CC BY
187
УДК 504.064
Э.М. Соколов, д-р техн. наук, проф.,
В.М. Панарин, д-р техн. наук, проф.,
(4872)35-37-60, panarin-tsu@yandex.ru,
А.А. Горюнкова, канд. техн. наук, доц.,
(4872)35-37-60, anna zuykova@rambler.ru,
Ю.Н. Пушилина, асп., (4872)35-37-60,
Н.А. Телегина, магистрант, (4872)35-37-60 (Россия, Тула, ТулГУ)
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ, ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА
Рассматриваются методы оценки, прогнозирования и предупреждения чрезвычайных ситуаций техногенного характера, в том числе связанных с выбросами аварийно химически опасных веществ.
Ключевые слова: чрезвычайная ситуация, аварийно химически опасное вещество, зараженное облако, безопасность, техногенный риск.
Прогнозирование возможностей возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) техногенного характера и превентивное планирование базируются на регулярной оценке тенденций развития текущей ситуации, а также ресурсов, необходимых и для ее улучшения, стабилизации и снижения тяжести последствий ее развития.
Отсутствие необходимой информации часто становится основным препятствием для организации системы раннего предупреждения. Во многих случаях это обусловлено недостаточно активным поиском, выявлением и использованием необходимых данных. Чтобы не потерять и полностью использовать имеющиеся возможности и преимущества, необходимо не только совершенствовать работу подсистемы противоаварийного упреждающего планирования, но и повышать умение и готовность руководителей к работе в условиях высокой степени неопределенности, учитывать долгосрочные прогнозы, несмотря на их расплывчатость и неполноту [1].
Задача защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций техногенного характера в качестве составляющих включает комплексную оценку обстановки на территориях и осуществление мер по предупреждению аварий.
В связи с вышеизложенным представляется актуальной проблема разработки процедуры распределения ресурсов на защиту территорий от воздействия ЧС.
Для сравнительной оценки потенциально опасных объектов предлагается ввести понятие «Интегральный показатель ранжирования». Введение этого понятия обусловлено необходимостью ранжирования объектов на определенной территории по выбранному критерию в системе поддержки принятия управленческих решений. Рассмотрим, например, ЧС, связанную с выбросом аварийно химически опасных веществ (АХОВ). В данной работе таким критерием принимается поражающий фактор. Главным поражающим фактором при возникновении аварии на химически опасных объектах (ХОО) является заражение территории АХОВ, приводящее к поражению людей, находящихся в зоне действия ядовитых веществ. Одной из характеристик данного поражающего фактора является зона химического заражения, которая зависит от ряда показателей: количества АХОВ, имеющегося на ХОО, его физико-химических и токсических свойств, метеорологических условий, характера местности и т.д. Поэтому значения интегрального показателя ранжирования получают как результат «свертки» обобщенных свойств-показателей. В работе сформирована система свойств, состоящая из следующих групп, характеризующих: физикохимические свойства АХОВ; условия производства, переработки, хранения и транспортировки АХОВ; объект, на котором осуществляется производство, переработка, хранение или транспортировка АХОВ; плотность населения, проживающего в зоне возможного поражения, обеспеченность средствами индивидуальной защиты населения; средства ликвидации химической аварии; характер рельефа, растительности, застроек, на которой располагается объект и другие. Таким образом, интегральный показатель включает в себя свойства, которые могут влиять на масштабы заражения АХОВ территории и последствий от этого заражения. Интегральный показатель объединяет свойства, отличающиеся качественной природой и видом размерности измеряемой величины, без существенных изменений своей структуры.
Интегральный показатель ранжирования обозначает следующее: чем выше его значение для рассматриваемого ХОО, тем большие масштабы заражения территории АХОВ и последствия от этого заражения будут иметь место при аварии на этом объекте по сравнению с другими исследуемыми объектами на территории [2 - 3].
Ранжирование объектов осуществляется в более дифференцированной форме. Для более наглядного отображения информации используются электронные карты местности, на которой нанесены различные промышленные объекты, в том числе и химически опасные объекты, объекты хозяйственного назначения, жилые комплексы, природные объекты, автомобильные и железные дороги и т.д. В основе ранжирования лежит рассчитанный интегральный показатель, который включает в себя основ-
ные свойства, характеризующие объект. Объекты, имеющие различные запасы одного и того же АХОВ, могут быть отнесены к одинаковой степени химической опасности. При наличии же на объекте нескольких АХОВ прогнозирование масштабов заражения и оценка степени химической опасности объекта производятся по тому веществу, авария с выбросом (проливом) которого может представлять наибольшую опасность для населения. Во всех случаях исходят из того, что авария происходит на единичной максимальной по объёму емкости АХОВ, которая подвергается полному разрушению [4].
Развитие вычислительной техники, широкое применение мощных современных компьютеров для решения экологических задач позволило разрабатывать новые сложные математические модели и проводить моделирование протекающих процессов в реальном масштабе времени.
В общем случае можно говорить о моделировании территорий, при котором все объекты, находящиеся на определенной территории, описаны векторными функциями вида [4]:
0{а},
где а - вектор параметров объекта.
Вектор параметров в общем виде
а =
Ж *>••• хп )
їп (х,• • • хп )
где /\(X, к хп) - функция нескольких переменных.
Функции /|( х,... хп) описывают свойства объекта. В частном случае функция может быть константой. Значение свойств объекта рассматривается в зависимости от времени и вероятности возникновения некоторого события.
Взаимодействие объектов между собой описывается матрицей взаимодействий. При этом изменение свойств одного объекта будет вызывать изменение свойств другого. Матрица взаимодействий имеет следую-
щии вид:
Ф
тп
т21
т2і
т
Пі
т
т
Л
іп
т
Л
т
Лп
т
Лп
т
пп
Здесь Му - элемент, показывающий, есть ли связь между объектами или
нет. Связь может осуществляться по нескольким параметрам: по временным и по вероятностным.
Это особенно актуально при исследовании процессов развития аварий. Установление новых закономерностей и разработка математического описания процессов развития аварийных ситуаций на химически опасных объектах с точки зрения их дальнейшей компьютерной реализации для моделирования и исследования процессов возникновения, развития, протекания и ликвидации позволят в реальном времени отслеживать события и принимать оптимальные решения.
При исследовании развития аварий с выбросом АХОВ должны устанавливаться не только закономерности возникновения, развития, протекания и ликвидации, но и рассматриваться проблемы, связанные с прогнозированием их возникновения, возможностью оценки потерь, материального ущерба. Кроме того, должны рассматриваться проблемы оптимального распределения сил и средств для борьбы с последствиями аварий.
С целью выявления закономерностей процессов развития и ликвидации химической аварии, установления зависимостей и построения моделей для дальнейшего их использования при разработке методов принятия оптимальных решений наиболее приемлемым является объектный подход. При этом каждый потенциально химически опасный объект, а также все другие объекты описываются свойствами, присущими этим объектам,
J ^ ^...Эм Ь
где J - потенциально химически опасный объект; э^,э^,^...^м - свойства объекта.
Тогда набор потенциально химически опасных объектов можно представить в виде матрицы
^ ... ^п
р _ J21 J22 ... J2п
_ ^т1 '^ш2 ... '^шп _
Свойства потенциально химически опасных объектов в общем случае представляют собой функции многих переменных, принадлежащих множеству
£ е э{х, ^
и определены на каждом интервале времени.
В частном случае свойство объекта может представлять собой числовое значение, не зависящее от времени и других каких-либо переменных.
При таком представлении в каждый текущий момент времени состояние потенциально химически опасного объекта полностью определено в рамках его выбранных свойств [1].
Выбор набора свойств, описывающих потенциально опасный химический объект, представляет собой отдельную задачу, связанную с анализом химических, физических, механических и других характеристик объекта. Свойства потенциально опасного химического объекта изменяются во времени и характеризуют его состояние. Анализ свойств, их сравнение с некоторыми заданными значениями, «рассогласование» свойств может оказаться полезным при прогнозировании возникновения аварий с выбросом АХОВ. Непосредственное развитие аварийных ситуаций приводит к изменению свойств объекта, по которым возможна оценка этого развития. На свойства потенциально опасного химического объекта возможно воздействие других объектов, в частности, объектов, предназначенных для ликвидации последствий аварии. Нахождение свойств потенциально опасного химического объекта в каждый текущий момент времени позволяет проводить компьютерное моделирование протекающих процессов.
Аналогичным образом представляются все другие объекты, взаимодействующие или попадающие под действие потенциально опасного химического объекта. Объекты, попадающие в зону действия потенциально опасного химического объекта, характеризуются своим набором свойств
2{эь ^ Э3...ЭМ Ь
где 2 - объект; э^,Э2,Эз-.^М - свойства объекта, попадающие в зону действия потенциально опасного химического объекта.
Состав объектов, попадающих в зону действия потенциально опасных химических объектов, определяется матрицей
2
2
11
21
2
2
12
22
2
1п
2
2п
2т1 2
т2
2
тп
Свойства объектов, попадающих в зону аварии, также представляют собой функции многих переменных и принадлежат ранее определенному множеству
£ е э{х, .
263
Таким же образом представляются объекты, предназначенные для уменьшения последствий аварии и их ликвидации. Эти объекты также характеризуются своим набором свойств
^ эз...Эм Ь
где Ь - объект; э^,^2,**}...Эм - свойства объекта, предназначенного для уменьшения последствий аварии и их ликвидации.
Состав таких объектов определяется матрицей
Ь11 Ь12 ... Ь1п
Ь _ Ь21 Ь22 ... Ь2п
_ Ьт1 Ьт2 ... Ьтп _
Свойства объектов, предназначенных для уменьшения последствий аварийных ситуаций и их ликвидации, представляют собой функции многих переменных и принадлежат ранее определенному множеству
£ е э{х, ?}.
Особенностью представления всех приведенных объектов является общее множество свойств. При этом под свойством, как было сказано ранее, понимается функциональная зависимость или число, причем, если определенное свойство не присуще какому-либо объекту, то оно принимается равным нулю [3].
Исследование во времени взаимодействия свойств потенциально опасных химических объектов, а также объектов, попадающих в зону их действия, и объектов, предназначенных для уменьшения последствий аварийных ситуаций и их ликвидации, позволяет моделировать процессы возникновения, развития, протекания и ликвидации в реальном времени, отслеживать события и принимать оптимальные решения. Для этого достаточно исследовать взаимодействие свойств в матрицах р, 2 и Ь.
При таком предположении протекающую аварию с выбросом АХОВ можно рассматривать как целевую функцию, целью которой является уменьшение человеческих потерь. При этом аргументами данной функции будут являться:
? - время характеризующее протекание аварийной ситуации; к - вероятность появления п-го события; х - расстояние между объектами.
Первоочередной задачей при построении модели аварийной ситуации на химическом объекте является задача построения сектора возможно-
го заражения. По сути, это будет один из объектов, имеющий такие свойства, как глубина, ширина, площадь заражения и другие.
При ранжировании объектов используются свойства, отличающиеся качественной природой и видом размерности измеряемой величины. Допускается произвольное расширение множества показателей, используемых для описания опасности объекта с целью включения в него показателей, характеризующих и другие состояния и свойства объекта.
Статья подготовлена по результатам Государственного контракта П216 «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф» в рамках реализации ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы.
Список литературы
1. Повышение эффективности принятия управленческих решений при чрезвычайных ситуациях с выбросом аварийно химически опасных веществ / Э.М. Соколов [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. 161 с.
2. Повышение эффективности принятия управленческих решений при оценке и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций/
A. А. Зуйкова [и др.] // Вестник ТулГУ. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2008. Вып. 1 С. 179-183.
3. Зуйкова А.А., Буденков М.И. Математические модели распространения загрязнений в атмосфере // Современные наукоемкие технологии: теория, эксперимент и практические результаты: тез. док. междуна-род. науч.-практ. симпозиума, 12-19 апреля 2008 г./ под общ. ред. чл.-корр. РАН В.П. Мешалкина. М.; Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. С. 69-70.
4. Зуйкова А. А., Панарин В.М. Выбор критерия при ранжировании химически опасных объектах// Современные наукоемкие технологии: теория, эксперимент и практические результаты: тез. док. международ. науч.-практ. симпозиума, 14-20 апреля 2007 г./ под общ. ред. чл.-корр. РАН
B.П. Мешалкина. М.; Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. С. 114-118.
E. Sokolov, V. Panarin, A. Zuykova, J. Pushilina, N. Telegina
Development of methods of evaluation offorecasting and preventing the development emergency manmade
The methods of assessment, forecasting and warning, emergency man-made disasters, including those related to the emis-yourself emergency chemically hazardous substances are discussed.
Key words: emergency, emergency chemically hazardous substance contaminated with cloud, security, man-made risk
Получено 02.11.10
