Расчеты риска в гидротехническом строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность 05.23.07. - Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

РАСЧЕТЫ РИСКА В ГИДРОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ТИМОФЕЕВА Е.А.

Москва 2009 г

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Ордена Трудового Красного Знамени комплексный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии «НИИ ВОДГЕО» (ОАО «НИИ ВОДГЕО»).

Научный руководитель:

кандидат технических наук Кузьмин Владимир Викторович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ляпичев Юрий Петрович кандидат технических наук Тейтельбаум Анатолий Исаакович

Ведущая организация Южный филиал ООО «Газпромэнерго»

Защита диссертации состоится 25 ноября 2009 г. в 11 час. 00 мин. на заседании диссертационного cовета Д. 303.004.01 в ОАО «НИИ ВОДГЕО» по адресу: 119048, Москва, Г-48, Комсомольский проспект, д. 42, стр. 2

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, с подписью автора, заверенной печатью организации, направлять по тому же адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НИИ ВОДГЕО» тел. (499) 245-95-53, 245-95-56, факс (499) 245-96-27.

Автореферат разослан « » октября 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук Ю.В.Кедров

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы :

К настоящему времени разработаны научно-методические основы оценки риска в различных областях деятельности человека. Наибольшие успехи в области оценки риска достигнуты в области задач обеспечения промышленной безопасности - в первую очередь для аварийных ситуаций, связанных с пожарами, взрывами, выбросами отравляющих химических веществ и т.п. В значительной мере разработана методология оценки риска для здоровья и безопасности человека при загрязнении различных элементов окружающей природной среды.

В последнее десятилетие активно проводятся исследования в области «управления рисками» для обеспечения геологической безопасности территорий и в области гидротехнического строительства.

Чрезвычайная важность задач обеспечения безаварийного функционирования гидротехнических сооружений связана с масштабами ущербов, к которым приводят аварии на этих сооружениях.

Годовой ущерб для территорий РФ (данные 2006 г.) от негативного воздействия подземных и поверхностных вод оценивается общей суммой 108.6 млрд.руб., в том числе от паводков, наводнений и затоплений 30 млрд.руб., от водной эрозии и обрушений берегов 23.5 млрд.руб., от водной эрозии почв (с/х угодья, лесное хозяйство, пашни) - 10 млрд.руб. в год. Согласно выполненным исследованиям повреждения различного рода имели место на 7 % зарегистрированных плотин из грунтовых материалов.

Аварии на гидротехнических сооружениях, в ряде случаев, имеют катастрофические последствия, связанные с гибелью значительного числа людей, огромным материальным ущербом, негативным социально-политическим резонансом.

Важность обеспечения безопасности функционирования гидротехнических сооружений получила отражение в ряде законодательных актов, прежде всего в законах: «О ЗАЩИТЕ НАСЕЛЕНИЯ И ТЕРРИТОРИЙ ОТ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА», «О БЕЗОПАСНОСТИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ», « О ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ».

Повышение безопасности функционирования гидротехнических сооружений напрямую связано с оценкой текущего состояния сооружений, повышением надежности методов оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций, достоверностью прогнозирования сценариев развития и учета социальных, экономических последствий аварийных ситуаций.

Это определяет высокую актуальность выполненных исследований, посвященных разработке методов оценки вероятности возникновения аварий, величины риска и ущерба в зависимости от критериев, определяющих надежность и безопасность функционирования гидротехнических сооружений.

Целью диссертационной работы являлась разработка методов интегральной вероятностной оценки риска аварий на гидротехнических сооружениях и связанных с ними прямых и косвенных рисков и ущербов.

Основные задачи диссертационной работы включали:

-обобщение процедур и алгоритмов вероятностной оценки риска возникновений аварийных ситуаций, связанных с эксплуатацией опасных промышленных объектов;

- разработка математической модели оценки вероятностей возникновения аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях;

- разработка методики интегральной вероятностной оценки риска и ущерба при авариях на гидротехнических сооружениях с учетом основных значимых параметров (превышением допустимых нагрузок и воздействий, проектных решения, условий эксплуатации сооружения, вероятных последствий и др.);

- разработка методики интегральной вероятностной оценки риска и ущерба при затоплении территорий;

- разработка методики вероятностной оценки косвенных рисков и ущербов, связанных с авариями на гидротехнических сооружениях;

- параметрическое обеспечение задач оценки рисков и ущербов в области гидротехнического строительства;

- адаптация разработанных методик оценки риска и ущерба к требованиям руководящих документов по декларированию безопасности гидротехнических сооружений;

- адаптация разработанных алгоритмов оценки риска к задачам страхования;

- апробация и внедрение разработанных методик и моделей в задачах оценки риска на объектах народного хозяйства.

Научная новизна полученных результатов

В представленной диссертационной работе получены следующие результаты, имеющие научную новизну:

- разработана математическая модель оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях;

- выполнено теоретическое обоснование и предложена методика вероятностной оценки риска аварий в зависимости от интегральной характеристики состояния гидротехнических сооружений;

- разработаны алгоритмы для определения интегрального состояния гидротехнических сооружений на основе сочетания основных значимых критериев, характеризующих уязвимость сооружения и опасность при аварии;

- разработана методика вероятностной оценки риска и ущерба при затоплении в зависимости от основных значимых критериев, характеризующих уязвимость и опасность для рассматриваемых территорий при затоплении;

- разработаны алгоритмы комплексной оценки риска и ущербы для аварий на гидротехнических сооружениях с учетом косвенных рисков.

Личный вклад соискателя и методический уровень проведенных исследований

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Ордена Трудового Красного Знамени комплексный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии «НИИ ВОДГЕО» (ОАО «НИИ ВОДГЕО»).

Автором была осуществлена постановка проблемы и определены пути ее решения:

- выполнено теоретическое обобщение процедур оценки риска аварий на опасных промышленных объектах, разработан аппарат оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций в зависимости от значимых критериев, интегрально характеризующих состояние сооружения;

- разработаны методики и алгоритмы вероятностной оценки риска и ущерба при авариях на гидротехнических сооружениях, затоплении территорий, оценки косвенных рисков;

- выполнена апробация и внедрение разработанных методик и моделей в практику решения задач по оценке безопасности промышленных объектов и гидротехнических сооружений.

Все результаты, приведенные в диссертации и имеющие научную новизну, получены лично автором.

При выполнении исследований автором использовалась современная методология оценки риска аварий на опасных объектах, современные методы численного моделирования, современные экспертные базы данных.

Практическая значимость исследований

Полученные результаты являются научно- методической базой при выполнении широкого круга задач в области гидротехнического строительства:

- оценке состояния гидротехнических сооружений;

- оценке рисков и ущербов, связанных с авариями на существующих (проектируемых) гидротехнических сооружений;

- ранжировании территорий по степени их безопасности;

- разработке инженерных мероприятий и принятии управленческих решений по достижению допустимой величины риска.

Результаты исследований были использованы при решении задач, связанных с оценкой безопасности объектов ООО «Астраханьгазпром», Южного филиала ООО «Газпромэнерго», МУП «Астрводоканал», ООО «Локомотив» (г.Астрахань), ОАО «Саратовский нефтеперерабатывающий завод», ООО «Саратоворгсинтез», Морской торговый порт Оля Астраханской области и др.

На защиту выносятся:

- методика интегральной вероятностной оценки риска и ущерба при авариях на гидротехнических сооружениях;

- методика интегральной вероятностной оценки риска и ущерба при затоплении территорий;

- модель оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций на основе учета основных значимых критериев безопасности гидротехнических сооружений;

- алгоритмы определения интегральных характеристик уязвимости и опасности аварий на гидротехнических сооружениях;

- алгоритмы определения интегральных характеристик уязвимости и опасности для территорий при их затоплении.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на семинарах «Гидротехника, инженерная гидрогеология и гидравлика» во ФГУП НИИ ВОДГЕО (2004, 2005 г.г.), Международном конгрессе ЭКВАТЭК- 2008, первой Всероссийской конференции гидрогеологов ( 2008г.), пятой Международной выставке и конгрессе по управлению отходами и природоохранными технологиями ВэйстТэк - 2007.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, из них 2 статьи опубликованы в ведущем рецензируемом научном журнале, входящем в список, определенный Высшей Аттестационной Комиссией (ВАК).

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения. Общий объем работы 163 страницы, включая 59 таблиц, 26 рисунков. Список литературы включает 109 наименований отечественных и зарубежных авторов.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертационной работы дается обзор существующих методов оценки риска и их применение в различных областях человеческой деятельности. Активное развитие и внедрение методологии оценки риска относиться к 70-м годам прошлого века и связано, в первую очередь, с принятием США, Японией, рядом стран Западной Европы законов по безопасности и страхованию населения от природных и техногенных катастроф. Толчком для развития теории оценки рисков явилась замена концепции «абсолютной надежности» на концепцию «допустимого риска».

Проводниками концепции «допустимого риска» в России стали В.А. Легасов, С.Т.Беляев, В.А.Еременко, О.И.Ларичев, И.И.Кузьмин и другие специалисты, проводившие свои исследования преимущественно в области промышленной безопасности. Развитие методологии оценки риска в области гидротехнического строительств в значительной степени связано с трудами Куранова Н.П., Розанова Н.., Сафронова, Беллендир Е. Н., Никитиной Н. Я., Сольского С. В., Стефанишина Д. В., Векслера А. Б., Добрынина С. Н., Радченко В. Г. и др.

К настоящему времени терминология и основные положения оценки риска, в первую очередь - в области промышленной безопасности, в достаточной степени унифицированы и адаптированны к существующим мировым процедурам оценки риска, даны определения индивидуального, социального и еще целого ряда рисков.

Под индивидуальным риском предложено понимать вероятность (частоту) возникновения поражающих воздействий определенного вида. Социальный риск - зависимость частоты возникновения событий, вызывающих смертельное поражение определенного числа людей, от общего числа людей в зоне аварии. Технический риск - вероятность отказа технических устройств с последствиями определенного уровня (класса) за определенный период функционирования опасного производственного объекта. Потенциальный территориальный риск (или потенциальный риск) определен, как частота реализации поражающих факторов аварии в рассматриваемой точке территории.

Коллективный риск - ожидаемое количество пораженных в результате возможных аварий за определенный период времени. Ожидаемый ущерб - математическое ожидание величины ущерба от возможной аварии за определенный период времени.

Определено, что процедура оценки риска (получения количественных оценок вероятной опасности) заключается в последовательном решении следующих задач:

- построении и анализе возможных сценариев возникновения и развития аварии;

- выборе основных, определяющих сценариев и их ранжирование;

- оценке вероятности (частоты) реализации каждого сценария;

- построению полей поражающих факторов, возникающих при различных сценариях развития аварии;

- оценке последствий воздействия поражающих факторов аварии на людей, материальные объекты и т.д. (социально-экономические последствия).

Наименее формализованной задачей при этом является оценка вероятности (частоты) аварий сложных технических систем. Традиционно, при определении ожидаемой частоты аварий используются следующие подходы:

- статистический, заключающийся в максимально полном использовании статистики аварий и неполадок, а также данных о надежности объектов - аналогов;

- графоаналитический, заключающийся в использовании логических методов анализа "деревьев отказов" и "деревьев событий", частоты отказов базовых элементов которых принимаются на основе статистики или подбираются экспертным путем;

- экспертный, заключающийся в выработке оценки путем учета мнений специалистов в данной области;

-сочетание всех перечисленных методов с учетом целей и задач оценки риска конкретного гидротехнического сооружения.

Анализ существующих методов вероятностных оценок риска показал, что наибольшие успехи достигнуты в области промышленной безопасности опасных производственных объектов при анализе таких ЧС, как поражение воздушной ударной волной, тепловым излучением при пожарах и огневых шарах, токсическими веществами при авариях с отравляющими химическими веществами и т.п.

При изучении вопроса вероятностных оценок риска сложилась некая единая процедура выполнения исследований, позволяющая осуществлять переход от анализа природы явления и его поражающих факторов для конкретных территорий и населения к мере вероятности поражений объектов в области действия поражающих факторов.

Реализация механизма этого перехода состоит в построении специальной «пробит-функции» Pr, следующего вида:

Pr = а + b ln D

где а, b - параметры, характеризующие специфику происходящих поражающих процессов, D -доза негативного воздействия, которая рассчитывается в зависимости от значений поражающих факторов.

Пробит-функция является верхним пределом интегрирования при оценке вероятности поражения объектов (субъектов) при возникновении опасности определенной интенсивности:

В зоне действия конкретного поражающего фактора аварии или чрезвычайной ситуации с известной степенью достоверности можно выделить три области:

- область или зона, удаленная на некотором расстоянии от места (источника) аварии или ЧС, где действие поражающего фактора становится практически безопасным для объекта. Это зона заведомо допустимого риска;

- область или зона, прилегающая к месту (источнику) аварии или ЧС. Здесь действие поражающего фактора максимально, а при его достаточной интенсивности (величине) - «критично» или «летально» для объекта (субъекта);

- область или зона, расположенная между двумя названными, здесь действие поражающего фактора изменяется от «летального» до допустимого для объекта. Эта область может быть охарактеризована, как зона вероятных поражений.

Соответственно сказанному могут быть определены три характерных значения доз негативного воздействия D в области распространения аварии.

Пороговая доза - наименьшая из доз, способная принести вред (ущерб) субъекту (объекту). Эта доза негативного воздействия характерна для зоны допустимого риска . При , и поражающий фактор безопасен.

Летальная (критическая) доза поражения - доза при которой с 50% вероятностью наступает гибель (разрушение) объекта, соответствующее расстояние обозначим , при , вероятность гибели (разрушения) не меньше 50%;

Вероятностная доза поражения ? D? (). Для этой дозы должна быть выполнена оценка вероятности вреда или ущерба.

Значения величин , устанавливаются для каждого поражающего фактора индивидуально на основе детерминированных критериев поражения.

Для целого ряда распределений, значения коэффициентов а,b входящие в выражение, описывающее пробит- функцию Pr могут быть определены из значений летальной и пороговой доз , .

В частности, распределение вероятности, описываемое интегралом Гаусса-Пуассона:

, (-д х д)

имеет аналитическое решение вида:

, х =

Из приведенных выше определений следует, что при = , вероятность поражения объекта , . При вероятность поражения объекта , а .

Здесь д - параметр, который выбирается исходя из нормативной допустимой вероятности аварии.

Записанные выше условия приводят к системе уравнений:

=0 (=1) и , решение которой позволяет выразить значение пробит-функции через значения летальной и допустимой доз:

Предложенная модель позволяет количественно рассчитать вероятность каждого из возможных сценария аварии, «увязывая» допустимые значения значение вероятности и риска с требованиями нормативных документов в области безопасности.

Общий алгоритм по оценке риска и ущерба представлен на Рис.1.

Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке методики оценки вероятностного риска аварий на гидротехнических сооружениях.

Оценка риска аварий включает в себя ряд последовательных процедур:

- анализ возможных сценариев возникновения аварии;

- определение нагрузок на гидротехническое сооружение (меры воздействия поражающих факторов или дозы);

- определение условной вероятности возникновения аварии при воздействии на сооружение установленных нагрузок;

- построение полей поражающих факторов при развитии аварийной ситуации;

- оценка рисков и ущерба при аварии на гидротехническом сооружении.

Выполнение первых двух процедур подразумевает составления перечня наиболее значимых факторов, способных вызвать аварию данного сооружения.

Рассматриваются различные сценарии возможных аварий ГТС. В каждом сценарии возможной аварии сооружения указываются вызывающие их факторы или сочетания факторов, описываются стадии развития аварии, динамика развития повреждений, отказов и разрушений сооружения (если такое происходит).

С достаточной для проведения практических расчетов полнотой анализ факторов, влияющих на риск аварии, может основываться на материалах декларации безопасности гидротехнических сооружений.

Наименее формализованными являются этапы, связанные с определение нагрузок на объект и расчет условных вероятностей аварий. Именно эти стадии оценки риска требуют дополнительных научных исследований.

Традиционно оценка вероятности возникновения событий оценивается либо на основании данных представительных статистических наблюдений за поведением схожих объектов в схожих ситуациях.

Для гидротехнических сооружений обобщения об отказах элементов ГТС недостаточны для получения надежных статистических оценок.

Кроме того, практически каждое сооружение является уникальным в силу сочетания конструктивных, природных условий и особенностей эксплуатации. Это весьма затрудняет использование метода аналогий.

Для оценки вероятности развития аварийной ситуации на гидротехнических сооружениях введем понятие «доза негативного воздействия на гидротехническое сооружение».

Будем понимать, что это количественно охарактеризованная мера воздействия всех значимых факторов, способных привести к аварии на рассматриваемый объект.

В общем случае, доза негативного воздействия для гидротехнических сооружений определяется сочетанием конструктивных и проектных недостатков, старением материалов, нарушениями при строительстве, недостатками и нарушениями при эксплуатации сооружения, природными нагрузками (в том числе катастрофическими), низкой готовностью к ликвидации аварийных ситуаций.

Часть из перечисленных факторов характеризует опасность развития аварии, часть -уязвимость сооружения.

В диссертационной работе эти понятия используются в том виде, в каком они были сформулированы в работах Куранова Н.П., Розанова Н.Н. и др. (2002г.), а именно: опасность представляет собой степень негативного воздействия процессов, протекающих как в самих ГТС, так и в зоне их влияния, представляющее угрозу для жизни или условий жизнедеятельности людей, объектов хозяйства или окружающей среды; уязвимость - свойство ГТС терять способность к выполнению заданных функций в результате негативных воздействий.

Для выполнения оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций гидротехнических сооружений качественные понятия «опасность» и «уязвимость» квантифицируются, т.е. получают численные значения.

При численной оценке опасности, экспертным путем установлено соответствие между его величиной и сочетанием четырех основных параметров, в число которых включены:

- показатель 1: превышение принятых при обосновании гидротехнических сооружений природных нагрузок и воздействий;

- показатель 2: несоответствие проектных решений современным нормативным требованиям;

- показатель 3:несоответствие конструкций сооружений, условий эксплуатации, свойств материалов сооружения проектным характеристикам;

- показатель 4: возможные негативные последствия при аварии.

Каждому из показателей, на основании отличительных качественных признаков, присвоен код, характеризующий степень угрозы возникновения аварии сооружения так.

В зависимости от того или иного сочетания кодов гидротехническому сооружению присваивается численное значение интегрального коэффициента опасности .

При численной оценке уязвимости устанавливается соответствие между коэффициентом уязвимости и сочетанием трех основных параметров, характеризующих надежность эксплуатации сооружения:

- показатель 1: полнота мониторинга состояния сооружений;

- показатель 2: соблюдение требований безопасной эксплуатации;

- показатель 3: степень готовности объекта к локализации и ликвидации чрезвычайных ситуаций.

Различные сочетания этих показателей достаточно полно характеризуют степень надежность гидротехнических сооружений, опасность возникновения аварий и уязвимость сооружения.

Коэффициент уязвимости определяется по тому же алгоритму, что и коэффициент опасности.

Так же, как это было описано выше, каждому из показателей методом экспертных оценок присваивается код, характеризующий степень угрозы аварии при нарушениях правил эксплуатации.

Коэффициенты интегральной опасности и уязвимости имеют смысл экспертной оценки вероятности аварии и варьируют в диапазоне: от 0 до 1. При этом коэффициенты опасности и уязвимости определены таким образом, что при условии , вероятность риска аварии гидротехнических сооружений . риск аварийный ущерб затопление

Величина дозы негативного воздействия может быть определена выражением:

В главе 1 было показано, что мера опасности аварии может быть охарактеризована пробит-функцией, которая для риска аварий на гидротехнических сооружениях имеет вид:

=

Аварии риска на ГТС относятся к катастрофическим событиям - редкой повторяемости со значительными последствиями.

Вероятность таких событий принято характеризовать Пуассоновским распределением:

Для риска аварий на ГТС условная вероятность аварий имеет вид:



Или:

В работе предложен алгоритм определения коэффициентов а и b с использованием значений допустимой и критической («летальной») доз нагрузок на сооружение.

Критическая или «летальная» доза соответствует 50% вероятности аварии на сооружении: при значение и .

Таким образом:

, что дает а=0

В работе принято, что имеется верхний предел допустимой дозы нагрузки на сооружение при которой величина риска, также, не превышает допустимой величины :

Тогда, можно определить величину второй константы b:



Окончательно, выражение расчета вероятности риска аварии на гидротехнических сооружениях имеет вид:

Коэффициент в, определяющий величину допустимого риска устанавливается в зависимости от класса гидротехнического сооружения, Таблица 1.

Таблица 1

Класс ооружения	Допустимое значение вероятности аварии , 1/год	в
I	5•10-5	2.75
II	5•10-4	2.25
III	3•10-3	1.95

Риск при аварии, как вероятностная мера опасности в виде возможных потерь , предложено определять из выражения:

Здесь - сумма ущербов различных видов, возникающий при аварии ГТС (экономических, социальных, экологических и т.п.).

Предложенные в работе алгоритмы и процедуры позволяют выполнить оценку допустимого риска в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 21.05.2007г. № 304 «О классификации ЧС природного и техногенного характера» и нормативов МЧС с выделением зон: приемлемого риска, условно приемлемого риска, повышенного риска, недопустимого риска в координатах: «частота ЧС - число пострадавших», частота - материальный ущерб и границ областей уровня рисков по последствиям ЧС: «малосущественные», «существенные», «тяжелые», «катастрофические».

Заключительная часть второй глава посвящена рассмотрению примеров расчетов вероятности аварий, величины риска и ущерба применительно к реальным объектам: емкости сезонного регулирования (ЕСР) ООО «Астраханьгазпром» полезным объемом 9 млн. м3, плотины из грунтовых материалов с бетонным водосбросом Сорочинского водохранилища на р. Самара.

Одним из наиболее негативных последствий недостаточно эффективной работы гидротехнических сооружений является затопление территорий.

Третья глава диссертации посвящена разработке методики оценки риска при затоплении территории.

В работе рассмотрены разные сценарии развития затопления территорий, в т.ч. затопления, вызванные гидродинамической волной прорыва плотин, паводковыми водами, сгонно-нагонными наводнениями.

Для оценки вероятностного риска при затоплении было введено понятие «доза негативного воздействия при затоплении», которая определялась, как произведение коэффициента опасности затопления территории и коэффициента уязвимости территории при затоплении:

Детальный анализ работ, связанных с оценкой основных угроз при затоплении территорий (Рождественского А. В., Иващенко И. Н., Прудовского А. М., Никитиной Н. Я., Сольского С. В. и др., нормативно- методических и других материалов) позволил выделить основные критерии (показатели), характеризующие опасность затопления территорий и уязвимость самой территории по отношению к процессам затопления. В качестве критериев опасности поражения затопленной территории выбраны:

- показатель 1: глубина затопления территории;

- показатель 2: скорость течения воды по затапливаемой территории;

- показатель 3: продолжительность затопления.

В качестве критериев уязвимости территорий при затоплении использовались:

-показатель 1: количество людей, проживающих в зоне затопления и/или размер ущерба;

-показатель 2: основные фонды, находящиеся в зоне затопления;

-показатель 3: коммуникационные сооружения в зоне затопления;

-показатель 4:функциональное использование затапливаемых земель.

На основе экспертных оценок разработаны таблицы, позволяющие каждому показателю присвоить соответствующие коды и получить значения интегральных коэффициентов опасности и уязвимости при затоплении территории, Таблицы 2, 3.

Таблица 2

Степень опасности	Малая	Средняя	Большая	Очень большая
индекс кода	1	2	3	4
глубина затопления, м	менее 1,0	1.0-2.0	2.0-4.0	более 4
скорость течения, м/с	менее 1,0	1.0-2.0	2.0-3.0	более 3
продолжительность затопления, сут.	менее 1,0	1.0-3.0	3.0-7.0	более 7

Таблица 3

Степень уязвимости	малая	средняя	большая	очень большая
индекс кода	1	2	3	4
количество людей в зоне затопления, размер ущерба	? 10 чел. или ущерб ?100 тыс. руб.	? 50 чел. или ущерб ? 50 млн. руб.	? 500 чел. или ущерб ?500 млн. руб.	> 500 чел. или ущерб > 500 млн. руб.
основные фонды в зоне затопления	Бетонные и железобетонные здания, промздания с железобетонным каркасом	Кирпичные и панельные дома средней и высокой этажности	Кирпичные и панельные малоэтажные здания	Типовая застройка частного сектора
коммуникационные сооружения зоне затопления	Шоссейные дороги с современным покрытием	Мосты, путепроводы, линии ЛЭП и связи, проселочные дороги	Железнодорожные пути, газо- и нефтепроводы	Очистные сооружения, хранилища отходов, свалки
функциональное использование земель	Неугодья, заброшенные, неиспользуемые земли	Лесной фонд	Земли с/х назначения, в т.ч. фермы, фермерские хозяйства и др.	Особо охраняемые территории, заповедники, памятники природы, истории, культуры

В зависимости от того или иного сочетания кодов определяются численные значения интегрального коэффициента опасности и уязвимости территории при затоплении.

Важным отличием от оценки вероятности аварий на гидротехнических сооружениях, при этом, является то, что показатели, связанные с затоплением, определяются на основании проведения предварительных численных прогнозов процесса затопления территории на основании которых выделяются границы, внутри которой происходят разрушения от незначительных RП до катастрофических RL.

Охарактеризовав вероятность затопления территорий Пуассоновским законом распределения и принимая, в качестве критической дозы, DL(зат) = 1.0 и, в качестве «пороговой», допустимой дозы, DП(зат) = 0.1, получим выражение для оценки вероятности активизации негативных процессов при затоплении территорий вида:

=0.5 erfc [-0.63lnD(зат)]

К области приемлемого риска предложено относить участки, для которых вероятность негативных проявлений, связанных с затоплением территории P(зат) < 0,02, Таблица 4.

Таблица 4

Показатель	Зоны риска
	приемлемого	условно приемлемого	повышенного	недопустимого
Вероятность затопления P(зат)	< 0,02	0,02 ? P(зат) <0,1	0,1 ? P(зат) <0,25	P(зат) > 0,25
Доза негативного воздействия D=л0•ну	< 0,1	0,1 ?D < 0,24	0,24 ? D < 0,47	D ? 0,47

Риск негативных проявлений при затоплении территории определяется как мера опасности в виде возможных потерь в экономической, социальной и экологической сферах и вычисляется по формуле:

R(зат)= Pa(зат)•Уа(зат)=0.5•erfc[-0.63lnD]•Уа(зат)

где Уа - возможный ущерб при затоплении территории.

Предложенная методика позволяет величину вероятного ущерба в координатах «частота ЧС - число пострадавших» или «частота ЧС - материальный ущерб».

Вторая часть третьей главы посвящена иллюстрации применения разработанной методики оценки риска при затоплении территорий на конкретных примерах - при возможной гидродинамической аварии на дамбе шламонакопителя предприятия ООО «Саратоворгсинтез», при возможной гидродинамической аварии на плотине Сорочинского гидроузла на р. Самара.

Аварии на гидротехнических сооружениях, катастрофические затопления территорий зачастую активизируют проявление целого ряда косвенных рисков.

В четвертой главе диссертации рассматривается оценка косвенных рисков и вопросы страхования рисков.

Косвенные риски - т.е. риски иной физической природы, являющихся следствием вероятного нарушения нормального функционирования инфраструктуры территории (в том числе и опасных промышленных объектов) при аварийных ситуациях на гидротехнических сооружениях, при катастрофическом затоплении территорий и т.п.

Основными, наиболее опасными, косвенными проявлениями при авариях на гидротехнических сооружениях, при катастрофическом затоплении территории, могут быть признаны риски возникновения пожаров, взрывов и поступления в атмосферу токсичных веществ.

В работе детально охарактеризованы методы оценки поражающих факторов и разработана методика оценки вероятностного риска и ущерба для пожаров, взрывов и выбросов токсичных веществ.

Для оценки вероятности поражения предложена унифицированная зависимость вида:

при стандартном виде пробит-функции :

Здесь: а и b - константы процесса, характеризующие специфику и меру опасности его воздействия, D - доза негативного воздействия.

Доза негативного воздействия определяется:

- для взрывов - избыточным давлением и импульсом волны давления;

- для пожаров - интенсивностью теплового излучения;

- для выбросов токсичных веществ- их концентрацией в атмосфере, временем экспозиции и токсодозой.

Константы а и b предложено определять из рассчитанных значений пороговых и летальных доз. В качестве пороговой принималась доза DП, при которой вероятность поражения равна допустимому значению, т.е. Р=Рдоп. К летальной относится доза DL, при которой вероятность поражения объекта равна 50% или Р=0.5.

Особое внимание при выполнении исследований было уделено выбору методик численной оценки поражающих факторов, параметрическому обеспечению оценки риска. Основным вопросом параметрического обеспечения являлась оценка воздействия поражающих факторов на население, здания и сооружения, объекты инфраструктуры.

Результаты исследований проиллюстрированы рядом примеров, в частности: для пожаров и взрывов - при аварии 2-х танков с бензином 24.5 м3 каждый, для выбросов опасных химических веществ - при прогнозе аварий Левобережных очистных сооружениях водопровода (ЛОСВ) МУП «Астрводоканал», погрузке серы в порту ООО «Бузан-порт» Астраханская область и ряде других объектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана методика интегральной вероятностной оценки риска и ущерба при авариях на гидротехнических сооружениях, включая разработку сценариев развития негативных процессов, определение полей поражающих факторов, определение доз негативного воздействия, вероятности поражения территории и объектов, вероятностную оценку экономических, социальных и др. ущербов. Предложены алгоритмы оценки доз негативного воздействия с учетом основных значимых критериев, определяющих опасность и уязвимость гидротехнических сооружений и прилегающих территорий, разработаны способы построения «пробит-функций» для оценок вероятности аварий гидротехнического сооружения.

Предложены величина допустимого риска в зависимости от класса гидротехнического сооружения

2. Разработана методика интегральной вероятностной оценки риска и ущерба при затоплении территорий с использованием материалов наблюдений и прогнозных расчетов прохождения гидродинамической волны прорыва, катастрофических паводков, наводнений, сгонно-нагонных явлений. Предложены алгоритмы для оценки степени опасности процессов затопления территорий, уязвимости затапливаемых территорий, доз интегрального негативного воздействия основных поражающих факторов, разработаны способы построения «пробит-функций» для оценок вероятности негативных последствий при затоплении территорий.

Выполнена классификация зон риска по уровням вероятности ущерба и доз негативного воздействия при затоплении с выделением зон: приемлемого риска, условно приемлемого риска, повышенного риска, недопустимого риска. Предложена величина допустимого риска при угрозе затопления территории. Допустимым является любое значение риска, при котором значение дозы негативного воздействия D < 0.24, или вероятность максимального ущерба от затопления P(зат) меньше 0.1.

3. Разработана модель оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций на основе учета основных значимых критериев безопасности гидротехнических сооружений. Предложена унифицированная процедура вероятностной оценки риска , позволяющая осуществлять переход от анализа природы аварии и поражающих факторов к вероятности поражений объектов в области действия поражающих факторов.

4. Разработана методика интегральной вероятностной оценки косвенных рисков - т.е. рисков, являющихся следствием нарушения функционирования инфраструктуры территории при аварийных ситуациях на гидротехнических сооружениях, при катастрофическом затоплении территорий и т.п. В качестве основных косвенных рисков предложено считать риски возникновения пожаров, взрывов и поступления в атмосферу токсичных веществ.

Предложена унифицированные зависимости для оценки величин косвенных вероятностных рисков, даны алгоритмы для определения пробит-функций основных косвенных рисков, летальных и пороговых доз.

Особое внимание при выполнении исследований было уделено выбору методик численной оценки поражающих факторов, параметрическому обеспечению оценки риска. Основным вопросом параметрического обеспечения являлась оценка воздействия поражающих факторов на население, здания и сооружения, объекты инфраструктуры.

5. Все результаты исследований по методике оценки риска в области гидротехнического строительства иллюстрированы примерами расчетов, доведены до практического использования, апробированы на целом ряде объектов, таких как ООО «Астраханьгазпром» (ОАО «Газпром Добыча Астрахань) ЮФ ООО «Газпромэнерго», МУП «Астрводоканал», ООО «Локомотив», ОАО «Саратовский НПЗ», ООО «Саратоворгсинтез» и др.

Направление дальнейших исследований автор видит, прежде всего, в расширении областей применения разработанной методологии на другие опасные процессы и явления (оползневые, сейсмические воздействия, подтопления, сели, лавины и др.), а так же на углубление исследований по всем направлениям, изложенным в работе.

ОПУБЛИКОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Коростилёв А. Д. , Кулёв В. Н., Куранов Н. П., Тимофеева Е. А. Интегральный метод оценки риска (опасности) в зоне вероятных поражений при авариях и ЧС // Водоснабжение, водоотведение, гидротехника и инженерная гидрогеоэкология. М., 2007, Сборник трудов, выпуск 11.

2. Куранов Н. П., Кузьмин В.В., Кузьмин В.В. (мл.), Садретдинова Н.А., Верле С.В., Тимофеева Е.А., Коростилёв А.Д., Золина С.В. К методике оценки опасных геологических процессов на действующих предприятиях // Водоснабжение, водоотведение, гидротехника и инженерная гидрогеоэкология. М., 2007, Сборник трудов, выпуск 11.

3. Н.П. Куранов, Н.Н. Розанов, Е.А Тимофеева. Интегральный метод оценки риска аварий гидротехнических сооружений // Сборник материалов 8-го Международного конгресса "Вода: экология и технология" ЭКВАТЭК-2008, М., 3-6 июня 2008 г.

4. Кузьмин В.В., Тимофеева Е.А., Чуносов Д.В. Оценка риска негативных воздействий при подтоплении урбанизированных территорий // Водоснабжение и санитарная техника. 2008, №6.

5. Тимофеева Е.А. Интегральный метод оценки риска при затоплении территории // Водоснабжение, водоотведение, гидротехника и инженерная гидрогеоэкология. М., 2008, Сборник трудов, выпуск 12.

6. Куранов Н.П., Коростилёв А.Д., Тимофеева Е.А. «Интегральный метод оценки риска (опасности) в зоне вероятных поражений при авариях и ЧС на сооружениях по очистке сточных вод». Материалы 5-ого Международного конгресса по управлению отходами и природоохранными технологиями «ВэйстТэк-2007». М., 29 мая - 1 июня 2007 г.

7. Куранов Н.П., Тимофеева Е.А. «Использование интегрального метода оценки риска (опасности) при планировании работ по реабилитации загрязнённых территорий после возможных химических аварий и ЧС». Материалы 5-ого Международного конгресса по управлению отходами и природоохранными технологиями «ВэйстТэк-2007». М., 29 мая - 1 июня 2007 г.

8. Куранов Н.П., Розанов Н.Н., Тимофеева Е.А. «Расчеты риска аварий гидротехнических сооружений» // Водоснабжение и санитарная техника, 2009, №1.

9. Куранов Н.П., Розанов Н.Н., Тимофеева Е.А. и др. «Методические рекомендации по оценке риска аварий на гидротехнических сооружениях водного хозяйства и промышленности», М., 2009 г.

Размещено на Allbest.ru

...