Методы прогноза полученных людьми токсодоз

Актуальность и состояние проблемы. Для определения эф­фекта токсического поражения человека и других биоособей, необходимо как можно точнее оценить полученную ими ингаляционную дозу химических веществ или экспозиционную - радиоактивных. Рас­чет значений таких доз должен проводиться с помощью моделей по­глощения, связывающих их с теми параметрами концентрационного поля, которые прогнозировались в предыдущем параграфе.

Учитывая, что известные ныне подходы к оценке поглощенных доз либо не совсем корректны (не учитывают динамику рассеяния), либо излишне сложны (требуют исчисления двойных интегралов от текущих концентраций), выдадим рекомендации по совершенствова­нию прогноза полученных людьми токсодоз. При этом будем исхо­дить из нестационарного концентрационного поля, которое генери­руется мгновенным или непрерывным источником, находящимся в точке х^’ (x,x₂,x₃) и извергающим массу вредного вещества - М, а также учитывать степень его отражения от земли и ветер, обычно совпадающий с осью x₁ и имеющий скорость u₁.

Способы прогноза токсического ущерба. При оценке размеров зон и вероятности токсического поражения сильно действующими ядовитыми (СДЯВ) или аварийно опасными химическими (АОХВ) веществами, будем также руководствоваться длительностью воз­действия вредных веществ t=t-t₀ и их концентрацией в кон­кретной точке х^’ (x,x₂,x₃) в данный момент времени - t. В общем слу­чае концентрация c(x,t) будет считаться функцией двух основных па­раметров - расстояния между источником загрязнения и местом расположения поражаемых ресурсов (между точками x' и х), а также длительности времени с момента выброса вредного вещества – t₀.

Заметим, что в последующем нами будут использоваться такие обозначения: t=t для t₀=0 и t=t-t₀ - в других случаях. Более того, па­раметр t₀ может обозначать как момент начала выброса вредных веществ источником, так и начало их поглощения человеком, не имеющим средств защиты органов дыхания и оказавшимся в зоне рассеяния токсичных веществ. Смысл символов t,t₀ и t будет огова­риваться в каждом конкретном случае.

Возможный поражающий эффект вредных веществ (например, процент гибели людей - g или других биоособей) может быть оценен двумя способами, каждый из которых основывается на расчете по­глощенных токсодоз и использовании зависимостей "доза-эффект". При прогнозе разрушительного эффекта, должны также учитываться параметры стойкости потенциальных жертв, зависящие от их возраста, состояния здоровья и интенсивности физической нагрузки (объема вдыхаемого загрязненного воздуха).

Первый способ - приближенный. Он базируется на допущении о стационарности поля концентраций (C=c(x,t)=const) и применении известных нам пробит-функций. Мощность получаемой за этот пери­од токсодозы рассчитывается по такой формуле: DР=Сⁿt. Входящий в эту формулу показатель степени n и другие постоянные коэффи­циенты, совместно со смертельно опасными концентрациями типич­ных вредных веществ -LCg (мг/м²), приведены в табл. 3.13.

 

Таблица 3.13.

Параметры токсичности химических соединений

Вещество	LC50	a	в	n
Акролеин		-4,1
Аммиак		-15,80
Бензол		-109,8	5,3
Бром		-9,04
Двуокись азота		-18,6		3,7
Двуокись серы		-15,67	2,1
Метилизоцианат		-1,2		0,7
Сероводород		-11,50		1,9
Соляная кислота		-16,85
Толуол		-6,80	0,4	2,5
Угарный газ		-7,4
Фосген		-0,8		0,9
Фтористый водород		-8,4		1.9
Хлор		-8,29		2,3
Хлористый водород		-6,7
Цианистый водород		-9,8		2,4

 

Второй (более точный) способ базируется на специальных мо­делях поглощения и разрушительного воздействия вредных веществ на человека и другую биоту. В отличие от первого, здесь предпола­гается нестационарное концентрационное поле, которое создается выбросом количества К=М таких веществ из точки x^’ и их распро­странением под воздействием движущейся воздушной или водной среды, с учетом эффектов турбулентного или дисперсионного обме­на между ними. Общее выражение для концентрации в интересую­щей нас точке х имеет такой вид:

C(x,t) = M×G(x, x', t), (3.26)

где G(x, x', t) - функция, называемая "фактором метеорологического разбавления" вредных веществ в зоне рассеяния, методы получения которой подробно рассматривались в предыдущем параграфе.

Общая постановка и решение задачи. С учетом соотношений между текущим моментом времени t, продолжительностью работы непрерывного источника - T и длительностью времени воздействия вредного вещества на человека без средств защиты дыхания - t, об­щее выражение для искомой токсодозы - D_H(х,t) и t₀=0 имеет вид [9]:

(3.27)

где G(x, x ', t-t) - фактор метереологического разбавления, ранее вве­денный в формулу (3.26) и определяемый (например, для мгновен­ного точечного выброса в момент t₀=0) по такой зависимости:

(3.28)

Сравнение последней формулы с моделью 201300 (см. верх­нюю строку табл. П3.4) и выражением (3.26) показывает, что G(x, x ',t,t) совпадает (с точностью до обозначений) с правой частью приве­денной там формулы для c(x,t), при условии, что М=1, t=t-t₀, t₀=u₂=u₃=0. Это указывает на возможность использования этого и других решений табл. П3.4 и ПЗ.З для расчета токсодоз по зависи­мостям (3.27).

К сожалению, следует отметить, что не всегда удается получить в аналитическом виде первообразную от представленных там функ­ций G(x, x ',t,t). Однако, последнее пожелание все же может быть реализовано в ряде практически важных случаев. В том числе, для мгновенных выбросов вредного вещества и для их выброса с посто­янной интенсивность, при условии упрощения моделей, используе­мых для прогноза полученных людьми токсодоз.

Модификация и упрощение моделей. Если принять, что t₀=0 иопределить t как разность между началом и концом времени ингаляции (t_H-t_K), то суммарную дозу Dн, полученную людьми от источника непрерывных выбросов (для всех t>t) следует складывать из двух частей: а) токсодозы, приобретенной в период работы источника, и б) токсодозы, полученной после прекращения вредных выбросов, считая, что люди остались подверженными их воздействию, хотя ин­тенсивность его будет неуклонно снижаться.

В целях дальнейшего упрощения расчета доз, нами использо­ван метод замены двойного (по dt,dt) и повторного (в пределах t_H-T, T-t_K) интегрирования G(x,x ',t,t) на взятие одного интеграла с новой переменной l=t-t. Для t_H=t₀=0 и t_K<T это приводит к формуле [9]:

(3.29)

а при превышении моментом времени завершения ингаляции t_K про­должительности работы источника загрязнения - T, к следующей:

(3.30)

 

Анализ опасности режимов выброса. Практический интерес представляет сравнительная оценка доз, полученных людьми от од­ного и того же количества М вредных веществ за время t=0-t_K, при условии, если их выброс был: а)мгновенным и беспрерывным, с по­стоянной интенсивностью т=М/t. Это нетрудно сделать с помощью формулы (3.26) и только что приведенных результатов.

Оказывается, что для мгновенного выброса, токсодоза, полу­ченная человеком, всегда превышает соответствующее ее значе­ние от непрерывного источника на величину DD>0. Иначе говоря, имеют место такие зависимости:

(3.31)

Последние соотношения справедливы для любых источников вред­ных выбросов, всех функций метереологического разбавления, в том числе - для каждой из тех моделей их распространения, которые бы­ли рассмотрены нами в предыдущем параграфе.

Заметим, однако, что для прогноза разрушительного эффекта токсичных и радиоактивных веществ, недостаточно знания одних лишь доз D_H и D_M, имеющих размерность [кг × ч/м³]. Для перехода к ин­галяционной дозе токсичного вещества –DР_T или экспозиционной мощности дозы - радиоактивного –DP_R, и использования известных для них зависимостей "доза-эффект", в каждом конкретном случае необходимо перемножать дозу D на объем воздуха V [м³/ч], про­шедшего через органы дыхания человека или иной биоособи во время пребывания их в зоне заражения.