CC BY
269
УДК 528.91: 614.8 (571.14)
Ю.С. Щербаков СГГ А, Новосибирск
ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ТЕХНОГЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ
Применение геоинформационного картографирования и программного продукта версии ArcGis 9 для выявления зоны негативного воздействия и определения техногенноэкологических рисков возникновения чрезвычайной ситуаций техногенного характера.
Yu.S. Shcherbakov SSGA, Novosibirsk
GIS MAPPING FOR INTEGRATED TECHNOGENIC-AND-ECOLOGICAL RISKS
The author describes application of GIS mapping and the software product ArcGis 9 for detecting the zones of negative effects and determination of technogenic-and-ecological risks of technogenic emergency situations.
Картографирование воздействия опасных техногенных процессов проводится, как правило, в первую очередь с ориентацией на безопасность человека. Проблема оценки влияния объектов техносферы на окружающую природную среду, анализ техногенно-экологических рисков, экологическая экспертиза - вот далеко не полный перечень вопросов, которые в силу обстоятельств отходят на второй уровень, и в то же время требуют неотложного решения.
Начальным этапом в картографировании интегральных техногенноэкологических рисков является выбор характерных n -мерных полей физических параметров негативного воздействия, к которым относятся: концентрация, температура, давление, потоки энергии и т.п. Определив размеры зон негативного воздействия можно перевести физические параметры или их интегральные значения в последствия с использованием граничных критериев воздействия. Построение таких зон целесообразно проводить с использованием интегрированных наборов программных продуктов, которые используются в геоинформационной системы любого уровня. Применение информационных технологий позволяет выявлять зоны негативного воздействия, в пределах которых будут отображаться различные степени поражения. Величина и геометрия площади потенциального поражения будут служить не только показателем опасности, ущерба или риска, но и основанием для разработки мероприятий по уменьшению степени поражения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС).
Техногенно-экологический риск возникновения ЧС, т.е. вероятность или частота возникновения источника чрезвычайной ситуации, представляет совокупность техногенных и экологических рисков. К основным видам рисков техногенного характера можно отнести:
- Внешние природные факторы;
- Проектно-производственные дефекты;
- Нарушения технологических процессов:
- Нарушение правил эксплуатации транспорта, оборудования;
- Человеческий фактор.
Рисками экологического характера является:
- Интенсивное загрязнение почв тяжелыми металлами и ее деградация;
- Загрязнение атмосферы;
- Загрязнение водных ресурсов.
Изучение состава биоты в районах местоположения опасных объектов и определение перечня производимых промышленностью и используемых в стране химических веществ позволяет сделать вывод, что наибольшую опасность для здоровья людей и окружающей среды представляет радиационное и токсическое воздействие. Влияние токсических веществ на состав и типовых представителей биоты определяется критериями и ограничениями: предельно допустимым уровнем загрязнения поверхности (экосферы); функцией плотности вероятности загрязнения данной площади при плотности осевшего токсичного вещества, превышающего ПДУ; площадью зараженной поверхности земли (воды), а так же рядом интегральных медико-биологических показателей.
Установленные некоторые фиксированные значения негативных факторов, соответствующих определенной степени поражения человека и окружающей природной среды можно назвать детерминированным. Одна и та же мера воздействия (концентрация, количество поглощенного токсиканта) может вызвать последствия различной тяжести у различных людей, т.е. эффект поражения носит вероятностный характер. Величина вероятности поражения может выражаться функцией Гаусса (функцией ошибок) и измеряться в долях единицы или процентах.
В зависимости от конечных целей исследования построение зон поражения биоты может осуществляться для следующих зон: ущерба, потенциальной опасности и риска.
Зона ущерба - площадь, ограниченная линией, в каждой точке которой с вероятностью, равной единице, имеет место поражение с заданной степенью (пороговое поражение, летальное поражение и т.п.) при вероятности возникновения аварии данного типа, равной единице.
При оценке масштаба и геометрии зон ущерба от аварий с выбросом опасного вещества необходимо учитывать следующие факторы:
- Физические свойства и агрегатное состояние опасного вещества;
- Воздействие первичного и вторичного облаков: для сжиженных газов (отдельно по первичному и вторичному облаку), для сжатых газов (только по первичному облаку), для ядовитых жидкостей, кипящих выше температуры окружающей среды - только по вторичному облаку.
Исходными данными для определения масштабов заражения активными химически опасными веществами (АХОВ) являются:
- Общее количество АХОВ на объекте и данные по размещению их запасов;
- Количество АХОВ, выброшенных в атмосферу, и характер их разлива;
- Метеорологические условия: температура воздуха, скорость ветра и
др.
Зона потенциальной опасности - площадь, ограниченная линией, в каждой точке которой с вероятностью, равной единице, имеет место поражение с заданной степенью, при вероятности возникновения аварии данного типа, равной единице и усредненных среднегодовых климатических условий.
Представление опасностей в виде полей учитывает не только сценарии и специфику развития аварийных процессов, но и влияние всей совокупности природных и климатических условий. Применительно к анализу техногенных объектов поля опасности являются основным элементом для построения зон риска конкретной территории.
Зона риска - линия оконтуривающая поле риска определенной величины, под которой понимают пространственное распределение частоты реализации негативного воздействия определенного уровня. Если анализу подвергается не один объект, а система технологических объектов, то проводится суммирование полей потенциальной опасности для каждого источника с учетом их взаимного положения. Частота реализации опасного события должна определяться методами теории риска - построение деревьев отказов, деревьев событий, по статистическим данным или по экспертным оценкам. Экспертные оценки частоты техногенных аварий проводятся с учетом их деления на пять уровней.
При картографировании зон риска следует учитывать, что все сценарии развития негативных событий (многовариантность событий) в техносфере по воздействию поражающего потенциала можно условно разделить на первичные и вторичные. К первичным сценариям относятся варианты развития аварий с выбросом токсического вещества, опасного как для человека, так и для окружающей среды. При исследовании токсического воздействия на окружающую среду следует различать два типа воздействия:
- Прямое воздействие, при котором меняются ассимиляционные функции растений, физико-химические свойства атмосферы, воды почвы;
- Косвенное воздействие, при котором происходят долгосрочные изменения экосистемы под действием уже измененного состояния одного или нескольких компонентов биосферы.
К вторичным сценариям относятся варианты развития аварий, поражающее действие которых проявляется только при наличии дополнительных условий.
Картографирование токсической нагрузки за время Т, определенное для каждой точки пространства, целесообразно проводить с использованием полярной системы координат, которая характеризует положение точки М в пространстве (г -дальность и Q - угол места) относительно начала системы координат, т.е. источника опасности (полюса Р).
Для построения зон риска необходимо:
- Определение объектов экономики, для которых будут создаваться зоны риска;
- Выявление всех возможных видов аварий;
- Специфику их возникновения и развития;
- Расчет полей потенциальной опасности этих аварий;
- Вероятность реализации негативного потенциала;
- Построение локальных зон риска для каждого сценария с конкретной привязкой к источнику опасности;
- Построение интегральных полей риска на картографической основе.
Яинт(х,у) = w i ЯмДх, у) = w i Ям, i(r , Q) (1)
Получаемая карта Яинт(х,у) характеризует интегральную вероятность того или иного типа негативного воздействия, при условии, что объект воздействия с вероятностью, равной 1, находится в конкретной точке пространства в момент реализации аварийного процесса. Эта величина называется индивидуальным риском, под которым принято понимать вероятность (частоту возникновения) поражающих воздействий определенного вида для индивидуума. Линии, оконтуривающие поле риска определенной величины, соответствует потенциальному территориальному риску, под которым понимают пространственное распределение частоты реализации негативного воздействия определенного уровня.
Применение семейства изолиний для отображения одинаковых значений картографируемого показателя, т.е. физических полей может быть выполнено с помощью специальных интерполяционных программ и шкалой послойной окраски, которая строится так, чтобы ее интенсивность отражала нарастание или убывание показателя. Применение способов качественного и количественного фона в сочетании с локализованными диаграммами позволяет достоверно отображать значения техногенно-экологических рисков на различных территориях.
Использование программного продукта версии ArcGis 9 позволяет решать полный спектр задач в работе с пространственной информацией: от сбора информации до разнообразных средств подготовки и визуализации информации. Эта версия позволяет не только использовать отдельные возможности программного продукта, а целую сквозную технологию, которая из количества переросла в качество. ArcGis 9 - это интегрированное программное обеспечение с масштабируемой архитектурой, позволяющее работать в едином информационном пространстве как индивидуальным пользователям, так и крупным компаниям (рис. 1).
С учетом простоты использования и финансовой доступности приложения ArcView, управление наборами пространственных данных, их анализ и обработка данных экологической информации должна включать следующие стадии:
- Сбор информации о состоянии окружающей среды: полевые и стационарные исследования, аэровизуальные наблюдения и др.;
- Первичная обработка и структуризация: обработка изображений, структуризация данных, приведение данных к стандартному формату;
- Формирование базы данных и статистический анализ: выбор организации данных, заполнение базы данных и редактирование, выявление трендов и доверительных интервалов и др.;
- Моделирование поведения экосистем: использование
усложняющихся моделей, варьирование граничными условиями, имитация поведения экосистем при единичных воздействиях, картографическое моделирование;
- Экспертное оценивание: оценка диапазонов изменения воздействий на экосистемы, оценка поведения экосистем при различных воздействиях по принципу «слабого звена»;
- Анализ неопределенности: входных данных, параметров моделей, результатов моделирования, величин экспертных оценок;
- Выявление закономерностей и прогнозирование экологических
последствий: разработка возможных сценариев поведения экосистем,
прогнозирование поведения экосистем, оценка результатов различных сценариев;
- Принятие решений по ограничению воздействий на окружающую
природную среду: выработка «щадящих» (сберегающих) стратегий
сокращения воздействий на окружающую природную среду и др.
На начальном этапе исследования приложение ArcView можно использовать совместно с дополнительными модулями: ArcGIS Geostatistical
Analyst - для геостатистического анализа пространственных данных; ArcGIS Tracking Analyst - для анализа рядов данных на основе сочетания параметров времени, местоположения и атрибутов; ArcGIS 3D Analyst - для геообработки и создания виртуальных моделей в реалистичном трехмерном виде.
Ранжирование территорий по степени напряженности медикоэкологической ситуации рекомендуется проводить в соответствии с Методическими рекомендациями: № 01-19/17-17 и “Комплексной
гигиенической оценкой....” по градациям: удовлетворительная,
относительно-напряженная, существенно-напряженная, критическая, катастрофическая (условно).
Градации характеристик ситуации оцениваются с использованием приложения ArcView, как по отдельным показателям, так и по комплексным (суммарным) показателям среды обитания.
© Ю.С. Щербаков, 2010
