CC BY
42
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ В ЗОНЕ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
А.С. Рашкевич,
8-я государственная пожарно-спасательная часть
г. Харькова ГУ ГСЧС Украины
Наличие широкого спектра вредных и опасных химических веществ и материалов, их активное производство и использование в различных производственных отраслях, может повлечь возникновение чрезвычайной ситуации (ЧС) техногенного характера с выбросом вредных веществ в воздух окружающей среды. Причиной тому могут быть как несовершенство технологического процесса или оборудования, так несоблюдение трудовой и производственной дисциплины. При этом выброс вредных (токсичных) веществ может произойти как в атмосферный воздух природной среды, так и в воздух закрытого помещения. Обеспечение экологической безопасности и гражданской защиты зависит от оперативности выявления источника формирования опасности. Во многих ситуациях этот источник может оставаться скрытым, что не позволяет принять меры по его ликвидации. Одним из таких примеров является ЧС, которая произошла в аэропорту Гамбурга (Германия) и привела к отравлению неизвестным токсическим веществом более 50 человек [1].
Внедрение современного измерительного оборудования с учетом методов и адекватных математических моделей расширяет возможности спасателей по анализу состояние безопасности с получением достоверной информации в реальном времени для своевременного и правильного реагирования с высокой вероятностью предотвратить или минимизировать последствия для населения и окружающей среды. Применение приборов недостаточной точности или использование несовершенной методики неизбежно приводит к неправильной оценки ситуации и выводам.
В последнее время наблюдается устойчивая тенденция к использованию лидаров для оценки состава исследуемого воздуха [2]. Лазерные методы зондирования отвечают современным требованиям оперативного контроля состояния атмосферы даже в условиях ЧС: способные обеспечить дистанционный контроль заданного участка с учетом большой площади в реальном времени и высокой точностью при значительных расстояниях, реагируя на большое количество составляющих опасных веществ. Эффект учета лазерным лучом состава и концентраций загрязняющих веществ по большому множеству точек на нескольких трассах обеспечивает выполнение требований в отношении достоверности результатов, полноты данных.
Технологии лазерного дистанционного зондирования атмосферной среды на основе свойств лазерного излучения дают более широкие возможности с дальнейшим ограничением использования традиционных методов. Использование одного комплекта аппаратуры позволяет решить двуединую задачу -оперативного мониторинга газовых примесей и аэрозолей в условиях ЧС [3].
В состав аппаратуры входит три основные части:
- передающее устройство (лазер, оптическая система);
- приемное устройство (телескоп, фильтры, поляризационный элемент, фотодетектор);
- управляющее устройство (блок контроля параметров оптического генератора, блок обработки, система регистрации и отображения).
В настоящее время для дистанционного анализа состава атмосферы успешно применяются: метод дифференциального резонансного поглощения, который основанный на поглощении световой энергии молекулами исследуемого газа при совпадении частоты излучения лазера с частотой электронного или колебательно-вращательном перехода данных молекул; метод комбинационного рассеяния, который базируется на спектральном анализе рассеянного назад излучения, где кроме линий, характеризующих падающий свет, наблюдаются добавочные линии-спутники.
Задача количественного анализа многокомпонентных смесей, в состав которых может входить газы, частицы пыль до конца не решена, многие теоретические и технические вопросы остаются не изученными. Основной проблемой выступает сложность решения обратной задачи. Основным уравнением лазерной локации называют зависимость мощности отраженного (рассеянного) объектом зондирования излучения на заданной длине волны от расстояния до объекта и его параметров [4].
- = г, (1)
где — - мощность отраженного (рассеянного) излучения; Р - мощность лазера 1 - эффективная площадь (апертура) приемного элемента; ц -эффективность приемного элемента; р - объемный коэффициент обратного
я
рассеяния падающего излучения; Г = |«(R) dR - интегральный коэффициент
о
поглощения лазерного излучения; а - объемный коэффициент поглощения лазерного излучения; К - расстояние до объекта зондирования.
Уравнение требует учета особенностей процессов излучения, молекулярного и аэрозольного рассеивания и ослабления с дальнейшим улавливанием и интерпретацией полученных результатов. При использовании в качестве отражателя зондирующего пучка уголкового отражателя уравнение (1) модифицируется к виду:
-1 = е-2Г[К<0 0, (2)
Ло
где С - аппаратная константа; я - длина трассы; Г(R) - интегральный
коэффициент поглощения при прохождении излучением всей трассы.
Учет всех линий поглощения молекул в атмосфере значительно затруднен. Каждая полоса имеет конечную ширину, контур спектральных линий, который определяется радиационным затуханием, столкновением молекул, эффектом Доплера.
Энергетические потери оптического сигнала из-за аэрозольного и молекулярного рассеяния являются одним из главных факторов, определяющих искажение сигнала. Ослабление лазерного излучения вследствие аэрозольного рассеяния сильно зависят от размеров, химического состава и концентрации частиц аэрозоля, которые подвержены большой изменчивости во времени и пространстве. При этом можно выделить некоторые характерные типы аэрозолей с учетом метеорологической видимости: облака, туманы, дымки, осадки, пыль.
Аэрозольные ослабления можно определить либо теоретически, на основе теории аэрозольного рассеяния (теория Ми) либо экспериментально (из лидарных сигналов), на основе алгоритмов решения лидарного уравнения. Однако более удобное для описания аэрозольного ослабления является эмпирическое соотношение [5]:
3.912 ( 2
«а =■
(3)
К \ 0.55; ' 4 '
где Л - длина волны излучения; К - метеорологическая дальность видимости; q - показатель степени, который зависит от К.
Молекулярное ослабление ат можно рассчитать с хорошей точностью либо
на основе теории рассеяния Рэлея, либо с использованием конкретной модели атмосферы [6].
3
а =—Рт , (4)
где Рт - коэффициент молекулярного рассеяния.
в = 8 (пЧ2. (5)
вт 3 NЛ 6 -18' (5)
где п - показатель преломления воздуха; 8 - степень деполяризации рассеянного излучения; N - число молекул в единице объема; Л - длина волны излучения.
Работа по адаптации основного уравнения дистанционного лазерного зондирования к условиям мониторинга загрязняющих газовых примесей и аэрозолей в атмосфере зоны чрезвычайных ситуаций путем решения ряда задач существенным образом расширит возможности по масштабности, оперативности, надежности и безопасности работ по предупреждению, локализации и ликвидации последствий вследствие аварии (катастрофы) на объектах с применением вредных и опасных веществ.
Модернизация материально-технической базы спасателей на основе дистанционного комплекса дает информационный инструмент по обеспечению безопасность населения, окружающей природной среды с учетом социально-экономических потребностей. Работы по выявлению и оценки зоны чрезвычайных ситуаций с учетом количества опасных веществ, их физических, токсических, пожаро- и взрывоопасных свойств, условий сохранения, рельефа местности и метеорологических условий носят безопасный характер для жизни и здоровья ликвидаторов.
Список использованной литературы
1. Lenta.ru. В аэропорту Гамбурга 50 человек пострадали из-за утечки неизвестного вещества // [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lenta.ru/news/2017/02/12/hamburg - Название с экрана. - Дата публикации: 12.02.2017. - Дата просмотра: 01.09.2017.
2. Черногор, Л. Ф. Возможности применения лазерных исследова- ний атмосферы зоны чрезвычайной ситуации [Текст] / Л. Ф. Черногор, А. С. Рашкевич // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2011. - № 5/9 (53). - С. 10-14. Режим доступа: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/1282/1183.
3. Вамболь, В. В. Анализ особенностей экологического мониторинга атмосферного воздуха в зоне чрезвычайных ситуаций техногенного характера [Текст] / В. В. Вамболь, А. С. Рашкевич, Н. В. Рашкевич // Вестник Национального технического университета «ХПИ». - Х., 2016. - № 49 (1221). - С. 85-89. - Режим доступа: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/1548.
4. Васильев, Б. И. ИК лидары дифференциального поглощения для экологического мониторинга окружающей среды [Текст] / Б. И. Васильев, У. М. Маннун // Квантовая электроника. - 2006. - № 9 (36). - С. 801-820.
5. Герасимов, В. Г. Трассовый ИК анализатор газовых примесей в атмосфере (калибровка по озону и измерения содержания озона в атмосфере) [Текст] / В. Г. Герасимов, А. Я. Аникеев, В. Н. Диденко, В. Н. Рябых // Радиофизика и радиоастрономия, - 1998. - т. 3. - № 4. - С. 387-392.
6. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. Т. 1. Однократное рассеяние и теория переноса. - М., 1981. - 281 с.
