Методические аспекты оценки ущерба при авариях на критически важных и потенциально опасных объектах Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

УДК 614.8

М.И. Фалеев, В.И. Измалков

Методические аспекты оценки ущерба при авариях на критически важных и потенциально опасных объектах

Аннотация

В статье приведена постановка и путь решения задачи по оценке ущерба при авариях на критически важных, стратегически важных и потенциально опасных объектах, изложена предлагаемая методология априорной прогнозной и апостериорной прогнозной оценки этого ущерба, проводимой с получением первых данных о возникновении аварии, а также при наличии информации о ее характере, сценарии возникновения и развития. Показаны подходы к о оценке факторов и критериев техногенного воздействия, учитываемых при определении ущерба от аварий на критически важных и потенциально опасных объектах.

Ключевые слова: критически важные и потенциально опасные объекты; ущерб; априорная оценка; апостериорная оценка.

Содержание

Введение

1. Апостериорная и априорная прогнозная оценка ущерба при авариях на критически важных и потенциально опасных объектах

2. Методология оценки вероятности негативных воздействий при авариях на взрыво-, пожаро-, химически- и радиационноопасных объектах

3. Пути оценки факторов и критериев техногенного воздействия, учитываемых при определении ущерба от аварий на критически важных и потенциально опасных объектах

Заключение

Литература

Введение

Критически важные и потенциально опасные объекты (КВО и ПОО) играют существенно значимую роль в обеспечении национальной безопасности и устойчивого развития государства. Поэтому принимаются все возможные меры для того, чтобы обеспечить их функциональную устойчивость и снизить риск возникновения аварий.

Вместе с тем хорошо известно, что нулевого риска аварий достичь невозможно, всегда остается определенная (пусть сведенная до минимума) угроза их возникновения на объектах техносферы, в том числе на КВО и ПОО. Это подтверждается статистическими данными, размещаемыми в ежегодных докладах МЧС России Правительству.

В связи с этим актуальной и важной в практическом отношении является задача по оценке ущерба при авариях на КВО и ПОО.

Исходя из сложившихся представлений в процессе научно-практической деятельности в сфере обеспечения безопасности авторы считают, что оценку ущерба при техногенных авариях целесообразно проводить путем прогнозирования и по фактическим данным, получаемым при выявлении и оценки обстановки. При этом процесс оцен-

ки ущерба должен начинаться заблаговременно, а с появлением предпосылок возникновения аварии иметь непрерывный характер. С учетом этих соображений следует предусматривать три основных этапа оценки интегрального ущерба при авариях: заблаговременная априорная оценка, проводимая в системе мониторинга техногенных опасностей и угроз методом прогнозирования;

апостериорная прогнозная оценка, проводимая с получением первых данных о возникновении аварии, не содержащем необходимых сведений о характере, источнике и сценарии развития аварии, а также апостериорная прогнозная оценка ущерба, когда точно известен сценарий возникновения и развития аварии;

оценка ущерба по фактическим данным, полученным в результате выявления и оценки последствий аварии.

Заблаговременная прогнозная оценка основывается на анализе и оценке процессов формирования факторов техногенного воздействия при авариях и их критериальных уровней. При этой оценке учитываются возможные сценарии возникновения и развития аварий, типовые для района расположения объекта метеорологические и иные усло-

вия обстановки, а также схема расположения на территории объекта и за его пределами возможных реципиентов деструктивных воздействий. Методология и процедурные основы такого рода оценки нашли отражение в ряде изданий, в частности, в работах [1, 2].

Оценка по фактическим данным строится на основе принятой на объекте организации обеспечения его безопасности и выполнения мероприятий по ликвидации последствий аварий и возникающих при них чрезвычайных ситуаций. В данной работе рассмотрение методологии и порядка проведения этой оценки не имеет большого смысла.

Представляется, что наибольший интерес имеет апостериорная прогнозная оценка, по результатам которой могут приниматься достаточно конкретные меры и действия. Тем самым будет вноситься реальный вклад в обеспечение техногенной безопасности КВО и ПОО. Что же касается априорной прогнозной оценки, которая проводится заблаговременно, то ей также принадлежит важная роль в процессе управления безопасностью рассматриваемых объектов.

С учетом этих соображений в ходе исследований разработана и предложена для использования методология прогнозной апостериорной и априорной оценки ущерба при авариях на КВО и ПОО.

1. Апостериорная и априорная прогнозная оценка ущерба при авариях на критически важных и потенциально опасных объектах

1.1. Постановка и путь решения задачи

В рамках рассматриваемого апостериорного прогнозного подхода целесообразно проводить оценку интегрального ущерба, включающего все его основные виды: людские потери (утрата жизни и здоровья людей), материальные, финансовые потери, ухудшение экологической обстановки и др.

При проведении исследований методического характера по оценке ущерба КВО и ПОО при авариях принималось, что эти объекты по структуре и содержанию являются организационно-техническими и представляют собой некую организационно и функционально в едино связанную совокупность призводственно-технологических, коммуникационных и иных структур, органов управления, координации и контроля.

В качестве исходных положений, которые необходимо было учитывать в процессе проводимых разработок, приняты также следующие условия.

Разрабатываемая методика должна обладать универсальностью и быть приемлема для оценки ущерба в расчете на техногенную аварию на любом из КВО и СВО, в том числе обладающем взры-во-, пожаро-, ядерной, радиационной и биологической опасностью.

Предполагается, что процесс возникновения и развития аварии происходит по одному из не-

скольких возможных сценариев, каждый из которых характеризуется определенной гипотезой.

В качестве обобщенных внутренних источников аварии при возможных сценариях их возникновения и развития рассматриваются: утрата надежности технологических узлов, связанных с выполнением функций по целевому назначению объекта, и другого оборудования, технических систем и средств коммуникационного назначения, а также иных элементов объекта, выход из строя которых может инициировать аварию; человеческий фактор во всех негативных проявлениях (неадекватная оценка проблемной ситуации, ошибочное решение и т.п.).

Принимаемые во внимание внешние источники аварийной ситуации:

террористические акты;

опасные природные явления, которые могут быть причиной нарушения тех или иных опасных в техногенном отношении узлов (элементов) объекта.

Априорная прогнозная оценка интегрального ущерба проводится путем определения и анализа величины математического ожидания этого ущерба.

Перейдем непосредственно к методологии определения математического ожидания ущерба.

Основываясь на теории вероятностей и учитывая изложенные выше соображения, общую формулу для оценки искомой величины математического ожидания можно представить в виде:

М(У) = Х РУа,

(1)

где Рб — вероятность реализации Б-сценария возникновения и развития аварии;

Уб — интегральный ущерб от аварии при Б-сценарии ее возникновения и развития;

п — количество возможных сценариев возникновения и развития аварии.

При этом выполняется условие:

X Рб = 1.

(2)

Определение каждой из компонент, стоящих в правой части формулы (1), составляет самостоятельную задачу.

Интегральный ущерб выражается в относительных единицах. Он определяется как сумма учитываемых при данном сценарии ущербов, выраженных в относительных единицах, и умноженных на соответствующий весовой коэффициент.

По поводу структуры интегрального ущерба необходимо отметить следующее.

При оценке интегрального ущерба в соответствии с Методическими указаниями по оценке ущерба от аварий на опасных производственных объектах (РД 03-496-02) предусматривается учитывать: прямые потери в результате уничтожения и повреждения основных фондов (производственных и непроизводственных);

затраты на локализацию и ликвидацию аварии;

Б = 1

Б =1

социально-экономические потери (затраты, понесенные вследствие гибели и травматизма людей);

косвенный ущерб (недополученные доходы, убытки, вызванные уплатой неустоек и т.п.); экологический ущерб.

Для иллюстрации подхода к оценке математического ожидания интегрального ущерба с помощью формулы (1) представляется целесообразным рассмотреть возможные сценарии возникновения и развития аварий на объектах с ядерными реакторами типа ВВР, в которых в качестве теплоносителя и замедлителя нейтронов используется вода высокой чистоты, и с помощью взятых для примера исходных данных определелить математическое ожидание этого ущерба.

Возможные сценарии возникновения и развития аварии, вероятности их реализации и ожидаемый интегральный ущерб, выраженный в относительных единицах, при этих сценариях представлен в табл. 1.

Основываясь на данных, приведенных в табл. 1, находим:

М(У) = Х Р*У* = 0,49.

Б = 1

Напомним, что интегральный ущерб выражается в относительных единицах. Это удобно при учете различных видов ущерба, каждый из которых имеет свою меру измерения. Для каждого сценария он определяется как сумма учитываемых ущербов, выраженных в относительных единицах и умноженных на соответствующий весовой коэффициент.

1.2. Апостериорная прогнозная оценка, проводимая с получением первой информации о возникновении аварии

Определение вероятности реализации учитываемых сценариев возникновения и развития аварии

При анализе сценариев возникновения и развития аварии и определении вероятности их реализа-

ции, на наш взгляд, целесообразно использование широко известных из теории вероятности формул Байеса [3]. С их помощью могут быть определены апостериорные вероятности реализации возможных гипотез возникновения и развития аварийного процесса по тому или иному сценарию.

Формула для определения вероятности реализации ЯБ-гипотезы (сценария) возникновения и развития аварии может быть записана в виде:

Р (Я, )Р (л\и5)

(3)

Р (Я» =

X р Я )Р (л\як)

где Р (Я, А) — искомая апостериорная, условная вероятность, то есть вероятность реализации Б-гипотезы (сценария) (б = 1,2,..., п), в соответствии с которой возникает и получает развитие авария, характеризующаяся определенными параметрами и интегральным ущербом, то есть вероятность того, что событие А (авария) произошло вместе с событием Н, (реализация гипотезы);

А — случайное событие возникновения

аварии;

Р(Нб), — априорные безусловные вероятно-

Р(Нк) сти реализации сценариев (гипотез) НБ и Нь (безотносительно к характеру и последствиям возникающих при них аварий);

Р(Ая ) — априорные вероятности возникно-, Б вения аварии по сценариям (гипо-Р(АЯь) тезам) Н, и Яь Если число принимаемых во внимание сценариев возникновения и развития аварии (гипотез) равно п, то должны соблюдаться условия:

X Р (Як) = 1;

к=1

X Р (НА) = 1.

Характеристика сценариев возможных аварий

(4)

(5)

Таблица 1

Б = 1

Характер аварии и ее сценария возникновения и развития Вероятность реализации Интегральный ущерб

Разрушение большей части активной зоны ядерного реактора, вызванное механическим воздействием или оплавлением в результате повреждения тепловыделяющих элементов, которое приводит к выбросу в окружающую среду продуктов деления ядерного горючего и распространение их за пределы промплощадки 0,1 0,5

Частичное оплавление активной зоны и выброс теплоносителя, приводящий к опасному радиоактивному загрязнению объекта в границах промплощадки, а также определенной площади внешней среды за ее пределами. 0,2 0,7

Нарушение герметичности первого контура с выбросом теплоносителя в рабочие помещения ЯЭу 0,3 0,4

Межконтурная разгерметизация парогенератора и радиоактивное загрязнение второго контура ЯЭу 0,2 0,3

Разрыв паропровода, идущего на турбину 0,1 0,4

Отказ в системе борного регулирования, приводящее к изменению реактивности активной зоны ядерного реактора и нарушению режима его работы 0,1 0,3

Необходимо сделать следующие замечания. При применении формулы Байеса (3) считается, что случайное событие А состоит в возникновении аварии. При этом характер аварии и наносимый при ней ущерб формально не уточняются. Однако имеется в виду, что каждому сценарию соответствует вполне определенная по характеру, параметрам зоны воздействия деструктивных факторов и возникающему ущербу авария.

При определении перечня принимаемых во внимание сценариев и безусловных вероятностей их реализации в качестве источников возникновения аварий могут рассматриваться:

утрата надежности технологических узлов, связанных с выполнением функций по целевому назначению объекта и другого оборудования, технических систем и средств коммуникационного назначения, а также иных элементов объекта, выход из строя которых может инициировать аварию;

человеческий фактор во всех негативных проявлениях (неадекватная оценка проблемной ситуации, ошибочное решение и т.п.), а также иные события и факторы. Принимаемые во внимание внешние источники аварийной ситуации: террористические акты;

опасные природные явления, которые могут быть причиной нарушения тех или иных опасных в техногенном отношении узлов (элементов) объекта.

К числу заблаговременно вырабатываемых исходных данных для проведения расчетно-аналитических операций по определению с помощью формулы Байеса апостериорных условных вероятностей возникновения аварий вместе с реализацией соответствующих сценариев относятся:

априорные безусловные вероятности реализации сценариев возникновения и развития аварии Р(Нб) (б = 1, 2,., п);

априорные вероятности возникновения аварии (события А) при условии, что произошла реализация сценария в соответствии с гипотезой р(а|я, )

(б = 1, 2, ..., п).

Определение математического ожидания интегрального ущерба с учетом возможности возникновения и развития аварий по рассматриваемым сценариям Для определения искомого значения математического ожидания может быть использована следующая формула, учитывающая ряд вероятностных величин, в том числе апостериорную, условную вероятность реализации той или иной гипотезы (сценария возникновения и развития аварии), и ущербы различного вида, наносимые реципиентам деструктивного воздействия при авариях, развивающихся по рассматриваемым сценариям:

где Р(Нб\А) — апостериорная, условная вероятность, то есть вероятность реализации Б-гипотезы (сценария возникновения и развития аварии), при условии получения первого сообщения о возникновении аварии на объекте, не содержащем необходимых сведений о характере, источнике и сценарии ее развития;

Р1б — вероятность того, что определенная

доля структур объекта, его персонала и населения, ущерб нанесения которым подлежит оценке, попадает в зоны деструктивного воздействия при аварии, возникающей и разви-ваюшейся по б-сценарию;

Р2б. — вероятность поражения реципиен-

тов деструктивного воздействия, обусловленного аварией, развивающейся по б-сценарию, и возникновения ущерба ]-го вида;

— ущерб]-го вида, наносимый реципиентам деструктивного воздействия при аварии, развивающейся по б-сценарию; п — количество возможных сценариев

возникновения и развития аварии; т — количество видов ущерба, учитывае-

мых при определении его интегрального значения.

При этом выполняется условие:

К

Б

(7)

1.3. Методология апостериорной прогнозной оценка ущерба при определенном сценарии возникновения и развития аварии на критически важных и потенциально опасных объектах

В том случае, когда совершенно точно известно по какому сценарию возникла авария и происходит ее развитие, расчетно-аналитические операции по определению интегрального ущерба несколько упрощаются.

При указанном условии искомая величина интегрального ущерба может быть определена по формуле:

т

М, =Х р15р2 у

(8)

где Ръ

М = ХХ Р (Яб\А)РьР2 ііУц,

(6)

вероятность того, что І-ая доля структур объекта, его персонала и населения, ущерб нанесения которым подлежит оценке, попадает в зоны деструктивного воздействия при аварии, возникающей и развивающейся по Б-сценарию;

=1

Б =1 І = 1

Р 2,] — вероятность поражения реципиентов деструктивного воздействия, обусловленного аварией, развивающейся по Б-сценарию, и возникновения ущерба ]-го вида;

Уб] — ущерб ]-го вида, наносимый реципиентам деструктивного воздействия;

т — в прежнем обозначении.

При этом выполняется условие:

т

£ Р2 , = 1 (9)

I=1

1.4. Методология априорной прогнозной оценки ущерба при авариях на критически важных и потенциально опасных объектах

Априорная прогнозная оценка по своей сути отличается от апостериорного подхода тем, что в данном случае отсутствуют какие либо данные об аварии, кроме возможных сценариев ее возникновения и развития.

При этой оценке есть необходимость в проведении расчетно-аналитических операций по определению вероятности возникновения аварий по каждому из возможных сценариев. Подходы к определению этой величины могут быть разными. Как известно, существуют вероятностный, логико-вероятностный и другие подходы. Они не отличаются простотой и требуют отдельного рассмотрения.

В рамках проводимого исследования нас интересуют не столько вероятности возникновения аварий, как таковые, сколько вероятности реализации принимаемых во внимание сценариев их возникновения и развития. Вместе с тем, понятно, что вероятность реализации сценария связана с вероятностью возникновения аварии.

При определении вероятностей реализации сценариев непременным условием является равенство единице их суммы.

С учетом приведенных соображений формула для определения математического ожидания интегрального ущерба при аварии на КВО или СВО может быть записана в виде:

M = ZZ PsP1sP2 цУц

s =1 j = 1

(10)

где Рб — вероятность реализации Б-сценария возникновения аварии; р1з — вероятность того, что і-ая доля структур объекта, его персонала и населения, ущерб нанесения которым подлежит оценке, попадает в зоны деструктивного воздействия при аварии, возникающей и развивающейся по Б-сценарию; рІ5- — вероятность поражения реципиентов деструктивного воздействия, обусловленного аварией, развивающейся по Б-сценарию, и возникновения ущерба І-го вида;

Уі — ущерб і-го вида, наносимый реципиентам деструктивного воздействия; п — количество возможных сценариев возникновения и развития аварии; т — количество видов ущерба, учитываемых при определении его интегрального значения.

При этом выполняется условие:

Z P2 j= 1

(11)

Следует заметить, что произведение Pisj Pis выражает собой вероятность негативных воздействий при авариях на КВО и СВО. Методологию оценки величины этой вероятности представляется целесообразным далее рассмотреть в более широком аспекте: применительно как к апостериорной, так и к априорной прогнозной оценке ущерба, возникающего при авриях.

2. Методология оценки вероятности негативных воздействий при авариях на взрыво-, пожаро- химически- и радиационноопасных объектах

В соответствии с рассмотренной выше методологией, величина вероятности негативных воздействий при происходящих на КВО и СВО по тому или иному сценарию авариях в общем случае выражается в виде произведения двух компонент

P = р • р2, (12)

где Р — искомая величина вероятности;

р1 — вероятность формирования и действия вредных (поражающих) факторов в месте нахождения людей или объектов окружающей среды, риск поражения которых подлежит определению (в рассматриваемом случае эта компонента касается , главным образом, химически опасных объектов);

р2 — вероятность того, что действие техногенных и опасных экологических факторов приводит к определенному ущербу. Обратимся к рассмотрению возможных подходов к определению вероятности формирования и действия вредных (поражающих) факторов.

Как уже отмечалось, при оценке техногенного воздействия при авариях необходимо моделировать и учитывать:

1) Формирование, распространение и воздействие ударных волн и поля разлетающихся осколков при взрывах, тепловых потоков при пожарах, а также электромагнитных и звуковых полей, образующихся при авариях;

2) Формирование, распространение и воздействие аварийных выбросов, а также истечение радиоактивных, опасных химических и биологических веществ в окружающую среду.

Обе группы факторов, обуславливающих вредное (поражающее) воздействие, в той или иной сте-

=і

пени имеют вероятностный характер. Однако формирование и действие деструктивных факторов, указанных в первом пункте, практически мало зависит от метеорологических условий, всегда складывающихся по вероятностным законам. Метеоусловия вносят основной вклад в формирование вероятностных параметров зон поражающего воздействия при аварийных выбросах радиоактивных, опасных химических и биологических веществ в окружающую среду.

С учетом отмеченных обстоятельств представляется возможным при оценке формирования и действия в месте нахождения реципиентов ударных волн, полей разлетающихся осколков при взрывах, тепловых потоков при пожарах, а также электромагнитных и звуковых полей, образующихся при авариях, в место вероятностного использовать детерминированный показатель, сохранив его обозначение Р1. При этом физический смысл показателя интерпретируется как доля реципиентов того или иного вида, попадающих в зоны поражения ударной волны и разлетающихся осколков при взрыве, тепловым излучением при пожарах, а также электромагнитными излучениями и звуковыми колебаниями.

Для определения показателя Р1 в этом случае на карте или планшете с нанесенным объектом из центра аварийной зоны в виде концентрических окружностей изображаются границы зон воздействия (поражения) учитываемых видов реципиентов и оцениваются доли реципиентов, накрываемых этими эонами. Расчет радиусов этих зон производится по ранее приводившимся формулам.

Определение вероятностного показателя Р1 при формировании и распространении аварийных выбросов радиоактивных, опасных химических и биологических веществ в окружающую среду проводится с учетом случайных факторов, в частности, изменчивости метеообстановки.

В этом случае осуществляется построение на карте или плане вероятностных полей опасных концентраций вредных веществ и (или) их возможных дозовых нагрузок за определенное время. Смысл построения и картирования вероятностных полей потенциальной опасности техногенных аварий состоит в определении расчетным путем вероятности формирования определенных концентраций и дозовых нагрузок радиоактивных, вредных химических веществ или иных субстанций, для всех точек на рассматриваемой территории.

В обоих случаях на нанесенные на карту или план поля поражающего действия накладываются зоны размещения населения, персонала структурных элемегнтов объекта и других возможных реципиентов.

С учетом полученной на карте (плане) картины, для рассматриваемых категорий реципиентов определяется величина показателя Р1. При этом в случае оценки формирования и действия в месте нахождения реципиентов ударных волн, полей

разлетающихся осколков при взрывах, тепловых потоков при пожарах, а также электромагнитных и звуковых полей, образующихся при авариях, указанный показатель может иметь детерминированный характер, если не появляются какие либо дополнительные факторы, имеющие случайную природу. Во втором случае (формирование и распространение аварийных выбросов радиоактивных, опасных химических и биологических веществ в окружающую среду) показатель всегда имеет вероятностный характер. Здесь при проведении расчетов необходимо опираться на определенные заранее с учетом законов турбулентной диффузии в атмосфере зоны поражения для различных ее состояний устойчивости и скорости ветра, исходить из вероятностной природы параметров ветра и обусловленной этим вероятностной картины формирования зон загрязнения территории.

Далее рассмотрим единый методический подход к определению второй компоненты в общем выражении вероятности поражения реципиентов, т.е. Р2. Следует заметить, что в оценке величины именно этой компоненты зачастую возникают большие трудности, особенно в части касающейся аварий на взрыво- и пожароопасных объектах.

Анализ поражающих факторов, возникающих при авариях на взрыво-, пожаро-, и химически опасных объектах, которые ранее нами рассмотрены, показывает, что негативное воздействие на человека при этих авариях и катастрофах обусловлено:

барическими эффектами (избыточным давлением, импульсом давления);

тепловыми эффектами (тепловым излучением) и высокотемпературным полем;

механическими воздействиями при разрушениях конструкций от взрывных или иных явлений;

токсическими воздействиями вредных веществ, образующихся при пожарах или распространяющихся в окружающей среде при авариях и катастрофах на химически опасных объектах;

воздействиями радиационных факторов , возникающих при авариях и катастрофах на радиационноопасных объектах.

Конкретные параметры, характеризующие указанные воздействия, а также возникающие при них физиологические эффекты и патологические проявления поражения людей, имеют вероятностный характер. Поэтому и степень поражения человека или число пораженных людей той или иной рассматриваемой группы, является случайной функцией, зависящей от случайных параметров. Сказанное также относится и к другим объектам живой природы и окружающей среды. При рассмотрении барического, теплового и механического воздействия в число объектов окружающей среды могут быть включены здания, сооружения, конструкции, различные материалы и т.д.

В общем случае, включающем все рассматриваемые виды воздействия поражающих факторов на человека при авариях на взрыво-, пожаро-, химиче-

ски- и радиационно опасных объектах, риск поражения людей той или иной степени, а также и объектов окружающей среды может быть выражен одной и той же функцией. Это важное суждение вытекает из анализа и рассмотрения под определенным углом зрения материалов, изложенных в Руководстве [4] , а также в монографии по системному анализу моделированию опасных процессов в техносфере, разработанной П.Г. Беловым [5].

Функция для оценки вероятности может быть представлена в виде определенного интеграла, известного под названием функции Гаусса (функции ошибок):

Рг (2

Кпор л/2л

'-йЬ,

(13)

где Ипор — риск поражения.

Верхний предел интегрирования отражает связь между количественной мерой вредного воздействия, например, поглощенной дозой вредного вещества, количеством тепловой энергии, дозой радиоактивного излучения, оказавшим воздействие на человека, и вероятностью поражения объекта.

Эта связь выражается в виде, так называемой, пробит-функции [3].

Рг = а + Ь • 1п(В), (14)

где а и Ь — константы, характеризующие специфику и меру опасности воздействия того или иного поражающего фактора, вредного вещества или процесса;

В — количественная мера негативного воздействия воспринятая субъектом количество или дозу негативного воздействия.

Наряду с формулой (13) для определения вероятности поражения, может использоваться и другое соотношение, а именно:

Рг -5 I2

_1_

Кп°р = 2П

41.

(15)

Формула применяется рядом западных исследователей для вероятной оценки поражений.

Обычно по формулам вида (13) и (15) составляются таблицы вероятностей поражения при определенных значениях пробит-функции, позволяющие с применением метода интерполяции достаточно точно находить искомую величину. Приведенная ниже табл. 2 является тому примером. Ее содержание заимствовано из источника [3].

В настоящее время определение вероятности поражения людей с использованием пробит-функции наиболее полно изучено применительно к токсическому ингаляционному воздействию опасных химических веществ.

В этом случае достаточно просто определяется доза вредного воздействия, которая имеет характер токсической нагрузки на организм.

Расчет этой нагрузки ведется исходя из концентрации токсиканта во вдыхаемом воздухе, объема

Таблица 2

Вероятность поражения при негативных воздействиях в зависимости от значения про бит-функции

Р пор(%) Значения функции в ^Рг-5)

0 2 4 6 8

0 — 2,95 3,25 3,45 3,59

10 3,72 3,82 3,92 4,01 4,08

20 4,16 4,23 4,29 4,36 4,42

30 4,48 4,53 4,59 4,64 4,69

40 4,75 4,80 4,85 4,90 4,95

50 5,00 5,05 5,10 5,15 5,20

60 5,25 5,31 5,36 5,41 5,47

70 5,52 5,58 5,64 5,71 5,77

80 5,84 5,92 5,99 6,08 6,18

90 6,28 6,41 6,55 6,75 7,05

99 7,33 7,41 7,46 7,65 7,88

легочной вентиляции, природы токсиканта и механизма его воздействия на организм. Обычно влияние указанных факторов отражается через коэффициент, вводимый в расчетную формулу как показатель степени величины концентрации.

В общем случае, когда концентрация вредного химического вещества за время воздействия не остается постоянной, а изменяется по определенному закону, токсическая нагрузка выражается соотношением:

(16)

При условии, что произошел разовый аварийный выброс вредного химического вещества, сформировалось определенное поле концентрации и затем происходит снижение концентрации за счет вентилирования помещения, или самораспада вещества, очистки воздуха, формуле (16) может быть придан более конкретный вид:

1

В = 1 Се -

' )1И,

(17)

где Хе, Х0, Хс — константы вентилирования, очистки и самораспада вещества, соответственно.

В простейшем случае, когда величину концентрации можно принять постоянной:

Рг=а + Ь • 1п(СпТ). (18)

Для определения а, Ь, и п для каждого опасного химического вещества требуется проведение специальных медико-биологических исследований. В работе [4] приведены значения этих величин для целого ряда веществ по данным Центра изучения безопасности химических процессов Американского института инженеров-химиков.

В табл. 3 приведены константы для вычисления пробит-функции для некоторых веществ.

При определении пробит-функции для населения необходимо учитывать его возрастные катего-

0

0

Таблица 3

Константы для вычисления пробит-функции летального поражения персонала опасных объектов

Опасное химическое воздействие Значения констант

а Ь п

Хлор -8,29 0,92 2

Аммиак -35,90 1,85 2

Угарный газ -37,98 3,7 1

Толуол -6,794 0,408 2,5

Метилизоцианат -5,642 1,637 0,653

Бензол -109,78 5,3 2

Четыреххлористый углерод -6,29 0,408 2,5

рии, состояние здоровья отдельных групп и другие факторы.

В работе [4] по данным зарубежной печати приводятся пробит-функции для случая воздействия паров хлора на различные группы населения. Формулы этих функций имеют вид: для взрослых и подростков

Рг =-8,29+0,92 • 1п(С2 Т); (19)

для детей и стариков

Рг =-6,61 + 0,92 • 1п(С2 Т). (20)

Существуют и другие конкретные формулы для определения пробит-функции для оценки степени поражения хлором, а также сероводородом и двуокисью серы.

Получены выражения пробит-функций и для других видов воздействий при авариях [4].

Например, для определения вероятности летального исхода от прямого воздействия на людей избыточного давления и импульса давления может быть использована формула:

(21)

,7380 91,9 • 109 Рг =-2,44 •1п1^^+-

{АРФ АРФ • !р )

где АРф — избыточное давление, н/м2;

1р — импульс давления, н/м2с.

Вероятность разрушения зданий при барическом воздействии оценивается с помощью пробит-функции:

Гг ^

Рг =-0,22 •іП

40

Ґ \ И,3 1

'460' 1

|ЛЛРФ)

V І? )

(22)

Формула для пробит-функции при оценке вероятности смертельных поражений людей при термическом воздействии имеет вид:

Рг =-14,5 + 2,56 • 1п| 13 • і• 10

(23)

где І0 — интенсивность воздействующего на человека теплового потока;

і — время воздействия.

К сожалению, в доступной авторам литературе не содержится информации о пробит-функциях для оценки вероятности радиационных поражений. Это снижает возможности заблаговременного

прогнозирования радиационного ущерба до того, как произойдет авария. Вместе с тем необходимо отметить, что разработано немало формул, позволяющих оценить частоту раковых заболеваний или их форм, характерных для тех или иных органов, при различных дозах облучения. Эти формулы имеют вид линейно-квадратичных или других более сложных зависимостей.

Таким образом, на основе рассмотренного методического подхода представляется возможным проводить оценку риска различных негативных воздействий, обусловленных барическими, тепловыми, химическими и механическими факторами.

В заключении следует отметить, что при прогнозировании возможной аварийной обстановки может возникнуть необходимость оценки вероятности поражения людей и объектов окружающей среды с учетом совместного воздействия нескольких поражающих факторов.

В случае, когда эти виды воздействия могут считаться независимыми и накопление ущерба не принимается во внимание, риск поражения от совместного воздействия барического, осколочного, теплового и др. Факторов может быть определен по формуле:

к? = 1 -П (1 - к,?),

(24)

где — вероятность поражения от воздействия г-го фактора; п — число принимаемых во внимание факторов.

Рассмотренный методический подход может быть применен при оценке риска не только любых видов поражений, но и любой их степени.

В частности, при барических воздействиях на человека может рассматриваться наряду с риском смертельных поражений, риск получения травм разной степени тяжести органов дыхания, барабанных перепонок органа слуха, при термических воздействиях может оцениваться риск получения людьми ожогов той или иной степени, а также возникновение болевого (ожогового) шока.

В связи с этим представляется целесообразным остановиться на критериях допустимого воздействия на человека и объекты окружающей среды, возникающего за счет барических, тепловых и токсических эффектах при авариях и катастрофах.

3. Пути оценки факторов и критериев техногенного воздействия, учитываемых при определении ущерба от аварий на критически важных и потенциально опасных объектах

Для априорной и апостериорной оценки ущерба при авариях на КВО и ПОО необходимо определение исходных данных, касающихся закономерностей формирования деструктивных факторов, а

і=1

+

также критериев их воздействий на реципиенты, которые вызывают тот или иной ущерб.

Закономерности формирования деструктивных факторов, обычно, выражаются с помощью математических моделей.

Моделирование процессов формирования при авариях опасных факторов техногенного воздействия и нагрузок на человека и окружающую среду строится на основе анализа характера аварий, динамики и поражающего действия возникающих при авариях физических полей, путей распространения радиоактивных, опасных химических и биологических веществ, формирования до-зовых нагрузок на человека, другие популяции и экосистемы.

Считается, что при оценке опасных факторов и техногенного воздействия при авариях необходимо моделировать и учитывать:

формирование, распространение и воздействие ударных волн и поля разлетающихся осколков при взрывах, тепловых потоков при пожарах, а также электромагнитных и звуковых полей, образующихся при авариях;

формирование, распространение и воздействие аварийных выбросов, а также истечение радиоактивных, опасных химических и биологических веществ в окружающую среду.

Процессы формирования, распространения и воздействия деструктивных факторов, а также модели распространения вредных веществ, загрязнение окружающей среды аварийно опасными химическими веществами и прогнозирование радиационной обстановки рассмотрены в монографии [2]. В контексте темы данного исследования для оценки факторов и показателей техногенного воздействия при определении ущерба от аварий на критически важных и стратегически важных объектах важное значение имеют исходные данные по критериальным уровням этих воздействий на человека и объекты окружающей среды. В частности, при проведении расчетов, связанных с деструктивными воздействиями, возникает необходимость в данных, включающих:

критериальные уровни барического воздействия;

критериальные уровни теплового воздействия на человека и объекты окружающей среды;

критериальные уровни токсического воздействия аварийно опасных химических веществ;

критериальные уровни радиационного воздействия на человека и объекты окружающей среды.

Методологические аспекты оценки критериальных уровней техногенного воздействия, которыми можно было бы воспользоваться при определении ущерба от аварий на критически важных и стратегически важных объектах, приведены в монографии [1].

Заключение

В результате проведенного исследования разработана методология апостериорной и априорной прогнозной оценки ущерба при авариях на КВО и ПОО. Вероятности реализации сценариев возникновения и развития аварий при апостериорной оценке, когда известен лишь факт возникновения аварии, предложено определять с помощью известной из теории вероятностей формулы Байеса.

Изложена методология оценки вероятности негативных воздействий при авариях на взрыво-, пожаро- химически- и радиационноопасных объектах, являющимися представителями КВО и ПОО.

Показаны пути оценки факторов и критериев техногенного воздействия, учитываемых при определении ущерба от аварий на критически важных и потенциально опасных объектах. Предложенная методология безусловно нуждается в определенной детализации с целью трансформирование ее в инженерные расчетные методики.

Литература

1. Владимиров В.А., Измалков В.И., Измалков А.В. Оценка риска и управление техногенной безопасностью. М.: «Деловой экспресс», 2002.

2. Измалкоб В.И., Измалкоб А.В. Техногенная и экологическая безопасность и управление риском. М.: СПб НИЦЭБ РАН, МЧС России, 1998.

3. Вентцелъ Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1964.

4. Сафронов В.С., Одишария Г.Э., Шбыряеб А.А. Руководство по анализу и управлению риском. М.: РАО «Газпром», 1996.

5. Белов П.Г. Системный анализ и моделирование опасных процессов в техносфере. М.: Издательский центр «Академия», 2003.

14.12.2012

Сведения об авторах:

Фалеев Михаил Иванович: к.п.н.; начальник центра, Измалкоб Владимир Иванович: д.т.н.; профессор; заслуженный деятель науки Российской Федерации; главный специалист;

ФКу ЦСИ ГЗ МЧС России; e-mail: csi430@yan-dex.ru; 121352, Москва, ул. Давыдковская, д. 7.