Kemikaalionnettomuuksien seurausten arviointi

Suomessa valmistetaan, varastoidaan, kuljetetaan ja käytetään vuosittain huomattavia määriä vaarallisia aineita. Vaarallisilla aineilla tarkoitetaan laajaa joukkoa erilaisia aineita. Näihin luetaan mm. räjähdysaineet, myrkylliset ja räjähdysvaaralliset kaasut, palavat nesteet, syövyttävät aineet sekä radioaktiiviset aineet.

Myrkyllisten tai syttyvien kaasujen onnettomuuksissa joudutaan usein arvioimaan aluetta, jolla ilmaan päässeet aineet saattavat aiheuttaa vaaraa. Vaara-alueen laajuuteen vaikuttavat onnettomuuden luonne, aineiden ominaisuudet, säätilanne ja maastonmuodot. Aineiden kulkeutumista ja hajaantumista ilmakehässä voidaan arvioida matemaattis-fysikaalisten laskentamallien perusteella. Leviämisarvioita sovelletaan esimerkiksi viranomaisten ja teollisuuden pelastuspalvelussa.

ESCAPE-ohjelmisto

Ilmatieteen laitoksessa on kehitetty laskentamalli ESCAPE (Expert System for Consequence Analysis and Preparing for Emergencies) kemikaalionnettomuuksissa vapautuvien vaarallisten aineiden leviämisen ja kulkeutumisen arvioimiseksi ilmakehässä. Malli on suunniteltu pelastusviranomaisten johtamisen tueksi viranomaisille ja pelastusalan toimijoille. Ohjelmisto soveltuu myös riskinarviointiin sekä koulutus- ja harjoitustilanteisiin.

ESCAPE-ohjelmisto koostuu matemaattis-fysikaalisista virtaus- ja leviämismalleista. Niiden avulla voidaan arvioida tärkeimpien myrkyllisten tai syttyvien aineiden jatkuvien tai nopeasti tapahtuvien hetkellisten päästöjen leviäminen ilmassa. Ohjelma määrittää aineiden päästöt, onnettomuustilanteen alkuvaiheen leviämisen eli ns. lähdetermien muodostumisen sekä kulkeutumisen ja hajaantumisen ilmakehässä. Laskelmien tuloksena saadaan mm. tarkastellun aineen pitoisuusjakauma lähellä maanpintatasoa. Esimerkkikuvassa vuoto kuljetussäiliöstä aiheuttaa korkeita klooripitoisuuksia Helsingin alueella oletetussa onnettomuus- ja säätilanteessa.

Oletetun kuljetussäiliön rikkoutumisen seurauksena Helsingin alueella syntyvän klooripilven ennustetut ilmapitoisuudet lähellä maanpintaa (kartta © Maanmittauslaitos).
 

Selainpohjainen käyttöliittymä

Ohjelmiston verkkoselain-pohjainen käyttöliittymä mahdollistaa numeeristen säämallien ennusteen tosiaikaisen käytön. Sääaineistojen automaattinen hyödyntäminen nopeuttaa käyttöä ja vähentää inhimillisten virheiden mahdollisuutta. Käyttäjän tulee määritellä ainoastaan seuraavat päästöön liittyvät tiedot: päästöpaikka, päästön alkamisajankohta, onnettomuustyyppi, päästöaine sekä muut onnettomuustyyppikohtaiset tiedot.

Rajoituksia mallin käytössä

Malli ei sovellu esimerkiksi varastopalojen seurauksena syntyvien kaasupilvien leviämisen arvioimiseen. Tulipalossa syntyvien savukaasujen ja hiukkasten leviämistä voidaan arvioida erillisellä BUOYANT-mallilla. ESCAPE-mallin perusversiolla ei voida arvioida yksityiskohtaisesti maastonmuotojen ja esteiden vaikutusta leviämiseen. Mallilla ei myöskään voida arvioida ajallisesti muuttuvien päästöjen leviämistä.

Mallin arviointi ja todentaminen

ESCAPE-ohjelmalle on suoritettu tieteellinen arviointi mm. EU:n rahoittamassa projektissa SMEDIS (Scientific Model Evaluation of Dense Gas Dispersion Models), jossa oli mukana useita eurooppalaisia raskaan kaasun leviämismalleja. Lisäksi vertailussa kuuden kenttäkokeen aineistoon sekä kaupunkialuetta jäljittelevään tuulitunnelikokeeseen, mallin todettiin vastaavan mittaustuloksia suhteellisen hyvin tai erinomaisesti.

Kirjallisuutta

  1. Kukkonen, J., Nikmo, J. and Riikonen, K., 2017. An improved version of the consequence analysis model for chemical emergencies, ESCAPE. Atmos. Environ. 150, pp. 198-209, doi:10.1016/j.atmosenv.2016.11.050.
  2. Kukkonen, Jaakko, 2016. ESCAPE sai parannetun mallin. Pelastustieto 8-2016, pp. 36-39. http://pelastustieto.fi/.
  3. Kukkonen, J. 1990. Modelling source terms for the atmospheric dispersion of hazardous substances, Commentationes Physico-Mathematicae 115, Dissertationes No. 34, The Finnish Society of Sciences and Letters, Helsinki, 111 p. + app.
  4. Kukkonen, J. ja Savolainen, A.L., 1988. Myrkyllisten kaasujen päästöt ja leviäminen onnettomuustilanteissa. Raportteja no 1987:3, Ilmatieteen laitos, Helsinki, 172 s.
  5. Kukkonen, J. ja Savolainen, A.L., 1988. Vaarallisten aineiden leviämisen arviointi onnettomuustilanteissa. Ilmansuojelun julkaisuja No. 4, Ilmatieteen laitos, Helsinki, 112 s.
  6. Lautkaski, R., Kukkonen, J. ja Larnimaa, K., 1991. Kemikaalionnettomuuksien seurausten arviointi. VTT Tiedotteita 1305, Valtion teknillinen tutkimuskeskus, Espoo, 116 s. + 32 liittes.
  7. Nikmo, J. ja Kukkonen, J., 1990. Paikallisten tekijöiden vaikutus vaarallisten aineiden leviämiseen. TTK-julkaisu 1-90, Teknillinen tarkastuskeskus, Helsinki, 73 s.
  8. Nikmo, J. ja Kukkonen, J., 1991. Maastonmuotojen vaikutus kaasupilvien leviämiseen. TTK-julkaisu 3-1991, Teknillinen tarkastuskeskus, Helsinki, 37 s.
  9. Nikmo, J., Kukkonen, J. and Riikonen, K., 2002. A model for evaluating physico-chemical substance properties required by consequence analysis models. J. Hazard. Mater. A91, pp. 43-61, doi:10.1016/S0304-3894(01)00379-X.
  10. Riikonen, K., Kukkonen, J., Nikmo, J. ja Savolainen A.L., 1991. Helppokäyttöinen laskentaohjelmisto vaarallisten aineiden onnettomuuksien seurauksien arvioimiseksi. Ilmansuojelun julkaisuja No. 9, Ilmatieteen laitos, Helsinki, 40 s.
  11. Riikonen, K., Kukkonen, J., Nikmo, J. ja Savolainen, A.L., 1992. Laskentaohjelmisto kemikaalionnettomuuksien seurausten arvioimiseksi. Ilmansuojelun julkaisuja No. 13. Ilmatieteen laitos, Helsinki, 33 s.
  12. Riikonen, K., Nikmo, J. and Kukkonen, J., 1999. The extension of a consequence analysis model to include liquid pool vaporisation. Finnish Meteorological Institute, Publications on Air Quality 29. Helsinki, 22 p.
  13. Riikonen, K., Nikmo, J. and Kukkonen, J., 2002. The extension of a consequence analysis modelling system to allow for continuous vapour release, gas cloud explosion and plume rise. Finnish Meteorological Institute, Publications on Air Quality 32. Helsinki, 40 p.
  14. Webber, D.M., Jones, S.J., Tickle, G.A. and Wren, T., 1992b. A model of a dispersing dense gas cloud, and the computer implementation D*R*I*F*T: I. Near-instantaneous releases. AEA Report SRD/HSE R586, 89 p.
  15. Webber, D.M., Jones, S.J., Tickle, G.A. and Wren, T., 1992a. A model of a dispersing dense gas cloud, and the computer implementation D*R*I*F*T: II. Steady continuous releases. AEA Report SRD/HSE R587, 101 p.