Прогнозирование воздействия аварийно химически опасных веществ в районе водозаборов промышленных городов центральной и восточной зон Оренбургской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ АВАРИЙНО ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ В РАЙОНЕ ВОДОЗАБОРОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГОРОДОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ И ВОСТОЧНОЙ ЗОН ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

Горшенина Екатерина Леонидовна,

кандидат технических наук, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности, Оренбургский государственный университет, Оренбург

Аннотация. В статье рассмотрены вопросы прогнозирования воздействия аварийно химически опасных веществ в районе водозаборов промышленных городов. Актуальность исследования аварий с участием химически опасных веществ обусловлена масштабным и быстро распространяющимся заражением большой территории и связана с токсическим поражением населения и природных экосистем. В целях прогнозирования возникновения и дальнейшего распространения аварийных ситуаций рассмотрены возможные сценарии аварий в районе водозаборов, связанные с выбросом (проливом) фенола и хлора в поверхностные водные объекты и атмосферный воздух на территории промышленных городов Оренбургской области. Проведены расчеты размеров и площади горизонтального и вертикального распространения химического заражения, определено время подхода зараженного облака к городу и зараженной воды к водозаборам.

Ключевые слова: прогнозирование, аварийно химически опасное вещество, водозабор, промышленный город, Оренбургская область.

PREDICTING THE IMPACT OF CHEMICALLY HAZARDOUS SUBSTANCES IN THE AREA OF WATER INTAKES OF INDUSTRIAL CITIES IN THE CENTRAL AND EASTERN ZONES OF THE ORENBURG REGION

Grosheva Anna Igorevna, student, training program 20.03.01 Technosphere security, Orenburg State University, Orenburg

Research advisor:

Gorshenina Ekaterina Leonidovna, PhD in Technical Sciences, Associate Professor, Department of Life Safety, Orenburg State University, Orenburg

Abstract. The article deals with the issues of predicting the impact of emergency chemical substances in the area of water intakes of industrial cities. The relevance of the study of accidents involving chemically dangerous substances is due to the large-scale and rapidly spreading infection of a large area and is associated with toxic damage to the population and natural ecosystems. In order to predict the occurrence and further spread of emergencies, possible scenarios of accidents that occurred in the area of water intakes associated with the release (spillage) of phenol and chlorine into surface water bodies and atmospheric air on the territory of industrial cities of the Orenburg region are considered. Calculations of the size and area of the horizontal and vertical spread of chemical contamination were made, and the time of approach of the infected cloud to the city and the infected water to the water intakes was determined.

Key words: predicting, emergency chemical substances, water intake, industrial cities, Orenburg region.

прогнозирование аварийный выброс фенол хлор водозабор промышленный город

Проблемы предотвращения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС) приобретают всё большую остроту в связи с интенсивным развитием многоотраслевой промышленности, особенно связанной с использованием аварийно химически опасных веществ (АХОВ), невозможностью изолировать опасные индустриальные объекты и комплексы от населённых пунктов (особенно городов). Особую опасность представляют ЧС, связанные с возникновением аварийных ситуаций, вызванных выбросом АХОВ в атмосферный воздух или сбросом их в водные объекты. При этом возможно масштабное заражение большой территории (особенно густонаселённого города) с токсическим поражением людей и компонентов природных экосистем, происходящее за очень короткое время [2].

Целью исследования является прогнозирование воздействия АХОВ в районе водозаборов промышленных городов центральной и восточной зон Оренбургской области. Рассмотрим возникновение аварийных ситуаций, связанных с выбросом (проливом) химически опасных веществ: фенола и хлора.

Одним из таких сценариев является возможное возникновение аварийной ситуации при разгерметизации ёмкости с фенолом на ПАО «Орскнефтеоргсинтез» и попадании этого загрязняющего вещества в реку Урал. Принимаем расстояние от Орско-Новотроицкого промышленного узла до областного центра г. Оренбурга, при учёте развитого меандрирования русла Урала, в 300 км, а среднюю скорость течения реки в половодье - 10 км/ч, в межень - 5 км/ч [6]. Проведённые расчёты показывают, что пятно загрязнения поверхностных вод фенолом дойдёт до Оренбурга в половодье за 30 часов, в межень - за 60 часов.

Одна из опасностей загрязнения природных вод фенолом состоит в том, что при водоподготовке и подаче этих вод в систему хозяйственно-питьевого водоснабжения используется хлор, который, взаимодействуя с фенолом, образует смесь хлорфенолов, в 100-250 раз превышающих токсичность самого фенола [1, 3].

Потенциальное загрязнение поверхностных вод главной водной артерии области - реки Урал фенолом в районе Орска и Новотроицка представляет собой серьёзную угрозу для трёх десятков сельских населённых пунктов городского округа г. Новотроицка, Кувандыкского городского округа, Беляевского, Саракташского, Оренбургского районов, водных экосистем государственного природного заказника «Губерлинские горы». Особую опасность это загрязнение представляет для открытого Уральского водозабора, а также подруслового Южно-Уральского водозабора и водозабора «Авиагородок-1» города Оренбурга, в котором проживает более 570 тыс. человек. Как отмечают учёные [5, 7], водозаборы и водоносные горизонты, питающие город питьевой водой, практически незащищены от химического загрязнения.

В случае возникновения аварийной ситуации наиболее целесообразным является усиление экологического контроля в пунктах, расположенных ниже Орско-Новотроицкой агломерации по течению реки. Нами предлагается разместить передвижные лаборатории в следующих пунктах: с. Хабарное (территория городского округа г. Новотроицка), п. Айтуар и с. Новоуральск (Кувандыкский городской округ), с. Донское и Беляевка (Беляевский район), п. Караванный (Оренбургский район) и выше водозаборов города Оренбурга.

Анализ данных экологического состояния речных систем, полученных с пунктов наблюдения Оренбургским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды в 2016-2019 гг., показывает, что превышений предельно допустимых концентраций рыбохозяйственного значения фенола в поверхностных водах р. Урал в районе городов Орск и Новотроицк не отмечалось Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Оренбургской области в 2017 году. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://mpr.orb.ru/upload/medialibrary/c6a/ c6a5d47186bb2bfc3a5b18241d7e7c96.pdf - (дата обращения: 08.05.2020).

² Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Оренбургской области в 2018 году. [Электронныйресурс]. - Режим доступа: https://mpr.orb.ru/upload/medialibrary/8cf/ 8cf8549c61356859bcbb41694910e554.pdf. - (дата обращения: 06.05.2020).

³ Обзор состояния и загрязнения окружающей среды Оренбургской области в 2016 году / Оренбургский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды - филиал ФГБУ «Приволжское УГМС». - Оренбург, 2017 г. - 47 с.

⁴ Обзор состояния и загрязнения окружающей среды Оренбургской области в 2019 году / Оренбургский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды - филиал ФГБУ «Приволжское УГМС». - Оренбург, 2020 г. - 43 с.' ^{2 3 4}, т. е. аварийные ситуации не возникали.

Вместе с тем на реке Урал в районе Орско-Новотроицкого промышленного узла на протяжении последних 3-х десятилетий наблюдается формирование хорошо выраженного ареала комплексного загрязнения поверхностных вод, с последующим движением вниз по течению реки к областному центру - г. Оренбургу, угрожая его водозаборным скважинам. Характерной особенностью постоянного техногенного загрязнения поверхностных вод является наличие низкомолекулярной органики [5], которая способствует миграции загрязняющих веществ, в том числе соединений фенола.

При поступлении в поверхностные воды со сточными водами соединения фенола участвуют в реакциях конденсации и полимеризации и формируют сложные гумусоподобные и другие достаточно устойчивые соединения. При концентрации соединений фенола выше 1 мг/дм³ их распад протекает относительно быстро, снижение содержания фенолов составляет 50-75% за 3-е суток [4].

В связи с тем, что дно в среднем течении Урала (район расположения Орско-Новотроицкого и Оренбургского промышленных центров) выложено преимущественно гравийно-галечными отложениями, самоочищение поверхностных вод реки от фенола будет происходить медленно, и вероятность распространения загрязнения на большие расстояния высока. Поэтому необходимо принять все меры для предотвращения аварийных ситуаций с попаданием фенола в водные объекты.

Рассмотрим ещё один пример прогнозирования развития аварийной ситуации, связанной с воздействием хлора в районе Кумакского водозаборного узла МУП «Орскводоканал». Водозаборный узел является основным источником водоснабжения второго по значимости города в области - г. Орска, в котором проживает 227 тыс. человек. Объект расположен в пределах городской черты. Данная система хозяйственно-питьевого водоснабжения состоит из 85 скважин, которые берут воду с глубины от 17 до 30 метров, эксплуатируя аллювиальный водоносный горизонт подрусловой части реки Урал.

В целях прогнозирования ситуации, связанной с воздействием хлора на население и окружающую среду, необходимо смоделировать аварию на водозаборе с расчётом площади зоны химического заражения. Для примера проанализируем аварию на водозаборном узле в результате разрушения обвалованной ёмкости, в которой содержится 25 т хлора, предназначенного для обеззараживания воды. В непосредственной близости от водозаборного узла жилая застройка отсутствует. Используемые метеорологические условия: инверсия, скорость ветра в приземном слое атмосферы 3 м/с, температура воздуха 0 °С.

Глубина распространения заражённого воздуха для 25 т хлора при ветре 1 м/с составляет 80 км Жилин А. Н., Винник В. И. Оценка химической обстановки на объектах при выбросах сильнодействующих ядовитых веществ: Методические указания. - Оренбург: ОГУ, 1999. - 24 с.. С учётом поправочного коэффициента, равного 0,45 при скорости ветра 3 м/с и инверсии, глубина распространения облака заражённого воздуха составит 36 км. Делая необходимую поправку на обваловку ёмкости с хлором, уменьшаем в 1,5 раза глубину распространения заражённого воздуха и находим искомую глубину заражения, равную 24 км.

Рассчитываем ширину зоны химического заражения, принимая во внимание, что она находится в зависимости от степени вертикальной устойчивости воздушных масс. Ширина зоны химического заражения при распространении облака заражённого воздуха на 24 км при заданных метеопараметрах составляет 0,72 км.

Площадь заражения при глубине распространения хлора на 24 км и ширине 0,72 км составляет 17,3 км². С учётом инверсии вертикальное распространение загрязнения местности хлором равно 9 км².

Далее, используя методику прогнозирования масштабов заражения АХОВ Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте. РД 52.04.253-90. - С.-Петербург, 2000. - 14 с., проводим расчёт времени подхода заражённого воздуха к ближайшему населённому пункту города Орска - посёлку Первомайскому, расположенному от источника заражения на расстоянии 960 м.

Скорость распространения переднего фронта облака заражённого воздуха при заданных параметрах (при скорости ветра 3 м/с и инверсии) равна 16 км/ч. Следовательно, время подхода заражённого воздуха к поселку Первомайский составляет 0,06 часов (или 3,6 минут).

При ветре восточного и юго-восточного направлений облако хлора «накрывает», в первую очередь, посёлки Первомайский, Октябрьский, Победа, район Старого города, позже достигая района современной многоэтажной застройки Нового города Орска. При численности населения города в 227 тыс. человек в зону поражения попадает примерно 90% горожан.

Необходимо отметить, что хлор относится к чрезвычайно токсичным веществам с преимущественно удушающим действием. При разгерметизации ёмкости с хлором происходит резкий выброс вещества с концентрацией, превышающей смертельную в несколько раз. Образующееся на стадии мгновенного испарения хлора паро-аэрозольное облако заражённого воздуха может быстро распространиться на большое расстояние и вызвать гибель людей.

На основе проведённых исследований по прогнозированию и оценке аварийных ситуаций, связанных с воздействием АХОВ на людей и окружающую среду в районе водозаборов промышленных городов, можно сделать несколько выводов.

1. При возникновении аварии, связанной с воздействием таких аварийно химически опасных веществ, как фенол и хлор, будут заражены большие территории. При воздействии фенола - поверхностные воды среднего течения реки Урал, вероятно до незащищённых водозаборов города Оренбурга, при воздействии хлора - практически вся территория города Орска.

2. В связи с вероятностью возникновения аварийных ситуаций, связанных с попаданием фенола в р. Урал, необходимо предусмотреть реконструкцию водозаборных узлов г. Оренбурга, с переводом водозаборов в бассейн р. Сакмара.

3. Потенциальная опасность возникновения аварии, связанной с разгерметизацией ёмкостей с хлором на Кумакском водозаборной узле, определяет необходимость усиления технического контроля процессов хранения и транспортировки АХОВ. Первостепенной задачей при этом является обучение рабочей смены водозаборного узла действиям при возникновении аварии, использованию средств индивидуальной защиты и разработка эвакуационных планов.

4. При возникновении аварийной ситуации, связанной с выбросом или сбросом АХОВ, необходимо заблаговременно оповестить людей, проживающих в зоне возможного химического заражения. При необходимости подготовить население к эвакуации в районы, не подвергшиеся заражению.

5. Важна организация своевременного лабораторно-аналитического контроля заражённой территории. Отбор должен вестись как в очаге аварии, так и в зоне распространения выброса или сброса. Необходимо в короткие сроки организовать аналитическую работу лабораторий по схеме СНЛК ГО, задействовать в ликвидации аварийной ситуации спасателей и пожарных ГУ МЧС по Оренбургской области, врачей, специалистов областного «Центра медицины катастроф», работников различных коммунальных служб, строительных подразделений, волонтёров.

6. Для координации действий различных служб по ликвидации аварийной ситуации, связанной с выбросом или сбросом АХОВ в районе водозаборов промышленных городов центральной и восточной зон Оренбургской области, требуется создать в городе Орск оперативный штаб и организовать устойчивую связь штаба с центром управления кризисными ситуациями ГУ МЧС по Оренбургской области.

В заключение необходимо отметить, что основная опасность от выбросов или сбросов АХОВ состоит в воздействии на природную среду, на здоровье и жизнь людей. Оценить это воздействие крайне сложно. Поэтому необходимо уделять особое внимание соблюдению всех требований к организации работ с АХОВ. Обязательно нужно проводить прогнозирование аварийных ситуаций, связанных с воздействием АХОВ на компоненты окружающей среды, с применением геоинформационных систем.

Литература

1. Житарь С.В. Экомониторинг водных бассейнов малых рек Чувашской Республики на содержание фенолов: дис. ... канд. хим. наук: 03.02.08. - Казань, 2011. - 132 с.

2. Куликов О.М. Информационная поддержка принятия решений при ликвидации техногенных чрезвычайных ситуаций на основе моделирования сценариев управления: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.01. - Уфа, 2002. - 150 с.

3. Обеспечение экологической безопасности при использовании фенолов в различных отраслях промышленности / В.Н. Горячева [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия Техника и технологии. - 2018. - Т 8, № 2 (27). - С. 129-137.

4. Оптимизация нормирования сброса стоков предприятий ЦБП в водотоки / Т.Ф. Личутина [и др.]. - Екатеринбург, 2005. - 212 с.

5. Техногенная метаморфизация химического состава природных вод (на примере эколого-гидрогеохимического картирования бассейна Урала, Оренбургская область) / В. С. Самарина [и др.]. - Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1999. - 444 с.

6. Чибилёв А.А. Бассейн Урала: история, география, экология. - Екатеринбург: УрО РАН, 2008. - 312 с.

7. Юрина С.В. Геоэкологическая оценка компонентов окружающей среды Оренбургского промышленного района: автореф. дис. ... канд. геогр. наук. - Оренбург, 2000. - 25 с.

Размещено на Allbest.ru