年8月4日下午6时左右,黎巴嫩首都贝鲁特港口区发生巨大爆炸。截至年08月11日下午,黎巴嫩看守政府卫生部长公布贝鲁特港口爆炸最新死伤数字,遇难人数已上升至人,失踪人数在30到40人之间。大约名伤者需要特殊护理,名患者仍处于重症状态。
那么,像黎巴嫩这样的大爆炸,到底离多远才是安全的?回答这个问题之前,我们先来看一个视频。
这个视频中,被冲击波掀翻在地的小孩受伤了吗?表面上看,或许只是磕了一下,问题应该不严重。但是,最终的诊断恐怕不能马上给出,还要观察很长一段时间,才能下结论。
爆炸毁伤主要是依靠冲击波。炸药爆炸后,气体产物在非常短的时间内迅速膨胀,在爆炸点周围介质中产生急剧的压力突跃,而这种压力突跃的传播就是冲击波[冲击波的真实面目]。裸炸药爆炸时,70%~90%的能量都传给了冲击波;而空中核爆炸则有50%的能量传给了冲击波。
描述冲击波强度的主要参数是冲击波超压。当冲击波到来时,会有急剧的压力突跃,其值大大超过大气压,这就是冲击波超压。超压作用于人体,会产生不同程度的损伤,如破坏中枢神经系统,振击心脏而使心脏受损,使肺部出血引起窒息,伤害呼吸道、消化道及耳膜等。
另外,冲击波还会驱动介质运动,使介质中物体发生运动。如果是小物体,如破片、碎石,会像子弹一样对生物体造成穿透伤;也会驱动生物体本身撞击地面或墙壁,造成撞击伤。
所以,如果知道了冲击波超压与人的损伤对应关系,再根据超压随距离的衰减,就可以知道爆炸后人的安全距离。鉴于爆炸对人的毁伤的普遍性,各个国家很早就建立了冲击波超压和人的伤亡程度之间的对应关系。
所谓人的轻伤标准是耳膜破裂5%以内,轻微内脏伤和肺水肿,经过治疗和休息能够恢复健康。从表中可以看到,这是的超压阈值为13.73kPa。中伤的标志是耳膜破裂10%以内,个别内脏片状出血,肺气肿。经过治疗才能恢复健康。重伤是指中耳重度挫伤,内脏较大面积出血,心肌局部断裂,肺大面积气肿和挫伤,经抢救和治疗,可以维持生命。
以上是早期建立的损伤标准,比较定性;而且各个国家的标准也不一样。最重要的是,没有近年来发现的爆炸标志性创伤-爆炸致颅脑创伤。所以,以上数据只能用与比较宽泛的预测。如果想获得比较准确的安全距离预测,还需要更多的研究。
显然,知道了超压与损伤的对应关系,再只需知道超压与距离的关系,就能判断安全距离了。冲击波的特征参数都是装药量W和距离R的函数。其中,对于TNT炸药,其超压的经验计算式为:
ΔP为冲击波超压,单位是kPa;W是炸药质量,kg;R是距爆心的距离,m。这样,我们只需知道爆炸炸药的量,然后换算为TNT当量,就可以知道不同距离上的超压大小。
实验一般都是基于动物的,过渡到人上来,还是有一定的误差。但是很多国家都有真实爆炸事故的调查结果,可以看到更真实的情况。表中括号内的数字是与超压相对应的距离,单位是m。
如果以人无伤的标志是耳膜不破裂、不穿孔,仅有50%的出血,则对应的超压阈值为6.86kPa。据说本次黎巴嫩大爆炸是吨硝酸铵引起的,硝酸铵的TNT当量为0.89,将这个值带入上述公式,可以估算出大概的安全距离是m左右。
理论上说,这次黎巴嫩大爆炸,人离爆心的距离超过m,基本上就不会遭受冲击波超压的危害了。但是,冲击波也是波,可以反射。所以复杂地貌下,建筑对冲击波的反射,会使现场的超压分布比较复杂。多次冲击波作用会比单次作用的威力更大。
另外,就是还没有考虑爆炸颅脑创伤的阈值。神经元对冲击波的响应阈值,还不是很清楚。现代战争的爆炸颅脑创伤临床统计发现,经常有无明显外伤,且影像学也没有发现改变的患者,战后会有长期的记忆力减退、头晕、语言障碍、决策困难、暴力倾向等神经性临床症状。
现在回到文章开头的视频,那个小孩受伤了吗?光从视频中无法得知小孩家离爆心的距离。但是,一般爆炸试验的结果表明,当超压达到5~6KPa时,就会被震碎门窗玻璃。所以,由此推测,小孩家距离爆心应该在~m左右。不考虑颅脑创伤,小孩还是应该没有受伤。
参考文献:
1.李铮.空气冲击波作用下人的安全距离.爆炸与冲击,,10,-.
2.王树山,郭勋成,任禹名,吕振斌,赵书超.空中近场爆炸对生物目标的毁伤试验.安全与环境学报,,19,-.
3.YudhijitBhattacharjee.ShellshockrevisitedSolvingthepuzzleofblasttrauma.Science,,,-.
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冲击波前沿
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