Поражающие факторы, причины их возникновения и характеристики

Поражающие факторы, причины их возникновения и характеристики

В результате стихийных бедствий, производственных аварий и катастроф, применения оружия массового поражения  в случаях конфликтных ситуаций возникают поражающие факторы, вызывающие поражения людей, с/х животных, растительности, разрушения зданий, сооружений, загрязнение и заражение окружающей среды.

К поражающим факторам относятся:

• ударная волна (воздушная, подземная, подводная);
• световое излучение;
• химическое загрязнение окружающей среды и местности;
• биологическое заражение местности;
• радиоактивное загрязнение местности;
• электромагнитные импульсы в случаях ядерных взрывов в ионосфере;
• сейсмические волны в случаях землетрясений.

В результате воздействия  поражающих факторов возникают зоны разрушений, пожаров, загрязнений, т. е. образуются зоны, опасные для безопасности жизнедеятельности людей и оказывающие влияние на устойчивость функционирования объектов связи. Под зоной разрушения, загрязнения, заражения, пожаров и т. д. понимают территорию, на которой распространилось действие поражающих факторов. На территории зоны могут возникать очаги поражения.

Очаги поражения — это территории, на которых произошло массовое поражение людей, с/х животных, растительности, разрушение зданий, сооружений. Очаги поражения являются следствием воздействия поражающих факторов, вызванных стихийными бедствиями, производственными авариями и катастрофами, а также результатом воздействия оружия массового поражения.

В результате стихийных бедствий возникают очаги поражения при  землетрясении и наводнении.

Очаги поражения  при землетрясении. Очагом поражения при землетрясении называется территория, в пределах которой произошли массовые разрушения и повреждения зданий, сооружений, сопровождающиеся поражением и гибелью людей, животных, растений.

Очаги поражения возникают  в районе землетрясения, где его  интенсивность по шкале Рихтера  достигает 7–8 баллов. В этих случаях  большинство зданий и сооружений получают средние и сильные разрушения. Поражающим фактором при землетрясении  является сейсмическая волна, вызывающая движение грунта. По характеру разрушений, очаги поражения при землетрясениях сравнимы с очагами поражения  при воздействии избыточного  давления во фронте ударной волны. В качестве критерия оценки воздействия берется не избыточное давление D Р_ф, а интенсивность землетрясения I в баллах.

Очаг поражения  при наводнениях. Очаг поражения при наводнениях — это территория, в пределах которой произошло затопление местности, вызвавшее разрушение и повреждение зданий, сооружений, сопровождающееся поражением и гибелью людей, животных растений, порчей и уничтожением сырья, топлива, продуктов питания и т. д.

Масштабы наводнений зависят  от высоты и продолжительности стояния  опасных уровней воды, площади  затопления, времени года.

В результате аварий, сопровождающихся взрывом, возникают воздушная ударная  волна и световое излучение.

Воздушная ударная  волна. Воздушная ударная волна — это область резкого и сильного сжатия среды, которая распространяется в виде сферического слоя во все стороны со сверхзвуковой скоростью. Ударная волна возникает в результате взрыва, мощность которого оценивается тротиловым эквивалентом в килограммах, тоннах, килотоннах, мегатоннах или, когда речь идет о жидкостях, газовоздушных смесях, весом в тоннах.

В случае подземных взрывов  образуется не воздушная, а сейсмическая волна.

При воздушной ударной  волне передняя граница сжатого  воздуха характеризуется резким увеличением давления и образует фронт ударной волны DР_ф. Кроме того, ударная волна характеризуется давлением скоростного напора Р_ск, временем действия максимального избыточного давления t⁺ — фаза сжатия и временем действия пониженного давления t^– — фаза разрежения (рис. 1). DР_ф и Р_ск измеряются в кг ^. с/см² или паскалях (1 кгс/см² » 100 кПа).

В зависимости от мощности q и расстояния до точки взрыва R избыточное давление, в кПа, во фронте ударной волны для наземного взрыва определяется по эмпирической формуле

,

где q_ув = 0,5q; q — тротиловый эквивалент мощности взрыва, кг; R — расстояние до центра взрыва, м.

Избыточное давление во фронте ударной волны D Р_ф оказывает на объект ударное действие, и объект испытывает повышенное давление со всех сторон, если его геометрические размеры меньше длины фазы сжатия. Если это давление выше критических величин, то объект получает различные повреждения, вплоть до разрушения. Степень разрушения зданий, сооружений также определяется величиной скоростного напора Р_ск, т. е. торможения масс воздуха, следующих за фронтом ударной волны. В результате создается динамическая нагрузка, т. е. скоростной напор.

Давление скоростного  напора

Из формулы следует, что  давление скоростного напора Р_ск меньше величины избыточного давления во фронте ударной волны D Р_ф и всегда положительно.

Фаза сжатия — это отрезок времени, когда избыточное давление во фронте ударной волны и давление скоростного напора имеют наибольшие значения. Фаза сжатия зависит от мощности взрыва q.

По окончании действия фазы сжатия t⁺ объект попадает в фазу разрежения t^-, в которой давление, оказываемое на объект, существенно уменьшается, а поэтому и разрушения в этой фазе существенно меньше, чем в фазе сжатия. При практических расчетах давление в фазе сжатия не учитывается.

В случае возникновения ударной  волны люди, здания, сооружения могут  находиться под прямым или косвенным  воздействием ударной волны. Прямое воздействие ударной волны на человека носит травматический характер, а при воздействии на здания, сооружения — разрушительный характер.

Прямое воздействие ударной  волны на человека приводит к травматическим последствиям, тяжесть которых зависит  от величины давления во фронте ударной  волны. Все травмы подразделяются по степени тяжести на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые. Открыто  расположенные люди получают легкие травмы при избыточном давлении во фронте ударной волны 20–40 кПа. В этом случае человек может получить незначительные повреждения: ушибы, вывихи конечностей, временное повреждение слуха, легкие контузии.

Средние травмы человек получает при давлении 40–60 кПа, которые характеризуются  серьезными контузиями, повреждениями  слуха, кровотечением из носа и ушей, вывихами, переломами конечностей.

Тяжелые травмы наступают  при давлении 60–100 кПа и характеризуются  тяжелыми контузиями, значительными  переломами конечностей, сильным кровотечением  из носа и ушей.

Крайне тяжелые травмы человек получает при избыточном давлении более 100 кПа и такие  травмы, как правило, оканчиваются летальным  исходом.

Прямое воздействие избыточного  давления во фронте ударной волны  и скоростной напор на здания, сооружения и т. д. приводит к их частичному или полному разрушению. Разрушения зданий, сооружений в зависимости от величины давления могут быть слабыми, средними, сильными и полными.

Косвенное воздействие ударной  волны происходит за счет действия на людей, здания, сооружения и другие объекты обломков (зданий, сооружений, падающих деревьев и др.), появляющихся в результате действия прямой ударной  волны.

Для уменьшения поражающего  действия ударной волны необходимо выполнять требования строительных норм и при строительстве не допускать  отклонений от проекта в сторону  ухудшения прочностных характеристик  для удешевления строительства.

Под воздействием ударной  волны создаются очаги поражения, разрушения, размеры которых зависят  от мощности и вида взрыва, рельефа  местности.

Граница очага поражения  на равнинной местности условно  ограничивается радиусом с избыточным давлением во фронте ударной волны 10 кПа (0,1 кгс/см).

Очаги поражения делятся  на зоны полных, сильных, средних и  слабых разрушений (рис. 2).

Зона полных разрушений на внешней границе имеет избыточное давление во фронте ударной волны 50 кПа. Зона сильных разрушений на внутренней и внешней границах имеет избыточное давление во фронте ударной волны 50 и 30 кПа соответственно. Зона средних разрушений лежит между 30 и 20 кПа, и на внешней границе зоны слабых разрушений избыточное давление во фронте ударной волны 10 кПа.

Ударная волна  при взрыве горюче-воздушной смеси. Очаги поражения при взрыве горюче-воздушной смеси могут возникать на взрывоопасных объектах в результате разрушения емкостей с жидким топливом, продуктопроводов нефти, газа, взрыва древесной, текстильной, мучной пыли и т. д. В случаях взрыва емкостей с топливом взрывается не само топливо, а ГВС, т. е. пары топлива, скапливающиеся в свободном пространстве и смешивающиеся с кислородом воздуха.

В результате взрыва ГВС  образуются 3 зоны:

• бризантного действия в пределах облака ГВС с примерно одинаковым давлением во фронте ударной волны 170 кПа. Радиус зоны R₁ зависит от массы продукта Q и может составить приQ = 10, 100, 500, 1000 т соответственно R₁ = 40, 90, 150, 190 м;
• действия продуктов взрыва, где избыточное давление во фронте ударной волны резко падает и на внешней границе зоны составляет примерно 30 кПА. Радиус зоны R₂ примерно в 1,7 раза больше радиуса зоны R₁. Эта зона охватывает зоны полных и сильных разрушений;
• с избыточным давлением во фронте ударной волны на внешней границе 10 кПа.

В зависимости от количества взрывоопасной смеси Q, и расстояния до центра взрыва R:

 при k < 2

или

 при k > 2,

где k — коэффициент, зависящий от количества взрывоопасной смеси Q (т) и расстояния до центра взрыва R (м):

.

Примечание. Твердые взрывчатые вещества в своей формуле содержат кислород. Так, на 100 кг ТНТ (тринитротолуол) приходится 42 кг кислорода, и взрыв может происходить без доступа воздуха. Для взрыва ГВС в качестве окислителя используется кислород воздуха (50 – 70 % от общего веса горючего), поэтому общая масса при взрыве ГВС увеличивается примерно на  
50 – 70 %, что и определяет увеличение мощности взрыва.

Световое излучение представляет собой электромагнитное излучение в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частях спектра. Источником светового излучения является светящаяся область, состоящая из нагретых до высоких температур конструкционных материалов и воздуха.

Поражающее действие светового  излучения объясняется поглощением  лучистой энергии телом, что приводит к его нагреву, и характеризуется  световым импульсом, под которым  понимают отношение световой энергии  за все время действия светового  излучения к площади освещенной поверхности, расположенной перпендикулярно  распространению световых лучей. За единицу светового импульса принят джоуль на квадратный метр (Дж/м²).

Световой импульс зависит  от мощности взрыва Q(q), в кт, расстояния до центра взрыва R, в км, и коэффициента ослабления светового излучения средой распространения k, 1/км.

Величина светового импульса

 или  .

При расчетах устойчивости k = 0,1, т. е. берутся наихудшие условия, когда поглощение светового излучения средой минимально.

Световое излучение, действуя на незащищенных людей, вызывает ожоги  открытых участков тела и вызывает поражение глаз.

Ожоги, в зависимости от величины светового импульса, могут  быть трех степеней:

1  — световое излучение вызывает некоторые болезненные ощущения, покраснения кожи и ее припухлость, может иметь место некоторое повышение температуры тела ( И =100–200 кДж/м²);

2 — на коже человека могут возникнуть водяные пузыри, сильные болезненные ощущения, повышение температуры тела (И = 200-400 кДж/м²);

3 — имеет место омертвение кожи, появляются язвы на коже человека, сильные болезненные ощущения, значительное повышение температуры тела (И  = 400–600 кДж/м²).

Тяжесть поражения от воздействия  светового излучения зависит  не только от степени ожога, но и  от размеров пораженных участков.

Кроме ожогов кожи, световое излучение вызывает поражение глаз:

• временное ослепление после взгляда на светящуюся область — длится в течение нескольких минут. Особенно действен световой импульс в ночное время суток;
• ожоги глазного дна возникают в результате прямого взгляда на светящуюся область;
• ожоги роговицы и век глаз возникают при тех же условиях, что и ожоги незащищенных участков кожи.

Следует учитывать, что роговица и веки глаз имеют не такую грубую структуру как кожный покров, поэтому  и величины светового импульса, вызывающего  поражения, будут меньше.

При защищенных глазах временное  ослепление и ожоги глазного дна  сводятся к минимуму.

Для защиты людей от светового  излучения можно использовать любую  тень, укрытие, жалюзи, шторы на окнах  и т. д.

Тепловое воздействие  светового излучения может вызвать  повреждения линий связи, деформацию металлических конструкций, возгорание деревянных сооружений, что может  привести к возникновению пожаров  в населенных пунктах, лесах. Вероятность  возникновения пожаров зависит  от мощности и длительности светового импульса, огнестойкости материалов, плотности и характера городской застройки.