Комплексная многоступенчатая система безопасности критически важных, потенциально опасных объектов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Комплексная многоступенчатая система безопасности критически важных, потенциально опасных объектов

Специальность

05.13.01. - Системный анализ, управление и обработка информации

(в науке и технике)

На правах рукописи

Габричидзе Тамази Георгиевич

Ижевск 2008

Работа выполнена в Главном управлении МЧС России по Удмуртской Республике и в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет» (ГОУ ВПО «ИжГТУ»).

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Алексеев В.А.

Официальные оппоненты:

член корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор Кондратьев В.В.

доктор технических наук, профессор Котляревский В.А.

доктор технических наук, профессор Кучуганов В.Н.

Ведущая организация: Федеральное Государственное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций»

Защита состоится 6 ноября 2008 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.065.06 при ГОУ ВПО «ИжГТУ» по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «ИжГТУ»

Автореферат разослан _________________________ 2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент Сяктерев В.Н.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В последние десятилетие во всем мире наблюдается тенденция к росту количества и масштабов последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, в том числе и на радиационных, химических и биологических опасных объектах, а также угроз совершения на них террористических актов (Севезо, Бхапол, Чернобыль и др. - Италия, Индия, Россия).

Чрезвычайные ситуации (ЧС) сопровождаются не только людскими и материальными потерями, но и комбинацией событий, связанных с разрушением технологического оборудования в результате террористического акта. В окружающую среду может попасть сразу несколько опасных веществ при котором наблюдается действие двух и более факторов, которое будет обусловлено техногенным загрязнением окружающей среды и особенно атмосферного воздуха, при этом очень важно быстро и правильно принять решение по предупреждению, локализации и ликвидации ЧС. Процесс предупреждения, локализации и ликвидации ЧС (особенно при долгосрочном, среднесрочном, оперативном прогнозах угрозы возникновения ЧС) характеризуется неполной и недостоверной информацией, малым резервом времени, имеющимся для принятия решения по экстренной помощи населению в районе ЧС.

Сложность решения данной проблемы заключается в ее многогранности, так как требует рассмотрения в комплексе различных аспектов: социально-экономических, организационных, технических, управленческих, информационных, кадровых, психологических и т.д. Попытка совместного рассмотрения этих проблем требует в свою очередь разработки новых концепций с использованием современных достижений научной мысли. Разработка теоретических основ и внедрение многоступенчатых комплексных систем мониторинга, их сопряжения с едиными дежурно-диспетчерскими службами (ДДС), локальными системами оповещения (ЛСО) и силами реагирования всех уровней на критически важных, потенциально опасных объектах в повседневной деятельности, при угрозе и совершении ЧС является одной из важнейших научных проблем.

Вопросам создания комплексных систем безопасности на критически важных, опасных объектах и построения многоступенчатой, комплексной системы мониторинга в повседневной деятельности, при угрозе и совершении ЧС, в том числе связанных с террористическими актами, построение системы сбора информации, обработки и принятия управленческих решений по сложившейся обстановке, посвящены исследования и публикации многих отечественных ученых и специалистов А.В. Измалкова, В.В. Кульбы, Р.З. Хамитова, М.А. Шахраманяна, А.В. Толстых, В.А. Алексеева, П.М. Фомина, И.М. Янникова. В последние годы за рубежом активно развиваются научно-практические разработки в области создания комплексных систем безопасности потенциально опасных объектов.

Тем не менее, круг нерешенных в этой области проблем еще достаточно широк. Трудность решения задачи моделирования и управления в чрезвычайных ситуациях вызвана тем, что характер развития конкретной ЧС является сугубо индивидуальным, а само ее развитие происходит в условиях неопределенности, когда не известны масштабы ЧС, требуемые силы и средства по ее ликвидации, необходимый объем материально-технических ресурсов и уровень сложности выполняемых работ. Недостаток оперативной информации о прогнозе и характере развития ЧС может привести к развитию ситуации с катастрофическими последствиями.

В этих условиях актуальным становятся проблемы когнитивного ! анализа развития ситуации, учета фактора неопределенности при принятии решения, оптимального распределения ресурсов, привлекаемых для ликвидации ЧС и оценки темпов использования этих ресурсов.

Таким образом, объектом научных исследований должны быть не только оценка риска возникновения ЧС, характеристики и свойства, как объекта управления ликвидации ЧС, но и сам процесс организации управления связанным со сбором информации о состоянии критически важного, потенциально опасного объекта муниципального образования и региона в повседневной деятельности, угрозы возникновения и возникновения ЧС, ее оценки и принятия управленческого решения и доведения информации об угрозе ЧС и мерах по предупреждению и ликвидации ЧС природного, техногенного характера, в том числе террористических актов до населения, проживающего вблизи опасных объектов.

Решение проблемы принятия решений по организации защиты населения в повседневной деятельности, угрозе и совершении ЧС на опасном объекте, необходимо исследовать как сложный динамический объект, ее характеристики и свойства как объекта управления, процесс организации управления в условиях постоянного сбора информации через систему многоступенчатого комплексного мониторинга, как основы создания систем информационной поддержки принятия решения в условиях повседневной деятельности, угрозы и совершения ЧС, в том числе террористического характера на основе моделирования. Методология системных исследований сложных динамических систем и управления в условиях угрозы и возникновения ЧС характеризуется неопределенностью характерной для ЧС и требует оперативного принятия решения с учетом объектового, муниципального и регионального аспекта.

Цель работы - создание комплексной системы безопасности на критически важном объекте (КВО), потенциально опасном объекте (ПОО), в муниципальном образовании и регионе на основе комплексной многоступенчатой системы мониторинга, ее сопряжении с дежурно-диспетчерскими службами (ДДС), единой дежурно-диспетчерской службой (ЕДДС) муниципальных образований, локальными системами оповещения (ЛСО), муниципальными и региональными информационными центрами в рамках Общероссийской комплексной системы информирования и оповещения населения (ОКСИОН), силами и средствами реагирования Российской системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС) различного уровня.

Для достижения цели исследований решались задачи:

1) системного анализа аварийных ситуаций, оценки риска возникновения ЧС на критически важном, потенциально опасном объектах и на их основе определение защищенности опасного объекта для ранжирования территории по опасности;

2) определены подходы и методы оценки риска возникновения ЧС природного, техногенного и террористического характера для критически важных, потенциально опасных объектов, муниципального образования и региона;

3) разработаны основные аспекты создания комплексной многоступенчатой системы безопасности зданий и сооружений, критически важного объекта (КВО), муниципального образования и региона. Предложен принцип создания локальной системы оповещения критически важного объекта, разработана система организации различных видов мониторинга в районах размещения критически важного, потенциально опасного объектов;

4) рассмотрена структура и принципы построения автоматизированной информационно-управляющей системы (АИУС) критически важного, потенциально опасного объектов, муниципального образования и центра управления в кризисных ситуациях (ЦУКС) региона;

5) предложен вариант работы комиссии по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций и обеспечению пожарной безопасности (КЧС и ОПБ) муниципального образования и региона при аварии на химически опасном объекте и при перевозке агрессивно химических отравляющих веществ (АХОВ).

Предметом исследования является комплексная система безопасности, созданная на основе многоступенчатой комплексной системы мониторинга, сопряженной с ДДС критически важных, потенциально опасных объектов, ЕДДС-01, ЛСО, муниципальными и региональными информационными центрами в рамках ОКСИОН и силами реагирования РСЧС различного уровня на территории Удмуртской Республики.

Объектом исследования является методология и принципы обеспечения комплексной безопасности.

Методы исследования. Выполненные задачи потребовали использования математических методов и подходов - теории графов, теории системного анализа, теории статистических методов обработки результатов экспериментов. При выполнении практических и экспериментальных работ использовалась теория эксперимента, теория оценки рисков, логические шкалы измерений.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается экспериментальными исследованиями и апробацией созданных систем безопасности на потенциально опасных объектах, в муниципальных образованиях и регионе.

На защиту выносятся:

1. Системный анализ аварийных ситуаций на критически важных, потенциально опасных объектах, алгоритм по оценке рисков возникновения ЧС для ранжирования территории по опасности.

2. Основные подходы и методы по оценке риска возникновения ЧС техногенных и природных аварийных ситуаций.

3. Комплексная многоступенчатая система безопасности на критически важных, потенциально опасных объектах, муниципального и регионального уровня.

4. Функциональная структура подсистемы принятия решения по обеспечению комплексной системы безопасности критически важного, потенциально опасного объекта, муниципального образования и региона.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

1) разработан и внедрен алгоритм оценки риска возникновения ЧС на критически важном, потенциально опасном объектах, муниципальном образовании и регионе в условиях угрозы и возникновения ЧС природного, техногенного характера и террористических актов;

2) разработаны методические основы по оценке риска возникновения ЧС природного и техногенного характера на критически важных, потенциально опасных объектах;

3) предложена структура комплексной системы безопасности критически важного, потенциально опасного объектов, муниципального образования и региона;

4) изложены принципы управления многоступенчатой системой комплексной безопасности химических объектов, муниципальных образований и региона;

5) определена методология обеспечения комплексной безопасности региона, муниципального образования и опасных объектов.

Практическая значимость исследования заключается в:

1) создании механизма по независимой оценке рисков угрозы и возникновения ЧС природного, техногенного и террористического характера на территории Удмуртской Республики;

2) разработке методических основ по оценке риска возникновения ЧС природного и техногенного характера на критически важных, потенциально опасных объектах;

3) разработке и внедрении практических рекомендаций по созданию автоматизированных рабочих мест операторов ДДС опасных объектов, ЕДДС-01 муниципальных образований, ЦУКС региона для контроля в режиме реального времени состояния основных компонентов окружающей среды и своевременного реагирования на происшедшие изменения;

4) создании комплексных систем безопасности критически важных, потенциально опасных объектов, муниципального образования, региона, которые позволят практически реализовать Федеральный закон «О защите населения и территорий», значительно повысить защищенность работающего персонала опасных объектов, населения, проживающего вблизи данных объектов, сельскохозяйственных животных и растений, природных комплексов, в том числе флоры и фауны;

5) реализации возможностей интегрировать усилия разобщенных различных ведомственных средств надзора и контроля по своевременному выявлению аварийных ситуаций на критически важных, потенциально опасных объектах, объектах с массовым пребыванием людей муниципальных образований и региона, минимизировать привлечение сил и средств по локализации и ликвидации ЧС;

6) минимизации (на порядки) расходов на предупреждение и ликвидацию ЧС и экологических катастроф и значительном сокращении времени на проведение мероприятий по локализации и ликвидации ЧС.

Реализация работы в производственных условиях.

Опыт, приобретенный в ходе командно-штабных учений 1997 г., 1998 г., 1999 г., 2000 г., 2002 г., 2005 г., 2006 г., 2007 г., и полученные результаты использованы при разработке и согласовании зоны защитных мероприятий (ЗЗМ), подготовке Постановления Правительства Удмуртской Республики №229 и Распоряжения Правительства Удмуртской Республики №1314, создания службы ЕДДС-01, ЦУКС региона, методических пособий: работы КЧС и ОПБ, организации применения мобильного пункта управления (МПУ), противодействия терроризму, монография «Комплексная многоступенчатая система безопасности критически важных, потенциально опасных объектов» и другие методические материалы позволяют готовить в созданном Институте гражданской защиты и пожарной безопасности высококвалифицированных специалистов по безопасности жизнедеятельности и защиты в ЧС.

Внедрение результатов работы в практику. Объектовый уровень стационарной системы мониторинга воздушной среды внедрен на предприятии ЗАО «Ижмолоко» в 1997-1998 годах, что подтверждено актом внедрения системы «ЭКОАРТ» на ЗАО «Ижмолоко» от 21.03.2001 года. Комплексная многоступенчатая система мониторинга внедрена на объекте уничтожения химического оружия (ОУХО) (объект 1281) г.Камбарка, технико-экономическое обоснование проекта (ТЭО) «Строительство промышленной зоны ОУХО в Камбарском районе Удмуртской Республики», ФГУП Союзпром НИИ проект т.21 Москва, 2003. Аналогичная система спроектирована на объекте уничтожения химического оружия (объект 1283) пгт. Кизнер ТЭО проекта «Строительство промышленной зоны объекта уничтожения химического оружия (ОУХО) в пгт.Кизнер Удмуртской Республики», что подтверждено актом внедрения результатов диссертации Габричидзе Т.Г. «Комплексная многоступенчатая система безопасности критически важных, потенциально опасных объектов» от 15.01.2008 г., а также данная система контроля и сигнализации превышения концентрации химически опасных веществ и система оповещения о ЧС на территории объекта принята в ТЭО на строительство комплекса по утилизации ракетных двигателей твердого топлива межконтинентальных баллистических ракет стратегического назначения по технологии корпорации «Локхид-Мартин» США в Воткинском районе Удмуртской Республики (Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны, мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций, том 12), подтверждается актом внедрения результатов исследований Габричидзе Т.Г. от 5.04.2001 г. № 143-36.

Опыт, приобретенный в проведенных КШУ гражданской обороны на тему «Организация взаимодействия сил и средств Удмуртской территориальной подсистемы Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, взаимодействующих частей Министерства обороны и частей гражданской обороны МЧС России при пожаре и террористических актах на базе хранения отравляющих веществ в г. Камбарке» в сентябре 1997 г. и на учениях в июне 1998 г., использован при проведении командно-штабной тренировки межведомственной комиссии по предупреждению ЧС Правительства РФ, а также на последующих учениях в октябре 1999 г. в пгт. Кизнер и в 2000 г. в пос. Пугачево Удмуртской Республики. Полученные результаты использованы при разработке и согласовании зоны защитных мероприятий, которые были в дальнейшем утверждены Постановлением Правительства РФ №329, № 330 от 12.04.2000 г.

На основе опыта проведенных КШУ органов управления и сил, предназначенных для ликвидации последствий ЧС на ОУХО в г.Камбарка на тему «Действия органов управления и сил Удмуртской территориальной подсистемы РСЧС, взаимодействующих силовых структур при аварии на объекте хранения химического оружия и ликвидации ее последствий» и проведенного семинара «Государственный мониторинг объекта хранения и уничтожения химического оружия в г.Камбарка Удмуртской Республики» МЧС Удмуртской Республики подготовлено и принято Постановление Правительства Удмуртской Республики №229 от 1 сентября 2003 г. «Об организации комплексного государственного мониторинга окружающей среды и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера на территории Удмуртской Республики», подтверждается актом о внедрении результатов диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук «Комплексная многоступенчатая система безопасности критически важных, потенциально опасных объектов» от 9.04.2008 г.

В ходе проведенной командно-штабной тренировки с комиссией по чрезвычайным ситуациям и обеспечением пожарной безопасности при Правительстве Удмуртской Республики 29 октября 2003 г. по теме: «Организация взаимодействия сил и средств территориальной подсистемы РСЧС Удмуртской Республики при угрозе и возникновении ЧС на объекте хранения химического оружия» было подготовлено и принято Распоряжение Правительства Удмуртской Республики от 14 октября 2004 г. №1314-р «О совершенствовании мониторинга перевозок аварийных химически опасных, пожароопасных веществ, обращающихся на территории Удмуртской Республики». Подготовлено и издано учебное пособие «Противодействие терроризму».

На основе опыта проведенного совместного тактико-специального учения на местности с участием органов военного управления и исполнительной власти в области защиты населения и территории от ЧС на базе объекта уничтожения химического оружия в г.Камбарка 18 ноября 2005 г. по теме: «Организация взаимодействия органов управления, сил и средств единой государственной системы предупреждения и ликвидации ЧС при угрозе и совершении террористического акта на объекте уничтожения химического оружия» в республике создана система видеонаблюдения во всех категорированных городах и интегрирована в систему ЕДДС-01 центра управления в кризисных ситуациях, что подтверждается актом о внедрении результатов диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук «Комплексная многоступенчатая система безопасности критически важных, потенциально опасных объектов» от 15.05.2008 г.

Опыт учений в октябре 2006 г. в пгт.Кизнер на объекте хранения химического оружия (химия - антитеррор) по теме: «Совершенствование навыков организации и проведения на ОХХО в пгт.Кизнер Удмуртской Республики мероприятий по предупреждению и пресечению диверсионно-террористических актов и их последствий», в июне 2007 г. в г.Глазове на Чепецком механическом заводе под условным названием «Атом 2007» по теме: «Организация пропускного режима и состояние мер по антитеррористической защищенности ОАО «Чепецкий механический завод» при угрозе и совершении террористического акта» позволили совершенствовать систему реагирования РСЧС всех уровней, подтверждается актом, подтверждается актом о реализации результатов диссертационной работы на соискание ученой степени доктора технических наук Габричидзе Т.Г. «Комплексная многоступенчатая система безопасности критически важных, потенциально опасных объектов» от 22.05.2008 г. № 654/18-4.

Системный анализ аварийных ситуаций на критически важных, потенциально опасных объектах, оценка риска для людей при аварийных ситуациях, система мониторинга окружающей среды вокруг потенциально опасного объекта, особенности организации биомониторинга в районах размещения критически важных, потенциально опасных объектов, ранжирование территории региона в соответствии с характеристиками критически важного, потенциально опасного объекта внедрены при выполнении НИР и разработке следующих документов:

- НИР «Разработка нормативных документов по внедрению в Российской Федерации системы независимой оценки рисков» (п.3.1.2 Единого тематического плана НИОКР МЧС России на 2007 год);

- НИР «Исследование влияния рисков и угроз возникновения природных и техногенных катастроф на условия жизнедеятельности населения и экономический потенциал страны» (п.3.2.1 Единого тематического плана НИОКР МЧС России на 2007 год);

- НИР «Комплексный анализ паспортов безопасности территорий субъектов Российской Федерации, муниципальных образований и потенциально опасных объектов и разработка предложений по их совершенствованию и увязке с региональными программами по снижению риска чрезвычайных ситуаций и планами социально-экономического развития территорий различного уровня» (п.3.1.15 Единого тематического плана НИОКР-2007);

- ряд сегментов разработанной соискателем информационно-упраляющей системы (АИУС) комплексной системы безопасности критически важных, потенциально опасных объектов используется в качестве элементов Центра поддержки принятия решений для подготовки аналитических и информационно-справочных материалов.

Все проведенные мероприятия позволили составить основу для разработки комплексных систем безопасности на основе многоступенчатой системы мониторинга, ее сопряжением с дежурно-диспетчерской службой объекта, ЕДДС-01 муниципального образования, локальными системами оповещения, муниципальными информационными и региональным центрами в рамках ОКСИОН, Центрами управления в кризисных ситуациях региона, силами и средствами реагирования РСЧС различных уровней и подтверждены патентами: 01 2 ДОМ 07.10.2005.282703 «Способ экологического мониторинга химически опасных объектов», 01 2 ДОМ 14.10.2005.281003 «Способ экологического мониторинга химически опасных объектов», RV N2303780C2 «Способ экологического мониторинга объектов уничтожения химического оружия».

Результаты исследований внесли важный вклад в решение проблемы обеспечения комплексной безопасности критически важных, потенциально опасных объектов от угроз ЧС техногенного, природного характера, а также террористических актов.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на: Вторых публичных слушаниях по проблеме уничтожения химического оружия «Национальная организация международного Зеленого Креста в России» (г.Ижевск, 13-17 мая 1996 г.), Третьих публичных слушаниях по проблеме уничтожения химического оружия (г.Курган-Щучье, 1997 г.), Четвертых публичных слушаниях по проблеме уничтожения химического оружия (г.Ижевск-Кизнер, 1998 г.), I Всероссийской научно-практической конференции «Единые дежурно-диспетчерские службы. Опыт, проблемы, перспективы» (г.Москва, 1999 г.), научно-практической конференции руководящего состава Приволжского региона (г.Йошкар-Ола, 1999 г.), Первой Всероссийской научно-практической конференции ВНИИ ГОЧС (г.Москва, 1999 г.), Всероссийском учебно-методическом сборе по подведению итогов деятельности РСЧС (г.Москва, 2000 г.), II Всероссийской конференции «Химическое разоружение - 2000. Экология и технология. CHEMDET - 2000» (г.Ижевск, 2000 г.), межрегиональной научно-практической конференции «Химическое разоружение: Природа. Человек. Право» (г.Ижевск, 2000 г.), Первой межрегиональной научной конференции по проблеме уничтожения химического оружия (г.Киров, 2000 г.), научно-практической конференции ВЦМП МЧС России (г.Москва, 2000 г.), учебно-методическом сборе с руководящим составом Приволжского региона (г.Киров, 2001 г.), семинаре Центра экологических исследований УдГУ (г.Ижевск, 2001 г.), Всероссийском научно-техническом семинаре (г.Ижевск), рабочем совещании «Организация государственного надзора за функционированием объектов по уничтожению химического оружия, взаимодействие элементов государственного мониторинга и контроля с системой производственного экологического мониторинга» (г.Москва, 2002 г.), Всероссийской научно-практической конференции (г.Камбарка, 14-15 ноября 2005 г.), научно-практической конференции «Региональные аспекты уничтожения химического оружия в Удмуртской Республике» (г.Ижевск, 22 ноября 2006 г.), 6-ой международной специализированной выставки «Пожарная безопасность XXI века» и 5-ой международной специализированной выставки «Охранная и пожарная автоматика» (г.Москва, 2007 г.), 3-ей международной научной конференции - 5-ой секции защиты в ЧС мирного и военного времени (г.Минск, 23-24 мая 2007 г.), коллегии Приволжско-Уральского регионального центра МЧС России (г.Ижевск, ноябрь 2007 г.), Европейская международная научная конференция «NDT Days in Prague 2007» (г.Прага,7-9 ноября 2007 г.), Всероссийской конференции «Высокие апитехнологии и апикультура» (г.Ижевск, 27-30 ноября 2007 г.), научно-практических конференциях ВНИИ ГОЧС МЧС России (г.Москва, 6 декабря 2007 г., 4 апреля 2008 г., 15 мая 2008 г.), IV международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2008» (г.Новосибирск, 22-24 апреля 2008 г.), на конференциях ИжГТУ «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства».

Публикации

Основные научные результаты по теме диссертации опубликованы в 84 научных работах, в том числе 68 статей в журналах и сборниках и 7 научно-технических отчетах. Из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 17.

Структура и объем работы

Диссертация содержит введение, 4 главы и заключение, списки использованных литературных источников и нормативных правовых актов, содержащих 182 наименования и 4 приложения. Диссертация содержит 54 рисунка и 14 таблиц, общий объем работы 290 страниц машинописного текста. В приложении к диссертации приведены акты об использовании результатов работы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, определена новизна и практическая значимость работы.

Первая глава посвящена анализу проблемы обеспечения комплексной безопасности критически важных и потенциально опасных объектов от угроз техногенного, природного характера и террористических актов.

В главе проведен системный анализ аварийных ситуаций на критически важных, потенциально опасных объектах с учетом возникновения аварийных ситуаций:

1) связанных с «ошибкой операторов» 1•10-4•год-1;

2) «отказом технологического оборудования» 5•10-4•год-1 которые отнесены к внутренним факторам возникновения ЧС в повседневной деятельности.

Из внешних факторов возникновения ЧС рассмотрены:

1) ураганы, смерчи с вероятностью возникновения 5•10-6•год-1;

2) землетрясения с вероятность возникновения 10-11-10-12•год-1;

3) падение метеорита с частотой события 1,84•10-10•год-1;

4) противоправные действия с вероятностью события, как обстрел территории 5,1•10-6•год-1 и вооруженное нападение с вероятностью 5•10-2•год-1, что вызовет возникновение таких аварийных ситуаций как пожары, разрушения объектов, зданий, систем, подвижных и других объектов жизнеобеспечения, которые будут в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации «О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» от 21.05.2007 г. будут представлять по типу как локальные, муниципальные, межмуниципальные, региональные, межрегиональные и федеральные.

Система сбора и обработки информации включает силы и средства более чем 25 контрольных мониторинговых систем различных министерств и ведомств, которые обеспечивают комплексные наблюдения за уровнем загрязнения воздуха, воды, почвы и биоты, другие осуществляют контроль гидрометеорологической и геофизической обстановки в интересах выявления предвестников природных катастроф, признаков техногенных аварий - прогноза таких явлений, как ядерные взрывы и их последствия, промышленные взрывы, землетрясения, извержения вулканов, аномальные градиенты температур имеющие место при пожарах, засухах и морозах, крупномасштабные атмосферные вихри, возмущения в водной среде, магнитные бури, лидарное зондирование выбросов АХОВ и их перемещения в атмосфере. Включение в единую систему сил и средств большого количества ведомств обуславливает наличие широких возможностей по решению задач комплексного мониторинга с иерархической структурой сбора, обработки и выдачи информации (Рис. 1) по уровням объектовый, муниципальный, межмуниципальный, региональный, межрегиональный и федеральный с единой базой данных по всем элементам, планами действий на всех уровнях для принятия решений по организации действий по защите от ЧС, позволяющей создать систему немедленного реагирования на угрозу и возникновение ЧС на опасных объектах (Рис. 2).

угроза техногенный природный террористический



Рис. 1. Иерархичность информационной системы мониторинга

Рис. 2. Система немедленного реагирования на угрозу и возникновение ЧС для объекта уничтожения ХО

Рассмотрены элементы экономического анализа риска возникновения ЧС на опасном объекте по критериям «стоимость-безопасность-выгода» (Рис. 3) и возможный вариант схемы контроля КЧС и ОПБ за безопасностью при отсутствии нормативно-правовой базы по гражданской ответственности за причинение вреда при эксплуатации опасного объекта в результате недобросовестной оценки риска возникновения ЧС на опасном объекте, его поражающих факторов и принятия мер по предупреждению ЧС в повседневной деятельности при угрозе и возникновении ЧС.

Рис. 3. Комплексная система безопасности на опасном объекте

Реализация указанных функций будет обеспечена при условии, что единая государственная система безопасности будет строиться по иерархическому принципу с опорой на территориальную и ведомственную систему стационарных и подвижных пунктов первичной информации, основанных на использовании контактных и дистанционных методов обнаружения, идентификации и контроля вредных веществ, а также различного рода явлений и процессов, определяющих состояние окружающей природной среды, возможность возникновения и развития ЧС, созданием комплексных систем безопасности объекта, муниципального образования, региона, федерального центра в основу которой положена система комплексного, многоступенчатого мониторинга опасных объектов, сопряженных с ДДС объектов, ЕДДС-01 муниципальных образований, ЦУКС региона, Национальным центром управления в кризисных ситуациях МЧС России, локальными, территориальными сетями оповещения, системой ОКСИОН, силами и средствами реагирования РСЧС различного уровня (Рис.4).

Рис. 4. Структурная схема единой системы контроля и реагирования на ЧС

Выводы: Рассмотрены основные проблемы обеспечения комплексной безопасности опасного объекта, проведен системный анализ аварийных ситуаций на опасных объектах, предложен иерархический принцип построения комплексной системы мониторинга в сопряжении с дежурно-диспетчерскими службами, локальными системами оповещения, силами реагирования РСЧС различного уровня.

Вторая глава посвящена разработке методологических основ по оценке риска возникновения ЧС в зависимости от географического и временного факторов.

Степень угрозы для жизнедеятельности населения на рассматриваемой территории зависит от степени ее опасности, а также географического и временного факторов. Безопасность населения, различных объектов и окружающей среды при возможных техногенных авариях и природных катастрофах, - в условиях чрезвычайных ситуаций (ЧС), - устанавливают оценкой риска для отдельного предприятия или территории в сравнении с соответствующими нормативными параметрами.

Поражение опасностью объекта, оцениваемое различными показателями и характеризуемое тесной связью различных опасностей с объектами - реципиентами опасностей, по А.Л.Рагозину, отражает категорийное понятие риска, проиллюстрированное схемой на рис. 5.

Рис. 5. Схема формирования риска от внешней опасности: Р(Н) - вероятность возникновения опасности H с определенными параметрами за определенное время, P(F|H) - уязвимость объекта от опасности Н, P(H)-P(F|H) -риск определенных потерь объекта за определенное время, обусловленный опасностью Н на территории D

Согласно данной схеме, оценка различных типов риска от одномоментных и перманентных опасных природных и техногенных процессов может осуществляться по формуле

R0(H) = P(F|H)•D, (1)

P(F|H) = P*(H)• P(S|H)• P(T|H)• P(Q|H), (2)

где R0(H) - комбинированный риск от опасности H в любой сфере фиксации потерь; Р*(Н) - частота возникновения этой опасности, числено равная ее статистической вероятности; P(S|H) и Р(Т|Н) -вероятности поражения объекта опасностью Н в пространстве и во времени; Р(Q|Н) - степень уязвимости (вероятность поражения, разрушения, гибели и т. п.) объекта при событии H; D - площадь, стоимость, численность населения и другие подобные общие показатели оцениваемого объекта; P(F|H) - вероятность отказа (повреждения, разрушения, гибели и т. п.) объекта при воздействии опасности; R - общая уязвимость объекта для этой опасности.

Оценке аварийного риска обычно предшествует построение логической схемы развития аварии - последовательности событий, приводящей, в конечном счете, к аварии. В качестве таких алгоритмов - графов состояния используют дерево событий и дерево неполадок (отказов), в которых учитывают возможные инициирующие события и варианты развития событий.

Значения допустимого (приемлемого) риска также устанавливают нормативными документами. Например, согласно ГОСТ Р.12.3.047-98, пожарная безопасность технологических процессов считается безусловно выполненной, если индивидуальный риск меньше 10-8, а социальный риск меньше 10-7.

Эксплуатация технологических процессов является недопустимой, если индивидуальный риск больше 10-6 или социальный риск больше 10-5. Эксплуатация технологических процессов при промежуточных значениях риска может быть допущена после проведения дополнительного обоснования, в котором будет показано, что предприняты все возможные и достаточные меры для уменьшения опасности.

Параметры поражающих факторов зависят от видов ЧС, то есть от типов опасных процессов, приводящих к последствиям, различающимся как масштабами, так и видом. При оценке степени поражения человека, повреждения или разрушения какого либо объекта при ЧС используют законы поражения, представляющие зависимость вероятности поражения от интенсивности поражающих факторов, воздействия, изменяющейся с расстоянием от источника опасностей, то есть в функции координат.

Вероятность случайных событий формализуют с помощью функций распределения, являющихся полными характеристиками случайных величин. Функция распределения F(Ф) случайной величины интенсивности Ф воздействия поражающего фактора, характерного для рассматриваемой ЧС, есть вероятность того, что значение Ф в точке с координатами x,у примет значение не выше заданной величины Ф3

F( 3(x,y))=( ? 3), (3)

При построении модели полагается, что функция распределения F(Ф) непрерывных случайных величин дифференцируема по всей области значений, и следовательно плотность вероятностей f(Ф) определяется производной f(Ф) = dF(Ф)/dФ, F(Ф) - функция монотонно неубывающая, F(-?) = 0, F(+?) = 1 и выражается через плотность вероятностей интегралом

Экспериментальные функции распределения и плотности вероятности представляют в дискретной форме в виде гистограмм. При преобразовании плотности вероятности в непрерывную функцию подбирают подходящую стандартную функцию.

Расчетные случаи для машинной реализации в геоинформационной системе (ГИС) можно свести к следующим моделям воздействий:

1. Фиксированы координаты центра очага опасности, интенсивность или мощность и время воздействия. Модель характерна для условий свершившейся ЧС.

2. Определена функция распределения F(Фi) или плотность распределения f(Фi) случайных величин Фi характерных для конкретной ЧС.

3. Обобщенная модель, полученная статистической обработкой эмпирических данных, обычно в виде таблиц и карт. Например, опасности наводнений, сильных ветров, лесных пожаров.

4. Карты районирования территорий по опасностям, основанные на наблюдениях и заблаговременно проведенных расчетах.

На основе гистограммы может быть построена зависимость f[Фi(х,у)] i-го параметра поражающего фактора Фi для точки с координатами х,у. Укрупненная блок-схема алгоритма расчета плотности распределения вероятности для полей опасности, зависящих от скорости и направления ветра, приведена на рис. 7.

Рис. 7. Укрупненная блок-схема определения плотности распределения вероятности полей опасности с учетом ветров

Функции f(Ф) и F(Ф) природных опасностей получают на основе статистической обработки результатов наблюдений за опасными событиями. Для примера на рис. 8 приведены функции f(I) и F(I) интенсивности I землетрясений

Рис. 8. Плотность вероятности и функция распределения интенсивности землетрясения для Алтая-Саянского и Прибайкальского регионов

При оценке последствий ЧС применяют законы разрушения, устанавливаемые на основе экспериментальных данных или прочностных расчетов и аппроксимируемые подходящими стандартными распределениями.

Применяют законы разрушения двух типов: вероятности наступления не менее определенной степени разрушения сооружения PAi(Ф) (рис. 9а) и вероятности наступления определенной степени разрушения сооружений PBi(Ф) (рис. 9б).

Рис. 9. Общий вид законов разрушения сооружений i-й степени

В основном, законы разрушения сооружений от воздействий поражающих факторов получают анализом и обобщением статистических материалов (представительных выборок).

Идентификация закона разрушения использованием статистических данных выполняется на основе некоторой гипотезы о соответствии возможному стандартному (теоретическому) распределению и вычислении вероятности ее приемлемости. При превышении этой вероятностью уровня значимости данная гипотеза считается не противоречащей эксперименту и, следовательно, принимается, причем степень соответствия устанавливается по критерию согласия, например с применением критерия ч2. Иначе выдвигается и проверяется другая гипотеза.

Статистические оценки теоретических распределений определяют при помощи моментов эмпирических распределений. Основные характеристики (статистики) выборки из п элементов хi - начальный момент первого порядка (арифметическое среднее) х и второй центральный момент (дисперсия) у2 или среднее квадратическое отклонение у:

При определении вероятности наступления определенной степени разрушения сооружений используется теорема о полной группе т событий

Учитывается, что после воздействия поражающего фактора сооружение может быть в одном из т несовместных событий: оказаться неповрежденным (событие В0) или получить i-ю степень разрушения (В1). Вероятности PBi определенной степени разрушения определяются из соотношений

PBm() = PAm(),

PBi () = PAi() - PAi+1(), (8)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

PB2 () = PA2() - PA3(),

PB1 () = PA1() - PA2(),

PB0 () = PA0() - PA1(),

где РAi(Ф) - вероятности не менее i-й степени разрушения.

Под законом поражения понимают зависимость вероятности поражения людей от интенсивности поражающего фактора.

Для примера, на рис. 10 приведены законы поражения людей при мощном взрыве, когда поражающее действие определяется избыточным давлением на фронте воздушной ударной волны (Ф = ДРФ).

Рис. 10. Общий вид параметрических законов поражения людей в зданиях: 1 - общие потери, 2 - безвозвратные потери

Примером параметрических законов поражения людей может служить обобщенная функция одного аргумента Р(Ф), основанная на нормальном распределении и являющаяся количественной мерой воздействия на человека различных поражающих факторов, например ударной волны аварийных взрывов, тепловой энергии, токсической нагрузки, радиационного облучения.

В зависимости от решаемых задач риск можно представить в виде математического ожидания ущерба определенного вида за год или частоты наступления неблагоприятного события за год.

В первом случае риск R определяется произведением H*U, в которой Н частота наступления ЧС (число аварий, катастроф за год), U - потенциальный ущерб от конкретной ЧС. Размерность риска согласуется с характером ущерба и имеет вид [ущерб/год].

Во втором случае риск R определяется как разность H - Р, где Н - вероятность наступления ЧС за год; Р - вероятность наступления неблагоприятного события при условии, что случилась ЧС. Размерность риска в данном случае [1/год].

Наиболее приемлемым критерием оценки степени опасности для жизни персонала объектов и рядом расположенного населения может служить индивидуальный риск, определяемый как вероятность смертельного исхода на объекте за год в результате аварии или при стихийном бедствии. Этот показатель включает произведение частоты ЧС на вероятности их последствий. Коллективный риск составляет произведение индивидуального риска на число людей в опасной зоне.

В настоящее время ведутся исследования по нормированию рисков. В практике проектирования нефтепроводов в качестве критериев допустимости уровня индивидуального риска R рассматриваются три области:

R менее 5,0?10-5 - область малых рисков; мер по их снижению не требуется;

R от 5,0?10-5 до 10-3 - область, требующая принятия определенных мер по снижению рисков, с учетом экономической (финансовой) целесообразности этих мер;

R более 10-3 - область недопустимого риска, требующая обязательного выполнения мер по его снижению, невзирая на размер финансовых затрат.

Рассмотрим подробнее методологию оценки индивидуального риска, ориентированную на применение ГИС-технологий. Важными элементами этой методологии являются рассмотренные выше модели воздействия, законы разрушения и поражения.

Индивидуальный риск в пределах населенного пункта с территорией SZ для масштабных природных опасностей типа землетрясений, наводнений, цунами может определяться по формуле

где H - частота возникновения природной опасности; Ф - интенсивность поражающего фактора для рассматриваемой ЧС; F(Ф) - плотность распределения интенсивности поражающего фактора; Р(Ф) - параметрический закон поражения людей; ШL(t) - функция, учитывающая размещение людей в зданиях в зависимости от времени, Ш(x,y) - от координат.

Индивидуальный комплексный риск с учетом возможного поражения людей при всех (п) ЧС, характерных для объекта или территории, может быть определен по формуле

Учитывая, что значения рисков по величине очень малы, комплексный риск можно определить суммированием рисков от отдельных опасностей.

Укрупненная блок-схема оценки комплексного индивидуального риска

Блок-схема оценки риска включает процедуры (Рис. 11):

подготовки исходных данных;

выбора параметров моделей воздействия;

выбора законов поражения;

расчета математического ожидания потерь по видам опасности с учетом воздействия поражающих факторов каждого источника рассматриваемого вида опасности;

оценки индивидуального риска от отдельного вида опасности;

оценки комплексного индивидуального риска.

Рис. 11. Укрупненная блок-схема оценки комплексного индивидуального риска

Индивидуальный риск в целом по области, в пределах которой возможно поражение людей, определяется по формуле

Оценка индивидуального риска на химически опасных объектах.

С учетом выражения (9) оценка индивидуального риска на химически опасных объектах проводится по формуле

где Н - вероятность аварии в течение года, N - численность населения.

Оценка индивидуального риска на радиационно-опасном объекте, сейсмического риска, риска от ураганов и сильных ветров, лесных пожаров, наводнений, снежных лавин, селей, вулканов, цунами используется при прогнозировании опасностей и последствий ЧС и состоит из оперативного и долговременного прогноза.

Оперативный прогноз.

В случае оперативного прогноза, когда интенсивность и координаты места аварии или катастрофы известны, определяются параметры поля интенсивности поражающего фактора и вероятностей получения сооружениями степени повреждения при условии воздействия заданной интенсивности поражающего фактора, согласно соответствующему параметрическому закону разрушения.

Прогнозирование числа пострадавших людей при авариях на объекте представляет основу информации, используемой при разработке организационно-технических мероприятий по смягчению последствий ЧС и уменьшению потерь

При аварийных выбросах топлив с образованием и взрывом облаков ГВС, при радиационных и химических авариях с выбросом радиоактивных и токсичных веществ следует учитывать движение облаков, содержащих продукты сгорания, радиоактивные или ядовитые вещества под влиянием ветра, то есть дрейф облаков и годовую повторяемость направлений ветра - розу ветров.

Ветровые условия конкретизируем двумя случайными величинами - направлением б и скоростью н ветра с плотностью распределения f(б,н). Данную функцию можно представить поверхностью распределения рис. 12, горизонтальные сечения которой ограничены кривыми равных плотностей (горизонтали поверхности распределения).

В случае аварийной ситуации при выбросе необходимо оперативно следить за движением воздушных масс с целью принятия решения по защите населения от вредного воздействия, а также с целью метрологического и топографического подтверждения воздействия опасных химических веществ в концентрациях выше ПДК и допустимых биодоз (доза-эффект) на территориях которые подверглись воздействию отравляющих веществ.

Рис. 12. Геометрическая интерпретация распределения системы двух случайных величин

Последнее необходимо для официального документирования происшедшей аварии. Это позволит обеспечить объективность предоставления населению возмещения ущерба за риск здоровью, за экологическое воздействие на территорию, за воздействие отравляющих веществ на организм, гарантирует соблюдение имущественных прав в случае отчуждения собственности и т.п. Это определяется Федеральными законами «Об уничтожении химического оружия», «Об охране окружающей среды», проектом закона «Об обязательном страховании гражданской ответственности за причинение вреда при эксплуатации опасного объекта».

Для этого система мониторинга должна обеспечивать дистанционное отслеживание движения зараженных масс воздуха с вычислением ряда основных параметров: время движения облака, координаты участка территории по движению облака, динамику концентрации ОВ в облаке (Рис. 13). При этом определяется максимальная концентрация отравляющих веществ Pmax. По координатам участка x,y определяется время начала движения облака (t1) и его окончательного рассеяния (t2) при концентрациях ниже предельной допустимой концентраций (ПДК), динамика изменения концентрации ОВ по времени P(t) и по координатам t(x,y).

Рис. 13. Движение облака отравляющих веществ над территорией ЗЗМ

Долговременный прогноз.

Для данной модели вводится распределение интенсивностей f(Ф) поражающего фактора Ф и условная вероятность разрушения сооружений Р*d(Ф) со степенью d при значении поражающего фактора Ф. Вероятность одновременного наступления двух указанных событий для элементарного интервала ДФ равна

Pd(Ф) = P*d(Ф)•f(Ф(x,y))ДФ (13)

Предложен вариант определения уровня защищенности опасного объекта в зависимости от степени риска возникновения ЧС (Рис. 14), в результате разработан алгоритм определения уровня возникновения ЧС на опасном объекте с определением уровня защищенности от природного, техногенного и террористического характера ЧС (Рис. 15) при выполнении основных мероприятий защиты опасного объекта, предложена методика расчетов по показателям возникновения ЧС характеризующих ее масштабы и на ее основе ранжирование территории по риску при авариях на пожаровзрывоопасных и химически опасных объектах в Приволжско-Уральском регионе (табл. 1).

Рис. 14. Предлагаемый вариант уровня защищенности опасного объекта в зависимости от степени риска возникновения ЧС



Рис. 15. Алгоритм определения риска возникновения ЧС на опасном объекте по уровню защищенности от угроз природного, техногенного и террористического характера

Таблица 1. Ранжирование территорий по риску возникновения ЧС на химически опасных объектах

№ п/п	Территория	Кол-во ХОО	Население в ЗВЗ, тыс.чел.	Вероятность аварии, год-1	Риск гибели, год-1	Вероятность возникновения аварийных ситуаций в течение года не превышает 10-6год-1 на чел.	Степень защищенности территории
1	Свердловская область	181	2385,0	0,38	0,088	10-3год-1	Низкая
2	Нижегородская область	145	1000,0	0,3	0,07	10-3год-1	Низкая
3	Республика Татарстан	112	1781,6	0,235	0,054	10-3год-1	Низкая
4	Челябинская область	103	2391,9	0,216	0,049	10-4год-1	средняя
5	Оренбургская область	87	827	0,183	0,042	10-4год-1	средняя
6	Пермская область	74	667	0,155	0,035	10-4год-1	средняя
7	Саратовская область	68	871,2	0,143	0,032	10-4год-1	средняя
8	Пензенская область	67	827	0,140	0,032	10-4год-1	средняя
9	Курганская область	64	461,7	0,013	0,031	10-4год-1	средняя
10	Республика Башкортостан	61	930	0,128	0,029	10-4год-1	Средняя
11	Самарская область	58	1870	0,012	0,028	10-4год-1	средняя
12	Ульяновская область	5	400,7	0,116	0,027	10-4год-1	средняя
13	Кировская область	53	544	0,111	0,026	10-4год-1	средняя
14	Тюменская область	44	590	0,092	0,021	10-4год-1	средняя
15	Республика Марий Эл	32	121	0,067	0,015	10-4год-1	средняя
16	Удмуртская Республика	26	388,2	0,055	0,013	10-4год-1	средняя
17	Чувашская Республика	22	680	0,046	0,011	10-4год-1	средняя
18	Ханты-Мансийский АО	23	83,2	0,048	0,011	10-4год-1	средняя
19	Республика Мордовия	10	258,5	0,02	0,05	10-4год-1	средняя
20	Ямало-Ненецкий АО	7	7,64	0,015	0,003	10-4год-1	средняя

Из данных табл. 1 следует, что в регионах необходимо принять комплексные программы по снижению риска возникновения ЧС, которые позволяют значительно повысить защищенность критически важных (потенциально опасных) объектов муниципальных образований, в целом региона и довести ее до требуемых значений 10-6 - 10-7•год-1.

Изложенные в данной главе основные подходы и методы по оценке рисков возникновения ЧС на потенциально-опасном объекте, в муниципальных образованиях различного уровня позволяют готовить и представлять прогнозы ЧС в целях обеспечения заблаговременной организации предупредительных мероприятий угрозе возникновения ЧС, минимизации риска гибели людей и снижение ущерба от ЧС, в том числе и связанные с террористическими актами.

Исходя из выше изложенного следует, что в случае аварийной ситуации при выбросе АХОВ необходимо оперативно следить за движением воздушных масс с целью принятия решения по защите населения и территории от вредного воздействия, а также с целью метрологического и топографического подтверждения воздействия АХОВ на окружающую природную среду. Решение данной задачи возможно с использованием (дистанционного контроля) комплексной многоступенчатой системы мониторинга за движением зараженных масс воздуха с вычислением основных параметров: время движения облака, координаты участка территории по движению облака, динамика концентрации АХОВ.

...