Оценка дополнительного риска взаимовоздействия грузопотоков повышенной опасности Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

О. А. Косоруков

ОЦЕНКА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО РИСКА ВЗАИМОВОЗДЕЙСТВИЯ ГРУЗОПОТОКОВ ПОВЫШЕННОЙ ОПАСНОСТИ

В статье представлено решение задачи мониторинга риска для населения и территорий в районе магистральных железнодорожных путей и узловых станций вследствие взаимовоздействия грузопотоков повышенной опасности. Задача решается на базе аналитической и имитационной вероятностных моделей.

Планирование мероприятий по защите населения в соответствие с общепринятой концепцией опирается на результаты оценки опасности по критерию риска, который позволяет комплексно сочетать негативные воздействия природных и антропогенных факторов.

Воздействие техногенной сферы на безопасность населения связано с формированием опасных факторов, источников ЧС, способных оказывать барическое, термическое, токсическое, радиационное и ударное действие.

Одним из малоизученных объектов потенциальной опасности являются транспортные коммуникации, такие как железные и автомобильные дороги, по которым осуществляется более 80% от всего объема перевозимых грузов. Более того, транспортные сети дорог проходят по густонаселенным территориям и формируют источники комплексной опасности вышеуказанных воздействий. Одной из особенностей, требующей обращения внимания на уточнения частотных характеристик этих воздействий, связанных с взаимовлиянием транспортируемых элементов друг на друга, которые при высокой плотности грузопотоков существенно увеличивает риск проживания населения на территориях, расположенных вблизи транспортных сетей.

Решение задачи по определению зон риска сводится к определению вероятностей возникновения негативных факторов и их действия на население. При этом критерием зонирования опасных территорий является индивидуальный риск второго рода, т. е. определенный в конкретной точке пространства. Авторами предлагается математический аппарат оценки частотных характеристик типовых аварийных сценариев.

Очевидно, что для уточнения вероятности формирования опасных факторов необходимо использовать такие математические модели, которые позволят оценить устойчивость транспортных элементов к распространению факторов по вероятностным показателям в реальных транспортных сетях.

Предлагается рассмотреть следующую ситуацию. Пусть имеется некоторая транспортная сеть, например, железнодорожная. Математической моделью такой сети является соответствующий граф, заданный матрицей инцидентности. По дугам данной сети перемещаются грузопотоки, как в прямом, так и в обратном направлении.

Рассматриваются потоки грузов, перевозка которых сопряжена с опасностью возникновения тех или иных чрезвычайных ситуаций (ЧС). Например, в качестве грузов повышенной опасности могут рассматриваться горючие жидкости, горючие газы, этилен, аммиак, хлор, легко воспламеняемые жидкости, различные кислоты (желто фосфорная,

пяти-фосфорная, серная ...) и так далее. В качестве ЧС, связанных с грузопотоками данного вида, могут рассматриваться - пожары, взрывы, дефлаграционные взрывы, образование огненных шаров, токсичные заражения и так далее. Предполагается, что априорные вероятности возникновения ЧС, рассматриваемых автономно, известны. Ставится задача оценить дополнительную вероятность возникновения данных ЧС, рассматриваемых как результат возникновения других ЧС.

В качестве исходных данных рассматриваются годовые объемы перевозок по видам опасных грузов выходного - Ыт, и входного - М1,...,МПпотоков. Кроме того, как

отмечалось выше, известны априорные вероятности возникновения ЧС, рассматриваемых автономно, - ОЫ1,...,ОЫт - для ЧС выходного потока и ОМ1,...,ОМп - для ЧС входного потока. Одному виду грузов повышенной опасности могут соответствовать несколько ЧС. В качестве исходных данных в модели рассматриваются характеристики сети (структура, длины дуг, участки скопления транспортных средств, участки повышенной опасности и так далее), характеристики потоков (объемы, скорость перемещения, данные о размерах перевозимых партий, информация о временных распределениях потоков и так далее), характеристики ЧС (условная вероятность возникновения ЧС І-ого типа при условии возникновения ЧС ]-ого типа, происшедшего на расстоянии Э).

Приведем лишь общую схему предлагаемой модели в виде алгоритма расчета вероятностей возникновения ЧС техногенного характера взаимовоздействия грузопотоков повышенной опасности на транспортных сетях, представленного 13-ю блоками. Поскольку исходные данные не содержат дополнительных характеристик временного распределения потоков, мы исходим при построении модели из предположения равномерности распределения потока.

Алгоритм расчета вероятностей возникновения ЧС техногенного характера взаимовоздействия грузопотоков повышенной опасности на

транспортных сетях - ОЫ*

Блок 1

Расчет плотностей потоков:

Nk • тВых

nk = —k—k-------------среднее количество элементов опасного груза k - го типа выходного

Ход

потока, находящихся одномоментно на дуге, k = 1,..m;

M, • тВх

m, = —1—1------среднее количество элементов опасного груза l-го типа входного потока,

Тгод

находящихся одномоментно на дуге, , = 1,., n,

где Т Год - количество часов в году___________________________________________________________

Блок 10

Расчет вероятности возникновения сценария i-го типа в элементе выходного потока в результате возникновения ЧС j-го типа в одном из элементов входного потока - Ц:

^max

Ц = 2QNj JPj(S(t)/ЧС,),

0

где:

/ max

tmax =-----j--------время нахождения в зоне взаимовлияния до встречи элементов

VX(i) + WY(j)

встречных потоков;

- предельное расстояние взаимовлияния /-го сценария выходного потока при инициировании j-го сценария входного потока;

S(t) = /г -(Vx(i) + WY(j) )• t - расстояние между элементами в конкретный момент времени t;

P/j - условная вероятность возникновения сценария i-го типа в результате возникновения ЧС _ /-го типа, произошедшее на расстоянии S(t) между элементами______________________________

Блок 11

Расчет вероятности возникновения сценария /-го типа в элементе выходного потока в результате возникновения сценария у-го типа в элементах входного потока

2тУ(і) -Ц

Блок 12

Расчет вероятности возникновения ЧС 1-го типа в элементе выходного потока в результате возникновения различных сценариев в элементах входного потока

I I 2тУ(])Ц ,

]=1 ]еЭ(])

где Э(/) - множество индексов сценариев, соответствующих элементу /-го типа входного потока

Определение уточненной вероятности реализации опасных факторов І-го сценария для конкретного выходного потока - ОЫ*:

П VX(i)+WY(j)

ОМ* = ОМ, +£ 2 2mY(i)-2ОМ(І) |Р,і(в(1)/ЧС,>«,

І=1 ієв(і) 0

где:

ОЫ, - априорная вероятность;

П

- суммирование по всем сценариям;

і=1 ієв(і)

2mY(i) - среднее количество элементов У(/) типа входного потока с соответствующими ]-ми сценариями реализации ОФ;

'Щу I чу

20Ы(1) • | Р^ (Э^)/ЧС| ) = Оу - вероятность возникновения 1-го сценария для

0

элемента Х(/) выходного потока.__________________________________________________________

Таким образом, уточненная вероятность реализации опасных факторов /-ой ЧС для каждого элемента выходного потока является суммой априорной вероятности реализации /-ого сценария и вероятности взаимовлияния всего выходного потока на выходной, определяемый суммированием по всем сценариям входного потока для среднего количества элементов У(/) типа, соответствующих /-ым сценариям реализации ОФ с учетом вероятности возникновения /-го сценария в элементе Х(/) выходного потока.

Принципиальная расчетная схема представлена на рис. 1.

Аналогично производится уточнение частотной характеристики реализации опасных факторов ОМ* у-ой ЧС при взаимовлиянии транспортируемых элементов выходного потока Х(/) на у-ый элемент входящего потока.

Это позволяет скорректировать вероятность возникновения сценариев развития ЧС /-го и /го типа с учетом взаимодействия с другими грузопотоками повышенной опасности. Реализуя данный алгоритм для всей сети, получаем скорректированные вероятности возникновения ЧС, которые используются для решения комплексной задачи зонирования территорий вдоль транспортных сетей по критерию риска.

Как было отмечено выше, в качестве математической модели транспортной сети был использован граф. Однако рассмотрение потоков и оценка параметров рисков проводилась лишь на дугах сети. Это обстоятельство делает модель неполной. Как правило, аналогом вершин графа являются узловые станции. Данные объекты имеют свою специфику, а именно большое количество товарных вагонов находятся на них продолжительное время, в то время как пассажирские составы следуют транзитом. Наличие среди вагонов, находящихся на станциях, вагонов с грузами повышенной опасности, делает их объектами повышенной опасности и требует своих методик для мониторинга рисков взаимовоздействия опасных грузов. В отличие от рассмотрения магистральных участков, приведенное выше, для модели узловой станции не удается оценить риски аналитическим способом.

Рис. 1 - Принципиальная схема уточнения вероятности возникновения ьго сценария при взаимовоздействии грузопотоков повышенной опасности на транспортных сетях

Для мониторинга рисков узловой станции была разработана имитационная модель. Основными входными параметрами модели являются: количество путей на станции, годовые объемы транзитных грузопотоков через станцию по видам опасных грузов, распределение опасных грузопотоков по времени года и времени суток, распределение количеств вагонов с опасными грузами в одном составе, распределение продолжительности пребывания вагонов на станции. Параметры данных распределений могут быть оценены статистическими методами, исходя из данных о транзитных потоках узловой станции.

Данная имитационная модель позволяет, как и в случае с магистральными участками, получить скорректированные вероятности возникновения ЧС, которые используются для решения комплексной задачи зонирования территорий в районе узловых станций по критериям риска для населений и территорий.

Использование расчетной модели, изложенной в первой части статьи для магистральных участков, и имитационной модели для узловых станций, позволяет осуществить мониторинг прогнозируемых параметров опасных зон, образуемых вследствие взаимовоздействия грузопотоков повышенной опасности на железно дорожных магистралях.

© О. А. Косоруков - канд. физ.-мат. наук, доц. ин-та экономики и финансов «Синергия».