Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Обобщенная методика количественнной оценки риска для населения отзагрязнений атмосферы при нормальной эксплуатации промышленных объектов

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Обобщенная методика количественнной оценки риска для населения отзагрязнений атмосферы при нормальной эксплуатации промышленных объектов"

МНО "ФОРУМ" АГЕНТСТВО БИОИНСОРМАТИКИ ЧЕЛОВЕКА

На правах рукописи

ПАНТЕЛЕЕВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ОБОБЩЕННАЯ МЕТОДИКА КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ РИСКА ДЛЯ НАСЕЛЕНИЯ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ АТМОСФЕРЫ ПРИ НОРМАЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ.

03.00.16 - ЭКОЛОГИЯ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1993

Рабата выполнена в Институте Проблем Безопасного Развитие Атомной Энергетики Российской Академии Наук.

Научный руководитель: - кандидат физико-математических

наук, Кузьмин И. И.

Официальные оппопеяти:

доктор медицинских паук, профэссор Морозов В. П.;

доктор фиэико-математичоских на уте, Бутусов О. Б.

Ведущая организация:

-_Российский научный центр "Курчатовский институт".

Защита состоится "¿2" <MUh 1993 г. в fy ч.0& мин. ii заседании специализированного совета - Д 17G.O1.01 ira згмдит диссеотяций на соискание ученой степени доктора наук при Are пето биоинформатики и экологии чеаовека МКО "Форум" по адресу: 117В07 Москва, ГСП-7, проспект 60-лстия Октября, 7/1.

С диссертацией мохно ознакомится в библиотеке Атепств. биоинформатики и экологии человека МКО "Форум".

Автореферат разослал

3 993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, ЛО!ггор биологических наук, профессор

Львов К.Н.

ШЛЙЯ. х^лтатасгикл^азы

Агз'-адшосхь. ка

Развитие современного общества связано с увеличением техногенного воздействия на население и ог.ружсюкюю "среду (ОС). Большинство современны:: технологий, принося несомненную пользу человечеству, связаны с вредни-и воздействиями, обусловленной как нормальной эксплуатацией, тзк и аварийными ситуациями. Интенсивность вредных воздействий во многих промышленных регионах достигла уровня, который ставит обеспечение безопасности общества ст техногенных воздействий с ряд наиболее острых проблем. Один из важненгих аспектов данной проблемы состоит в том, что в ];зсто;:.ч---о время общество не может полностью отказаться от рлдз вредных и потенциально опасных технологий. Кромз того общество имеет ограниченные ресурсы для снижения уровня воздействия. Это обуславливает необходимость развития научно-обоснованных подходов к обеспечению безопасности оьцестза.

В настоящее бр-эмя в нааей стране и зз рубе.т.ом развивается пост; поход к обеспечению безопасности, основанный на принципах приемлемого риска и оптимизации защитных и природоохранительных мер на основа управления риском. Глазным постулатом данного подхода является утьерг: пение, что абсол:гтная безопасность в принципе недостижима. Научным базисом такого подхода является вероятностный подход к безопасности. Величина ущерба рассматривается совместно с вероятностью его реализации. Система единых количественных критериев риекз позволяет проводить комплексный анализ безопасности различных аспактсв деятельности общества и па основе этого анализа принимать научно-обоснованные решения гю снижению уровня техногенных воздействий. Неотъэкле«:им этапом управления безопасностью на основе подхода приемлемого риска является количественная сценка риска. Многочисленные исследования показывают, что ¿ггрязненле атмосферы при нормальной

•эксплуатации техногенных объе-ктсв является одни:-; :гь важнейших путей техногенных воздействий на население и ОС.

Процедур количественной опенки риска включает р себ я ряд этапов: определенно величин, характеризующих интенсивность воздействия; определение количественных связей мевду характеристиками интенсивности воздействия и величинами риска; оценка источников воздействияреиение задачи переноса носителей воздействия в природных средах; определение величин количс-ственных критериев риска. Лля решения отдельна', задач, связанных с кзхянк из перечисленных выше этапов, уже существует ряд методик. Аьализ этих существующих способов решения частных вопросов, связанных с оценкой . риска от загрязнения атмосферы постояннодействующими выбросами, показывает. чтс их непосредственное использование для создания обобщающе». методики еедеч к недостаточно полному списанию явлений или вкзкгает трудности практического характера. Известные автору исследования, объединяющие некоторые из эта:>~г оценки риска, та!; же имеют определенные недостатки, связанные с упрощенным подходом к описанию ряда процессов или с трудностями практического использования.

Вышеизложенное обуславливает актуальность разработки методики оценки риска для населения от загрязнения атмосферы при нормальной эксплуатации различных объектов, объединяющей по возможности большее число этапов, и созданной с учетом возможности практического использования.

Цепью настоящей работы является ' создание комплексно; методики, позволяющей проводить количественную сценку риска дня населения от загрязнения воздуха постснннодействувщими выбросами различных техногенных гсточников в масштабе промышленного региона.

Б работе поставлены следующие задачи: - создание математической подели и методики., объединяющей следующие зтапы оценки риска: определение величин, характеризующих интенсивность воздействия; оценка источников выбросов; решение

оадгчи г.ег-^псга стч г- атюсЗ»' г«: получение величин

ксличвстрвнках критегиер риска.

- со->л;.нио мс.тздикм, исполь'-укиеР реально доступную информацию, при пр:1-=-чл<-:"Ь!х :-атратах в.-.'члслительшД'. ресурсов;

- со -да:;и-. Г;."->нсл;-,тель.чсг^ алгоритма и программного комплекса для р--^!'-н;псставлс-ннсй эзсэч;:;

- 1"..-.1*ч€стьенной га-.-нги риск» ст -згоязнония вс/глух* ви?рос?г:и теплой» злвктогзтанаий ;* объектов стройиндустрии. '-г приме;-е ц--.•-■-'.чтксго эаг^яа.

Нзу.'»|1зя_аовизаа рче*-тч сг>.~тек:т г; том, что яр^дл'чгенз

феноменологическая модель количественно:; оценки риска лля Н5С-."Ы!:!" ОТ еО-рЯСРеНИЯ атмосф-ры При НОР излъной ьксплузтзпии ПГ-Г'^-^'^Н^гГл • -- . ОСНСВЗНИИ КОТОРОЙ ра Ор Ьбг ТЗН1.Т

кат-:г:ат.г;-скпл модель >. рот^.пикг.. С'^и'нг^.:;; =-. г:лсяг>:'.'."'.' оглг:!' он-'нп; рнскч: определение величин. х арактери'-угщч ; ;'нттнсн;-ч0'""'т) г:'.действия; о:о-нка источников I ссс ; гю задачи псренос'.

ь атмосфере: получение ?~..";!чнн количественных критериев риска. А так же. до отдельна этапам обобщенной модели прэдлотень:

- способ определения в«»л.1чшш и условий выброссв на основе характеристик номинального ре-хика работ» оборудования и с ис'екь яоправочних функаий и чст-тфициентов, учитывающих режим эксплуатации и реальное качество сырья;

- способ расчета вероятности реализации сочетании погодных услсг:-.п длч решения ваяачи атмосферного переноса примесей;

- способ расчета осреднениях концентраций примесей с учетом переменности во времени величины и условий выбросов;

- математическая модель оценки точности пслучьемих величин риска.

Ш»ктиу£гск.ал.____зыа'шиосхь работы состоит в тон, что

разработанная методика и програкм:-:;;й комплекс, соедэкный огторо»* на ее основе, позволяет проводить количествен.;^:- оценки риска для населения от загрязнения атмосферы постояннодействуклцими источниками ВЫбрОСОБ.

Автором получены каличесТиенНи;.' Оценки и преподан анали; риска от заГряпнсчния атмосСоры о^е^испн серы, а;с~г ч эоль выбросами гипотетических теплйьых Электростанций и оэъ^ктон СГройиндусТрии на примере цементного завода. Проведан акали; точности ЦоЛученних оценок рчека.

Методика и вычислительный комплекс испольэоьглись для сценок риска от Выбросов проектьруемой Зельвенской ГРЭС ( западная &%"Оруссия) . Материалы били использогзэны ь техническом проекте станции.

шиздзагту вднрсяхии

- феноменологическая модель количественной оценки риска дЛй населения от загрязнении атмосфэры при нормальной эксплуатации

г.ромьГИЛенкЦХ объектов и разработанная на ее сснсбс математическая, модель и меТ^Дика, оьъаХ'ии/ахдая следующие этапы опенки риска: определение геличш!, харг;кТериэуюа;их интенсивность воздействия; оценка источников ШыЗросог; решение задачи переноса воимсти г> атмосфере; получение величин количественных критериев риска;

- способ определения величины и условий выбросоь на оонсь^: характеристик номинального режима работы оборудования и системь поправочных функций и коэффициентоБ. учитигзющих ре*.н: • эксплуатации и реальные характеристики качества сырья;

- способ расчета вероятности реализации сочетаний погодшгх условии

д."Я решения задачи атмосфернох о переноса примесей;

- способ расчета осредненных концентраций примесей с учетом переменности во времени величины и условий выбросов;

- математическая модель оценки точности получаемых величин риска;

- вычислительный алгоритм и структура вычислительного комплекса созданного на основе гредлагаемой методики;

у

- оценки риска от загрязнения атмосферы окислами серы, азота и золой (пылью) тепловыми электростанциями и цементным ззродом.

Основные результаты диссертационно;"! работы докладывались и "обсуждались на 2-ой Международной школе-конференции молодых ученых и специалистов "Концепции перспективного развития ядерной энергетики. Анализ риска." (Одесса, окт. 1991), Международной щколе-конференции "Innovative technologies for cleaning the Environment, air, water and soil" (7rice-Trapjni, Sciacily, Apr. 1992), Международной конференция "Экологическая безопасность регионов и рыночная экономика" (Москвз, сентябрь 1993 г.), научно-технических семинарах отдела "Анализа риска" ИБРАЭ FAH. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ. Сззшсгура_и J2&J cteirjacK

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа изложена на 160 страницах основного текста, включая 20 таблиц и 32 рисунка. Список цитируемой литературы состоит из 158 наименований на 15 страницах. Приложения - на 12 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во__Еиедвс!Д1 обоснована актуальность темы, определены цели исследования и представлена структура диссертации.

Е1_П212в;>Й_Славе проведен краткий обзор: методов оценки ущербов от техногенных воздействий; методов решения задач, связанных с отдельными этапами оценки риска; работ, объединяющих отдельные этапы оценки риска. Обоснована актуальность создания обобщенной методики для оценки риска от загрязнения воздуха выбросами при нормальной эксплуатации техногенных объектов.

Необходимость определэния характеристик выбросов за большие промежутки ер^иони затрудняет использование прямых измерений для задачи оценки риска. Использование обобщенных факторов -миссии вредных веществ, не учитывающих конструктивные особенности объектов и режимы эксплуатации, может приводить к большим ошибка!: при оценках величины и услоний выбросов. Непосредственное

использование иззестных инженерных метод;:;; для расчетных опенок выбросов затруднено разнообразием объектов, узкой специализацией методик, необходимость»? точных сведений о конструкции объектов. Рассматривая существующие методики расчета осредненных за длительных промежуток времени концентраций примесей, можно выдались их следующие недостатки: недостаточно полный учет сочетаний условий распространения примесей: невозможность варьирования моделей для расчета разовых концентраций примесей в рамках одной методики; проведение расчетов без учета изменений режима выбросов, либо сильное усложнение алгоритма при решении этой задачи. Ь большинстве раьот величины риска определяются без учета ежесуточных перемещений людей, либо эта задача решается на основе сложных алгоритмов и трудоемких статистических исследований.

Анализ существующих методик решения, частных задач, связанных с оценкой риска, показал, ч-о их непосредственное использование в обобщающей методике оценки риска от постояннодействующнх объектов приводит в ряде случаев к недостаточно полному описанию явления. Е других случаях их применение в принципе возможно, но затруднительно по практическим соображениям. Известны исследования, в которых объединяются некоторые этапы сценки риска, но либо в них используются сильно упрощенные подели, либо неоправданно усложненные для использования в рабочей методике оценки риска. В ряде работ задача решается только для конкретны;; объектов.

работы. На основе анализа факторов, влияющих на величину риска, автором предложена фен менологическая модель количественной оценки рискя от загрязнения атмосферы постоянно действующими источниками, определены задачи и связи мевду отдельными этапами оценки риска.

Вредные вещества, выброшенные в атмосферу, могут оказывать воздействие не человеческий организм рядом способов: через

посвящена постановке задачи диссертационной

ингаляционное поступление; путем воздействия через поверхность кожи; черегч поступление в организм с водой и пищей; путем воздействия на расстоянии (изменение видимости и радиоактивное облучение). Опенка риска от поступления вредных веществ в человеческий организм с водой и пищей составляет предмет самостоятельных научных исследований и не рассматривается в настоящей работе. Изменение прозрачности атмосферы, при современном уровне загрязнения ОС, признается несущественным фактором техногенного воздействия на организм человека. Известно, что внешнее облучение от радиоактивного загрязнения атмосферы и почвы в условиях нормальной эксплуатации мало по сравнению с дозами внутреннего облучения от ингзляции и поступления радионуклидов с водой и пищей. В настоящей работе учитываются только пути воздействия, которые непосредственно связаны с загрязнением воздуха. Такой выбор определяет-ся -ем, что такое воздействие наиболее прлп связано с особенностями источников выбросов и вносит существенный - вклад в величину риска от техногенных выбросов в атмосферу.

При анализе безопасности технических обт-ектов под риском обычно понимается сочетание величины ущерба с вероятностью осуществления этого ущерба. Ущерб для населения от загрязнения атмосферы может быть нанесен через влияние на здоровье населения, отрицательное воздействие на природу, материальные ценности и хозяйственные объекты. В насто;тщей работе рассматриваются аспекты ущерба, связанные непосредственно с состоянием здоровья населения, т.е. случаи преждевременной смерти, ■заболеваний, сокращения продолжительности жизни. Езличины риска могут рассматриваться для отдельных индивидуумов (индивидуальный риск - ИР) и для некоторых гр>пп населения (коллективный риск - КР). Основой методики, предлагаемо;: в работе, является по.теж-энио о наличии количественной сиязи между содержанием вредных веществ в воздухе, окружающем человека, и величинами ущерба его эдороЕЬю:

Киня=£1(Чшш-Cei. - - -Cei.. . . Сен)

(1)

где: а, N - индекс и кол-во вредкых веществ; Нин« - количественная хар-кг ИР; Cet - хар~ки загрязненности окру/а:лцего человека воздуха; Чмыд - хар-к индивидуума;

При решении поставленной задачи, в качестве существенных были выделены следующие факторы: величина и условия выбросов вредных веществ; режим эксплуатации объектов; расг<г>еделение источников выбросов в пространстве ; условия распространения примесей в атмосфере; наличие в воздухе нескольких вредных веществ; свойства .вешеств, влияющие на процессы атмосферного переноса; характеристики индивидуума и популяции с точки зрения чувствительности к уровню загрязнения ОС и перемещений з пространстве.

I выоор характеристик [интенсивности воздействия

данные об источниках

[te

-fl-

определениэ количественной связи "воздействие- эффект

—Э-К-

оценка источников выбросов

Iданные о условиях*-,; ---i Mi-

1 распространения |J I

----— Sr*ltr Jl

данные зещестчах

1#=™=(Гперенос веществ|| ~Ï1 I—— W -»)| в атмосфера ||f4||

Г-

=fc=;

а

данные

о населении — Ч-«-(

определение количественных характеристик риск.з

f3

■ - требования к этапам;

- внутренние дачные;

внешние данные pic. i fiesa оркцедав и»ачктг«ааЛ onîiu р«С1ТоГтййогевьс

С учетом сказанною, азгорем предложена феноменологическая модель количественной оценки риска для населения от ззгрязнения атмосферы при нормальной эксплуатации прокыилгпних об-ьектоЕ, которая иллюстрируется структурной ссуюй, изображенной на рис 1. Математическое описание структурной схемы, представляющее соОой математическую модель рассматриваемого явления, быть

записано в виде следующей системы уравнений:

/"R=f2(4,Cei, . . -Coi,.. .Сек) Cei=f3(4i,Cix>). 1=1...N

Cn = f4( П ,У1.) , 1=1... К (2)

Mi = f5<n,3n,Ki±, . . . . . . ,3xi.KxO , 1=1. . .M

[yi-f6tn,3n ,...,3ji,KJI,. . . .ЭтДи) , 1=1. . -N

где:,;, К - индексы и кол-зо источников; R - количественная хар-ка риска; Ч - хар-ки индинид^-мз или популяции; Coi. - ::зр-ки загрязненности Едкгхаемого воздуха; 4i - хэр-ки перемещений в пространстве популяции или индивидуума; Си - распределение хар-к загрязнения рсздуха в простр?чстве; П - хар-ки условий распространения примесей в атмосфере; Wi - хар-ки вещества; Mi, Ут- хар-ки мощности и условий выбросов; Kji - хар-ки конструкции источника: Эл - хар-ки условий и режима эксплуатации источника.

ТЕетья_ЕЛЗоа посвящена разработке методик и математических моделей, реализующих отдельные этапы рассмотренной выше феноменологической модели, описанию созданного автором вычислительного программного комплекса, вопросам оценки точнссти и применения получаемых оценок риска.

В качестве характеристик интенсивности воздействия были выбраны среднегодовые концентрации Ередных веществ в воздухе, окружающем человека (Сма). Функциональные зависимости между Сно и количественными характеристиками риска в данной работе рассматривались в качестве исходных данных.

При определении условий выбросов геометрические характеристики источников предполагались постоянными. 3 качестве характеристик величины и условий выбросов использовались осреднекные по времени мощность выбросов вредных веществ ( Ем), температура и объем уходящих газов ( "IVx и VyrO. Для определения Ем автором предложено использовать мощность выбросов на номинальном режиме работы установки (НР) и системы пспрзвочных функций и коэффициентов, учитывающих отклонение уровня мощности установки и качества сырья от НР в,процессе эксплуатации. Величина Ем определяется как:

«с

tz 2МрСпеЦ1 ФгеаУстКсЛ Г ± --— lKsN(N(t) )K3N(K(t) )N(t)dt+-----

t2~tl I t2~tl

ti

(1-Ko) (3)

где А - загрязненность сырья; Сие - удельны;: Фактор эмиссии при единичной А; Уе - удельный расход сырья: N - уровень мощности устангвки; Кз - коэффициент, учитывающий изменение У в от хар-к качества сырья А; Кэн(А) - функция, учитывающая изменен;*» ?--„е при изменении Н; Кеы(Н) - функция, учитывающая изменение Уе при йзмзпенпп Я; - период работы установки; Мс - кол-во

спецрехимсв (N-0, Е/й}; МвспеЦ1 - величина выброса на 1-ом спецрежиме; Ко - показатель эффективности работы систем счистки; О - индекс номинального режима.

Лсэффициент Ко, функции Кем(Н) и Кэм(М) определяются как: К5-Уе(А)/1гЕР (4)

Кем(Ы)-Уе(N)/УЕ (N0) (5)

КэН(.Н)гф1Б(Ы)/ф1еС11с) (6)

Величины коэффициентов Кб и вид функций Кеы(Ы), Кзк(Н) предлагается определять Н1 основе известных зависимостей для расчетной оценки величин выбросов, используемых в инженесноС; практике. Для предварительных оценок Ем предлагается использовать режимный коэффициент эмиссии (Кггэ! и режимный коэффициент расхода сырья (Кн&), определяемые как:

Ьг

^(ЪНэыШиПсК

Г и о

(?)

Мегпещ

Кп~ —----<8>

Накиьцсг-^)

гЭб Меспец! - масса сырья потребляемая на 1-ом спец режиме; КИМ-х05^(£ициент использования мощ;юсти.

В это»; случае Ем определяется по зависимости:

£=^.кэКнеКИМ(1-Ко) А ФхБвУеаЫо (9)

Л\ **

Осредненкые объек: уходящих газов Ууум для т<=хнслогичес;о-х

»

пр. ессор, п которых Чу-?, приблизительно пропорционален уровню

мощности установки, предлагается определять с помощью вирзл.-_е!ия: Уухм=УухиКИМ( Ъ г - (: 1) / \/ухо <С-1 (1С )

где Уухо - Ч-у-а па НР; КН - коэффициент нагрузки, опрег^ лчеьътй как КИМ, но для периода, когда N>0.

Если 7>т1 не определяется нероср«дстаглно технологически!-, процессом, то в первом приближении в к-ччест-е рлсчс.ного знамения йредпагаетсд использовать Чух на НР. В качестве расчетного значения Т^х так же предлагается испо.чьсог-зть з'на1!-Т^х на НР.

Предложенный подход позволяет: определять характеристики выбросов на основе испольэовэкия проектяой документации сст-йктов, С ■у'чеТЬ'м особенностей режима эксплуатации и качества сырья; проводить исследования влияния режима зксп.пуать:;ии и качества сырья на вч.1.1чину риска.

Для решения задачи определения полей осредяонных концентраций веществ й атмосфер (СмО использовался известный метод суперпозиции полой разовых кон'Цсптргтэтп Примеси с учетом

вероятности реализации сочетаний у слои»«"! рчстос гранения примьеч-Л (Рп). На основа ачглиза возможностей и ссс^ончсстой речли-офм Различных моделей атмосферной игп-'рспи, для. сп; ^д ^.т'гнил Ср предлагается использовать паран« -тричеекпе - щ.:-;

рассматривающие Ср- как функции пространстз^ьтнсх координат, параметров ЕЫброссв, условий распространит примеси в атмосфере, подстилающей поверхности и свойств веществ. Выбор данною типа моделей обусловлен: несущественностью нестациокарности и горизонтальней неоднородности поля метеоптрзметроп для расчета осредненных концентраций; относительно малым расчетным временем; относительно неболыгим объемом исходит данных. Процесса сухого осаждения примооей, вимыгаипя осадками, химического или радиоактивного разложение ("процессы самоочищения атмосферы") списываются с помощью известной модели "обедненного источника".

Предлагаем"! спостб спредол&ния Ра заключи,тт^н в разделении

>

всех используемых игкент^щихся кстеоп-.раиетров ггэ н>?ззр1;снние группы. Предполагается, что в ка>дой из групп мотиопарлметры зависят только от базового параметра г[итп;.:. Допускается наличие связи между одним (поргкм) и всеми осталькгмч базовыми

параметрам!. ТакоЛ подход к определению Ри позволяет значительно сократить объем исходны;; данных и упростить вычислительный алгоритм. Т>=;.у,чипа Fu оп;»,делчется из выражения: Ne NUI

Рп=П Рис i)in Puij (11)

i J

ДЛЯ i-1, Рэ(1)1-?B1

где Nu - кол-ьо базовых параметров; Nui - кол-во параметров в i-ой группа; - вероятность реали.чацил градации i-го базового

параметра при реализации опредзленной величины 1-го базового параметра; Pu< dj - условная вероятности реализации градации j-ro параметра i-ой группы; NVbj - число градаций i-ro базового Параметра; Ni-ijídj - число градаций ,1-го параметра е i-сй группе.

Величине См от точечно;© источника для 1-го румба направления

ветра определяется как:

Ски(г)=----------------,И",H,W)Fi.ir>mk (12)

2П г jriíik

Р 1 1 ntí. l-IP.'f mjfííiOlnKPíf )U! ->P (u; F. ImJi J

ГД" г - расстояние до источника; U - скорость ветра; S - параметр устойчивости атмосферы; О - интенсивность осадков; Т - температуря ОС; I.P-rji - кол-во румбов и повторяемость ветра 1-го р;-мбг; ¿,Р( ivrií - кол-во градации температуры и вероятности их реализации для 1-го румба; N.Pctjoia - кол-во градаций иьтепопвносги осадков и юроятности иг реализации для i-ro румба; M,?(f<L'it. - кол-во градаций скогюсти ветра и вероятности их реализации для 1 -го румба; k,p<uinimit - кол-ро градаций устойчивости атмосферы и вероятности их реализации при г, -ей градации скорости ветра; ЕГ - вектор постоянных параметров условий рассеяния примеси; И - ьеглор- характеристик выбросов; W - вектор параметров вещества.

Е случае существенных изменений вероятностных распределений

условий распространения примесей и характеристик выбросов в

течении года, весь рассматриваемый период разделяется на

подперизды с более постоянными характеристиками. Среднегодовые Сш

определяются как сумма Cmi за отдельные подиориоды с учетом их

продолжительности. Использование моделе.й "обедненного источника"

для описания процессов самоочищения атмосферы позволяет находить

суммарную концентрации примеси в атмосфере от системы источников

::ак сумму концентраций, создаваемых отдельными источниками. Вид и

степень обкноттц предложенных выражений (12) и (13) позволяет

испольное з.ть различни® факельные подели для определения С=. Методима орпентщ овзча на использование известных и обоснованных моделей для расчета Ср. Такой подход значительно упрощает решение вопросов нормативно-юридического характера при практическом применении разработанной методики.

Для учета влияния переменности режима эксплуатации на величину См1 автором лредлэгается заменять реальный источник системой фиктивных источников (СИ) с постсянк!.:ми характеристиками выбросов. Такой способ позволяет учитывать переменность характеристик выбросов без- усложнения вычислительного алгоритма и процедуры задания исходных данных по сравнению с решением задачи атмосферного переноса для системы постоянных источников. Для определения характеристик ФИ предлагается использовать вирз.к«ния (3-10), рассматриваемые не соответствующих интервалах времени., - на которые разделяется график ьагрузки по продолжительности. Для проведения оценочных расчетов характеристик ФИ предлагается использовать следующие выражения:

Имк ггк-^к Емк=Ем-------(13)

Инк

Уъгхмк-УУЫ!—- (14 )

Им

Тут£мк=Ту-хм (15)

где Ем - средняя мощность выброса за весь период Ьг-Ьг; t2r.-t.1r. -интервал графика нагрузки к-го ФИ; Емк - средняя мощность выброса к-го ФИ; 'у'уумк - У-ук к-го ФИ; Тухмк - Тш к-го ФИ; Мм - средняя мощность за период эксплуатации.

Проведенный автором параметрический 'анализ чувствительности показал, что при расчетах См 1: переменность режима эксплуатации мохет быть существенным фактором; источники различной мощности приблизительно одинаково чувствительны к переменности режима эксплуатации; различия в распределении скорости ветра по направлениям могут вносить существенные изменения в величину Сш; использование одинаковых для всей расчетной области

климатологических характеристик рассеяния в условиях равнинной местности ETC вносит относительно малую сшибку в расчеты Cm при переносе примесей, в масштабе промышленного региона; использование осредненных величин метеопараметров вместо их вероятностного распределения при определении Cm приводит к существенно различным результатам для источников различной мощности.

Результаты расчетов Cm г.о предлагаемой методике удовлетворительно совпадают с известными автору расчетными рее/льтагами других исследователей проведенных при аналогичных характеристиках выбросов и предположениях об условиях распространения примесей.

Ееличину среднегодовой концентраций. вредных веществ Б скоужаюшем человека воздухе (Сма) автором предложено определять с учетом возможных ежесуточных перемещений людей следующим образом:

где См1ж - См1 в месте проживания человека; Рж - вероятность нахождения человекз в месте проживания; р(х,у) - плотность вероятности пребывания человека вне места проживания.

Величина Рж и вид р(х,у) может быть получен на основе специальных исследований или некоторых простых гипотез об образе жизни населения. Диапазон изменения Сио оценивается на основе предположения, что человек все время, проведенное вне места жительства, проводит в зоне максимального и минимального загрязнения воздуха, з пределах области ежесуточных перемещений с ОЕП) при минимальной оценке Рж.: Смйга1.г\=СмХжРжмин+См3.ш1.л( 1 — Ряч»1п ) )

СмДидх:См1хРжмин+См1иг1у( 1'£1жт1гг) )

У

3 случае наличия нелинейной связи между величинами риска и загрязненностью воздуха, эффектсв взаимного усиления и ослабления воздействий, золичины иР ( индивидуального риска) могут быть

(16)

х у

(17)

определены непосредственно га ьиратения (1), при использовании Б качестве показателей интенсивности загрязнения воздуха величин Смо. Характерные величины техногенного риска много меньше единицы. Поэтому при принятии гипотезы о независимости воздействий веществ на организм «елсвека, суммарная величина ЧР может быть найдена как сумма 1'Р ст дейстъия отдельных веществ: н н

ИР=5ИР1-ЕГи(Пиид,Смс1) (58)

1 1

где N - кол-во веществ.

При принятии гипотез о независимости и линейности эф4>екта

воздействия от величины Сма суммарная величина ИР находится как:

n

ИР=5Кн1(^иьд)Си01 (19)

1

где Гт(Чнид) - коэффициент риска.

Рид функций ^1<...1 и величины Кн рассматривают в настоящей работе в качестве исходных данных. Использование конкретных количественных характеристик риска (риск преедовр^менной смерти, заболевания, сокращения жизни и тд. ) определяется целями исследования и выбором функций Г1(...) или величин Кн.

3 качестве характеристик КР (коллективного риска) используются осредненныс до популяции величины ИР и интегральные показатели КР. определяемые путем интегрирования произведения величины ИР и плотности населения по расчетной области. Также автором предложено в качестве количественной характеристики КР использовать функцию распределения населения по урезню подверженности величине ИР, определяемую как:

К(Н) = (гО)сЗЗ (20)

в

В-3 если ИРс.Ч Э-1 если ИР>Н

где Б - расчетная область; г - плотность населения.

При вычислении величин KF популяции может быть разделена на группы, различающиеся по чувств, ¡тольности к интенсг-вности загрязнения воздуха и режиму ежесуточных перемещений.

На основе разработанной математической модепи автором создан вычислительный программный комплекс AIR-WASTE. Комплекс состоит из ряда отдельных вычислительных модулей, предназначенных для расчета этапов процедуры оценки риска. Этап "оценки распространения примесей в атмосфере" разделен на два независимых программных модуля. Перяый предназначен для определение полей Cf при различных сочетаниях условий распространения примесей, второй - для расчета полей См. Тской подход позволяет не повторять расчеты "полей Ср при изменении вероятностных распределений метеопараметроь и, вообще говори, делает комплекс независимым от моделей, испопьэуемых дпя расчета Ср, поскольку имеется принципиальная возможность использования результатов расчетов Сь по другим вычислительн;лм программам. В настоящее время в программном комплексе для расчетз полей С г испопьзу»-тся модели реализующие рекомендации МАГАТЭ, Института Экспериментальной Метеорологии (ИЭМ, г. Обнинск) и нормзтивнои методики по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (СН-369-74).

Для оценки точности пол>чаемых величин риска использовался известный метод рандомизации параметров. Автором предложена математическая модель для величины ИР и КР от выбросов одного источника :

n

HPj=M<5eKeKRsCljKHM5KBiGi.jKisatAi<t4eoi(l-Koi) (21 )

.3 1

где N. М кол-зо веществ и раочеткный ячеек; 1, .1 - индекс соответсвеннно вещества и расчетной ячейки; С1 - осредненная концентрация невесомой неразлагающейся примеси от источника единичной мощности; 5 - отношение С.-и, определенной с учетом

процессов самоочищения атмосферы, и См1 для невесомой неразлагающейся примеси; Мер - расход сырья на номинальном режиме; г - плотность населения в расчетной ячейке; б - площадь расчетной ячейки.

При принятии законов распределения параметров, входящих в выражение (21-22), простой вид предложенной модели позволяет получать статистические эмпирические выборки большого размера, из которых можно определить необходимые характеристики вероятностного распределения величин риска.

Получаемые по предложенной методике количественные оценки риска могут быть использованы в качестве части исходных данных, необходимы?; для проведения комплексного анализа риска в регионе. Однако, наряду с этим, результаты оценок могут использоваться для принятия решений при проектировании и модернизации объектов, оптимизации ПМ (природоохранительных мер), определения вклада отдельны:-: источников в загрязнение атмосферы. Созданная методика в сочетании с известными методиками определения затрат в денежном выражении па реализацию ПМ позволяет каждой системе ПМ поставить в соответствие определенные количественные характеристики рискэ и величины затрат на их осуществление. Если принимаются гипотезы о независимости, линейности и беспороговости воздействия вредны?: веществ, и так £е предполагается, что ПМ не сильно иэменпют условия зыбр.зс0в, то дня величин риска и затрат на ПМ можно записать:

ЬЧК'ы

ИР=£ ЗЯЧза-Коит) (23)

1 ,3

КР=г ¿КРи(]-Ь13„) (24)

1 ^

N4

(25)

1

где ¿,К« - индекс и кол-во веществ; - затраты £»з реализацию ш-

го способа подавления выбросоз на 1-см источнике; Коит

эффективность подавления выбросов ¿-го вещества при применении 111-го сочетания ПМ на 1-ом объекте.

Простой вид зависимостей (23-25) позволяет использовать для анализа эффективности затрат на ПМ метод простого прребора взриантов для получения массива результатов, в которому каждому сочетанию ПМ ставится в соответствие величина риска и затраты на их реализацию. Каждое сочетание ПМ может характеризоваться точкой на плсскости РИСК-ЗАТРАТЫ, нижняя огибающая этих точек соответствует оптимальным комбинациям ПМ при определенном уровне затрат на снижение риска. На основании этой кривой может быть оценены затраты на снижение риска до определенного урсвн.., и соответствующая этим затратам наиболее эффективная коьбинация ПМ.

Четпдртлп гпдпа посвящена применению разработанной методики для получения оценок риска для населения от загрязнения воздуха выбросами окислов серы, окислами азота, летучей золы и бенэ(а)пирена гипотетическими ТЭС мощностью 120й МВт, сжигающими различные вида топлива, и выбросами скислов серы, азота и пыли гипотетическим цементным заводом у'ЦЗ) производительно стью 2О0С т/сут. Параметры ТЭС выбирались характерными для КЭС оснащенных паротурбинными блоками мощностью ЗОЙ МВт. Для определения характеристик КР рассматривался гипотетический город окруженный тремя ТЭС мощностью по 1260 МВт. При расчете полей См1 рассматривались условиями распространения примесей в атмосфере соответствующие Нижегородской области. Для расчета полей С;-' использовалась методика ИЭМ.

Для ТЭС, на основе ряда известных инженерных зависимостей для расчета величин выбросов, были получены зависимости дпд определения яоличин коэффициентов Кб, Кка , Квб для расчета выбросов с учетом отклонения качества сырья и уровня мощности от номинальных величин.

На рис. 2 показано распределение величины математического ожидания ИР преждевременной смерти ( ИРс) от загрязнения воздуха выбросами окислов серы, азота и золы ГЭС, сжигающими различные виды топлива (для равномерной розы ветрог) и ИЗ. На рис. 3

покг.зйнн границ..! вс.;; доверительного интервала величины ИР от ЕЫ5росоз тэт, сжиггиоиих различные виды топлива. На рис. 4 показаны

*.0Г.-005

V- 31!>005

1-ОЕ-005

ООЕ+ООО

Г":. .. итчяпе»:» к?с от йггтг»'

гс:оелглэч!' сетч;, соетг и з:.г» тзс-ибе

¡•¿г: <*) - эм^гтузстк» гг;.п; 1*1 -(т) - м'п: (■*) -, пт.кл.Гай газ; (■=»! - цм^еттл мгоз К38 Т/СП.

10 " 10

ю-'| 10 10 -

Г,]-1—ГТТГГГГ]--1

10 10') 1-гл

тег?

¿се-;г.сй Ч; I*; - зг^стузсськ угслч; г-И - е».зуг; 1«) - првро5Е^ г:-.

О 1С) 20 30 40 50 СО 70 30 90 100

кт

зело« рссги* ТРУ ТЭМ.ь'й К;т. •лк^тузсо.Е уголь. сз - гс;.'ч£,

с

г в

я §

&

\

ч

11 1 i i 1 i г 1 1 п 1

6.се-005 5±е-005 6.00005 е.5г-сс5

индмрилувльмап риск (1/гол) Сичс^зхи:*. .тегь.

-

1

i *

ад ^--\-—--й---V

______v__

L—Mi

I

1—|—I—i—r~i—!—!—i—i

0 100 20C 30C

юпиталььае затрет (отн. ел)

s йРс от 35.-; зсиезтаи

г.грссгт! ь-:;. н;г « - Г'сп» с?» .Mi l > - * ш \ л: -о к»; А")

Fuc. ~ "cc:iEit:eibii5 i=5;...r;:i г

ГСро;е чел.) от г-аГ£йз=-;ц<'- £С:, Г'2 к

зилси БЬ^ССЗ** Тл"-:.« «п . ¿«¿лет/

исилишш ЯР ит ьыброгов трех ГЭС.йз рг.с. 5 пс.«:зз«ну Пункция распределения населения города по степени кг-яре^л-гннг.сти Ш'с. рис. с показаны распределение ИЬ' от вы-ресоь ЦЗ при гипотезе о равновероятном пребывании населения в ОД!!, пред.-тавлйгщеи крут-определенного радиуса. Не рис. 7 приведены величины КР и капитальных затрат, соответствен:'.:« различным системам ПМ по пресечению выбросов окислов серы и азота на распслс~енных вокруг города ТЭС.

вывопы

Основные результаты проделанной б диссертзцпи работы млжгго сформулировать следующим образом:

- созданная автором методика и математическая модель количественной оценки риска от постояннодеистЕующи:: источников загрязнения атмосферы включает большинство этапов процедуры оценки риска; оценка путей и способов вое действия, оценкэ количества и условии ЕЫбр^сов вредных веществ. решение задачи атмосферного переноса веществ, получение количественных критериев риска.

Применение методики позволяет получить количественные оценки индивидуального и коллективного риска на осноЕе характеристик выбросов при номинальном режиме работы объектов, реальном качестве сырья и режиме эксплуатации, условий распространения примесей в атмосфере, ртзмэщг-чии и структуры населения в расчетной области и количественных зависимостей между показателями загрязненности воздуха и количественными характеристиками риска;

- методика применима к различным промышленным объектам и позволяет проводить оценку риска для отдельного объекта, промышленнсгс центра или региона. расположенного в равнинных районах с преобладанием нормальны;: условий распространения примесей в атмосфере:

- разработанный на основе методики алгоритм и созданный автором вычислительны;'! комплекс ориентированы н5» использование доступ:!::;-: исходных данных и вычислительных средств. Это создает предпосылки кг,:осцого зрьктичвег.т г с использования результатов поделанной работы:

- получаемые оценка ри'-ка могут использоваться как часть панны;:, необходимых для проведения комплексного анализа риска в промышленном регионе, или применяться для принятия решений при проектировании и модернизации объектов, оптимизации приоодоохранительных мер и определения вклада в загрязнение атмосферы отдельных источников.

Полученные по предлагай гай методике с помощью созданного автором программного комплекса оценки риска для населения ст загрязнения воздух-:, выбросами окислов серы, азота, твердых чрстиц и бенз(а1пирена на примере типичных ТЭС и цементного завода позволяют сд€-лать следующие выводы:

- математическое ожидание максимальной величины индивидуапьнсго риска преждевременной смерти от загрязнения воздуха выбросами ТЭС составляет околи 1.х10-< 1/год при сжигании высокосернисты:-: углей, 5.Х10"5 1/гсд - при сжигании низкосернистых углей и

высокосернистых мазутов и 2.х10~° 1/год при схигании природного газа. Создаваемые величины рисков соизмеримы с уровнями риска от других твхногеннах воздействий. Еерхняя и нижняя граница 9ЬХ доверительные интерпала полученных оценок риска различаются приблизительно в 10 раз;

- при сжигании на ТЗС угля, при высокой степени золоочистки, и жидкого топлива основной вклад ь величину риска от загрязнения воздуха вносят окислы серы;

- оценку риска от мощных ТЭС следует проводить на расстояние не менее 1С0-1ЬО км от места расположения станции;

- максимальные величины индивидуального риска от загрязнения воздуха -выбросами цементных зазодов соизмеримы с риском от выбросов ТЭС, сжигающих низкосернистые угли и высскосернистый мазут. При высокой степени пылеочистки окислы сэры и пыль вносят соизмеримые вклады в величину риска от загрязнения воздуха выбросами цементных заводов;

- учет перемещений населения может вносить существенные- поправки в величины риска для активно перемещающихся групп населения;

Созданная автором методика и вычислительный программный комплекс внедрены на практике. Результаты проведенных оценок риска использовались при проектировании Зельзонской ГРЭС (западная Белоруссия).

(h mnrn.-e дгаультя-га OttfVrr« отрако.пи я R иечаттд: работах :

1. Кузьмин И.И., Матвеев О.Ь., Пантелеев В.А. Риск при загрязнении воэдушоП среды//Концепции перспективного развития ядерной энергетики. Анализ риска. Тез. докл. 2-ой межд. школы конф. молодых ученых и специалистов, Одесса 11-21 oirr. 1S91 г. - М., 1291. - с. 29.

2. Kusinin I., Panteleev V. , Romanov S. Eafety, Hazard, Management bcales and actual practico In regional riek management. Int. schools "Innovative technologies for oleanine the Environment,

air, water ami so'1", - Trlce-Trapani, Sclacily Ettore Majorana

Center for scientific ami culture, 22-29 Apr., - 1ЭР2, p. 67-71.

3. сытев А.А, Влинкип В.Л., Кузьмин И.И, Пантелеев В.А., Проценко А.Н., Сегаль М.Д. и др. Птчет по ГНТП "Безопасность", направленно 7.1. Руководство по анализу и управлению риском в промышленном регионе. - т.1 - Концепция и процедура оцр.нки риска в промышленной регионе - Н.:ГКЧС, 1992. - с. 177.

4. Кузьмин И.II, Пантелеев H.A., Проценко A.n., Сегаль М.Д. а др. Отчет по ГНТП "Безопасность", направление 7.1. Руководство по анализу и управлению риском в промышленном регионе. - т. 2 -Методологический аппарат, физические и математические модели для оценки и анализа риска. - М.гГКЧС, 1992. - с. 159.

Ь. Кузьмин И.11. , Пантелеев H.A. , Одета риска от техпигенных атмосферных выбросов и задача управления риском в регионе// сп. ВИНИТИ, Итоги науки и техники, Сер. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях, И., 1993. - N -1, с. 3il-44.