В настоящее время масштабы влияния на биосферу хозяйственной деятельности человека сопоставимы с масштабами геологических и геохимических процессов. При этом аварии, взрывы и пожары на промышленных предприятиях и транспортных магистралях являются одними из наиболее значимых по своим отдаленным экологическим последствиям, так как сопровождаются залповыми выбросами в воздух вредных веществ и создают экстремально высокие уровни загрязнения в отдельных регионах. Крайне важно контролировать уровни залповых выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) для разработки научных основ прогнозирования экологических последствий аварий и для создания цельной картины процессов, происходящих непосредственно в очагах поражения и за его пределами.
В 1996 году ЮНЕСКО внесло озеро Байкал в Список участков мирового наследия, тем самым мировое сообщество признало озеро уникальным природным феноменом, имеющим важное значение для всего человечества. Наиболее экологически напряженным районом оз. Байкал является его южная часть, где расположены промышленные зоны городов Байкальска и Слюдянки, поселков Листвянки и Култука. С ветровыми потоками по долине реки Ангары сюда привносятся аэропромвыбросы Иркутско-Черемховского узла.
Непосредственно вдоль побережья Южного Байкала приходит 200-километровый участок Восточно-Сибирской железной дороги (ВСЖД), по которому ежегодно перевозится до 280 млн. т грузов, среди которых нефть и нефтепродукты (НиНП) составляют 30 %. По подсчетам специалистов, риск аварий нефтеналивных составов, сопровождающихся пожарами и залповыми выбросами ЗВ, превышает приемлемый уровень.
При горении НиНП в воздух выбрасывается широкий спектр токсичных химически агрессивных веществ, среди которых по экологической опасности выделяются оксиды углерода, азота и серы, сажа, бенз(а)пирен, пятиокись ванадия, цианистый водород и многие другие. В воздушной среде эти вещества подвергаются трансформации с образованием еще более опасных соединений, переносятся на значительные расстояния и абсорбируются водной поверхностью, создавая серьезные экологические проблемы в Южно-Байкальском регионе.
В отличие от выбросов стационарных источников аварийные залповые выбросы трудно учитывать. Еще сложнее проводить инструментальные замеры непосредственно в очаге поражения. Поэтому разработка научных основ прогностической оценки загрязнения воздуха над акваторией оз. Байкал при авариях нефтеналивных составов, - весьма важная и актуальная задача. Необходимость ее решения подтверждается тем, что за последние 15 лет на ВСЖД произошло 6 крупных аварий нефтеналивных составов, сопровождавшихся пожарами и залповыми выбросами ЗВ. Две из них возникли непосредственно в регионе Южного Байкала (ст. Рассоха, 1994 г., ст. Ангасолка, 1999 г.).
Основная идея работы заключается в том, что экологические последствия залповых выбросов ЗВ при авариях нефтеналивных составов на Байкальском участке ВСЖД соизмеримы с воздействием промышленных источников загрязнения региона Южного Байкала. Для смягчения экологических последствий аварий и предупреждения их возникновения необходимо уметь прогнозировать зоны распространения выбрасываемых ЗВ и совершенствовать конструктивные элементы цистерн.
Hаиболее эффективным методом прогноза экологических последствий залповых выбросов является использование математических моделей распространения и трансформации ЗВ. В настоящее время известно множество подобных моделей (А.М. Гришин, Ю.А. Гостинцев, А.А. Артибякин, А.Н. Вульфсон, С.Т. Суржиков, А.С. Едигаров, Ю.А. Анохин, Г.И. Марчуг, А.Е. Алоян, R. Imasu и др.), однако они имеют существенные недостатки, связанные с неучетом влияния рельефа подстилающей поверхности. В качестве наиболее предпочтительной нами выбрана трехмерная нелинейная нестационарная математическая модель, предложенная В.К. Аргучинцевым и В.Л. Макухиным (1998 г.), основанная на численном решении полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии примеси, которая учитывает климатические и орографические особенности местности и трансформацию 82 веществ в 156 реакциях. Модель качественно и количественно достоверно описывает процессы распространения и трансформации ЗВ, что подтверждается согласованием получаемых результатов с данными инструментальных измерений (относительная ошибка не превышает 50 %).
Для расширения области применения модель была усовершенствована нами путем добавления к ее химическому блоку 22-х атмосферных реакций с цианидами, взятыми из литературных источников [1-4]. С помощью усовершенствованной математической модели нами были восстановлены экологические последствия залпового выброса ЗВ при аварии нефтеналивного состава в 1999 г. в регионе Южного Байкала и разработаны ситуационные карты их рассеивания (рис. 1).
Анализ данных карт показал, что в момент прекращения залпового выброса на значительной территории около места аварии наблюдались превышения ПДКм.р. таких ЗВ, как сажа и H2S, и превышения ПДКс.с. CH3COOH, CHOH и V2O5.
Проведенная нами оценка осаждений показала, что на ледовый покров южной части озера площадью 1300 км2 осело 28,8 усл. т сажи, 0,8 усл. т пятиокиси ванадия и 4 усл. кг БП (в единицах приведенной массы). При таянии льда данные ЗВ оказались в водоеме.
Приведен сравнительный анализ загрязнения воздуха Южного Байкала в результате залпового выброса с загрязнением выбросами населенных пунктов региона (включая промышленные объекты и автотранспорт), который показал, что концентрации ЗВ, выброшенных при аварии, многократно выше: концентрации SO2 в 10 - 20 раз, NO - в 10 - 13 раз, H2SO4 - в 1,5 - 2 раза.
Распределения концентраций ЗВ в приводном слое оз. Байкал при различных направлениях ветра показаны на рис. 2.
Установлено, что направлением ветра, создающими наиболее экологически неблагоприятные последствия для Южного Байкала, являлось северо-западное (наблюдалось при аварии), но могло стать и западно-северо-западное, при котором при скорости ветра 5 м.с-1 на ледовый покров площадью 1 300 м2 могло осесть 93,8 усл. т сажи, 2,5 усл. т V2O5 и 13,8 усл. кг БП .
Таким образом, залповые выбросы от аварийных ситуаций, сопровождаемые пожарами, наносят существенный эколого-экономический ущерб экосистеме оз. Байкал.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Тимофеева С.С. Современное состояние пожароопасности объектов железнодорожного транспорта / С.С. Тимофеева, Д.В. Седов, А.В. Корнилов // Реализация современного законодательства в области охраны труда: проблемы и перспективы: Мат. докл. Межрегион. науч.-практ. конф. (Иркутск 1 - 2 окт. 2003 г.) - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2003. - С. 177-185
- Тимофеева С.С. Численное моделирование распространения бенз(а)пирена, пятиокиси ванадия и сажи, выбрасываемых в атмосферу при авариях на ВСЖД / С.С. Тимофеева, Д.В. Седов, В.Л. Макухин // Реализация современного законодательства в области охраны труда: проблемы и перспективы: Мат. докл. Третьей межрегион. науч.-практ. конф. (г. Иркутск, 5 окт. 2005 г.) - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005. - С.247-262.
- Седов Д.В. Исследование распространения цианидов с учетом их трансформации от места пожара при перевозке ЛВЖ по железной дороге / Д.В. Седов, С.С. Тимофеева // Проблемы безопасности современного мира: средства защиты и спасения «Безопасность-06»: Мат. докл. ХI Всерос. науч.-практ. конф. студентов и аспирантов с междунар. участ. (Иркутск, 19-22 апр. 2006 г.). - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. - Т. 2. - С.28-33.
- Тимофеева С.С. Исследование процессов переноса, диффузии и трансформации соединений серы, азота и цианидов, поступающих в атмосферу Южного Байкала при авариях с нефтеналивными составами на Восточно-Сибирской железной дороге / С.С. Тимофеева, В.Л. Макухин, Д.В. Седов // Вестник ИрГТУ, 2006. - № 3 (27). - С. 83-87.
Рис. 1. Рассчитанные концентрации (в мкг.м-3) ЗВ в приводном слое оз. Байкал в момент прекращения залпового выброса
Рис. 2. Рассчитанные концентрации (в мкг.м-3) ЗВ в приводном слое оз. Байкал при различных направлениях ветра 5 м.с-1 в момент прекращения залпового выброса