Мониторинг и борьба с лесными пожарами являются одними из основных актуальных задач огнеборцев во всех странах мира [1–5]. В заболоченных регионах Российской Федерации особую опасность для населения представляют тлеющие торфяники, способные создавать чрезвычайные ситуации как в зимнее время [4], так и в летние засушливые периоды, часто сопутствуя лесным пожарам [5]. Крупные тлеющие торфяники при неблагоприятных метеорологических ситуациях могут создавать комплексное чрезвычайно-опасное воздействие, включая дорожно-транспортные происшествия с долговременным нарушением нормальной жизнедеятельности в регионе [4]. Зарубежными и отечественными учеными изучена физика появления и развития торфяных пожаров с математическим моделированием специфичного беспламенного горения углеводородов болот [5]. По выходу из тлеющего болота с частицами аэрозольного дыма в атмосфере происходят трансформации, способствующие формированию оптически плотного токсичного «смога».Исследуя поставленную в работе проблему связи аэрозольного смога тлеющего торфяника с дальностью видимости на магистрали и безопасностью движения, потребуется принимать во внимание вероятность появления тумана – плотной воздушной взвеси капель воды, образующихся на мелких частицах дымового аэрозоля тлеющего торфяника, как на «ядрах» конденсации. Этому явлению способствуют особые (неблагоприятные) метеоусловия в приземной тропосфере: слабый ветер, инверсии температуры. Физическая природа образования такого водно-аэрозольного смога применительно к загрязнению приземной тропосферы аэрозолем антропогенной природы в г. Дели (Индия) исследована в работе [6].Индийские ученые обнаружили [6], что процессы образования и роста жидких капель на частицах аэрозоля в атмосферном воздухе, насыщенном водяным паром, происходят лавинообразно при достижении определенного «порога» – критических взаимозависимых значений температуры и парциального давления в воздухе насыщенного водяного пара. Ими было установлено, что явления образования и роста жидких капель в атмосферном воздухе являются конкурирующими процессами. Теоретические особенности конкуренции этих физических явлений, имеющих особое значение для понимания загрязнения атмосферы тлеющими торфяниками, описаны в той же работе [6]. Они зависят уже от предпочтительности роста, начиная с определенного критического размера, физической поверхности капель за счет выделения на ней конденсируемых из водяного газа/пара молекул воды.Можно ожидать, что тлеющий торфяник выбросом в атмосферу частиц аэрозоля микронного размера, аналогично выбросу аэрозольных частиц в атмосферу от автотранспорта и промышленных предприятий в городах [4, 6, 7], при неблагоприятных метеоусловиях может инициировать процессы образования водно-аэрозольного смога или путем дополнительного повышения общей концентрации частиц усиливать его токсическую опасность. На основании анализа результатов исследований работы [8] можно достоверно предположить, что повышение токсического действия поллютантов смога тлеющего торфяника способно ослабить рефлекторные реакции у водителей и совместно с уменьшением дальности обзора в замутненной аэрозолем воздушной среде над проезжей частью дороги (рис. 1) повысить риск дорожно-транспортных происшествий (ДТП).В статье приведена математическая модель и методика расчетного мониторинга дорожной безопасности в чрезвычайных условиях распространения смога от тлеющего торфяника.Методика исследованияЗакономерности процессов распространения и накопления вблизи автомобильной дороги СО, PM10, PM2.5 смога от тлеющего торфяника моделируются оригинальным способом искусственных нейронных сетей с использованием Гауссиана как радиальной базисной функции [9]. Концентрация поллютанта C (г/м3) в любой точке пространства над дорогой вблизи тлеющего торфяника при допущении нормального закона распределения определяется согласно уравнению:где x0, y0, z0 – декартовы координаты тлеющего торфяника как источника выброса поллютанта, м, с интенсивностью М, г/c; U – скорость движения воздуха (ветра) в направлении оси OX, м/c; Ϭx, Ϭy, Ϭz – значения средних квадратичных отклонений для текущего времени t по осям координат OX, OY, OZ.Применение принципа суперпозиции позволяет из уравнения (1) получить выражение для расчета концентрации поллютанта:После перехода к кубатурным формулам c заменой интеграла конечной суммой:где Ri – численный коэффициент; xi∈0;t ; (xi , yi , zi ) – точки, в которых производится интегрирование; i = 0, 1, 2, 3, …, n.Настройка весов искусственной нейронной сети, а именно пропорционально и непропорционально входящих коэффициентов Ri и (xi , yi , zi ) в уравнение (3), производится путем минимизации значений итерационных вычислений по уравнению, именуемому в теории искусственных нейронных сетей «функционалом ошибки» по методике [9] для уточняющих наборов исходных параметров, например, скорости и направления движения воздуха.В качестве гетерогенных параметров, уточняющих («обучающих») модель (3), использовались как измерения газоанализаторами [9], так и данные расчетов по адекватным моделям [10, 11] распределения концентраций поллютантов в шлейфе облака смога тлеющего торфяника.Для оценки дальности обзора на дороге в горизонтальной плоскости (Lо ) в условиях «замутнения» воздушной среды обводненным аэрозолем [4] может быть использовано, например, эмпирическое выражение, полученное авторами [6] в ходе полевых измерений дальности видимости в городских условиях г. Дели (Индия) для частиц антропогенного аэрозоля в спектре размеров от 0,3 до 20 мкм:где CPM  – концентрация частиц аэрозоля в плотном смоговом тумане размера от 0,3 до 20 мкм, частиц/литр; ∝ =4∙108 , частиц/(литр·м); Lо  – дальность обзора, м; β=0,77 . Соотношение (4) связывает концентрацию аэрозольных частиц с дальностью обзора в условиях возникновения плотного тумана.В связи с тем, что при загрязнениях воздуха на дороге тлеющим торфяником вероятно ожидать как появление туманов, так и их отсутствие, в настоящем исследовании для оценки дальности обзора на дороге в горизонтальной плоскости (Lо ) была использована обобщенная формула W. Traberta [12]:где α*  – постоянная величина, зависящая от распределения частиц по размеру в местах контроля их концентрации на дороге; q – концентрация частиц аэрозоля в воздухе над дорогой, г/м3; ρ – плотность массы частиц аэрозоля, г/м3;   re  – средний размер частицы аэрозоля в поперечнике, м.Принимая во внимание, что загрязнение воздуха поллютантами тлеющего торфяника имеет риск острого воздействия на самочувствие водителей и, как следствие, ослабления рефлекторных реакций на дорожные опасности, оценки токсического влияния делались с использованием действующего Р 2.1.10.1920–04 «Руководства оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду» по методике, отмеченной в публикации [4]. Анализ приказа МЧС России от 8 июля 2004 г. № 329 «Об утверждении критериев информации о чрезвычайных ситуациях» позволяет рекомендовать порог наступления комплексной чрезвычайной опасности воздействия тлеющего торфяника на дорожную безопасность числовыми параметрами: 5 ПДКМР поллютанта и обзорность дороги водителем 50 м.Результаты исследованияПроверка адекватности и работоспособности подхода расчетного контроля дорожной безопасности осуществлялась по модельным сценариям развития чрезвычайных дорожных ситуаций от тлеющих торфяников, вероятных для заболоченного региона Иркутской обл. (табл. 1) [9].Таблица 1Характеристика сценариев для развития опасной дорожной ситуации от тлеющего торфяника № сценария / Исходныехарактеристики и условия12Опасные химические веществаСО, РМ2.5, РМ10СО, РМ2.5, РМ10Направление ветраНа магистральНа магистральСила ветраОт 1 м/с до 2 м/сОт 0,5 м/с до 1 м/сРасстояние до дорогиОт 2 км до 5 кмОт 2 км до 5 кмПоверхность тлеющего торфяника, гав пределах 20 гав пределах 40 гаДиапазон температур воздушной среды, °СОт -20 до -10 °СОт -20 до -10 °СФизическая устойчивость стратифицированной атмосферы [11]В пределах 180В пределах 250Скорость подъема дымового смога над поверхностью тлеющего торфяникаМенее 2,5 м/сМенее 2,5 м/сСредняя интенсивность эмиссии поллютантов тлеющим торфяникомПо СО – 118 г/с;По РМ2.5 – 16 г/с;По РМ10 – 17 г/сПо СО – 252 г/с;По РМ2.5 – 29 г/с;По РМ10 – 38 г/сВероятность образования тумананетда В табл. 2 представлено предлагаемое ранжирование опасности дорожной ситуациик возникновению ДТП на дорогах при воздействии смога от горящего торфяника, а на рис. 2 – результаты в форме ГИС-карты численного эксперимента в окрестности автомобильной дороги ФАД Р-255 «Сибирь», проведенного с помощью математической модели (1–3) для концентрации оксида углерода СО (мг/м3) (с обучением модели по измерениям Росгидромета).Соотнесение дальности обзора к опасности ДТП Ранжирование опасности ДТП в зависимости от дальности обзора на дорогеОбзор, м≥ 800От 300 до 799От 130 до 299От 51 до 129≤ 50СитуацияДопустимаяУдовлетво-рительнаяНеудовлетво-рительнаяОпаснаяЧрезвычайно опасная Из анализа результатов рис. 2 можно сделать вывод о том, что при метеорологических условиях для рассеяния в воздушной среде поллютантов, соответствующих согласно нормативному документу [11] «нормально неблагоприятным», санитарный уровень воздействия оксида углерода СО на водителей не превысит ПДКМР = 5 мг/м3: в населенном пункте Тельма концентрация СО может приблизиться к значению 2 мг/м3; на других участках ФАД Р-255 «Сибирь», попадающих под влияние смога тлеющего торфяника, значения концентрации СО окажутся значительно меньше опасных величин.Для других условий формирования и распространения смога от тлеющего торфяника согласно данным табл. 1 ситуация может оказаться чрезвычайно опасной (сценарий № 2, табл. 3): по РМ2.5 острота санитарно-гигиенического воздействия 0,788 [4, 9]; по обзорности дороги – 18 м [4].Оценка комплексных рисков от поллютантов и от ограничения обзорности на дорогедля водителей по опасности ДТП [4, 9] Показатель риска ЧС№ сценарияПоселок «Тельма»По СО10,00120,067По РМ2.510,00120,788По РМ1010,00120,5По обзорности дороги, м1538218 Критический анализ расчетных данных, указанных в табл. 3, позволяет сделать вывод о том, что при вероятных для данного региона Российской Федерации климатических и метеорологических аномально неблагоприятных условиях в сочетании с мощными выбросами поллютантов СО, РМ2.5, РМ10 от тлеющего торфяника и образования в приземной тропосфере над дорогой плотного тумана визуально контролируемый водителем обзор дороги может сократиться до 18 м и менее. При сохранении таких экстремально неблагоприятных, по природе гетерогенных, факторов на несколько часов и дней в условиях интенсивного движения (как сейчас принято говорить «трафика») вероятно ожидание ДТП и, возможно, чрезвычайного транспортного коллапса [4, 9].ЗаключениеПредлагаемая методика расчетного мониторинга и прогнозирования риска ДТП от тлеющих торфяников на автомобильных дорогах с интенсивным «трафиком», основанная на оригинальном подходе искусственной нейронной сети, получаемой и обучаемой одновременно с использованием апробированных фундаментальных представлений о рассеянии поллютантов в стратифицированной тропосфере и данных непосредственных измерений их концентраций, прошла адаптацию с подтверждением работоспособности применительно к реальным и гипотетически вероятным сценариям развития чрезвычайных ситуаций на автомобильных дорогах, включая сценарий образования смога в условиях продолжительных туманов.Авторы выражают благодарность кандидату технических наук В.Д. Тимофееву за предоставление расчетно-аналитических материалов, критический анализ которых позволил внести методические уточнения в совместно разработанный подход прогноза влияния поллютантов тлеющих торфяников на риск возникновения ДТП.