Экология 6

Шакина О.П., Рябцева Н.П., Пащенко А.В., Чорная А.Ю.

Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ при аварии с желтым фосфором

Авария на Львовской железной дороге в июле 2007 года показала, что существующая нормативная методика расчета рассевания токсичных веществ в атмосфере при авариях не может быть использована для решения задачи об оценки загрязнения окружающей среды в силу своей ограниченности. Нормативная методика дает лишь информацию о величине возможной зоны загрязнения, но не дает информацию о распределении концентрации токсичного вещества в атмосфере. Это значит, что нет возможности оценить, какова будет интенсивность загрязнения различных экологически значимых зон. Для решения поставленной задачи разработана математическая модель, позволяющая рассчитать динамику распространения токсичного вещества (оксида фосфора – продукта горения) в атмосфере. В основу модели положено уравнение:

(1)

где С - концентрация токсиканта в атмосфере; u, v, w – компоненты вектора скорости воздушной среды; μ = (μ_х, μ_y, μ_z) – коэффициент турбулентной диффузии; Q – интенсивность выделения токсиканта; δ(r-r_i) – дельта - функция Дирака; r_i = (x_i,, y_i,, z_i) – координаты источника выделения токсиканта.

При решении задач о загрязнении атмосферы полагается, что профиль ветра описывается зависимостью

,

где u₀ – скорость ветра на высоте Z₀=10 м от поверхности земли, u₀; Z – текущее значение высоты; p=0,15 – параметр.

На основе данного уравнения рассчитывается процесс загрязнения атмосферы при горении желтого фосфора, а также определяется, какое количество токсиканта попало на тот или иной экологически важный объект (с/х угодье, лес и т.п.). На основе этой информации имеется возможность рассчитать ущерб более точно с учетом значимости той или иной зоны.

Оксид фосфора, мигрируя в атмосфере, может оказаться над водной поверхностью (река, озеро). Для расчета загрязнения воды в реке при попадании в нее оксида фосфора делается предположение, что течение в русле потенциальное, тогда моделирующим уравнением будет уравнение вида

,

где - потенциал, - компоненты вектора скорости водной среды в реке.

Для расчета процесса миграции оксида фосфора по руслу реки используется модель градиентного типа

,

где С – концентрация загрязнителя в водной среде; u, v – компоненты вектора скорости водного потока; - интенсивность поступления оксида фосфора.

Для численного интегрирования уравнений модели используется попеременно – треугольная разностная схема. Разработан специализированный пакет прикладных программ на алгоритмическом языке FORTRAN.данный пакет программ дает возможность рассчитать:

• Динамику загрязнения атмосферы при выбросе оксида фосфора из произвольного количества цистерн.

• Рассчитать уровень загрязнения конкретных экологически значимых зон, попавших под шлейф токсичного вещества.

• Рассчитать процесс загрязнения поверхности земли ортофосфорной кислотой – продукта взаимодействия оксида фосфора и дождя.

• Рассчитать процесс закисления реки или другого водоёма при взаимодействия оксида фосфора с водной поверхностью.

• Рассчитать эффективность защиты атмосферы от загрязнения оксидом фосфора при подачи воды в шлейф от пожарных машин или с вертолета.

На основе построенной модели проведен вычислительный эксперимент по оценки ущерба при горении желтого фосфора в случае аварии с 12 цистернами. Полученные данные дают возможность дифференцировать ущерб по различным экологически значимым зонам, в зависимости от конкретных метеоусловий.

Рис. 1. Зона загрязнения атмосферы при выбросе оксида фосфора из двух цистерн t=67 с (сечение Z=8.5 м), – место сброса воды от вертолета

На рис.1 представлена зона загрязнения атмосферы при выходе оксида фосфора двух цистерн и подачи воды от вертолета.