8. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ПОДВОДНЫХ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ ПРИ ЗАЛПОВОМ ВЫБРОСЕ
8. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОПАСНЫХ
ВЕЩЕСТВ ИЗ ПОДВОДНЫХ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ
ПРИ ЗАЛПОВОМ ВЫБРОСЕ 
Исходные данные для оценки:
M0ij - количество j-ых ОХВ в i-ом ППОО (или групповом захоронении), кг;
ПДКj - предельно допустимые концентрации j-ых ОВ в морской воде, кг/м3 - для ОХВ;
Cij0 - исходная концентрация ОХВ в морской среде в момент развала ЗО i-ого ППОО, кг/м3;
Расчет зон действия поражающих факторов ППОО проводится, исходя из следующих допущений:
- по прошествии времени T, затопленный i-й ППОО в результате физико-химических процессов (коррозия, ледовая экзарация, избыточное давление на дно от поверхностных волн) лишился своей защитной оболочки;
- вся масса j-х ОВ i-ого ППОО - M0ij поступила в окружающее водное пространство в виде залпового выброса в момент времени t0;
- концентрация j-ого ОХВ Cij0 в окрестности i-ого ППОО, утратившего ЗО, в момент времени t0 будет превышать ПДКj многократно: Cij0 >> ПДКj и численно равна его плотности;
- в результате молекулярной (турбулентной) диффузии и увлечения j-х веществ подводными течениями концентрация ОВ в окрестности i-ого ППОО со временем будет снижаться, а зона загрязнения (заражения) - расширяться (рис. 8.1);
- указанные процессы будут протекать до тех пор, пока текущее значение концентрации j-ого вещества в процессе его распространения по акватории размещения i-ого ППОО - Cij не станет равновесной. В практических целях целесообразно определить расстояние от аварийного ППОО (аварийный ППОО - ППОО, утративший свой защитный барьер) - Rк, на котором концентрация j-ых ОВ, выходящих из i-ого ППОО в интервале времени от t0 до tк, не будет превышать значение ПДКj. Здесь tк, c - время, в течение которого j-ые ОВ, в результате физических процессов массообмена, снизили свою концентрацию в точке нахождения аварийного ППОО с Cij0 до ПДКj 
.
Рисунок 8.1. Зависимость концентрации ОВ от времени
и расстояния от точки выхода
Необходимо иметь ввиду, что характер распространения ОВ из ППОО в акватории размещения ППОО в немалой степени зависит от глубины акватории h* и количества ОВ - M0ij для ОХВ. В случае когда, 
все ОВ распространяются в акватории вокруг ППОО в количестве 
в полусфере радиусом Rк с центром в точке размещения ППОО. В этом случае будем говорить, что распространение ОВ из ППОО происходит в условиях "глубокое море". В противном случае, когда h* < Rк, объем воды с распространенным в нем j-ым ОВ в количестве ПДКj будет представлять собой усеченную полусферу, у которой радиус большего сечения (на дне акватории) составляет Rк, будем говорить, что распространение ОВ из ППОО происходит в условиях "мелкое море". Очевидно, что динамика распространения ОВ в условиях "мелкое моря" будет отличаться от условий распространения ОВ в условиях "глубокое море", поэтому необходимо изначально определить какой механизм распространения ОВ применим для каждого конкретного ППОО.
Для этих целей рассмотрим объем воды V в полусфере радиусом Rк, достаточном для разбавления ОВ из ППОО, в количестве M0ij до ПДКj:
, но 
.
Следовательно,
.
Для случая, когда 
("глубокое море"), получаем: 
или 
- критерий определения модели распространения ОХВ в условиях "глубокого моря".
Очевидно, что для случая распространения ОВ в условиях "мелкого моря" критерий Hh > 1.
Время tк, в течение которого ОВ в точке размещения ППОО снизили свою концентрацию с Cij0 до ПДКj , зависит от физических процессов массопереноса в акватории (диффузия, донные течения).
Величина tк зависит от параметров процессов, участвующих в распространении j-ых веществ в акватории размещения ППОО (диффузия, донные течения).
В простейшем случае, когда на процесс распространения ОВ в водной среде доминирующее влияние оказывает только диффузия (например, в небольших замкнутых водоемах: озера, пруды или морские заливы с узким выходом в открытое море), объем воды, содержащей j-ое вещество в предельно допустимой концентрации, можно рассчитать в соответствии с представленным ниже алгоритмом.
8.1. Оценка параметров процесса распространения опасных веществ из ППОО при залповом выбросе в условиях "глубокого моря"
На схеме (рис. 8.2) показана полусфера, в воде которой со временем t0 распространилось все j-ое вещество i-ого ППОО и достигло (снизило) концентрацию Cij0 >> ПДКj в начальный момент t0 до концентрации Cij = ПДКj в момент времени tк. Объем воды с распространенным в нем j-ым веществом с концентрацией, соответствующей ПДК в месте размещения аварийного i-ого ППОО, на момент времени tк будет равен:
.
Очевидно, что данная схема показывает распространение ОВ в условии "глубокое море", когда Rк меньше глубины захоронения i-го ППОО. Радиус полусферы Rк и будет определять границу безопасной зоны в акватории размещения i-ого ППОО, утратившего ЗО.
Зная количество поступившего в воду j-ого ОХВ M0j и значения ПДК этого вещества в морской воде - ПДКj, объем Vк можно также определить следующим образом:
. (1)
Из данного выражения определяется значение радиуса полусферы Rк, внутри которой за время (tк - t0), сформировалась за счет молекулярной диффузии область с концентрацией ОВ, не превышающей ПДК:
. (2)
Рисунок 8.2. Схема распространения опасных веществ в водном
пространстве при разрушении ЗО ППОО в условиях
"глубокое море"
Для определения времени наступления равновесных условий (по концентрации j-ого вещества в размере ПДКj) после разрушения ЗО i-ого ППОО (времени tк) необходимо использовать закон А. Фика:
,
где m - количество диффундирующего вещества в кг, проходящего за время t в c через площадку S в см2, расположенную перпендикулярно направлению, в котором движется вещество, C1 и C2 - концентрации диффундирующего вещества (количество вещества, содержащегося в единице объема, в кг/м3 для ОХВ) в двух слоях, отстоящих друг от друга на расстоянии l, м; K - коэффициент диффузии, м2/с. Этот коэффициент зависит от природы среды, от природы диффундирующего вещества и от условий, при которых находится среда и диффундирующее вещество (от температуры, в основном). При этом предполагается, что 
.
В соответствии с законом А. Фика:
,
где Cjк = ПДКj.
Откуда
,
Подставляя значение Rк, получим:
. (3)
В условиях "глубокого моря", при R < Rк, значение концентрации j-ого вещества - больше ПДКj, т.е. в акватории, в зоне размещения i-ого ППОО с разрушенной ЗО, при t < tк от начала залпового выхода ОВ ЧС считать достижение концентрации j-ого вещества, превышающего значение ПДКj, в соответствии с данными таблицы 2-1 приложения 2 к Методическим рекомендациям.
Пример расчета параметров процесса распространения ОВ из ППОО при залповом выбросе в условиях "глубокого моря" представлен в приложении 3 к Методическим рекомендациям.
8.2. Оценка параметров процесса распространения ОВ из ППОО при залповом выбросе в условиях "мелкого моря"
Выражение (2) для Rк определяет безопасное расстояние от ППОО в случае его разгерметизации и залпового выброса ОВ в условиях "глубокого моря", когда Rк << h* - глубины захоронения ППОО. Для случая "мелкого моря", когда Rк > h*, для оценки Rк необходимо использовать другое выражение.
Допустим, что i-ое ППОО находится на глубине h* в условии "мелкое море", когда h* < Rк (см. рис. 8.3), где Rк также, как и в случае с "глубокое море", будет определять безопасное расстояние (границу) от i-ого ППОО при разрушении его ЗО и выхода j-ых ОВ в окружающее водное пространство.
Рисунок 8.3. Схема зон загрязнения (заражения) водного
пространства при разрушении ЗО ППОО в условиях "мелкое море"
Найдем объем воды, находящийся в слое между дном и поверхностью моря, в котором ОВ из i-ого ППОО с концентрацией, соответствующей ПДКj в месте размещения аварийного i-ого ППОО, на момент времени tк будет равен:
,
где 
.
Но 
для ОХВ.
Тогда Rк - расстояние от i-ого ППОО, на котором концентрация j-ого ОВ достигает значения ПДКj на момент времени tк в условиях "мелкого моря":
, м (4)
Площадь дна акватории, загрязненной j-ым ОВ из i-ого ППОО, составляет величину:
, м2. (5)
Время наступления равновесных условий (по концентрации j-ого ОВ в размере ПДКj) после разрушения ЗО i-ого ППОО - tк, определяется из закона А. Фика:
, с.
Подставляя значение Rк из (4), получим:
, с (6)
При R < Rк, t < tк в условиях "мелкое море" текущее значение концентрации ОХВ будут иметь значения в точке расположения аварийного ППОО Cij > ПДКj, т.е. в акватории, в зоне размещения i-ого ППОО с разрушенной ЗО, при t < tк от начала залпового выброса ОВ ЧС считать достижение концентрации j-ого вещества, превышающего значение ПДКj, в соответствии с данными таблицы 2-1 приложения 2 к Методическим рекомендациям.
8.3. Оценка параметров процесса распространения ОВ из ППОО при залповом выбросе в условиях "мелкого моря" в произвольной точке контролируемой акватории
Если в выражении (4) вместо Rк подставить значение расстояния от i-ого ППОО до точки "x" - Rx, где необходимо оценить концентрацию j-ого ОХВ, поступившего в акваторию в результате залпового выброса из i-ого ППОО, то искомую концентрацию можно определить следующим образом:
, [кг/м3]. (7)
Площадь дна акватории, загрязненной j-ым ОВ из i-ого ППОО, составляет величину:
, м2. (8)
По аналогии с предыдущими разделами время tкx, когда в определенной точке акватории "x" концентрация j-ого вещества достигнет значения Cx, можно оценить следующим образом:
, с. (9)
Если в выражения (4) - (6) вместо ПДКj подставить значение концентрации j-ого ОВ, превышающего значение ПДКj в 5 или более раз (для ОВ 1 - 2 класса опасности), или разовое его превышение в 50 или более раз (для ОВ 3 - 4 класса опасности) (в соответствии с подпунктом 1.4.2 приказа МЧС России от 5.07.2021 г. N 429), то получим значение Rк - расстояние от аварийного i-ого ППОО, внутри которого вокруг ППОО сформируются условия по концентрации j-ого ОВ, достаточных к отнесению на момент времени tк, определяемого по выражению (6), сложившейся в обозначенной акватории, площадь дна которой определяется по выражению (5), ситуации в условиях "мелкое море" к чрезвычайной.
Приведенные методы расчета распространения загрязнения в водном пространстве в акватории затопления потенциально опасных объектов, в которых основным механизмом распространения ОВ из разрушенного ППОО является процесс молекулярной диффузии, характерны лишь для ППОО, размещенных в акваториях без течений (например, для морских акваторий в заливах архипелага Новая Земля). Для открытых морских пространств решающее значение в распространении ОВ будут принимать гидрологические свойства района затопления - в основном, скорость и направление подводных течений. Например, для условий Карского моря - Ямальское или Восточно-Новоземельское течения. В результате чего масштабы загрязнения (заражения) (площадь акватории) будут расти, а время распространения ОВ до равновесных концентраций будут сокращаться.
Ниже рассмотрены методы оценки параметров распространения ОВ в акватории размещения ППОО при разрушении защитных оболочек в условиях наличия подводных течений.
8.4. Оценка параметров процесса распространения ОВ в акватории размещения ППОО при разрушении защитных барьеров в условиях "мелкого моря" и при наличии подводных течений
Оценку концентраций ОВ в окрестностях ППОО с разрушенными защитными оболочками при наличии донных течений и в условии "мелкого моря" (см. рис. 8.4) необходимо проводить в случае, если критерий Hh - больше 1, т.е. 
или Hh > 1.
Из рис. 8.4 видно, что в момент времени t0 j-ое ОВ вышло из i-ого ППОО и распространилось в морской среде под действием морских течений (
- скорость течений) и диффузионных процессов (Kj - коэффициент диффузии j-ого вещества в морской среде). Очевидно, что все ОВ будут находиться в усеченном полуконусе OACEDB, в момент времени t2, когда концентрация ОВ в точке размещения ППОО достигнет значений ПДКj.
Рисунок 8.4. Схема зон загрязнения (заражения) водного
пространства при разрушении ЗО ППОО в условиях "мелкое море"
при наличии постоянного течения
Объем полуконуса OABF (V1/2K2) в момент времени t2 можно представить как 
.
Объем конусного копыта ECFD можно определить следующим образом:
.
Тогда объем воды в секторе, ограниченном конусом без конусного копыта - OABCED (см. рис. 8.4.) будет:
,
где
, rК2 можно определить для любого заданного значения Rx как 
.
, где 
, а - скорость течения в месте размещения ППОО.
Из условия разбавления j-ого вещества в морской среде до значения ПДКj на расстоянии Rк2 от ППОО, можно записать:
.
Значение rк2 определим из выражения для 
:
.
,
где tК2 - время, в течение которого j-ое вещество достигнет т. A (см. рис. 8.4).
=
или 
.
Тогда 
, откуда находим RK2:
, м. (10)
С учетом выражения для RK2:
, м. (11)
Площадь дна акватории, загрязненного j-ым веществом, можно рассчитать как:
, м2. (12)
Площадь поверхности морской акватории, загрязненной j-ым веществом, представляет собой площадь полуэллипса CED, которую можно рассчитать следующим образом:
, м2. (13)
Время установления равновесных условий по концентрации j-ого ОВ в размере ПДКj после разрушения защитных оболочек i-ого ППОО - tк2 определяется из закона А. Фика:
, с. (14)
По аналогии с рассуждениями, приведенными в подразделе 8.3 Методики, можем из выражений (7) и (8) получить выражения для значений концентрации ОВ и времени установления значений этих концентраций в произвольной точке контролируемой акватории, а также значения Rк и tк, когда концентрация ОВ достигает в условиях "мелкое море" при наличии течений значений, соответствующих значениям отнесения ситуации в акватории к ЧС, в соответствии с данными таблицы 2-1 приложения 2 к Методическим рекомендациям.
8.5. Оценка параметров процесса распространения ОВ при выбросе из ППОО в условиях "глубокое море" и при наличии подводных течений
Для учета участия постоянных течений в распространении ОВ по морской акватории можно использовать следующие рассуждения. Пусть ППОО затоплен в условиях "глубокое море". В соответствии с ранее принятыми определениями, "глубокое море" - это море, глубина которого 
, где Rк расстояние от ППОО, на которое распространились j-ые ОВ за время tк, в течение которого концентрация j-ого ОВ из аварийного i-ого ППОО в месте его нахождения стала меньше или равна предельно допустимой ПДКj. На рисунке 8.5 представлена схема распространения ЗВ от разрушенного ППОО в ламинарном потоке постоянного подводного течения.
На рисунке rк - расстояние, на которое перемещается j-ое ОВ i-ого ППОО за время tк в результате молекулярной диффузии в направлениях, перпендикулярных направлению течения, м; 
- скорость постоянного морского течения, м/с; Cj - концентрация j-ого вещества, поступающего в акваторию из разрушенного i-ого ППОО, кг/м3.
Рисунок 8.5. Схема зон загрязнения (заражения) водного
пространства при разрушении ЗО ППОО в условиях "глубокое
море" при наличии постоянного течения
Из рисунка видно, что объем полуконуса - это объем воды с концентрацией j-ого ОВ в точке нахождения аварийного i-ого ППОО в размере ПДКj:
, но 
Откуда получаем:
Но 
(см. рис. 8.5). Значение параметра, учитывающего явление диффузионного переноса j-ого вещества в морской воде 
можно определить из выражения закона А. Фика:
Подставляя значение в выражение для rк получим выражение для Rк в следующем виде:
или
(15)
Площадь дна акватории, загрязненной j-ым опасным веществом из i-ого ППОО, составляет величину:
(16)
Значение tк - времени установления концентрации j-ого вещества в размере ПДКj в месте расположения аварийного i-ого ППОО можно представить следующим образом:
(17)
По аналогии с рассуждениями, приведенными в подразделе 8.3 Методическим рекомендациям, можно из выражений (7) и (8) получить выражения для значений концентрации ОВ и времени установления значений этих концентраций в произвольной точке контролируемой акватории, а также значения Rк и tк, когда концентрация ОВ достигает в условиях "глубокое море" при наличии течений значений, соответствующих значениям отнесения ситуации в акватории к ЧС, в соответствии с данными таблицы 2-1 приложения 2 к Методическим рекомендациям.
