Jedním z primárních cílů vytyčených v Rámcové smlouvě o spolupráci mezi Pardubickým krajem a Akademií věd ČR se stalo studium scénářů šíření nebezpečných látek, které jsou emitovány do ovzduší během havárií v pardubickém regionu. Zcela ojedinělý dokument, jenž signifikuje úzkou spolupráci Akademie věd s jedním z krajů České republiky, tak přinesl podle očekávání nové možnosti uplatnění výsledků bádání jednotlivých pracovišť Akademie v praxi.
Oblast prevence závažných havárií je poměrně novou vědeckou disciplínou. V České republice byl zaznamenán zvýšený zájem o tuto problematiku teprve v několika posledních letech, a to v souvislosti se schválením zákona č. 353/1999 Sb., o prevenci závažných havárií. Zmíněný zákon je implementací evropské direktivy známé jako SEVESO II.; průmyslovým podnikům nakládajícím s nebezpečnými látkami ukládá provedení analýzy rizik z hlediska dopadu na člověka, životní prostředí a majetek. Prevence závažných havárií představuje rovněž významnou součást plánování pro management státní správy a samosprávy.Výskyt závažných havárií přitom ovšem nelze zcela vyloučit, což dokazují např. havárie, které se staly v Evropě (Baia Mare, Enschede a Toulouse) a také v České republice (chemické podniky Spolana, Spolchemie, BorsodChem). Zvýšený zájem o předmětnou oblast souvisí rovněž s rostoucím nebezpečím teroristických útoků. Jedním z takto rizikových regionů je okolí chemických závodů. Názorným příkladem v Pardubickém kraji je společnost Synthesia, a. s., se sídlem v Semtíně. Scénář šíření nebezpečných látek, které by v případě havárie emitovaly do ovzduší, začali společně řešit pracovníci Ústavu termomechaniky AV ČR, v. v. i., a Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i. V prvém období šlo konkrétně o havárii cisterny s chlórem v areálu Synthesie v Semtíně. Pro rozhodování krajského úřadu, např. při přípravě evakuačních plánů, je zejména důležité rozložení přízemních koncentrací v okolí závodu, zejména s ohledem na městskou aglomeraci, nikoliv koncentrace uvnitř areálu závodu. Doposud se pro tyto účely používaly komerční matematické modely Gaussova typu odvozené toliko pro jednoduchou topografii.
Vzhledem ke komplikovanému okolí zdroje – v tomto případě se jedná především o složitou zástavbu – bylo nutné využít podstatně sofistikovanějších metod. Zde byla použita metoda fyzikálního modelování, která se vyvíjí a užívá v Ústavu termomechaniky AV ČR, v. v. i., pro řešení různých problémů spojených s procesy v atmosféře. Metoda spočívá v dynamické, termodynamické a geometrické podobnosti procesů na modelu a v atmosféře (prototypu).
Aby bylo možné metodiku použít pro konkrétní region o rozměru 1,5 km x 3,0 km sousedící se závodem, byl po konzultacích a ze získaných podkladů navržen model regionu v měřítku 1 : 1000 a následně vyroben třírozměrný plastický model. V místě havárie byl na modelu umístěn zjednodušený model zdroje úniku nebezpečné látky.
Studium započalo ověřením podobnostních kritérií. Podmínky podobnosti okrajových podmínek byly ověřeny a demonstrovány. To znamená, že výsledky na modelu je možné transformovat na výsledky v reálné krajině. Vlastní studium zahájil standardně kvantitativní odhad charakteru proudění a difúze pomocí metody vizualizace. Metoda zviditelnění proudění nad modelem spočívá v tom, že je do proudícího média přimíchán speciální kouř, studovaná tenká rovina je osvětlena světlem z laserového nože a pohyb kouře je zaznamenáván kamerou. Získaný videozáznam byl opakovaně analyzován. Již tato relativně jednoduchá metoda prokázala v tomto případě vliv průmyslových objektů v blízkosti zdroje na proudění a difúzi. Pro vlastní měření pole proudění a pole koncentrace je pochopitelně nutné použít podstatně sofistikovanějších experimentálních metod. Vzhledem k tomu, že proudění je turbulentní, používá se pro měření proudových charakteristik systém laserové dopplerovské anemometrie. Pro měření koncentrací je nutné použít infračervený analyzátor CO2. V tomto případě se totiž studuje únik relativně těžkého chlóru. Proměřené rozložení přízemních koncentrací (v respirační výšce 2 m na prototypu) a naměřené hodnoty byly převedeny do univerzálního bezrozměrného tvaru. Z takto získaných bezrozměrných výsledků lze totiž kupeckými počty určit výsledky pro různé reálné situace, např. pro určitou rychlost větru, pro určitou vydatnost zdroje.
Ze získaných univerzálních výsledků bylo nakonec určeno rozložení koncentrací pro modelový únik 44 tun chlóru při standardních povětrnostních podmínkách. Výsledky byly porovnány s výstupy již zmíněného standardně užívaného matematického modelování. Porovnání např. prokázalo, že zanedbání vlivu geografie terénu matematickým modelem způsobuje prakticky trojnásobné prodloužení zdraví škodlivé zóny s koncentrací chlóru větší jak 30 ppm a naopak zkrácení tzv. zóny nebezpečné. Deformace pole koncentrací vlivem orografie je patrná na rozložení koncentrací ve vertikálních rovinách pro několik vzdáleností od zdroje.
Co výsledky přinesou? Na jejich základě jistě dojde k modifikaci evakuačních plánů pro předměstí Pardubic. Zbývá však odpověď na množství dalších otázek. Častý scénář havárie je takový, že únik trvá po krátkou dobu, jedná se o úlohu nestacionární. Jednou ze základních otázek je čas, za který nebezpečná látka začne ohrožovat obyvatelstvo v dané lokalitě. Díky novému nákladnému přístroji, který byl pořízen z prostředků AV ČR a který umožňuje měřit hodnoty okamžitých koncentrací, bylo již započato s odhady závislosti této doby na vzdálenosti od zdroje. Tyto údaje např. poslouží k upřesnění času pro evakuaci obyvatelstva. A to je již cíl pro další období spolupráce mezi Pardubickým krajem a AV ČR.
ZBYNĚK JAŇOUR,
Ústav termomechaniky AV ČR, v. v. i.
English
