). На втором этапе формируется блок данных относительно вероятных метеоситуаций PW1, характерных для рассматриваемого региона. На третьем этапе рассчитывается уровень загрязнения в регионе для вероятных метеоситуаций (численное решение уравнения (1)). На четвертом этапе определяются подзоны, где концентрация превышает пороговое значение (ПДК, смертельную концентрацию и т.п.) при той или иной метеоси-
р {Щ ) = NП/ Т,
(2)
где ЫП - число дней (часов), соответствующих определенной метеоситуации; Т - период наблюдений (прогноз метеоситуации).
В данном случае под определенной метеоситуацией будем понимать конкретное значение скорости и направления ветра. Данная информация может быть получена исходя из имеющейся базы наблюдений за погодными условиями в конкретном регионе или на основе прогнозов метеостанций.
Для оценки потенциального территориального риска необходимо оценить вероятность для каждой точки рассматриваемого региона, прилегающего к железной дороге, оказаться под действием шлейфа (облака) опасного вещества.
Исходя из данных рассуждений, можем утверждать, что вероятность попадания какого-либо рецептора под действие шлейфа опасного вещества определиться, таким образом, по зависимости:
р (щ )у =1р (Щ)
(3),
г=0
где Р(Щ)^ - суммарная вероятность всех погодных состояний, отвечающих данному направлению ветра, при котором рецептор попал в зону влияния источника эмиссии.
Таким образом, для расчета вероятности оказаться в зоне поражения (то есть для оценки величины территориального риска) необходимо выполнить расчеты для конкретного рецептора по формуле (3). Необходимо подчеркнуть, что для решения поставленной задачи надо знать концентрацию опасного вещества в точке расположения конкретного рецептора и на сколько эта величина превосходит некоторый порого-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&шзничного транспорту, 2016, № 1 (61)
вый уровень (например, ПДК или какую - либо другую величину). Следовательно, мы приходим к первоочередной задаче - определение поля концентрации опасного вещества для конкретного региона (территории) и конкретной метеоситуации.
Отметим, что для прогноза потенциального территориального риска необходимо знать:
1. мощность эмиссии опасного вещества, режим эмиссии, скорость и направление движения разгерметизированной цистерны;
2. место начала эмиссии;
3. метеоситуацию;
4. концентрационное поле опасного вещества, которое формируется для конкретной метеоситуации.
На базе предложенной модели разработан код «RISK — QUICK», который осуществляет расчет возможного потенциального риска на базе предложенного подхода. Программная реализация кода осуществлена на языке FORTRAN. Разработанный код состоит из нескольких подпрограмм типа SUBROUTINE, каждая из которых осуществляет решение определенной задачи: расчет динамики формирования зоны загрязнения, расчет концентрации химически опасного вещества в заданной точке и т.п. Для решения различных задач по оценке территориального риска нет необходимости вносить какие-либо изменения в разработанный код, изменения вносятся только в файл исходных данных.
Результаты
Для иллюстрации возможностей разработанного метода оценки территориального риска ниже представлено решение конкретной прикладной задачи. Рассматривается регион возле станции «Синельниково» (рис. 2). Размеры региона 10 х 10 км. Полагается, что в случае чрезвычайной ситуации может произойти утечка аммиака - краткосрочный выброс химически опасного вещества (аммиак), в течении 1мин. Место эмиссии условно изображено на рис. 4. в виде «кружка». Масса выброшенного вещества 1т. Полагается, что состав сначала двигается со скоростью 4 км/час в течение 4 мин, а затем останавливается.
Рис. 2. Расчетная область (ст. «Синельниково»): «кружок» - место аварийной эмиссии
Fig. 2. Estimated area
(St. «Sinelnikovo») «circle» -a place of emergency issue
При оценке потенциального территориального риска принималось, что при концентрации равной или большей величины 0,2 мг/м3 рецептор попадает в зону риска.
Предположим, что на станции в период с ночи 24.00 (12 декабря) по 18.00 (13 декабря) по данным метеопрогноза, в течение 42 часов возможны такие метеоситуации: северовосточный ветер со скоростью:
1. в период с 24.00 по 6.00, (ночь-утро) ожидается скорость ветра 1 м/с;
2. в период с 6.00 по 12.00, (утро-день) скорость ветра 2 м/с;
3. в период с 12.00 (12 декабря) по 18.00 (день 13 декабря) скорость ветра 3 м/с.
Таким образом, на протяжении 42 часов вероятность реализации каждой метеоситуации составляет:
P W ) = х 100 = 14.3%;
P (W ) = х 100 = 14.3%;
30
P (W2 ) = — х 100 = 71.4%.
Требуется оценить потенциальный территориальный риск для рассматриваемой ситуации
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&шзничного транспорту, 2016, № 1 (61)
аварийной утечки опасного вещества на железнодорожной станции «Синельниково».
На последующих рисунках показаны карты возможного потенциального риска для рассматриваемой ситуации. Необходимо отметить, что представлены данные о величине территориального риска для различных моментов времени, так как исходная задача - нестационарная по своей постановке: эмиссия идет только 1 мин, а далее в атмосфере мигрирует сформировавшаяся зона загрязнения.
Рис. 3. Матрица территориального риска (t= 1мин)
Fig. 3. Matrix of territorial risk (t = 1 min)
Рис. 4. Матрица территориального риска (t = 8мин)
Fig. 4. Matrix of territorial risk (t = 8 min)
Рис. 5. Матрица территориального риска (t = 15 мин)
Fig. 5. Matrix of territorial risk (t = 15 min)
Рис. 6. Матрица территориального риска (время t = 22 мин)
Fig. 6. Matrix of territorial risk (t = 22 min)
Как видно из рис. 3-6, зона возможного территориального риска постоянно изменяется с течением времени - она увеличивается в размерах. Так для момента времени t = 1 мин площадь потенциального территориального риска составляет порядка 5 % рассматриваемого региона, то к моменту времени t = 22 мин, площадь потенциального территориального риска практически равна половине площади рассматриваемого региона и полностью покрывает поселок «Синельниково». Это указывает на огромную опасность аварий на объектах железнодорожного транспорта. Кроме этого видно, что величина потенциального риска изменяется для различных точек региона со временем. Так для точек региона, где первоначально величина
doi 10.15 802/stp2016/60945 34
риска составляла порядка 70 % (момент времени 8мин после аварии), то для момента времени 1 = 22 мин в этих точках значение потенциального риска уже составляет порядка 84 %, т.е. риск вырос. Это значит, что в случае аварий такого типа размещение жилой застройки на определенном расстоянии, даже достаточно большом от железнодорожной магистрали, еще не гарантирует безопасность для людей.
Анализируя матрицы территориального риска, представленные на приведенных выше рисунках, можно сделать вывод о том, что разработанный метод позволяет оценивать территориальный риск для ситуации, которая характерна при аварийных эмиссиях на объектах железнодорожного транспорта - полунепрерывный выброс химически опасных веществ. Необходимо подчеркнуть, что в Украине нет аналогичного метода решения задач такого класса.
В заключение отметим, для решения задачи потребовалось около 10 с компьютерного времени.
Научная новизна и практическая значимость
Создана численная модель, позволяющая оперативно оценить величину потенциального территориального риска в случае аварийной эмиссии химически опасных веществ на объектах железнодорожного транспорта.
Особенностью построенной модели является использование стандартной исходной информации, быстрота в получении расчетных данных и удобство для анализа получаемых результатов.
Выводы
В работе представлена новая численная модель для расчета возможного потенциального риска при авариях на объектах железнодорожного транспорта. Научной платформой решения задачи является численное интегрирование 2-0 модели переноса примеси в атмосфере для различных метеоситуаций. Дальнейшее развитие данной тематики следует проводить в направлении создания 3-0 модели аварийного загрязнения атмосферы при чрезвычайных ситуациях при транспортировке опасных грузов.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2016, № 1 (61)
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Авария и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий : учебн. пособие в 5-ти книгах / Под ред. В. А. Котляревского, А. В. Забегаева. - Москва : АСВ, 2001. - Кн. 5.
- 416 с.
2. Беляев, Н. Н. Математическое моделирование в задачах экологической безопасности и мониторинга чрезвычайных ситуаций : монография / Н. Н. Беляев, Е. Ю. Гунько, П. Б. Машихина.
- Днепропетровск : Акцент ПП, 2013. - 159 с.
3. Беляев, Н. Н. Прогнозирование загрязнения приземного слоя атмосферы при горении твердого ракетного топлива в хранилище / Н. Н. Беляев, А. В. Берлов // Зб. наук. пр. НГУ.
- Дншропетровськ, 2013. - № 42. - С. 160-167.
4. Берлов, А. В. Расчет загрязнения приземного слоя атмосферы при горении твердого ракетного топлива / А. В. Берлов // Наук. вюн. буд-ва : зб. наук. пр. / Харк. нац. ун-т буд-ва та ар-хт - Харшв, 2014. - № 1 (75). - С. 185-189.
5. Берлянд, М. Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы / М. Е. Берлянд. - Ленинград : Гидрометеоиздат, 1985. - 273 с.
6. Гусев, Н. Г. Радиоактивные выбросы в биосфере / Н. Г. Гусев, В. А. Беляев. - Москва : Энер-гоатомиздат, 1991. - 257 с.
7. Марчук, Г. И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды / Г. И. Марчук. - Москва : Наука, 1982. - 320 с.
8. Машихина, П. Б. Моделирование распространения примеси в атмосфере с учетом рельефа местности / П. Б. Машихина // Вюн. Дшпро-петр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Ла-заряна. - Дншропетровськ, 2009. - Вип. 27. -С. 138-142.
9. Методика визначення ризишв та !х прийнятних рiвнiв для декларування безпеки об'екпв шд-вищено! небезпеки : затв. наказом № 637 вщ 04.12.2002. - Кшв, 2002. - 25 с.
10. Методика прогнозування наслщшв виливу (ви-киду) небезпечних хiмiчних речовин при ава-рiях на промислових об'ектах 1 транспорта : затв. наказом № 73/82/64/122 вщ 27.03.2001. -Кшв, 2001. - 33 с.
11. Рудаков, Д. В. Модель рассеивания примеси в приземном слое атмосферы над поверхностью со сложным рельефом / Д. В. Рудаков // Вюник ДНУ. Серiя : Мехашка. - Дшпропет-ровськ, 2004. - № 6. - Вип. 8, т. 1. - С. 89-97.
12. Светличная, С. Д. Оценка полученной токсодо-зы при распространении первичного облака токсического вещества / С. Д. Светличная // Проблеми надзвичайних ситуацш : зб. наук.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2016, № 1 (61)
пр. / Нац. ун-т цив. захисту Украши. - Харшв, 2011. - Вип. 13. - С. 127-132.
13. Численное моделирование распространения загрязнения в окружающей среде / М. З. Згуро-вский, В. В. Скопецкий, В. К. Хрущ, Н. Н. Беляев. - Кшв : Наук. думка, 1997. - 368 с.
14. Швыряев, А. А. Оценка риска воздействия загрязнения атмосферы в исследуемом регионе / А. А. Швыряев, В. В. Меньшиков. - Москва : Изд-во МГУ, 2004. - 124 с.
15. Biliaiev, N. N. Expert system to predict the atmosphere pollution in the case of the accident at the solid rocket propellant storage / N. N. Biliaiev, A. V. Berlov // Стр-во, материаловедение, маМ. М. БШЯеВ1*, Л. Я. МУНТЯН2*
1 Каф. «Пдравлжа та водопостачання», Дншропетровський нацюнальний ушверситет з^зничного транспорту iKcm акадетка В. Лазаряна, вул. Лазаряна 2, Дтпропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (056) 273 15 09, ел. пошта gidravlika2013@mail.ru, ORCID 0000-0002-1531-7882
2*Каф. «Пдравлжа та водопостачання», Дншропетровський нацюнальний утверситет залiзничного транспорту iменi академiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна 2, Дтпропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (056) 273 15 09, ел. пошта gidravlika2013@mail.ru, ORCID 0000-0002-1659-7740
ЕКСПРЕС-МЕТОД ОЦ1НКИ ПОТЕНЦ1ЙНОГО ТЕРИТОР1АЛЬНОГО РИЗИКУ ПРИ АВАР1ЯХ НА ТРАНСПОРТ
Мета. Дане дослщження спрямоване на розробку методу оцiнки потенцiйного територiального ризику при аварiях на залiзничному транспортi, що враховував би специфшу емiсii хiмiчно небезпечних речовин при надзвичайних ситуацiях пiд час 1'х транспортування. Методика. Основу запропонованого методу стано-вить чисельне моделювання процесу переносу хiмiчно небезпечноi речовини в атмосфера Основою чисель-ноi моделi е рiвняння масопереносу хiмiчно небезпечних речовин. Дане рiвняння враховуе розсшвання в атмосферi небезпечноi речовини за рахунок вiтру та атмосферно1' дифузп. Для чисельного iнтегрування рiвняння переносу хiмiчно небезпечно1' речовини в атмосферi застосовуеться неявна рiзницева схема розщеплення. На основi побудованоi чисельноi моделi розроблено метод оцiнки потенцiйного територiального ризику та створений код алгорштшчною мовою Фортран. Розроблений метод просторово-часово1' оцiнки територiального ризику враховуе: ймовiрнi метеорологiчнi ситуацii; режим емюп хiмiчно небезпечно1' речовини; потужнiсть емюп; рух джерела емiсii. Проведено обчислювальний експеримент по оцiнцi рiвня забруднення атмосфери над селищем Синельникове при аваршному витоку амiаку. Результата. Запропонований метод дозволяе оперативно розрахувати можливий потенцiйний ризик витокiв хiмiчно небезпечних речовин на основi розрахунку рiвня забруднення атмосфери при рiзних метеоситуащях. Метод дозволяе визначити розмiри зони токсичного ураження людей та оцшити рiвень небезпеки аварiй на залiзничному транспортi. За допомогою розроблено1' чисельно1' моделi виконана оцiнка ризику ураження людей у селгтебнш зонi селища Синельникове. Наукова новизна. Вченими створено метод оцшки потенцшного територiального ризику, заснований на чисельному моделюваннi процесу забруднення атмосфери. Виконано розрахунок потенцшного ризику для селггебно1' зони селища Синельникове. Практична значимкть. Розроблений метод оцшки потенцшного ризику може бути використаний не тшьки для розв'язання задач даного класу для об'екпв залiзничного транспорту, але й для шших хiмiчно небезпечних об'ектiв. За допомогою розробленого методу виконана оцшка потенцшного ризику для селища Синельникове у разi аваршно1' емiсii ашаку.
Ключовi слова: аварiйне забруднення атмосфери; викиди хiмiчно небезпечних речовин; чисельне моделювання; оцшка ризику
шиностроение : сб. науч. тр. / Приднепров. гос. акад. стр-ва и архит. - Днепропетровск, 2014. -Вып. 76. - С. 57-61.
16. Biliaiev, M. Numerical Simulation of Indoor Air Pollution and Atmosphere Pollution for Regions Having Complex Topography / M. Biliaiev // Air Pollution Modeling and its Application XXI. -Netherlands : Springer, 2012. - P. 87-91.
17. Maximum Possible Risk Modelling / M. Schutz, M. Cohen, T. Whalen, T. Taylor // Proc. of the 11th Joint Conf. on Information Sciences. - Netherlands : Atlantis Press, 2008. - P. 1-6. doi: org/10.2991/jcis.2008.15.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2016, № 1 (61)
M. M. BILIAIEV1*, L. YA. MUNTIAN2*
1 Dep. «Hydraulics and Water Supply», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 273 15 09, e-mail gidravlika2013@mail.ru, ORCID 0000-0002-1531-7882
2*Dep. «Hydraulics and Water Supply», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 273 15 09, e-mail gidravlika2013@mail.ru, ORCID 0000-0002-1659-7740
EXPRESS METHOD OF ESTIMATION OF THE POTENTIAL TERRITORIAL RISK IN CASE OF ACCIDENTS ON TRANSPORT
Purpose. The present research is aimed to the development of a method to assess the potential territorial risk in accidents on the railways, which takes into account the specificity of the chemically hazardous substances emission in emergency situations during their transportation. Methodology. The basis of the proposed method is numerical modeling of the transfer process is chemically dangerous substances in the atmosphere. The basis of the numerical model is the equation of convective-diffusion transfer of chemically hazardous substances. This equation takes into account the dispersion in atmosphere of dangerous substances due to wind and atmospheric diffusion. For the numerical integration of the equations of transfer of chemically hazardous substances in the atmosphere is applied an implicit finite-difference scheme of splitting. Based on the constructed numerical model was developed method for the assessment of potential territorial risk and generated code in algorithmic language Fortran. The developed method of spatio-temporal risk assessment takes into account: the territorial probable weather situations; emission mode of chemically hazardous substances; emission power; the movement of the source of emission. A computational experiment to assess the level of air pollution above the village Sinelnikovo during the emergency leak of ammonia was conducted. Findings. The proposed method allows calculating quickly the potential risk of the leakage of chemically hazardous substances on the basis of the calculation of the level of pollution in different me-teosituation. The method allows determining the size of the zone of toxic casualties and assessing the level of risk of accidents in railway transport. Using the developed numerical model evaluated the assessment of risk of casualties in the residential area of the village Sinelnikovo. Originality. The scientists established the method for the assessment of potential territorial risk, based on the numerical modeling of air pollution. The calculation of potential risk to residential areas of the village Sinelnikovo was executed. Practical value. The developed method of assessing risk potential can be used not only for solving problems of this class to objects of railway transport but also for other chemically dangerous objects. By using the developed method was evaluated potential risk to the village Sinelnikovo in the event of accidental emission of ammonia.
Keywords: accidental pollution of the atmosphere; the emission of chemically hazardous substances; numerical simulation; risk assessment
REFERENCES
1. Kotlyarevskiy V.A., Zabegayev A.V. Avariya i katastrofy. Preduprezhdeniye i likvidatsiya posledstviy. Ucheb-noye posobiye v 5-ti knigakh [Accident and disasters. Warning and liquidation of consequences. Manual in 5 books]. Moscow, ACB Publ., 2001, book 5. 416 p
2. Belyayev N.N., Gunko Ye.Yu., Mashikhina P.B. Matematicheskoye modelirovaniye v zadachakh eko-logicheskoy bezopasnosti i monitoringa chrezvychaynykh situatsiy [Mathematical modeling in problems of environmental safety and monitoring emergencies]. Dnepropetrovsk, Aktsent PP Publ., 2013, 159 p.
3. Belyayev N.N., Berlov A.V. Prognozirovaniye zagryazneniya prizemnogo sloya atmosfery pri gorenii tver-dogo raketnogo topliva v khranilishche [Prediction of pollution in the atmospheric surface layer during combustion of solid rocket fuel in storage]. Zbirnyk naukovykhprats Natsionalnoho Hirnychoho universytetu [Proc of National Mining University]. Dnipropetrovsk, Natsionalnyi Hirnychyi Universytet Publ., 2013, no. 42, pp. 160-167.
4. Berlov A.V. Raschet zagryazneniya prizemnogo sloya atmosfery pri gorenii tverdogo raketnogo topliva [Calculation of the pollution of the ground atmospheric layer during combustion of solid rocket fuel]. Naukovyi visnyk budivnytstva: zbirnyk naukovykh prats [Scientific Bulletin of Construction: Proc.], 2014, no. 1 (75), pp.185-189.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2016, № 1 (61)
5. Berlyand M.Ye. Prognoz i regulirovaniye zagryazneniya atmosfery [Prediction and regulation of air pollution]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1985. 273 p.
6. Gusev N.G., Belyayev V.A. Radioaktivnyye vybrosy v biosfere [Radioactive emissions in the biosphere]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1991. 257 p.
7. Marchuk G.I. Matematicheskoye modelirovaniye v probleme okruzhayushchey sredy [Mathematical modeling in the environmental problem]. Moscow, Nauka Publ., 1982. 320 p.
8. Mashikhina P.B. Modelirovaniye rasprostraneniya primesi v atmosfere s uchetom relefa mestnosti [The distribution modeling of impurities in the atmosphere taking into account of terrain]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropet-rovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2009, issue 27, pp. 138-142.
9. Metodyka vyznachennia ryzykiv ta yikh pryiniatnykh rivniv dlia deklaruvannia bezpeky obiektiv pid-vyshchenoi nebezpeky [Risks definition technique and their acceptable levels for the declaration of security high-risk facilities]. Kyiv, 2002. 25 p.
10. Metodyka prohnozuvannia naslidkiv vylyvu (vykydu) nebezpechnykh khimichnykh rechovyn pry avariiakh na promyslovykh obiektakh i transporti [Methods of prediction the consequences of the spout (emission) of hazardous chemicals in accidents at industrial objects and transport]. Kyiv, 2001. 33 p.
11. Rudakov D.V. Model rasseivaniya primesi v prizemnom sloye atmosfery nad poverkhnostyu so slozhnym relefom [Model of impurity dispersion in the atmospheric surface layer over a surface with complex relief]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu. Seriia: Mekhanika. Vypusk 8 [Bulletin of Oles Hon-char Dnipropetrovsk National University. Series: Mechanics. Volume 8], 2004, no. 6, vol. 1, pp. 89-97.
12. Svetlichnaya S.D. Otsenka poluchennoy toksodozy pri rasprostranenii pervichnogo oblaka toksicheskogo ve-shchestva [Evaluation of the toxic dose received at the distribution of the primary cloud of toxic substances]. Problemy nadzvychainykh sytuatsii: zbirnyk naukovykh prats [ Problems of emergency situations: Proc.], 2011, issue 13, pp. 127-132.
13. Zgurovskiy M.Z., Skopetskiy V.V., Khrushch V.K., Belyayev N.N. Chislennoye modelirovaniye rasprostraneniya zagryazneniya v okruzhayushchey srede [Numerical modelling of pollution spreading in the environment]. Kyiv, Naukova dumka Publ., 1997. 368 p.
14. Shvyryayev A.A., Menshikov V.V. Otsenka riska vozdeystviya zagryazneniya atmosfery v issleduyemom re-gione [Risk assessment of pollution in the research area]. Moscow, Izdatelstvo MGU Publ., 2004. 124 p.
15. Biliaiev N.N., Berlov A.V. Expert system to predict the atmosphere pollution in the case of the accident at the solid rocket propellant storage. Stroitelstvo, materialovedeniye, mashinostroeniye: sbornik nauchnykh trudov [Construction, Material science, Mechanical Engineering: Proc.]. Dnepropetrovsk, 2014, issue 76, pp. 57-61.
16. Biliaiev M. Numerical Simulation of Indoor Air Pollution and Atmosphere Pollution for Regions Having Complex Topography. Air Pollution Modeling and its Application XXI. Netherlands, Springer Publ., 2012. pp. 87-91.
17. Schutz M., Cohen M., Whalen T., Taylor T. Maximum Possible Risk Modelling. Proc. of the 11th Joint Conf. on Information Sciences. Netherlands, Atlantis Press Publ., 2008, pp. 1-6. doi: org/10.2991/jcis.2008.15.
Статья рекомендована к публикации д.физ.-мат.н., проф. C. А. Пичуговым (Украина); д.т.н.,
проф. С. З. Полищуком (Украина)
Поступила в редколлегию: 11.12.2015
Принята к печати: 08.02.2016
