РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА КОЛИЧЕСТВЕННЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ РИСКА ВОЗДЕЙСТВИЙ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ
АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ПРОМЫШЛЕННЫХ ГОРОДОВ
2.1. Основная гипотеза исследований и принятые допущения
В настоящее время риск служит мерой значимости и вероятности реализации
опасности для того или иного воздействия. С термодинамической точки зрения риск
является одной из важных вероятностных категорий, характеризующих состояние
сложной системы. Чаще всего, в отличие от термодинамической вероятности, риск
определяется математической вероятностью. Он характеризует особые состояния
системы, которые по показателям безопасности выделяют на множестве реально
возможных состояний. Таким образом, риск представляется вероятностью
воздействия при реализации сложного (опасного) состояния на фоне осуществления
более простых (безопасных) и более вероятных состояний системы.
Опасность, являясь, в свою очередь, важной категорией теории безопасности,
обычно рассматривается как совокупность факторов, оказывающих негативное
воздействие на человека, общество или экосистему, в результате которого им
может быть причинен какой-либо вред. Поэтому опасность можно определить как
совокупность факторов, характеризующих множество опасных состояний системы,
которые выделены по значениям определенных параметров из общего множества всех
возможных состояний.
Примем в качестве объекта исследования опасные процессы загрязнения ОПС
вредными веществами. Физико-химические процессы, лежащие в их основе, хорошо
изучены в химической термодинамике. В этом случае, в отличие от других опасных
процессов техносферы, могут быть количественно определены многие параметры и
функции состояния. Важным фактором проведения аналитического исследования
является определение показателя опасности при загрязнении ОПС. Выбор
теоретически обоснованного количественного показателя опасности при оценке
риска воздействий исключительно важен для любых опасных процессов в
техносфере.
Предположим, что в качестве количественной меры опасности можно принять
некоторую величину Prob, для которой выполняется свойство аддитивности:
. (2.1)
В случае слабых воздействий сегодня в теории безопасности в качестве показателя
используют индекс опасности согласно (1.2). В случае сильных воздействий
применяются различные виды пробит-функций, зависящие от логарифмов физических
параметров опасности. Для обоснования величины Prob в случае сильних
воздействий используем принятый в термодинамике подход, суть которого
заключается в наложении функциональных ограничений на переменные сложной
системы за счет обобщения основных системных закономерностей, характеризующих
исследуемый процесс или объект. Будем считать, что величина Prob является
основным свойством (функцией) системы, находящейся в опасном состоянии, и
однозначно определяется термодинамическими параметрами (температурой,
давлением, концентрацией и т.д.).
Покажем возможность использования термодинамического подхода на примере анализа
опасности загрязнения атмосферы вредными веществами [100-102], многие из
которых с определенными допущениями можно считать идеальными газами в связи с
невысокими концентрациями в окружающей среде. Известно, что состояние идеальных
газов, в том числе и опасных, хорошо описывается уравнениями и соотношениями
термодинамики [103-105].
Интенсивность воздействия опасного вещества на человека или другой
биологический объект определяется его концентрацией и временем действия.
Поэтому при одинаковом времени действия (T=const) различных концентраций
вещества вредный эффект будет определяться исключительно содержанием опасного
компонента в атмосферном воздухе.
Предположим, что в атмосферном воздухе при нормальных условиях находится
некоторый вредный идеальный газ с концентрацией , при этом его опасность
характеризуется количественным показателем . В данном случае интерес
представляет изменение состояния только опасного компонента как
термодинамической системы. Обычно в токсикологических экспериментах температура
воздуха принимается постоянной, не ниже 20 °С [49].
Данная система в изотермическом процессе переходит в состояние с концентрацией
вредного вещества равного , опасность которого характеризуется количественным
показателем . Термодинамическое состояние системы связано с энтропией (),
которая является экстенсивной функцией и как другие термодинамические функции
обладает свойством аддитивности. Изменение энтропии идеального газа в процессе
изменения термодинамического состояния при согласно [103, 105] равно:
, (2.2)
где – удельный объем, – газовая постоянная вещества.
Таким образом, изменение концентрации газа в описанной выше термодинамической
системе будет приводить к одновременному изменению энтропии и опасности
системы. Это дает основание полагать, что энтропия и опасность вредного
компонента – величины взаимосвязанные, причем обладающие свойством
аддитивности, то есть:
, (2.3)
, (2.4)
откуда, в предположении, что существует универсальная функция связи
“опасность-энтропия” , получим:
. (2.5)
Дифференцируя данное соотношение по и , можно показать, что функциональная
связь (2.5) обеспечивается при условии, когда
. (2.6)
Постоянная В определяется из аддитивных свойств соотношений (2.3) и (2.4) и
равна нулю.
Учитывая, что с ростом энтропии в данном процессе (например, при уменьшении
концентрации опасного газа) опасность системы должна уменьшаться, получим, что
количественный показатель опасности должен быть пропорционален энтропии
- Киев+380960830922