CC BY
25
7. Schwing Stationary Trailer Concrete Pumps [Электронный ресурс]. URL: http://www.schwing-stetter.co.uk/Pages/Equipment/StaticPumps.aspx (дата обращения 30.10.2018).
8. Putzmeister Stationary Concrete Pumps [Электронный ресурс]. URL: http://putzmeister.com/enu/index.htm (дата обращения 30.10.2018).
9. Kaplan D., de Larrard F., Sedran T., Design of concrete pumping circuit, ACI Mater. Journal. - 2005. Vol. 102, pp. 110-117.
10. Jacobsen S., Mork J.H., Lee S.F., Haugan L. Pump-
ing of concrete and mortar - State of the art. COIN Project report 5. - 2008. - 46 p. [Электронный ресурс]. URL: https ://brage .bibsys.no/xmlui/bitstream/handle/112 50/2388633/COIN%2B report%2B no%2B 5.pdf? sequenc e=3&isAllowed=y (дата обращения 30.10.2018).
11. Jo S.D., Park C.K., Jeong J.H., Lee S.H., Kwon S.H. A Computational approach to estimating a lubricating layer in concrete pumping. C. Mater. Contin. - 2012. Vol. 27, pp. 189-210.
12. Руководство по укладке бетонных смесей бето-нонасосными установками ЦНИИОМТП / Под ред. Г.А. Захарченко. - М.: Стройиздат, 1978. - 144 с.
УДК 656.085.24
МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОБЪЕМОВ РАЗРУШЕНИЙ НА СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ РЕГИОНА ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
С. В. Уголков1, А.А.Сергеев2, В.А. Ломов3
1 Санкт-Петербургский государственный экономический университет (СПбГЭУ),
191023, Санкт-Петербург, ул. Садовая, 21;
2,3Научно-исследовательский институт (военно-системных исследований МТО ВС РФ) ВА МТО им. В.А. Хрулева, 191123, Санкт-Петербург, Воскресенская набережная, д. 10А
В настоящей статье с учетом современных представлений о природе глобальных геологических процессов в биосфере, месте и роли в них человека, на основе анализа статистики возникновения чрезвычайных ситуаций и практики ликвидации последствий их проявления проводятся теоретические изыскания моделирования частоты и масштабов, возникающих при этом разрушений на объектах железнодорожного транспорта.
Ключевые слова: чрезвычайная ситуация, железная дорога, имитационная модель.
THE MODEL OF FORECASTING THE VOLUME OF DAMAGE IN THE RAILWAY NETWORK OF THE REGION IN EMERGENCY SITUATIONS
S.V.Ugolkov, A.A. Sergeev, V.A. Lomov
Saint-Petersburg state economic University (SPbGEU), 191023, Saint-Petersburg, Sadovaya street, 21;
Institute (military system studies of material and technical support of the Armed Forces of the Russian Federation), St. Petersburg, Voskresenskaya embankment, h. 10A.
In this article, taking into account modern ideas about the nature of global geological processes in the biosphere, the place and role of man in them, based on the analysis of statistics of emergencies and the practice of eliminating the consequences of their manifestations, theoretical studies of modeling the frequency and scale of the resulting destruction on the objects of railway transport.
Keywords: emergency, railway, simulationmodel.
Человечество на всем протяжении своей истории постоянно подвергается воздействию негативных природных факторов, а в последние столетия - и антропогенных. Они уносят тыся-
чи человеческих жизней, наносят огромный экономический ущерб, разрушают многое из того, что люди создавали десятилетиями и даже веками.
1 Уголков Сергей Вячеславович - кандидат военных наук, доцент, доцент кафедры сервиса транспорта и транспортных систем, СПбГЭУ, e-mail: [email protected] тел. +7(921) 325-18-12;
2Сергеев Аркадий Анатольевич - кандидат военных наук, доцент старший научный сотрудник НИИ (военно-системных исследований МТО ВС РФ) ВА МТО им. В.А. Хрулева, e-mail: [email protected], тел. +7(911) 954-15-44;
3Ломов Валерий Алексеевич - кандидат технических наук, доцент, етарший научный сотрудник НИИ (военно-системных исследований МТО ВС РФ) ВА МТО им. В.А. Хрулева, e-mail: [email protected], тел. +7(911) 709-633
По данным Управления Единой государственной системой предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций МЧС России, за последние десять лет количество аварий и катастроф в России выросло почти на 40 процентов. Ежегодно в России подвергается затоплению около 50 тыс. км2 территории. Наводнениям с катастрофическими последствиями подвержена территория в 150 тыс. км2, где расположены 300 городов, десятки тысяч других населенных пунктов, большое количество хозяйственных объектов, более 7 млн. га сельхозугодий. Среднемноголетний ущерб от наводнений оценивается в 41,6 млрд. рублей в год (в ценах 2001 года), в том числе в бассейнах рек: Волга - 9,4 млрд. рублей, Амур - 6,7 млрд. рублей, Обь - 4,4 млрд. рублей, Терек - 3 млрд. рублей, Дон - 2,6 млрд. рублей, Кубань - 2,1 млрд. рублей, прочих рек - 10,7 млрд. рублей.
Только, в 2002 году по предварительным данным, стихия унесла жизни 114 человек, оказавшихся в зонах затопления. Всего в зоне чрезвычайных ситуаций оказалось 377 населенных пунктов, разрушено 13 035 жилых домов, 80 объектов ЖКХ, 231 км водовода, 41 водозабор, без электричества осталось 335, без природного газа - 193, без связи - 237 населенных пунктов. В той или иной степени повреждено: более 41 тыс. жилых домов, 316 объектов ЖКХ, 652 км водоводов, около 9 тыс. колодцев и водозаборов, 348 км водозащитных дамб, 298 школ, 157 больниц, 588 мостов, 283 км газопроводов, 1985 км автомобильных дорог. Погибло более одного миллиона сельскохозяйственных животных. В общей сложности пострадало 389752 человека. В ходе спасательной операции спасено более 62 тыс. человек, эвакуировано либо спасено из районов затопления 106044 человека. Материальный ущерб превысил 15 млрд. рублей, [1, 2].
Главными причинами техногенных аварий и катастроф, чаще всего, являются потепление климата. В связи с ним участились природные стихийные явления, вызывающие разрушения и катастрофы. Кроме того, наблюдается тенденция значительного роста ущербов от наводнений, вызванных нерациональным ведением хозяйства в долинах рек, усилением их хозяйственного освоения.
В настоящее время сложилась объективная ситуация, когда железнодорожный транспорт стал ведущим при выполнении программы народохозяйственных перевозок. В общем комплексе мероприятий по подготовке железнодорожного транспорта к устойчивому функционированию важная роль отводится системе технического прикрытия железнодорож-
ных направлений по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. К решению этой задачи привлекаются силы и средства ОАО «РЖД», Железнодорожных войск, МЧС России, Минтранс РФ, Госстрой России, Минэкономразвития России, Госстрой России, Минприроды РФ, органы исполнительной власти субъектовРос-сиии других ведомств.
Для ликвидации последствий аварий, крушений или чрезвычайных ситуаций на железной дороге предусмотрены специальные поезда различного профиля восстановительных работОАО «РЖД». Их основное предназначение - ликвидация последствий сходов с рельсов и столкновений подвижного состава, а также оказание помощи при стихийных бедствиях. Табелем оснащения восстановительных поездов не предусмотрено машин, механизмов и оборудования для выполнения земляных работ и значительных объемов восстановления верхнего строения пути. Следовательно, восстановительные поезда не в состоянии вести работы при больших объемах разрушений, земляного полотна и верхнего строения пути. Привлекаемые формирования других министерств и ведомств будут специализироваться на расчистку завалов, тушение пожаров и эвакуацию населения. Поэтому Железнодорожные войска составляют основу группировки сил и средств технического прикрытия.
Масштабы разрушений и объемы восстановительных работ определяют степень участия Железнодорожных войск в ликвидации последствий. В свою очередь, для ликвидации последствий требуются материалы и конструкции, запасы которых, чаще всего, будут отсутствовать в силу непредсказуемости разрушений.
Таким образом, существует объективная необходимость в разработке математического аппарата, позволяющего проводить прогнозирование объемов разрушений на сети железных дорог региона при возникновении чрезвычайной ситуации.
Выполняя анализ о чрезвычайных ситуациях, в полосе отвода железных дорог, необходимо отметить, что все статистические данные о происшествиях за семнадцать лет с 2001 по 2017 гг., представлены из материалов работы региональных ЦУКСов МЧС России (Южного, Сибирского, Северо-Западного, Центрального, Дальневосточного, Приволжского). Эти данные вошли в ежегодные государственные доклады «О состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» [3, 4]. Общие показатели крушения
и аварийные ситуации на железных дорогах ны в таблице 1. страны за период с 2001 - 2017 гг. представле-
Таблица 1 - Аварии, крушения, связанные с железной дорогой и железнодорожным транспортом в 2001-2017 годах_
Масштабность Количество, чел.
ЧС связанные с авариями на железных дорогах локальных муниципальных региональных межрегиональных федеральных мат. ущерб млн. руб. погибло пострадало
2001-2005 36 33 11 1 0 182,2 14 16
2006-2010 72 18 2 0 0 253,7 43 168
2011-2017 88 19 9 0 3 221,84 25 147
Итого: 196 70 22 1 3 657,74 82 331
Анализ таблицы показывает. Крушения грузовых и пассажирских поездов, аварии на железнодорожной дороге в 2001 - 2005 гг. составили 6% от общего значения ЧС по характеру и виду источников возникновения.
В результате крушений и аварий возросло время полного перерыва движения поездов с 75 часов в 2000 г. до 92 часов в 2005 г.
Наихудшее положение по ЧС за указанный период сохранялось на Сахалинской (30,8%), Северо-Кавказской (43,5%), и Юго-Восточной (26,3%) железных дорогах. В среднем в год происходило более 50 случаев схода и столкновения промышленного подвижного состава, перевозящего опасные грузы. Разрушение верхнего строения пути составило от 3,5 - 6 км, контактных сетей 2800 км. Полный перерыв в движении поездов составил около 548 часов.
Наихудшее положение по ЧС за период с 2006 по 2010 гг. отмечалось на Свердловской (40,3%), Северо-Кавказской (43,2%), и Октябрьской (24,5%) железных дорогах. В среднем в год происходило более 20 случаев схода и столкновения промышленного подвижного состава, перевозящего опасные грузы. Разрушение верхнего строения пути составило от 2,0 -4,0 км, контактных сетей 800 м. Полный перерыв в движении поездов составил около 348 часов.
Крушения грузовых и пассажирских поездов, аварии на железнодорожной дороге в 2011 -2017 гг. составили 12% от общего значения ЧС по характеру и виду источников возникновения.
В результате крушений и аварий возросло время полного перерыва движения поез-
дов с 120 часов в 2010 г. до 156 часов в 2017 г.
Наихудшее положение по ЧС за указанный период отмечалось на Свердловской (30,0%), Северо-Кавказской (53,2%), Забайкальской (23%), Краснодарской (12,3%), Горь-ковской (32,0%) железных дорогах. Разрушения составили: верхнего строения пути 4,0 - 6,0 км, пятнадцать опор контактной сети и соответствующие линии электропередач. Полный перерыв в движении поездов продлился около 420 часов [3, 4].
Основными причинами роста крушений поездов с 2001 по 2017 гг. явилось увеличение интенсивности работы федерального железнодорожного транспорта при сокращении внутриотраслевых расходов и персонала, а также высокая степень износа основных производственных фондов. Негативная динамика инцидентов с опасными грузами обусловлена высокими показателями нарушений технологии производства ремонтных и регламентных работ транспортных средств, предназначенных для перевозки опасных грузов и отсутствием эффективных средств контроля спецтранспорта, аварии на железнодорожных переездах, случаи террористических актов, нарушения требований о текущем содержании пути, ошибки составителей.
Концепция обоснования объемов разрушений железных дорог при различных факторах возникновения чрезвычайных ситуаций представляется в следующем.
Прогнозируемая длина разрушения железнодорожного полотна ЬЧс]- зависит от характеристики безопасности региона, частоты и вида чрезвычайных ситуаций, а также плотности железнодорожной сети региона:
= / (Б] 2о(А(), к, ц), (1)
где j - регион (|=1..9); В)■ - коэффициент безопасности региона; Qо(At) - вероятность возникновения чрезвычайной ситуации вида к за год; к - вид чрезвычайной ситуации; ц - коэффициент относительной плотности железнодорожной сети региона.
Основными характеристиками, необходимыми для определения воздействия чрезвычайной ситуации на сеть железных дорог, яв-
ляются протяженность железнодорожной сети региона Ьжгц, площадь региона Sj, площадь потенциально опасной территории SЧсj, а также общей протяженности железных дорог региона, расположенной на потенциально опасной территории Ьчс].
Классификация чрезвычайных ситуаций произведена на основе качественных критериев последствий, рекомендованных и представленных в таблице 2 [5, 6].
Таблица 2 - Классификация чрезвычайных ситуаций
Последствия ЧС
№ пп вид чрезвычайной ситуации пост радало, чел. нарушен ы условия жизни, чел. материальный ущерб, МРОТ диаметр зоны чрезвычайной ситуации
1 локальная (л) Х1<10 Х2<100 Х3<1000 0<Х4л
2 местная(м) 10<Х1<50 100<Х2<300 1000<Х3<5000 Х4л<Х4<Х4м
3 территориальная (т) 50<Х1<500 300<Х2<500 5000<Х3<500000 Х4м<Х4<Х4т
4 региональная (р) 50<Х1<500 500<Х2<1000 5000<Х3<5000000 Х4т<Х4<Х4р
5 федеральная(ф) Х1>500 Х2>1000 Х3>5000000 Х4р<Х4<Х4ф
6 трансграничная (тр) - - - Х4>Х4ф
В данной таблице классификация чрезвычайных ситуаций представлена в зависимости от следующих показателей: Х1 - количество населения, пострадавшего в чрезвычайной ситуации, Х2 - количество людей, у которых были нарушены условия жизнедеятельности, Хз -размер материального ущерба, выраженный в единицах минимального размера оплаты труда (МРОТ), Х4 - размер зоны распространения поражающих факторов чрезвычайной ситуации.
Данные таблицы 2 позволяют определить диаметр зоны поражаемой территории. Исходя из классификации чрезвычайных ситуаций, на основании графы 6 таблицы 2, можно принять, что локальные чрезвычайные ситуации по площади поражения будут стремиться к минимальным значениям. Местная чрезвычайная ситуация по площади ограничена размерами населенного пункта и, следовательно, диаметр зоны поражения Х4м =10 км, территориальная, происходящая в пределах субъекта РФ Х4т =250 км, региональная, исходя из размеров двух субъектов, будет иметь диаметр поражаемой зоны Х4р=1000 км, федеральная Х4ф=2500км соответственно. Зная диаметр зоны чрезвычайной ситуации, можно определить ее площадь (вчд).
Развитие железнодорожной сети в регионе естественно учитывает как наличие про-
мышленных предприятий, так и места компактного проживания населения. Поэтому можно предположить, что вероятность того, что железные дороги окажутся в зоне действия поражающих факторов опасных природных явлений и техногенных объектов будет тем выше, чем выше доля населения, проживающего в опасной зоне и, следовательно, будет большая ожидаемая суммарная протяженность разрушений на железных дорогах.
Следовательно, общая длина железных дорог региона, расположенных на потенциально опасной территорииЬчд, будет не менее, чем определяемая отношением:
(2)
I . = 1.
ичс] = ь].
где Ц- общая длина железных дорог региона; Sчсj - доля потенциально опасной территории, на которой возможно действие поражающих, вредных и опасных факторов чрезвычайных ситуаций, км; Sj - площадь региона, км;
Таким образом, для конкретной чрезвычайной ситуации, согласно приведенной классификации, возможная протяженность разрушения выразится формулой:
(3)
,к = „ п'х11] 1 чс ичс 4.5 ,
где Х4 - диаметр зоны чрезвычайной ситуации; ачс - коэффициент, определяемый отношением общей длины разрушенных железных дорог к
общей протяженности железных дорог, приходящейся на зону действия поражающих факторов конкретной чрезвычайной ситуации, приведшей к выводу из строя железных дорог региона.
На данный момент этот коэффициент не определен. Границы его изменения и факторы, влияющие на его величину, установлены исходя из следующих предпосылок. Коэффициент может изменяться от 0, если в результате стихийного бедствия не требуется выполнения восстановительных работ на железной дороге, до 1 при полном разрушении железнодорожного полотна в опасной зоне. Кроме того, он зависит от коэффициентов безопасности региона В,, относительной плотности железнодорожной сети региона ц и вероятности возникновения чрезвычайной ситуации вида к.
Общая длина ожидаемых разрушений железных дорог от чрезвычайных ситуаций к-того вида в регионе определится следующим образом:
1к = а ■ 1к ■ (4)
'-'чс ] чс 1чс] '7 > V V
где пк,- количество чрезвычайных ситуаций к-того вида в ,-том регионе.
Суммируя формулы 2, 3, 4, определится общая протяженность всех возможных разрушений железных дорог региона, которая выразится зависимостью:
^чс] 2к=1ачс
П;
(5)
] _ ^ччс1 = .
Коэффициент относительной плотности железных дорог регионов рассчитывается по зависимости:
_ Ьо]
и
(7)
о]тах
Для определения ачс рассчитывается средняя максимальная плотность железных дорог по Российской Федерации. Очевидно, что наибольшая плотность будет приходиться на Центральный регион. Протяженность железных дорог региона, расположенных на потенциально опасной территории, приходящейся на единицу площади всего региона Loj, вычисляется отношением протяженности железных дорог в опасной зоне регионаLчсj к его площади :
(6)
Для определения величины Qo(Дt) необходимо рассмотреть распределение чрезвычайных ситуаций во времени. Для этого можно представить простейшим пуассоновским потоком случайных событий, обладающим свойствами стационарности, ординарности и отсутствия последействия, для которого случайное число событий, происходящих за интервал времени ДЬ, распределено по законуПуассона:
Р(Ю = РК<ы) = ъ%=1Р(к), (8)
где Р(к) =—а0(ЛЬ)к ехр(-а0(ЛЬ)) - вероятность к событий за интервал времени Д£; а0(Д £~) = М[^]=Х0Д: - параметр распределения Пуассона, где А,0 - интенсивность событий.
В общем случае природные явления не подчиняются закону Пуассона. Например, выявлено, что цикличность землетрясений подчиняется нормальному закону распределения. —
Приняв Х0 = —, где Ър - периодичность земле-
^ср
трясений, их поток для целей долгосрочного прогнозирования воздействий на объекты со сроком эксплуатации, соизмеримым с Ър может быть представлен пуассоновским потоком.
Ряд природных явлений носит сезонный характер. Однако при прогнозе на период значительно больше года этим можно пренебречь и считать поток природных явлений для данного региона стационарным, то есть пуассонов-ским.
Для пуассоновского потока время между событиями подчиняется экспоненциальному закону, т.е. вероятность хотя бы одного экстремального явления за интервал времени Дt вычисляется по формуле:
Q0(Дt) = 1- Р(0) = 1- ехр(-Л0ДО.
(9)
Для редких событий, когда а0(ДЬ)((1 (практически при ^(Д^)((0Д), приближенно можно считать, что Q0 (Д £) ~ а0 (Д£) = Л0 (Д £). Оба показателя вычисляются через интенсивность А,0 природных явлений.
Для массовых одинаковых чрезвычайных ситуаций индивидуальный риск возникновения ситуации рассчитывается по формуле:
Естественно, чем выше данный коэффициент, тем большая вероятность воздействия чрезвычайной ситуации на железную дорогу.
Разрушение от природного явления за любой интервал времени характеризуется только вероятностью наступления данного события. Поэтому определяется вероятность Qo(Дt) возникновения хотя бы одного природного явления за год в данном районе.
14
Qo(Дt )=-£,
(10)
где п] - количество чрезвычайных ситуаций к-того вида в , -том регионе в год; N - общее количество чрезвычайных ситуаций в рассматриваемом году.
Для редких событий вероятность возникновения чрезвычайной ситуации рассчитывается по формуле:
Qo(Дt) = 1-ехр(-а0(ДЬ)), (11)
Б
к
где а0(АЬ) - математическое ожидание количества чрезвычайных ситуаций.
При этом а0(АЬ) = Л0(А1), (12)
где
14
1 об
Таким образом, формулу 12 можно представить в следующем виде:
Q0(Аt) = 1-ехр(—£
(13)
где - число аварийных ситуаций за время ЛТ >> А£, в течение которого интенсивность ситуаций остается неизменной;
Тоб = - суммарное количество
чрезвычайных ситуаций в течение времени АГ.
Таким образом, можно определить вероятность Qo(Дt) возникновения хотя бы одной конкретной чрезвычайной ситуации в течение года в рассматриваемом регионе.
Вероятность возникновения местных, территориальных и региональных чрезвычайных ситуаций рассчитываем по формуле (10), а федеральных и трансграничных - по формуле (11).
Поскольку протяженность зоны локальной чрезвычайной ситуации стремится к нулю, следовательно, ее влияние на железную дорогу будет также стремиться к нулю. Даже при возникновении данной ситуации непосредственно на железной дороге участие железнодорожных войск в ликвидации ее последствий маловеро-
ятно, поэтому их учитывать не имеет смысла.
Анализируя формулы (7) и (13), а также данные, которые непосредственно должны входить в коэффициент ачс, можно сделать вывод, что коэффициенты относительной безопасности регионов Bj и относительной плотности железных дорог-ц будут изменяться в небольших пределах при подстановке исходных данных в расчетные формулы.
Можно утверждать, что ачс не может быть постоянной величиной. Этот коэффициент должен изменяться в пределах от 0 до 1 и при этом носить экспоненциальный характер изменения. Следовательно, в данный коэффициент должна входить некоторая переменная величина х, которая обеспечила бы изменение ачс в заданных пределах и по необходимому закону распределения.
Для определения данного закона распределения необходимо рассмотреть зависимость размеров материального ущерба от чрезвычайной ситуации конкретного вида и от их количества. Эти данные представлены в табл. 3, [5, 6]. Предположительно, что такой же закон будет распространяться и на зависимость фактической протяженности разрушений на железной дороге от количества разрушений, представленной на рисунке 1, [5, 6].
Таблица 3 - Количество чрезвычайных ситуаций по годам
к
к
Вид чрезвычайной Материальный ущерб от од- Годы
ситуации ной ЧС, тыс МРОТ 2001 г. 2002 г. 2003 г. 2004 г. 2005 г.
Локальная 1 999 822 728 513 490
Местная 5 438 490 359 318 266
территориальная 500 213 205 148 124 144
региональная 5000 11 5 1 4 0
федеральная 500000 3 5 0 1 1
трансграничная 1000000 1 0 0 0 0
Данные таблицы 3 показывают, что количество, тяжесть и последствия чрезвычайных ситуаций подчиняются экспоненциальному закону распределения, то есть вероятность возникновения чрезвычайной ситуации с тяжелыми последствиями мала, в то время как ситуации с небольшими объемами разрушений возникают довольно часто.
Учитывая вышеизложенное, предлагается следующий закон изменения коэффициента ачс:
ачс =(-1/!п(х))-ц-В], или
(-1)
а = ——-
ичс 1п(х)
ичс]
З.-тах!-^
В1.
где х - случайное число, изменяемое от 0 до 1.
Подставляя полученные зависимости в формулу (5), получают ся следующие расчетные формулы по определению вероятной длины разрушений железнодорожного полотна: для местных, территориальных и региональных чрезвычайных ситуаций:
ь чс} 1п(х)
I,
чс]
5гтах\-чс1-
\
в,-
п
к п-хЪ-ъЛ п)
4 - 5;
м'
(14)
а для федеральных и трансграничных чрезвычайных ситуаций:
Iк = (-—) ь чс} 1-(х)
и
чс ]
■ В; ■(П
к
еХР\-^
(15)
Исходные данные для расчета вероятных разрушений железных дорог для местных чрезвычайных ситуаций представлены в таблице 4
Рисунок 1 - Зависимость размеров материального ущерба от количества ЧС.
Таблица 4 - Исходные данные для расчета вероятных разрушений железных дорог для местных чрезвычайных ситуаций
к
-
1
Регион Исходные данные
$ ^ждд В Ьчс] И:
Северо -Западный 1662800 10783 0,46 6012 0,13
Центральный 485100 24686 0,42 12481 1,00
Северо -Кавказский 355100 6427 0,37 5287 0,36
Приволжский 730300 8986 0,35 4037 0,24
Уральский 680800 11935 0,36 5783 0,34
Западно -Сибирский 2424200 5865 0,37 2528 0,05
Восточно-Сибирский 4122800 3160 0,42 1248 0,02
Забайкальский 5320100 7229 0,47 2587 0,03
Дальневосточный 6215900 6960 0,74 4297 0,02
Прогнозирование объемов разрушений на сети железных дорог региона при возникновении чрезвычайной ситуации осуществляется на основе имитационного моделирования.
Математическое ожидание объемов разрушений Уу железных дорог региона является функцией от общей длины разрушений железных дорог и геолого-метеорологических характеристик региона
/(ЬчсР ОЫ])^МО(Уг]), (16) где ЬЧс} - протяженность возможных разрушений железнодорожной сети региона; ОМ^ - геолого-метеорологические характеристики региона.
Методика расчета общей протяженности разрушений железнодорожной сети региона рассмотрена выше.
Вероятные объемы разрушений железнодорожного пути по видам разрушений вычисляются по формуле:
Ут] =/(Рт] ■ Ьчс]), (17)
где ^„¡/-коэффициент, определяющий, насколько протяженность конкретных разрушений отличается от всей длины разрушенного желез-
нодорожного полотна. Для каждого вида разрушений данный коэффициент имеет свое количественное значение. Так, например, объемы разрушений земляного полотна могут отсутствовать, однако, при разрушении призмы ее объем не может быть больше длины призмы насыпи или выемки участка железной дороги, подвергшейся разрушению, т.е. 0<вт/<1.
Для более точного прогноза воздействия чрезвычайных ситуаций на железную дорогу и определения вероятных объемов разрушений рассматривается их влияние на железнодорожное полотно с учетом классификации ЧС.
Вероятные объемы запасов материальных средств для восстановления разрушенного железнодорожного полотна по видам работ можно определить по формуле:
^т) = Рт) ■ ^чс] ■ ^т], (18)
где Ыт/ - нормативные расходы материалов для восстановления разрушенного железнодорожного полотна по видам восстановительных работ.
Если общую длину разрушений желез-
ной дороги принять за 1, то значения коэффициента рт] для различных видов разрушений примут значения, представленные в таблице 5.
Таблица 5 - Значения коэффициента рщ/ по основным видам восстановительных работ
№п/п Виды восстановительных работ Значения коэффициента Рщ
1 Восстановление верхнего строения пути, ресц Респ) 1
2 Восстановление призмы земляного полотна, Рзп) 0 < Рзп)< 1
Исходные данные, входящие в формулы 14, 15, 18 и конечный результат как их аргумент в настоящее время не описывается каким-либо теоретическим законом распределения. Вывод о таком законе на основе имеющейся статистической информации сделать невоз-
можно ввиду количественной недостаточности реальных данных. Поэтому определение конечного результата и теоретического закона распределения коэффициента Рщ возможно только с помощью имитационного моделирования.
Процесс моделирования ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на сети железных дорог региона имеет целью определить объемы возможных разрушений от воздействия природного или техногенного явления на железную дорогу. Эти данные позволят обосновать объем необходимых запасов материальных средств для ликвидации последствий, их эшелонирование по районам, а также силы и средства привлекаемых к ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций воинских частей и подразделений.
Структурно-логическая схема имитационной модели дана на рисунке 2.
Блок № 2
Блок № 1
Хар
д
Расчет протяженности участка разрушения ж елезной дороги Расчет относительной плотности железных дорог региона
Определение разрушений по видам работ
-"
Ввод периода прогноза
да Учет эволюционных
индексов
>
Определение объема разрушений верхнего строения пути и земляного полотна
У
Рисунок 2 - Структурно-логическая схема имитационной модели
Блок № 3
В первом блоке определяется коэффициент относительной безопасности регионов (В/). Расчет проводится на основе данных о численности населения, проживающей в регионах и в зонах возможных чрезвычайных ситуаций, материального ущерба, среднего риска получения увечий в результате чрезвычайных ситуаций, количества потенциально опасных объектов, протяженности железных дорог, объемов грузовых и пассажирских перевозок.
Во втором блоке производится расчет протяженности участка разрушения железной дороги в регионе в результате воздействия чрезвычайной ситуации.
Для выполнения этой операции определяется регион возникновения чрезвычайной ситуации с присущими ему характеристиками. Расчет основан на коэффициент относительной безопасности регионов и сгенерированного случайного числа. Далее определяется масштабность чрезвычайной ситуации. Для этой цели генерируется случайное число Ч/. Оно представляет собой следующие характеристики чрезвычайной ситуации: Х1 - число пострадавших; Х2 - численность населения с нарушенными условиями жизни; Хз - материальный ущерб в единицах МРОТ; Х4 - приведенный диаметр зоны чрезвычайной ситуации в километрах. Если хотя бы одна из характеристик будет соответствовать определенному масштабу чрезвычайной ситуации, а остальные меньшему, принимается чрезвычайная ситуация высшего масштаба. В результате расчета определяется диаметр воздействия чрезвычайной ситуации (Х4).
Затем определяются причины, характер и вид чрезвычайной ситуации, вероятность ее возникновения. Если сгенерированное событие не характерно для данного региона, оно отбрасывается и в цикле продолжается поиск причины, которая может вызвать чрезвычайную ситуацию в данном регионе. Вычисляется вероятность наступления данного события в течении года ^>(Д()).
Для массовых одинаковых чрезвычайных ситуаций она подчиняется зависимости:
-1} к
Q0(Лt) = где: п/ - количество чрезвычайных ситуаций £-того вида в /-том регионе в год; N - общее количество чрезвычайных
ситуаций в рассматриваемом году.
Для редких событий:
Qo(Лt) = 1-ехр
Вероятная длина разрушений железнодорожного полотна в результате чрезвычайной ситуации £-того вида Ькчс/ определяется зависимостями: для местных, территориальных и региональных чрезвычайных ситуаций:
^ чс1 1-(х)
ичс
■Вг
п■
п^Ь]
ФБ,-
]
N ,
для федеральных и трансграничных чрезвычайных ситуаций:
1К ■ =
и чс ]
-( х)
и
чс ]
5гтах[^чс-
\
■Вг
П;
ФБ,-
1-ехР\-Т11.
л
На основании этих данных в третьем блоке рассчитывается объем разрушений верхнего строения пути и земляного полотна, если вероятность такого события будет реализована генератором случайных чисел.
Данная модель позволила получить статистику частоты появления ЧС и масштабы разрушения. Расчетом установлено, что число опытов для достоверности результатов с доверительной вероятностью не ниже 0,95 должно быть не менее 390. Учитывая возможности вычислительной техники, в работе было проведено 1000 опытов.
Так как разрушения верхнего строения пути, земляного полотна, искусственных сооружений, системы автоматической блокировки и связи, линий связи зависят от общей длины разрушения железной дороги, то данный параметр определяет объемы разрушений по видам работ.
Как было показано ранее, восстановительные формирования железных дорог не имеют производственных мощностей для выполнения земляных работ. Следовательно, вероятность привлечения воинских формирований Железнодорожных войск для ликвидации последствий увеличивается с разрушением земляного полотна. Поэтому отдельным блоком входит определение объемов разрушений земляно-
к
го полотна в зависимости от региона. Учитывается вероятность появления разрушений выемок и насыпей, их высота или глубина, протяженность, категория грунта.
Исходя из нормативов на восстановление, определяется необходимое количество запасов материалов и конструкций, необходимых для ликвидации последствий. Введен ряд ограничений:
- размеры основной площадки принимаются для двухпутного участка пути первой категории;
- поскольку любая чрезвычайная ситуация приводит к разрушению верхнего строения пути, то минимальное разрушение верхнего строения принимается равной 50 м, длине двух звеньев рельсошпальной решетки стандартной длины, равной 25 метров;
- объемы земляных работ могут отсутствовать, однако, при их наличии они не могут быть больше объема балластной призмы разрушенного участка насыпи или выемки;
- принимая, что разрушению подвергается двухпутный участок, считается, что количество стрелочных переводов может быть от 0 до п=Ь/1„, где Ь- длина участка разрушения, ¡„ -длина стрелочного перевода;
- поскольку, согласно статистике, на каждый километр пути приходится не более двух искусственных сооружений, принимается X = abs(Li/1000)^2, где длина участка разрушения, выраженная в метрах.
Воинские формирования, как правило, будут привлекаться для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций по 2 и 3 степени разрушения. Но, учитывая, что более 80% всех чрезвычайных ситуаций на железной дороге относятся к 1 -й степени разрушения, возможно предположить участи воинских формирований
ЖДВ и при данной степени разрушения. Для эффективной работы необходимо заблаговременно создать запас материальных средств для ликвидации последствий малых разрушений на сети железных дорог.
Литература
1. Закон РФ от 11.11.1994 г. № 68-ФЗ "О защите населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера".
2. Ложкин, В.Н. Проведение аварийно-спасательных работ, тушение пожаров и применение пожарной и аварийно-спасательной техники в условиях крайнего севера / В.Н. Ложкин, Б.В. Гавкалюк, О.В. Ложкина,
B.И. Веттегрень и др. // Учебное пособие / под общ.ред. ЗДН РФ, академика НАНПБ, докт. техн. наук, проф. В.Н. Ложкина. - СПб.: СПб университет ГПС МЧС России, 2016. - 160 с.
3. Постановлением Правительства РФ от 29 апреля 1995 г. N 444 "О подготовке ежегодного государственного доклада о состоянии защиты населения и территорий РФ от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера".
4. "Методические рекомендации по разработке и представлению материалов в государственный доклад "О состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в 2014 году" (утв. МЧС России 11.09.2014 N 2-4-87-22-14).
5. Сергеев А.А. Методика обоснования объемов ресурсов для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций силами железнодорожных войск: Дис. ... канд. воен. наук. — СПб.: ВТУ ЖДВ. 2005. - 119 с.
6. Сергеев, А. А. Методика определения численности и технического оснащения воинских формирований Железнодорожных войск при возникновении чрезвычайных ситуаций на объектах железнодорожного транспорта: монография / А. А. Сергеев, В. А. Ры-бицкий, С. И. Завальнюк, В. А. Ломов, В. Н. Ложкин,
C. В. Уголков.-Киров: Изд-во МЦИТО, 2018.-183 с.
