СПОСОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2024 года по МПК G01N33/00 G01W1/08 

Изобретение относится к области экологического мониторинга и может быть использовано для оценки и прогнозирования загрязнения зон химически опасных объектов при возникновении чрезвычайных ситуаций.

Известен способ экологического мониторинга химически опасных объектов [Патент РФ №2271012, опубл. 27.02.06, бюл. №6, МПК7 G01N 35/00], заключающийся в определении концентрации опасных веществ в воздухе рабочей зоны объекта, санитарно-защитной зоне, зоне защитных мероприятий и опасной зоне окружающей среды, сравнении полученных результатов с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) и при их превышении прогнозировании зоны заражения и поражающего действия с учетом метеоусловий и объема выброса опасных веществ. Недостатком способа являются низкая точность определения опасных полей концентраций из-за недостаточного количества контрольных точек; использование трех передвижных постов наблюдения, оснащенных специализированным оборудованием, при этом жизнь и здоровье персонала для работы с оборудованием в зараженной зоне подвергаются опасности.

Известен способ определения зон загрязнения атмосферного воздуха [Патент РФ №2018156, опубл. 15.08.1994], в котором контролируют воздух населенных мест по изображению земной поверхности, полученном путем космической съемки в инфракрасном диапазоне спектра 0,8-0,9 мкм. В определенных координатах точек изображения измеряют величины уровня яркости участков на земной поверхности, по которым квантуют земную поверхность на отдельные участки по интенсивности загрязнения воздуха. Недостатком этого способа является низкая точность определения концентраций аварийно химически опасных веществ, влияние на возможность измерений погодных условий, а также сложность применения и высокая стоимость специального оборудования для космомониторинга.

Общим недостатком перечисленных способов экологического мониторинга химически опасных объектов является то, что они направлены на определение распространения первичного облака аварийно химически опасных веществ (аварийно химически опасных веществ) по содержанию их в воздухе, тогда как на практике в результате разливов и фильтрации веществ в депонирующих средах (почвы, грунты, снег), а также осаждения летучих веществ на поверхность земли, происходит образование вторичного облака с не менее опасным содержанием токсикантов [«Методические рекомендации по технологии проведения аварийно-спасательных работ при чрезвычайных ситуациях с выбросом аммиака и хлора», https://pandia.ru/text/79/437/43925.php]. Для повышения точности прогнозирования распространения аварийно химически опасных веществ от источника аварии необходима информация об их содержании в депонирующих средах зоны заражения.

Известен способ мониторинга атмосферного воздуха [Пат. RU №2471209, опубл. 27.12.2012, бюл. 36], принятый за прототип, заключающийся в определении концентрации аварийно химически опасных веществ в горизонтальных уровнях воздуха в зонах заражения и поражающего действия с учетом метеоусловий и объемов выбросов опасных веществ с помощью навесного оборудования на БПЛА, передаче информации на пост дистанционного наблюдения, где текущие концентрации аварийно химически опасных веществ сравнивают с нормативом (ПДК и фоновая концентрация), строят поля концентраций, определяют преимущественное направление переноса опасного вещества для каждого горизонтального уровня.

Недостатком этого способа является низкая точность прогнозирования развития чрезвычайной ситуации при больших объемах выбросов, так как не учитывается загрязнение депонирующих сред, эмитирующих аварийно химически опасных веществ при изменении условий окружающей среды, что приводит к образованию вторичного облака с другим характером распространения.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения и прогнозирования зон загрязнения при развитии чрезвычайных ситуаций на химически опасных объектах и распространении вторичного облака аварийно химически опасных веществ.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе экологического мониторинга химически опасных объектов, включающем определение концентрации аварийно химически опасных веществ в горизонтальных уровнях воздуха с учетом метеоусловий и объемов выбросов опасных веществ с помощью навесного оборудования на БПЛА, передачу информации на пост дистанционного наблюдения, сравнение текущих концентраций аварийно химически опасных веществ с нормативом в воздухе, построение полей концентраций, определение преимущественного направления переноса опасного вещества для каждого горизонтального уровня воздуха дополнительно измеряют концентрации аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах сначала по спирали от очага химической аварии на удалении от источника 5-10 м, затем с адаптивной траекторией, зависящей от соотношения текущей концентрации аварийно химически опасных веществ и норматива в депонирующей среде, строят карту загрязнения депонирующих сред, по которой определяют наиболее опасные зоны и прогнозируют распространение вторичного облака аварийно химически опасных веществ, а измерение концентрации аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах проводят с помощью одного или нескольких роботизированных комплексов.

Сущность изобретения заключается в том, что измеряют концентрации аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах сначала по спирали от очага химической аварии на удалении от источника 5-10 м, затем с адаптивным шагом, зависящим от соотношения текущей концентрации аварийно химически опасных веществ и норматива в депонирующей среде, строят карту загрязнения депонирующих сред, по которой определяют наиболее опасные зоны и прогнозируют распространение вторичного облака аварийно химически опасных веществ, а измерение концентрации аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах проводят с помощью одного или нескольких роботизированных комплексов.

Характер распространения аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах зависит от многих факторов, в том числе причины аварии (осаждение облака аварийно химически опасных веществ в результате разгерметизации емкости для хранения, утечка, разлив, взрыв), интенсивности и объема выброса аварийно химически опасных веществ, рельефа местности, типа и уплотнения депонирующей среды, физико-химических свойств аварийно химически опасных веществ, метеорологических условий [Зайцев А.Н., Исмаилов Ш.Н. Технологии ведения работ по локализации и ликвидации источников химического заражения при авариях с выбросами аварийно химически опасных веществ в чрезвычайных ситуациях различного типа // Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. 2015. №1. С. 220-224]. В депонирующих средах аварийно химически опасных веществ в зависимости от своих физико-химических свойств, разлитого количества и условий окружающей среды могут оставаться в неизменном виде от нескольких часов до нескольких недель, месяцев и даже лет [Кочетова Ж.Ю., Базарский О.В., Пантелеев Д.А. Экология почв военных полигонов. Воронеж: Воронеж: Научная книга, 2023. 184 с.]. При эмиссии аварийно химически опасных веществ из депонирующих сред происходит вторичное заражение территории. Прогнозировать характер распространения пятна аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах и распространение вторичного облака загрязнения при большом сочетании случайных факторов невозможно. Поэтому на первом этапе измерение концентраций аварийно химически опасных веществ в депонирующей среде с помощью роботизированного комплекса проводят по спирали от очага химической аварии на небольшом удалении от источника (5-10 м), что обеспечивает наглядность формирования основного направления распространения пятна. На втором этапе шаг и направление выбора точек измерения концентрации аварийно химически опасных веществ адаптируют в режиме реального времени. Адаптация зависит от соотношения текущей концентрации аварийно химически опасных веществ к нормативу в каждом предыдущем витке спирали от очага химического загрязнения. Если текущая концентрация в точке по выбранному направлению не превышает установленный норматив, то по этому направлению прекращают вести анализ и перестраивают траекторию движения роботизированного комплекса. Такой способ мониторинга почв обеспечивает высокую точность оконтуривания пятна аварийно химически опасных веществ при минимальном числе точек анализа. Расстояние между точками измерений зависит в основном от количества выброса аварийно химически опасных веществ и требуемой точности мониторинга, его возможно варьировать в режиме реального времени. При мало изменяющихся концентрациях расстояние между точками возможно увеличить без потери информации и снижении точности мониторинга. После обработки информации строится концентрационная карта распространения пятна аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах (например, в программе Surfer), по которой с учетом изменяющихся метеорологических условий возможно более точное прогнозирование образования над пятном аварийно химически опасных веществ вторичного облака и переноса его в воздухе.

В качестве роботизированного комплекса может использоваться БПЛА роторного типа с навесным анализатором аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах [Пат. RU №2766308; опубл. 14.03.2022, бюл. 8] или наземный беспилотный комплекс с навесным оборудованием [например, Roboprob, применяемый для химического обследования почв; https://glavagronom.m/articles/robotizirovannoe-himicheskoe-obsledovanie-pochv-perspektivnoe-napravlenie-rossiyskogo-apk]. В качестве навесного оборудования - измерителя концентрации аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах «на месте» - может применяться, например, устройство для измерения эмиссии паров летучих веществ из почвы [Пат. RU №2813556; опубл. 13.02.2024, бюл. 5].

Для определения степени загрязнения депонирующих сред аварийно химически опасных веществ сравнивают их текущие концентрации с установленными заранее фоновыми концентрациями или с действующими нормативами (ПДК).

Карты загрязнения депонирующих сред по результатам установления степени загрязнения строят в программе [например Surfer (https://www.geokniga.org/bookfiles/geokniga-silkin-kyu-geoinformacionnaya-sistema-golden-software-surfer-8-voronezh-vgu-20.pdf].

На фиг. 1 представлен пример траектории движения одного роботизированного комплекса для анализа депонирующих сред от очага химического загрязнения. Стрелками указан возможный порядок точек измерения загрязнения депонирующих сред; цифрами - примеры соотношений текущей концентрации к предельно допустимой или фоновой концентрации аварийно химически опасных веществ в депонирующей среде.

На фиг. 2 представлен пример карты загрязнения депонирующей среды аварийно химически опасных веществ, построенной по результатам измерения их концентрации. Выделены 1 и 2 - очаги распространения первичного и вторичного облака загрязнения.

Способ экологического мониторинга химически опасных объектов реализуется одновременно по двум направлениям: определение концентрации аварийно химически опасных веществ в горизонтальных уровнях воздуха, как указано в прототипе [Пат. RU №2471209, опубл. 27.12.2012, бюл. 36]; определение текущих концентрации аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах и прогнозирование вторичного облака загрязнения. По второму направлению осуществляется следующая последовательность действий:

1. Определение текущих концентраций аварийно химически опасных веществ с помощью роботизированного комплекса, оснащенного навесным оборудованием. В качестве роботизированного комплекса может использоваться БПЛА роторного типа с навесным анализатором аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах или наземный беспилотный комплекс с навесным оборудованием (например, Roboprob, применяемый для химического обследования почв). В качестве навесного оборудования - измерителя концентрации аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах «на месте» - может применяться, например, устройство для измерения эмиссии паров летучих веществ из почвы.

На первом этапе определение осуществляют по спирали от центра очага химического загрязнения (место утечки, разлива, взрыва, осаждения облака аварийно химически опасных веществ). Измерения проводят на расстоянии 5-10 м от очага загрязнения по окружности, как показано на фиг. 1. После установления основного направления распространения пятна загрязнения депонирующих сред, которое зависит от характера аварии, рельефа местности, метеорологических условий, продолжают измерения по адаптивной траектории. Адаптацию проводят в режиме реального времени: если измеренная концентрация аварийно химически опасных веществ в точке по выбранному направлению не превышает установленный норматив, то измерения по этому направлению прекращают.

2. Построение карты загрязнения депонирующих сред с помощью программного обеспечения, например, Surfer. Изолинии на карте показывают зоны с максимальным загрязнением депонирующих сред аварийно химически опасных веществ и контур распространения пятна загрязнения, как показано на фиг. 2. Зоны с максимальным загрязнением, обозначенные на карте цифрами 1 и 2, считают очагами загрязнения при прогнозировании распространения вторичного облака.

3. Определение концентрации аварийно химически опасных веществ в горизонтальных уровнях воздуха при его вторичном загрязнении в результате эмиссии паров аварийно химически опасных веществ из депонирующих сред осуществляют в соответствии с первым направлением реализации способа.

Использование способа экологического мониторинга химически опасных объектов позволяет повысить точность определения и прогнозирования зон загрязнения при распространении не только первичного, но и вторичного облака аварийно химически опасных веществ, эмитирующих из депонирующих сред.

Изобретение относится к области экологического мониторинга и может быть использовано для оценки и прогнозирования загрязнения зон химически опасных объектов при возникновении чрезвычайных ситуаций. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют концентрации аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах сначала по спирали от очага химической аварии на удалении от источника 5-10 м, затем с адаптивным шагом, зависящим от соотношения текущей концентрации аварийно химически опасных веществ и норматива в депонирующей среде, строят карту загрязнения депонирующих сред, по которой определяют наиболее опасные зоны и прогнозируют распространение вторичного облака аварийно химически опасных веществ, а измерение концентрации аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах проводят с помощью одного или нескольких роботизированных комплексов. Технический результат изобретения: повышение точности определения и прогнозирования зон загрязнения при развитии чрезвычайных ситуаций на химически опасных объектах и распространении вторичного облака аварийно химически опасных веществ. 2 ил.

Способ экологического мониторинга химически опасных объектов, включающий определение концентрации аварийно химически опасных веществ в горизонтальных уровнях воздуха с учетом метеоусловий и объемов выбросов опасных веществ с помощью навесного оборудования на БПЛА, передачу информации на пост дистанционного наблюдения, сравнение текущих концентраций аварийно химически опасных веществ с нормативом в воздухе, построение полей концентраций, определение преимущественного направления переноса опасного вещества для каждого горизонтального уровня воздуха, отличающийся тем, что дополнительно измеряют концентрации аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах сначала по спирали от очага химической аварии на удалении от источника 5-10 м, затем с адаптивной траекторией, зависящей от соотношения текущей концентрации аварийно химически опасных веществ и норматива в депонирующей среде, строят карту загрязнения депонирующих сред, по которой определяют наиболее опасные зоны и прогнозируют распространение вторичного облака аварийно химически опасных веществ, а измерение концентрации аварийно химически опасных веществ в депонирующих средах проводят с помощью одного или нескольких роботизированных комплексов.