Галяутдинов И.И. Лекция № 7

По учебному пособию: Белов Петр Григорьевич

Системный анализ и моделирование опасных процессов в техносфере: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений/ Петр Григорьевич Белов.- М.: Издательский центр <Аккадемия>, 2003. - 512 с.

ЧАСТЬ III

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИЧИНЕНИЯ УЩЕРБА ОТ ТЕХНОГЕННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ

ГЛАВА 8

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА И МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРИЧИНЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО УЩЕРБА

После рассмотрения обстоятельств и условий возникновения происшествий в техносфере представляется логичным приступить системному анализу и моделированию тех процессов, которые приводят к появлению соответствующего ущерба. При этом ос-новной акцент целесообразно сделать на исследовании законо-мерностей высвобождения, распространения, трансформации и разрушительного воздействия аварийных потоков энергии и вред-ного вещества.

Установим следующую последовательность изложения этой гла-вы учебника. Вначале дадим краткую характеристику рассматри-ваемого процесса и проанализируем существующие подходы к ис-следованию его отдельных этапов, а затем уже определим обоб-щенную процедуру их моделирования и системного анализа. Цель же изучения данного материала состоит в уяснении соответству-ющих закономерностей и известных ныне методов прогнозирова-ния ущерба людским, материальным и природным ресурсам от воздействия на них техногенных факторов.

8.1. Краткая характеристика этапов процесса причинения техногенного ущерба

Статистика современных аварий, катастроф и несчастных слу-чаев с людьми свидетельствует: наибольший техногенный ущерб людским, материальным и природным ресурсам ныне связан с пожарами и происшествиями на транспорте, а также с взрывами и разрушениями зданий. Большинство же техногенных происше-ствий обусловлено неконтролируемым высвобождением кинети-ческой энергии движущихся машин и механизмов, а также по-тенциальной или химической энергией, накопленной в сосудах высокого давления и топливовоздушных смесях, конденсированных взрывчатых веществах, ядовитых технических жидкостях и других вредных веществах.

К основным поражающим факторам техногенного характера обычно относят: а) термический (тепловое излучение, <удар> пла-менем или криогенным веществом) - 56 % от общего числа при-чин разрушительного воздействия; б) бризантно-фугасный (дро-бящее, метательное или осколочное воздействие движущихся тел, включая непосредственные продукты взрыва) - 29 %, в) агрес-сивные или токсичные свойства вредных или аварийно опасных химических веществ - около 10 %.

Приведенные данные свидетельствуют о чрезвычайном много-образии обстоятельств проявления техногенных происшествий и разрушительного воздействия на различные ресурсы перечислен-ных выше и иных факторов. Вот почему их детальное рассмотре-ние удобно провести после декомпозиции всего процесса причи-нения техногенного ущерба на ряд стадий, подобно тому как это уже делалось ранее - при построении дерева событий (см. разд. 5.3). Напомним, что там были выделены следующие четыре этапа или стадии:

высвобождение (расконсервация) накопленной в человеко-машинной системе энергии или запасов вредного вещества вследствие возникшей там аварии;

неконтролируемое распространение (трансляция) их пото-ков в процессе истечения вещества и энергии в новую для них среду и перемещения в ней;

физико-химическое их превращение (трансформация) там с дополнительным энерговыделением и переходом в новое агре-гатное или фазовое состояние;

разрушительное воздействие (адсорбция) первичных пото-ков и/или наведенных ими поражающих факторов на не защи-щенные от них объекты.

Последовательно и кратко охарактеризуем все перечисленные этапы, обращая внимание на их особенности, а также на те со-четания уже упомянутых и других факторов, которые имеют су-щественное значение для последующего моделирования и сис-темного анализа всего рассматриваемого здесь процесса причи-нения техногенного ущерба. Преимущественное внимание при этом уделим поведению аварийно-опасных химических веществ. Это вызвано тем, что большинство видов энергии (кроме меха-нической и тепловой) высвобождается и распространяется прак-тически мгновенно и без существенного изменения ее парамет-ров в пределах рассматриваемого здесь сравнительно малого вре-мени или пространства.

Характеристику первого этапа, т. е. процесса расконсервации аварийно-опасных энергии и вещества, накопленных в объектах техносферы, проведем путем ответа на такие три вопроса:

а) что высвобождается;

б) откуда или из чего оно истекает;

в) каким образом это случилось или происходит. При этом основное внимание при ответе на каждый из них будет уделено соответственно физико-химическим свойствам вещества или энергии, их высвобождающемуся количеству и динамике (изменению
во времени) рассматриваемого процесса.

Возможны такие основные варианты ответа на эти вопросы: а) твердое тело или вещество - газообразное, жидкое, газокапельное или порошкообразное, которое может быть инертным и неинертным или меняющим и не меняющим свое агрегатное со-стояние после высвобождения, а также энергия - в форме дви-жущихся тел или потока невидимых частиц-волн; б) из генерато-ра (компрессора, насоса, источника энергии) или аккумулятора (емкости) - через образовавшуюся в них трещину либо отверстие; в) практически мгновенно (залповый выброс), непрерывно - с постоянным или переменным расходом и эпизодически - регулярно или случайным образом.

Целью системного анализа и моделирования данной стадии может служить прогнозирование таких ее параметров, как коли-чество внезапно или постепенно высвободившегося вредного ве-щества, интенсивность и продолжительность его истечения, а также плотность потока тел либо частиц и напряженность электромаг-нитных полей или ионизирующих излучений.

Особенности протекания второго этапа рассматриваемого процесса обусловлены как перечисленными только что фактора-ми, так и спецификой пространства, заполняемого веществом или находящегося между источником энергии и подверженным ее воздействию объектом. Чаще всего это пространство может быть трех-мерным (атмосфера, водоем, почва), иметь заполнение - нео-днородное или однородное, неподвижное или подвижное (несу-щую среду), обладать фактически бесконечными размерами или ограничиваться другой средой, способной поглощать или отражать потоки энергии или вещества.

С учетом данного обстоятельства возможны различные сочетания существенных для энерго-, массо- и потокообразования фак-торов, приводящих к различным сценариям: начиная с растекания жидких веществ по твердой поверхности и завершая заполнением всего пространства смесью аэрозоли, газа и/или жидкости. Учитывая практическую нецелесообразность детального рассмотрения всех действительно возможных сценариев, в последующем огра-ничимся лишь теми из них, которые связаны с распространением аварийно-опасных химических веществ и более естественной для людей (воздушной) среде пребывания. Сделаем это последователь-но: с учетом и без учета реально протекающих там атмосферных процессов.

Если не учитывать подвижность атмосферы, то можно утверж-дать о подверженности распространения в ней газообразных ве-ществ некоторым базовым тенденциям. Они проявляются обычно в образовании либо облака (для залпового выброса газов), либо шлейфа (для их непрерывного истечения), которые затем ведут себя соответственно следующим образом: а) стелятся над повер-хностью или постепенно приближаются к ней - для тяжелых га-зов, б) касаются земли или распространяются параллельно ее поверхности - для нейтральных и в) поднимаются в виде гриба или расширяющегося конуса, поперечные сечения которых назы-ваются <термиками> (интенсивно перемешиваемыми образовани-ями с поднимающимися легкими потоками внутри и опускаю-щимися из-за охлаждения более плотными снаружи - для легких газов.

В случае же учета реальной подвижности рассматриваемой здесь несущей среды (скорости ветра Ux), а также шероховатости под-стилающей (ее) поверхности, рельефа местности и вертикаль-ной устойчивости атмосферы данные тенденции слегка видоиз-меняются. Обычно это приводит к дрейфу шлейфа или облака в атмосфере с постепенным изменением их высоты и формы при-мерно так, как это показано на рис. 8.1. Причины тому - дей-ствие архимедовых и гравитационных сил, а также размывание поверхности этих образований за счет трения о поверхность и турбулентного рассеяния газов в процессе так называемой ат-мосферной диффузии.

Если величина трения о земную поверхность обычно зависит от размеров зданий, оврагов, деревьев, кустов и других есте-ственных <шероховатостей>, то влияние атмосферы определяет-ся направленностью и скоростью циркулирующих в ней пото-ков, в том числе потока тепловой энергии. Для учета такого вли-яния обычно вводят шесть классов устойчивости (иногда - ста-бильности) атмосферы: А - сильно неустойчивая, с преобладанием конвекции, В - умеренно неустойчивая, С - слабо неустойчивая атмосфера, D - нейтральная стратификация, т.е. изотермия, Е - слабо устойчивая с инверсией и F - умеренно устойчивая. Одна из таких базовых классификаций, учитываю-щая время суток, облачность, уровень солнечной радиации и скорость ветра, приведена в табл. 8.1.

Приведенная классификация используется затем для опреде-ления ряда эмпирических коэффициентов и зависимостей, суще-ственно влияющих на рассеяние вредного вещества в атмосфере. В качестве других исходных данных применяются перечисленные ранее сценарии и факторы, а также количественные характерис-тики, полученные при исследовании первого этапа процесса при-чинения техногенного ущерба. Конечной же целью последующего системного анализа и моделирования процесса распространения энергии и вредного вещества служит построение полей простран-ственно-временного распределения плотности их потоков или концентрации.

Что касается третьей стадии, т. е. трансформации аварийно высвободившихся потоков энергии и запасов вредного вещества, то возможность и характер такого превращения также зависят от большого числа указанных выше факторов и их вероятных сочета-ний. Однако доминирующее положение среди них занимают те физико-химические свойства распространившихся в новой среде продуктов выброса, которые характеризуют их взаимную инерт-ность. В противном случае в образовавшихся или изменившихся под их воздействием объемах пространства возможны не только различные фазовые переходы типа <кипение - испарение>, но и химические превращения в форме горения или взрыва, сопро-вождающиеся большим энерговыделением.

Особенно это характерно для больших проливов аварийно-опасных химических веществ или заполнения их парами сравнительно небольших объемов воздушного пространства. Дело в том, что при этом могут создаваться топливовоздушные смеси,

способные к трансформации в одной или нескольких из упомянутых выше форм. Например, залповый выброс значительного количества сжиженного углеводородного газа сопровождается его практически мгновенным испарением с образованием смеси, способной затем (после контакта с открытым огнем) взорваться или интенсивно сгореть.

Обратим внимание на принципиальное отличие между двумя такими режимами физико-химического превращения с большим энерговыделением, как горение (дефлаграция) и врыв (детона-ция). Помимо значительно большей (в среднем до 2-х порядков) скорости распространения детонации, ее фронт представляет со-бой практически плоскую, а не <сморщенную турбулентностью> (как при горении) поверхность и характеризуется на порядок боль-шим градиентом давления в генерируемых детонацией волнах сжатия (примерно 2, а не 0,1 МПа). Именно последней особенно-стью и объясняется колоссальный по разрушительности эффект взрыва топливовоздушных смесей.

Целью системного анализа и моделирования данной стадии рассматриваемого процесса служит прогнозирование не только характера трансформации вредных веществ, рассеянных в резуль-тате аварии, но и поражающих факторов, обусловленных после-дующим превращением в новой для них среде. Перечень таких факторов уже приведен в начале данного параграфа, а для апри-орной оценки их количественных параметров должны использо-ваться результаты, полученные на этом и двух предыдущих этапах.

Четвертой стадией и конечной целью всего исследования процесса причинения техногенного ущерба является изучение по-ражающего воздействия первичных и вторичных продуктов ава-рийного выброса на не защищенные от них людские, материаль-ные и природные ресурсы. Основными используемыми при этом исходными данными являются параметры: а) поражающих факто-ров (перепад давления во фронте воздушной ударной волны, кон-центрация токсичных веществ, интенсивность тепловых и иони-зирующих излучений, плотность потока и кинетическая энергия движущихся осколков), б) потенциальных жертв (стойкость и жи-вучесть конкретных объектов, с учетом частоты или длительности вредного воздействия на них и качества аварийно-спасательных работ).

Сам же ущерб от такого воздействия целесообразно делить на два вида. Прямой или непосредственный ущерб, обусловленный утратой целостности или полезных свойств конкретного объекта, и косвенный, вызванный разрушением связей между ним и други-ми объектами. Более детальное представление первого компонен-та техногенного ущерба реализовано с помощью табл. 8.2.

Таблица 8.2

Формы и особенности проявления непосредственного ущерба

В табл. 8.2 систематизированы некоторые формы проявления прямого ущерба (ее правая часть) применительно к различным видам ресурсов (левая часть). При этом интенсивность или доза вредного воздействия указанных выше поражающих факторов сни-жается по мере рассмотрения столбцов правой части слева направо, тогда как степень отдаленности последствий ухудшения по-вреждаемых объектов растет в этом же направлении. Что касается градации интенсивности и отдаленности, то она - двухступенча-тая: <большая> - <малая> и <немедленно> - <впоследствии> со-ответственно.

Несмотря на определенную условность и нечеткость, приве-денная в табл. 8.2 классификация помогает убедиться как в мно-гогранности проявления техногенного ущерба, так и в его зависимости от большого числа перечисленных выше факторов. Все это свидетельствует о необходимости привлечения к прогнозированию рассматриваемого здесь ущерба самых разнообразных моделей и методов. Для того чтобы выбрать из накопленного ныне опыта лишь наиболее подходящее для последующего моделирования и системного анализа выделенных выше этапов, вначале проанализируем известные подходы к решению соответствующих задач.

Разрушительное воздействие потоков энергии и вещества

В общем случае представляется логичным рассмотрением не только ущерба от аварийны, но и систематических вредных выбросов. При этом следует также исходить из необходимости прогнозирования как конкретных форм его причинения людских, материальных и природных ресурсов (см. табл. 8.2), так и всевозможных сочетанием подобного разрушительного воздействия   этих выбросов. Все это указывает на сложность и трудоемкость одновременного моделирования всех возможных последствий вредных выбросов и априорной оценки наблюдаемого при этом эффекта.

В качестве одного из способов преодоления связанных с этим трудностей часто используется введение понятия <средний ущерб> от одного вредного выброса конкретного тип, а также оперирование вероятностью появления хотя бы одного (любого) из низ. С учетом подобных допущений величина среднего социально- экономического ущерба людских, материальным и природным ресурсам за некоторый период времени может быть рассчитана по такой сравнительно несложной формуле:

        (8.24)

где k=1:.. m- число возможных типов происшествия (катастрофа, авария, несчастный случай) и или форм причинения ущерба конкретным ресурсам ; - вероятности случайного возникновения происшествия данного типа (причинения конкретного ущерба) за время размеры обусловленного этим среднего ущерба;   l=1:.n - число видов непрерывных или систематических вредных выбросов: энергетические (дым, шлаки и.т.д);  

-   вероятности появления за время каждого типа этих выбросов и размеры обусловленного ими среднего ущерба.

Другой способ упрощенного прогноза последствий разрушительного воздействия аварийно- опасных веществ связан с определением < зон поражения>, под которыми понимается объемы пространства или площади поверхности, в переделах которых располагаются не защищенные от этих факторов людские, материальные и природные ресурсы. Это указывает на возможность априорной оценки среднего ущерба соответствующими объектом с помощью следующей формулы:

    (8.25)

где - вероятность причинения людским (k=1), материальным (k=2) и природным (k=3) ресурсам ущерба заданной степени тяжести за время; - соответственно площади зон вероятности и достоверного подтверждения этих ресурсов поражающими факторами вредных выбросов; - средние плотность и стоимость единицы каждого ресурса в зонах вероятного и достоверного поражения.

А вот для априорной оценки конкретных последствий разрушительного воздействия рассматриваемых факторов удобно пользоваться зависимостями между вероятностями вывода из строя учитываемых здесь ресурсов и полученной ими мощностью дозы вредных факторов DP . Графики наиболее типичных таких зависимостей R(DP), иногда называемых функциями <доза- эффект> (где под R   подразумевается риск, измеряемый одной из только что перечисленных вероятностей причинения конкретного ущерба),   изображены на рис. 8.3.а.

Как видно из данных рисунка, функции <доза- эффект> могут   иметь как сравнительно простой (прямая 1), так и более сложный (кривая 2) характер. При этом с помощью кривой 2 можно выделить четыре различных эффекта воздействия конкретного фактора :1) при значениях дозы, принадлежащих отрезку [0: ], имеет место так называемый гормезис ( благотворное влияние малых доз вредного фактора на рассматриваемый объект); 2) диапазон [] соответствуют области безразличия или его нейтральной реакции ; 3) при значения поглощенной дозы [] наблюдается нелинейное , монотонное возрастание разрушительного эффекта; 4) превышение же дозой величины приводит уже к гибели всех объектов, подвергающих столь интенсивному воздействию вредных факторов.

На рис. 8.3, б   показано зеркальное отображение отрезка кривой 2, соответствующему диапазону []   изменение его аргумента. Этот график является уже зависимостью между риском ( вероятностью) причинения конкретного ущерба R и удаленностью поражаемых ресурсов от источника разрушительного выброса энергии или вредного вещества X. Например, для взрыва облака углеводородного газа массой 32 т эта зависимость имеет место на интервале между радиусом смертельного поражения людей (<140 м) и радиусом их безопасного удаления (>250 м ).

Чаще всего на практике пользуются нелинейным представлением функций R (DP) и R (X). При этом для значений доз поражающего фактора меньших и больших обычно исходят   из предложения о полной безвредности   и абсолютной губительности соответствующих доз для рассматриваемых здесь ресурсов; тогда как внутри образуемого этими дозами интервала   подразумевается вероятностный характер причинения конкретного ущерба.

Среди способов определения только   что рассматриваемых зависимостей и входящих в них параметров можно выделить и экспериментальные , и теоретические. Первые базируются на на статистической обработке эмпирических данных, накопленных путем изучения последствий реальных происшествий в техносфере либо результатов   опыта над животными. В большинстве случаев именно они   и использованы при составлении и оценке параметров <пробит- функций>, порядок практического применения которых подробно рассматривается ниже.

Вторые же связаны с моделированием потенциальной жертвы как реципиента(адсорбера, ингалятора) вредных техногенных факторов. Например, при оценке последствий воздействия на человека электротока его моделью может служить сосуд, образованный плохо проводящим ток кожным покровом тела и наполненный почти не имеющим сопротивления ему электролитом (внутренними тканями). Если же моделируются последствия токсического воздействия   на живые организмы, то их внутренние органы могут быть представлены в виде совокупности камер, которые постепенно впитывают в себе вредное вещество и разрушаются по этой причине.

Подводя итоги краткого обзора моделей и методов, используемых на данном этапе исследования процесса причинения техногенного ущерба, отметим удовлетворительную точность методик, рекомендуемых ныне для оценки последствий взрывного превращения конденсированных зарядов и топливовоздушных смесей,   но только в виде облака сферической формы. Несколько хуже обстоит дело с учетом ими иной пространственной геометрии облака и различных преград, а также с расчетом пороговых токсодоз для отдельных вредных веществ и прогнозом осколочного воздействия взрыва.

В целом же приведенная выше классификация, а также краткий обзор и сравнительный анализ учитываемых ею современных подходов к прогнозированию техногенного ущерба позволяют не только формализовать соответствующую процедуру, но и указывать направления их возможного совершенствования.

Обобщенная методика формализации и системного анализа процесса причинения техногенного ущерба

Сделанная выше краткая характеристика процесса   и способов прогнозирования ущерба от происшествий в техносфере, а также принятая ранее энергоэнтропийная   концепция о закономерностях их появления   позволяет сформулировать основные положения соответствующей методики. Она должна основываться на закономерностях появления того ущерба, который обусловлен случайными и непрерывными выбросами энергии и вредного вещества. Тогда как его величину следует увязывать с объемами и токсичностью таких выбросов, а также с количеством и степенью уязвимости ресурсов, подтвержденных их вредному воздействию.

Следовательно, можно утверждать   о целесообразности включения в методику следующих основных шагов: а) идентификации источников энергии и запасов вредных веществ, способных к нежелательному высвобождению, б)   прогнозирование предпосылок   и сценариев таких выбросов, в) оценки частоты и объемов неконтролируемых утечек вредного вещества и энергии, г) определение размеров зон их разрушительного действия и и насыщенности   эти зон людскими, материальными и природными ресурсами, д) сопоставления сопутствующих вредным выбросам поражающих факторов со стойкостью указанных ресурсов, е) прогноза характера разрушительных для них эффектов и ж) оценка связанного с этим прямого и косвенного ущерба. Общая последовательность процесса формализации и предварительной количественной оценки техногенного риска , учитывающая предложенные выше шаги, методы и показатели, показаны на рис. 8.4. В сущности данная блок схема представляет собой алгоритмическую модель итерационной процедуры количественной оценки частоты и тяжести тех вредных последствий, которые сопровождаются возможными в человекомашинных системах вредными выбросами вещества и энергии. При этом каждая ее итерация включает не менее 21 шага.

Охарактеризуем все этапы предложенной здесь методики, увязывая необходимость   прогноза вероятности и размеров техногенного ущерба с реальными практическими или учебными целями - экспертизой конкретных проектов и составление деклараций об их безопасности или выполнение студентами дипломных(курсовых) работ и домашних заданий по соответствующим дисциплинам.

1. При определении предназначения и области применимости методики следует исходить из следующего. Целью априорной количественной оценки техногенного риска служит не точный количественный прогноз случайной величины техногенного ущерба, который не возможен в принципе для таких сложных систем как человекомашинные, а сравнительная количественная оценка степени опасности однотипных производственных или транспортных объектов, а также оценка эффективности альтернативных мероприятий по снижению прогнозируемого на них техногенного риска.

Естественно, что результаты такой оценки будут тем достовернее, чем проще используемый объект и надежные исходные данные об источниках опасности и факторах, способствующих ее реализации. Следовательно, областью предпочтительного использования рассматриваемой методики будут сравнительно простые производственные и транспортные объекты, эксплуатация которых декомпозируется на отдельные   технологические операции, рассматриваемые как функционирование конкретных человекомашинных систем.

Другим применением методики может стать предварительная количественная оценка степени опасности разрабатываемых объектов и процессов. В этом случае приступить к прогнозу техногенного риска целесообразно не ранее, чем будет составлен рабочий проект, т.е после четкого определения структуры и параметров соответствующих человекомашинных систем, а также учета особенностей функционирования и взаимодействия с окружением всех их основных компонентов.

2. В качестве интегрального показателя опасности исследуемых объектов должен использоваться связанный с их функционированием техногенный риск, рассчитываемый по формуле (8.24)- (8.25), как математическое ожидание   величины случайного (о общем случае) ущерба. Если на объекте непрерывно действует источники вредных материальных выбросов большой мощности, то соответствующий ущерб от них учитывается вторым слагаемым выражения (8.24), параметры которого должны соотносится с продолжительностью, токсичностью или мощностью вредных выбросов.

Состав исходных данных, необходимых для априорной оценки возможного ущерба, зависит от выбранного метода и цели такого прогноза. При декларировании безопасности и выполнении дипломной работы (проекта) рекомендуется моделировать сценарий возникновения   и распространения вредных энергетических и материальных выбросов. Учитываемыми в этом случае параметрами служат интенсивности отказов технологического оборудования, ошибок эксплуатирующего его персонала и опасных воздействий на них извне, а также гидрометеорологические условия и средняя плотность ресурсов в районе дислокации объекта. Для приближенной оценки техногенного риска в ходе выполнения курсовых проектов и домашних заданий можно использовать статистические данные об опасности аналогичного оборудования - частоты и объемы случайных вредных выбросов, закономерности и параметры процессов их истечения, распространения, трансформации и разрушительного воздействия на ресурсы региона в пределах зон поражения.

3. Непосредственными источниками опасности конкретных производственных и транспортных объектов следует считать генераторы или аккумуляторы энергии   и вредных веществ- насосы и компрессоры, цистерны и сосуды с токсичными жидкостями, резервуары и трубопроводы со сжатыми газами, пожароопасные, взрывчатые и иные аварийно- опасные химические вещества, движущиеся машины, механизмы или их отдельные компоненты.

В аварийных ситуациях, обусловленных разрушительных высвобождением накопленного в этих элементах энергозапаса, могут проявляться все   перечисленные в разд. 8.2 факторы причинения ущерба, включая и образовавшиеся вследствие так называемого эффекта домино. Особо отметим, что вероятность появления таких ситуаций и размеры соответствующего ущерба возрастают по мере старения оборудования,   повышение его энергетических потенциалов и плотности ресурсов, постоянно дислоцируемых вблизи рассматриваемых объектов или временно оказывающихся в зонах их вероятного поражения.

4-9. При идентификации конкретных источников опасности нужно руководствоваться величиной накопленной в них энергии, а при принятии решения о необходимости составления декларации о безопасности или принятия дополнительных мер по снижению техногенного ущерба- предельно допустимыми   запасами вредных веществ. В качестве критерия в первом случае следует использовать размеры вероятных зон поражения, образуемых при аварийных выбросах: если они незначительны, то соответствующие устройства исследуемых объектов могут считаться безопасными и исключаться из последующего рассмотрения.

Для принятия решения о необходимости учета непрерывных вредных выбросов из рассматриваемых объектов следует исходить   как из установленных для них предельно

допустимых норм, так и из < техноемкости> окружающей природной среды. В последнем случае речь идет о возможности обеспечения безопасности людей, фауны и флоры, в предложении о том, что вредные выбросы не будут затем накапливаться вокруг рассматриваемых здесь объектов вследствие их постепенного включения в естественные биогеохимические циклы миграции вещества в природе.

10. Для выявления сценариев нежелательно высвобождения энергозапаса должны использоваться как эмпирические данные и сравнительно простые диаграммы типа дерева событий (преимущественно - в ходе выполнения домашних и курсовых работ), так и результаты более адекватного моделирования- при оценке и декларировании безопасности производственных и транспортных объектов, а также в процессе дипломного проектирования.

В двух последних случаях лучше всего применять перечисленные в предыдущем параграфе параметрические и интегральные модели наиболее вероятных сценариев аварийного высвобождения, распространения трансформации и разрушительного воздействия энергозапаса.

11. Оценку частоты или вероятности появления конкретных сценариев аварийного высвобождения, распространения, трансформации и разрушительного воздействия вредных веществ и энергии нужно осуществлять с помощью результатов, полученных на предыдущем шаге- путем моделирования или на основе   обработки статистических данных об аналогичных происшествиях.

Наиболее приемлемы для декларирования безопасности и дипломных работ аналитические выражения (5.6)-(5.7) и (5.9)- (5.10), а для курсовых и домашних работ - их приближенные аналоги типа формулы (5.19), увязывающей вероятность головного события с подобными параметрами исходных предпосылок. При наличии исходных данных о значениях последних оценка вероятности или частоты каждого сценария сводится к проведению несложных вычислений по указанным формулам.

12. Определение количества аварийно высвободившейся энергии или объема вредных веществ следует проводить с помощью специально разработанных моделей соответствующих истечений или на основе обработке имеющихся статистических данных. В ходе выполнения курсовых и заданий можно ограничиться грубыми (пессимистическими) оценками. Например, объем пролитого топлива считать равным той его величине, которая до аварии находилась в разгермезированной части емкости или       трубопровода между запорной арматурой.

А вот при разработке декларации о безопасности и выполнении дипломных работ (проектов) нужно рассматривать довольно большое число модельных сценариев нежелательного выброса, трансляции и трансформации энергозапаса, каждый со своими вероятностями и исходами. Интенсивность исправления вредного вещества, например, следует оценить по формуле(8.21). Зная же расход и время, нетрудно оценить ожидаемый средний объем аварийного выброса- как сумму произведений вероятностей конкретных вариантов на сопутствующие им размеры вредных веществ или энергии.

Доминирующие по опасности факторы нужно определить с учетом специфики высвобождающихся   потоков энергии либо вредных веществ и образуемых ими поражающих факторов. Например при взрывах - это фугасный, тепловой и осколочный; при пожарах и проливах ядовитых веществ- термический и токсичный; при рассеивании радиоактивных веществ- ионизирующий, а иногда и токсический; при столкновении движущих тел- дробящий или деформирующий; при коротких замыканиях в электросетях - тепловой и электромагнитный:

13. Оценку частоты или вероятности причинения прямого (непосредственного) ущерба следует проводить исходя из частоты воздействия поражающих факторов на не защищенные от них ресурсы и полученной ими мощности дозы поражающего фактора. Степень же подтверждения конкретных объектов или меру возможности появления какого - либо разрушительного эффекта целесообразно определить по зависимостям

типа доза - эффект после сравнения полученных доз   с пороговыми для них объектов значениями.

Учитывая большое число факторов, влияющих на степень повреждения конкретных ресурсов, при определении частоты причинения   прямого ущерба рекомендуется: а) при составлении декларации о безопасности и дипломном проектировании - рассмотреть не менее чем два- три основных опасных фактора две- три степени поражения каждого ресурса; б) в ходе выполнения курсовых и дипломных работ - достаточно ограничиться одним ( доминирующим) поражающим фактором и одним (летальным)   исходом поражения людей или полным разрушением зданий (транспортных средств).

14. Размеры зон поражения людских, материальных и природных ресурсов, а также потенциалы наблюдаемых в них опасных факторов ( концентрации вредных веществ, перепад либо импульс давлений на фронте воздушной ударной волны уровни   ионизирующих излучений)   должны рассчитываться с помощью специально разработанных моделей рассеяния или на основе обработке имеющихся статистических данных. Последний способ применим для приближенного прогноза     или в учебных целях, а проводить его можно путем представления лишь зон достоверного поражения кругом или шаром.

При составлении же деклараций о безопасности и дипломном проектировании априорную оценку зон поражения следует осуществлять по результатам численного или аналитического моделирования. В первом случае должны использоваться хорошо зарекомендовавшие   себя прикладные пакеты программ типа <Феникс> и.т.п. Во- втором - рассмотрение формулы после их усовершенствования и с учетом оцененных выше уровней   поражающих факторов и поглощенных конкретными объектами вредных доз, а также своевременности проведения там аварийно-спасательных работ по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций техногенного характера.

15. Оценка частоты или вероятности причинения косвенного (вторичного) ущерба крайне желательно во всех случаях, поскольку тяжесть таких издержек обычно превышает прямой ущерб в 3-4 раза. Однако для прогноза косвенного ущерба от техногенных происшествий требуется разработка дополнительных   моделей, учитывающих отношения между   поврежденными и другими объектами биосферы или техносферы. Именно это и затрудняет оценку данных издержек, например при выполнении студентами курсовых и домашних заданий , поскольку там подобные исследования обычно не предусматриваются учебными и программами.

Совсем иная ситуация характерна для декларирования безопасности и дипломного проектирования , цель которых как раз и состоит в априорной оценке вероятности и размеров причинения ущерба самым различным ресурсам. В этом случае необходимо разрабатывать дополнительные модели и иметь информацию о цепочках снабжения сырьем и комплектующими материалами, их запасах и источниках пополнения, а также о мерах по нейтрализации повреждений, полученных конкретными объектами.

При отсутствии подобной информации   могут быть рекомендованы следующие способы ее получения: а) для материальных ресурсов- изучение взаимозависимости и хозяйственных связей между производственными и транспортными предприятиями; б) для природных- прогноз последствий нарушения естественных геобиохимических циклов для людских - учет вынужденной миграции населения, ухудшение его физического и психологического здоровья в регионах с повышенной опасностью.

Что касается частоты возникновения   косвенного ущерба, то для редко встречающихся   техногенных происшествий ее можно приравнивать к частоте их появления. Однако по мере роста повторяемости конкретных аварий или катастроф вероятность и тяжесть рассматриваемых здесь издержек будут постепенно снижаться вследствие постепенной адаптации   хозяйственной или природной системы (например, за счет исключения или дублирования ненадежных ее связей и принятия заблаговременных мер по созданию собственных резервов).

16. Предварительную оценку ущерба от аварийных и систематических вредных выбросов в общем случае целесообразно проводить оценку по формуле (8.25) - перемножаем найденных выше частот их проявления, ожидаемых при этом размеров зон поражения, плотности и стоимости расположенных в них ресурсов, а также величины вероятностей причинения каждому из них ущербу конкретной степени тяжести.

При составлении деклараций о безопасности и дипломном проектировании следует учитывать изменения некоторых из перечисленных выше параметров в зависимости от времени года или суток. Например, поголовье фауны и насыщенность флорой зон поражения будут различными зимой и летом, а численность населения в жилых и промышленных районах населенного пункта- днем и ночью. В процессе   приближенной оценки среднего ущерба в курсовых и домашних заданиях эти отличия можно не учитывать.

17. Суммарная частота причинения ущерба людским, материальным и природным ресурсам в первом приближении - в ходе выполнения курсовых и домашних заданий- может быть определена простым суммированием частот его первичного и вторичного появления. Более точная оценка, желательная при дипломном проектировании, предполагает введение соответствующих весов или условиях вероятностей, позволяющих оперировать как бы средневзвешенными   частотами возникновения прямого и косвенного ущерба.

Еще более корректно следует подходить к прогнозированию данной частоты при декларировании промышленной безопасности опасных объектов. Например, для объектов   ядерной энергетики необходимо оговаривать временной лаг проявления ущерба, с тем чтобы учесть и возможную латентность его образования вследствие радиоактивного заражения местности и находящихся   на ней ресурсов.

18-19. Определение частот и объемов случайных вредных выбросов следует проводить одновременно для всех источников опасности данного производственного и транспортного объекта. Подобным образом можно найти   суммарные частоты и ущербы от аварийных выбросов любого   рассматриваемого сценария, рассчитывая эти параметры как математические ожидания соответствующих случайных величин. Аналогичную процедуру целесообразно   использовать и для априорной оценки техногенного ущерба каждому конкретному объекту, оказавшемуся   под воздействием вредных выбросов.

Иначе говоря, и на этом этапе уместно использовать стандартный способ риска с помощью формулы (8.25) Однако интерпретировать входящие в ней параметры следует не как случайной величине, а как оценки математического ожидания вероятности и тяжести причинения ущерба какому-либо ресурсу на выбранном   интервале времени.

20-21. Количественная оценка интегрального риска людским, материальным и природным ресурсам   на всех стадиях   жизненного цикла   конкретного объекта техносферы   должна проводится подобно предыдущим этапам рассматриваемой методике. Возможные отличия могут быть лишь в следующем: а) рассматриваются не отдельно взятые выбросы, а всевозможные их сценарии и сочетания; б) для людских и природных ресурсов учитывается вероятность нелинейного роста   суммарного ущерба вследствие проявления синергического эффекта и аккумуляции накопленных ранее повреждений.  

Учет последней особенности необходим лишь при декларировании безопасности особо опасных производственных и транспортных объектов. Реализовать же его можно введением в выражения для прогнозирования риска (8.24) - (8.25)   дополнительного слагаемого - произведения вероятностей кумулятивного эффекта и размеров дополнительного ущерба от него. А вот при прогнозировании техногенного риска в учебных целях, равно как и при его приближенной оценке, этим эффектом можно пренебречь. На этом можно было бы ограничиться   в пояснении изображенной на рис. 8.4   формальной процедуры.

Следование логике, установленной данной обобщенной методикой, позволит в последующем обеспечить системность учета и прогноза параметров тех наиболее существенных факторов, которые свойственны процессу причинения техногенного ущерба. Однако сопоставление ее требований с рассмотренным до этого материалом свидетельствует о необходимости в уточнении известных и привлечении дополнительных моделей и методов, позволяющих провести не только качественный, но и количественный   анализ рассматриваемого здесь процесса.

Контрольные вопросы по лекции № 6

1. Перечислите факторы, наиболее часто приводящие к появлению техногенного ущерба от происшествий в техносфере.
2. На какие этапы целесообразно декомпозировать процесс причинения ущерба от техногенных происшествий?
3. Ответ на какие вопросы должен быть найден в результате изучения процесса аварийного высвобождения энергозапаса, накопленного в объектах техносферы?
4. В чём заключается конечная цель системного исследования процесса распространения аварийных выбросов?
5. Назовите наиболее типичные формы превращения в атмосфере аварийных выбросов вещества и обусловленные этим опасные факторы.
6. На какие виды целесообразно декомпозировать ущерб, связанный с разрушительным эффектом техногенных происшествий?
7. Опишите обобщённую методику формализации системного анализа процесса причинения техногенного ущерба.