Εάν και δεν αποτελεί καθημερινό φαινόμενο, κατά καιρούς συμβαίνουν ατυχήματα που οφείλονται κυρίως σε ανθρώπινα σφάλματα, ιδιαίτερα σε αστικές και βιομηχανικές περιοχές, κατά τα οποία εκπέμπονται επικίνδυνες ουσίες που απειλούν άμεσα την ανθρώπινη ζωή. Εκτός από τα ατυχήματα, εκπομπές επικίνδυνων ουσιών μπορεί να οφείλονται και σε σκόπιμες ενέργειες ή να προέρχονται από φυσικά αίτια όπως είναι τα ηφαίστεια. Όσον αφορά στα ατυχήματα χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι τα χημικά ατυχήματα, τα οποία λαμβάνουν χώρα σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις παραγωγής, αποθήκευσης και μεταφοράς (για παράδειγμα μια πυρκαγιά σε δεξαμενή πετρελαιοειδών), τα ατυχήματα που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια μεταφοράς επικίνδυνων ουσιών από οχήματα (για παράδειγμα έκρηξη ενός βυτιοφόρου) καθώς και τα πυρηνικά ατυχήματα. Σε όλα αυτά τα ατυχήματα παρατηρείται συνήθως εκδήλωση πυρκαγιάς, έκρηξη ή διαρροή κάποιας επικίνδυνης ουσίας ή ενός ραδιενεργού στοιχείου στον αέρα (Εικόνα 1).
Εικόνα 1. Πιθανά σενάρια εκπομπής επικίνδυνων ουσιών που σχετίζονται με ατυχήματα ή εσκεμμένες ενέργειες.
Η εκπομπή επικίνδυνων ουσιών στην ατμόσφαιρα έχει άμεση επίδραση στην υγεία των ανθρώπων διότι κατά την εισπνοή εισέρχεται μία ποσότητα ουσίας, μέσω του αναπνευστικού συστήματος, στον οργανισμό η οποία μπορεί να προκαλέσει σοβαρό πρόβλημα ή και ανεπανόρθωτη ζημιά στην υγεία. Οι επιδράσεις στην ανθρώπινη υγεία δεν εξαρτώνται μόνο από το μέγεθος της συγκέντρωσης της εκπεμπόμενης ουσίας, αλλά και από τη διάρκεια που εκτίθεται ένας άνθρωπος σε υψηλή συγκέντρωση. Το μέγεθος αυτό ονομάζεται ατομική έκθεση.
Το χρονικό διάστημα έκθεσης επιλέγεται είτε για την εκτίμηση των επιδράσεων στην υγεία είτε για τη διάρκεια εκπομπής μιας επικίνδυνης ουσίας. Ιδιαίτερα κοντά στην πηγή εκπομπής μπορεί να υπάρχουν περιπτώσεις όπου οι συγκεντρώσεις είναι πολύ υψηλές και οι χρονικές κλίμακες πολύ χαμηλές όσο ο χρόνος εισπνοής (μερικά δευτερόλεπτα). Από την άλλη μεριά πολύ σύντομες εκπομπές της τάξεως των μερικών δευτερολέπτων ή λεπτών αποτελούν κοινά σενάρια για τις προαναφερθείσες τυχαίες ή εσκεμμένες εκπομπές.
Συνεπώς, η πρόβλεψη της ατομικής έκθεσης σε μικρά χρονικά διαστήματα έχει θεμελιώδη σημασία όταν ασχολείται κάποιος με θέματα ασφάλειας όπως οι φορείς πολιτικής προστασίας.
Η ατμοσφαιρική διασπορά σε πολύπλοκες διαμορφώσεις όπως είναι το αστικό περιβάλλον αποτελεί ένα σύνθετο φαινόμενο. Η ανάγκη πρόβλεψης της έκθεσης κάνει το πρόβλημα ακόμη πιο σύνθετο δεδομένου ότι η συγκέντρωση παρουσιάζει μεγάλη μεταβλητότητα λόγω της στοχαστικής φύσης της τύρβης. Η στοχαστική συμπεριφορά της συγκέντρωσης γίνεται αντιληπτή στις χρονοσειρές συγκέντρωσης (για παράδειγμα ενός πειράματος πεδίου) όπου κατά τη διάρκεια μιας μέτρησης εμφανίζονται διαστήματα μηδενικής συγκέντρωσης. Το δίκτυο των αστικών οδών προκαλεί τη φυσική μεταβλητότητα των συνθηκών του ανέμου λόγω της τοπικής τύρβης και συνεπώς το πλούμιο ακουλουθεί διαφορετικές πορείες για διαφορετικούς χρόνους εκπομπών. Με άλλα λόγια το πώς θα εξελιχθεί η διασπορά του πλουμίου εξαρτάται από το ποιες είναι τις τοπικές στιγμιαίες ατμοσφαιρικές οριακές συνθήκες κατά τη διάρκεια της εκπομπής. Εντούτοις, αυτές οι συνθήκες είναι πρακτικά αδύνατον να οριστούν. Συνεπώς η πραγματική συγκέντρωση και κατ’ επέκταση η πραγματική έκθεση σε ένα σημείο κατάντι της πηγής είναι πρακτικά άγνωστες ποσότητες. Είναι πιο ρεαλιστικό να θεωρηθεί ότι η πραγματική έκθεση βρίσκεται μέσα σε ένα εύρος τιμών, μέσα στο οποίο αναμένεται να εμφανιστεί και η μέγιστη τιμή της. Η μέγιστη τιμή της έκθεσης είναι η βασικότερη παράμετρος για την υγεία ενός ανθρώπου και ορίζεται ως η μέγιστη αναμενόμενη ατομική έκθεση. Συνεπώς για την εφαρμογή μέτρων πρόληψης είναι πιο ρεαλιστικό να εκτιμηθεί η μέγιστη αναμενόμενη έκθεση για ένα χρονικό διάστημα παρά η πραγματική έκθεση.
Συνοψίζοντας το πραγματικό πρόβλημα τίθεται ως εξής: Ένας επικίνδυνος αέριος ρύπος εκπέμπεται από μία σημειακή πηγή. Η εκπομπή μπορεί να είναι στιγμιαία ή να έχει πεπερασμένη διάρκεια και χαρακτηρίζεται από ένα μέγιστο ρυθμό εκπομπής. Το ερώτημα που προκύπτει είναι εάν είναι δυνατή η πρόβλεψη της μέγιστης αναμενόμενης έκθεσης σε ένα συγκεκριμένο σημείο κατάντι της πηγής.
Ο βασικός στόχος της διδακτορικής διατριβής Ευθυμίου (2013) επικεντρώνεται στην ανάπτυξη μιας υπολογιστικής μεθοδολογίας για την πρόβλεψη της μέγιστης ατομικής έκθεσης για μικρά χρονικά διαστήματα.
Αναφορές
Ευθυμίου Γεώργιος, Πρόγνωση ατομικής έκθεσης με μοντέλα υπολογιστικής ρευστομηχανικής, Διδακτορική Διατριβή, 2013, Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας.
