Уровень 10 страница

Особый интерес специалистов вызывает разработка лазеров в рентгеновской области и области гамма-излучения (гразеры), обладающего большой проникающей способностью в воздухе и материалах.

Разновидностью лучевого оружия является пучковое оружие, создающее поток элементарных частиц высокой скорости и большой плотности. Оно может применяться как на земле, так и в космосе, а источником заряженных частиц (электронов, протонов) служат ускорители элементарных частиц. Для повышения "дальнобойности" предполагается наносить не отдельные, в групповые удары по 10...20 импульсов в каждом. Начальные импульсы созда­ют "тоннель", по которому последующие импульсы могут достигать цель, расположенную за 10...15 км. Пучковое оружие космического базирования основано на использовании нейтральный частиц, а дальность поражающего действия достигает сотен километров.

Глава 6 ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ

6.1. Зоны ущерба, потенциальной опасности и риска

После выбора или расчета характерных "-мерных полей физических параметров (концентраций, температур, давления, потоков энергии и т.п.) можно определить размеры зон негативного воздействия, т.е. перевести физические параметры или их интегральные значения в последствия с использованием граничных критериев воздействия. Построение таких зон целесообразно проводить на картографической основе (например, на генплане предприятия, района, города), что позволит оконтурить зоны, в пределах которых будет иметь место та или иная степень поражения, вплоть до летального исхода. Величина и геометрия площади потенциального поражения могут не только служить показателем опасности того или иного сценария развития аварии, но и быть основанием для разработки плана уменьшения степени поражения и ликвидации последствий чрезвычайной ситуации.

Все сценарии развития аварий в техносфере по их поражающему потенциалу можно условно разделить на первичные и вторичные. К первичным относятся сценарии аварий, связанные с выбросом токсичных веществ, пожарами, взрывами, огненными шарами, т.е. аварий "прямого действия", возникновение которых само по себе может привести к физическому поражению. К вторичным относятся аварии, поражающее действие которых проявляется только при наличии дополнительных условий. К их числу относятся взрывы паровых облаков, которые наступают только в том случае, если на пути дрейфа облака имеются источники зажигания определенного типа и при условии, что эти источники функционируют постоянно или в момент подхода к ним облака, или исходные вещества в результате определенных физико-химических процессов трансформируются в другие, обладающие выраженной токсичностью или взрывоопасностью и т.д.

В зависимости от конечных целей построения зон поражения различают зоны (поля) ущерба, потенциальной опасности и риска.

Зоной ущерба называют площадь, ограниченную линией, в каждой точке которой с вероятностью, равной единице, имеет место поражение с заданной степенью (пороговое поражение, летальное поражение, средняя степень разрушения и т. п.) при вероятности возникновения аварии данного типа, равной единице.

В изотропной атмосфере зона ущерба от термического, барического или радиационного (ионизирующих излучений) поражения может быть в первом приближении представлена в виде сферы с радиусом, зависящим от степени поражения и условий протекания аварии.

На рис. 6.1, а в процентах указана степень летального поражения, причем окружность со степенью летального поражения 1% соответствует зоне ущерба порогового поражения. Для струевого пламени при частичной разгерметизации резервуара или трубопровода высокого давления с последующим воспламенением вытекающего газа форма зоны ущерба соответствует угловому сектору с длиной факела, зависящей от специфики горения (свойств газа, давления и диаметра газопровода) и с примерным "углом раскрытия" факела для углеводородного топлива метанового ряда 15...20° (рис. 6.1, б). Следует также учитывать, что за счет начального импульса высокоскоростной струи в месте разрыва возможно возникновение колебаний трубопровода и его фрагментарное разрушение, что может значительно расширить сектор возможного поражения.

В неизотропной атмосфере при оценке масштаба и геометрии зон ущерба аварий, сопровождающихся выбросом токсических, взрывоопасных или радиоактивных веществ необходимо учитывать процессы дрейфа облака под действием ветра, разности плотностей, температур и т.д.

Для токсических выбросов, например, токсическая нагрузка за время t

определяется для каждой точки пространства с полярными координатами r и

0 относительно источника опасности в виде:

t

D(r, 0)= \ cⁿ (r, 0, t)dt. (6.1)

Определив величину токсидозы D(r,0), несложно по формуле (2.1) найти вероятность поражения Рпор субъектов (в случае их нахождения в

указанной точке в течение заданного периода времени), используя в качестве аргумента пробит-функцию (формула (2.2)).

а б Рис. 6.1. - Геометрические формы зон термического поражения: а - огненный шар, взрыв, пожар; б - струевое пламя; - 100%-е поражение; 50%-е поражение; 1%-е поражение

На рис. 6.2 представлено пространственно-временное распределение концентраций токсиканта при выбросе газа с постоянной интенсивностью в течение определенного интервала времени t. На рис. 6.2, а схематически показаны сечения 1, 2 и 3 дрейфующего облака газа с убывающими вдоль оси X (по направлению ветра) концентрациями токсиканта. В сечениях 2 и 3 выбраны осевые точки А и Б, для которых на рис. 6.2, б показан рост концентрации токсиканта за время t, в течение которого дрейфующее облако воздействует на субъекты (время экспозиции), условно помещенные в эти точки.

На рис. 6.2, в представлено изменение концентрации токсиканта в сечениях 1, 2 и 3 облака, соответственно.

Форма и площадь зоны ущерба зависят от метеоклиматических условий (скорости и направления ветра, класса устойчивости атмосферы, времени года и суток и т. п.), состояния подстилающей поверхности и т. д. (см. подразд. 4.3 и 4.4).

При аварии с выбросом в атмосферу взрывоопасных газов с последующим образованием и распространением в окружающем пространстве облака газовоздушной смеси (ГВС) основным фактором опасности является воспламенение облака от каких-либо внешних источников и его интенсивное (взрывное) горение.

Достижение облаком ГВС конкретной точки пространства еще не означает возникновения взрывных процессов, т. е. поражения. Сценарий развития аварийного процесса будет определяться при прочих равных условиях характером распределения по территории потенциальных источников зажигания и их параметрами (мощность, время действия).

Для простейшего случая линейного расположения источников зажигания вдоль направления движения облака истинная вероятность Р_ист воспламенения облака от источника п определяется (в случае достижения этого источника облаком) вероятностью P* "срабатывания" n -го источника к моменту встречи с облаком и вероятностью отсутствия загорания предыдущих

* * источников P₁ P_n-1

Рисх = P* П I _ Pj), (6.2)

j=1

где P* - заданная (исходная) вероятность зажигания облака от j -го источника

(вероятность "срабатывания" источника зажигания в течение времени существования взрывоопасной концентрации паров в данной точке);

j- номер источника зажигания по ходу движения облака.

Результаты расчетов по формуле (6.2) представлены в табл. 6.1.

У 0 у

Рис. 6.2. - Пространственно-временное распределение концентрации токсиканта в шлейфе выброса ОХВ: а - линии изоконцентраций по ширине шлейфа; б - изменение во времени концентрации токсиканта в точках А и Б; в - профили концентраций по ширине шлейфа, t.

Таблица 6.1 - Результаты расчетов вероятности воспламенения облака

ГВС

j	Pn	pj
	0,5	0,5
	0,5	0,25
	0,5	0,125

Исходная вероятность зажигания облака от энергетического источника определяется экспертами. Так, открытые источники огня (печи, факелы, сварка и т.п.) имеют вероятность зажигания, равную 1. Для облака "тяжелого" газа, характерная высота которого обычно не превышает 3... 5 м, речь должна идти о наземных или относительно невысоких источниках, а не о факельных установках. В остальных случаях (искровой электроразряд, искры из вы­хлопных труб, тлеющие и сильно нагретые предметы и т. п.) вероятность зажигания облака от источника принимается, как правило, значительно ниже единицы и зависит как от соответствующих характеристик горючего газа, так и от мощности источника, специфики формирования облака и других факторов.

Поскольку время и условия возникновения той или иной аварии обычно неизвестны, при прогнозировании последствий возможных аварий с целью разработки мер по их предупреждению, смягчению и ликвидации последствий приходится учитывать все возможные метеоклиматические условия при усреднении их в среднегодовом разрезе. В этом случае определяют зону (поле) потенциальной опасности - площадь, ограниченную линией, в каждой точке которой с вероятностью, равной единице, имеет место поражение с заданной степенью (пороговое поражение, летальное поражение, средняя степень разрушения и т. п.) при вероятности возникновения аварии данного типа, равной единице, и усредненных в среднегодовом разрезе метеоклиматических

условиях.

Для ЧС, вызванных взрывами типа BLEVE, пожарами разлитии в

пределах обвалований или огненными шарами, форма поля потенциальной опасности совпадает с возможной зоной ущерба в силу симметричности физических эффектов относительно исходной точки.

Для сценариев аварий, форма и площадь зоны ущерба от которых зависит от параметров окружающей среды, необходимо учитывать весь спектр ее возможных состояний в пределах характерного периода их изменений (обычно в разрезе года).

Метеорологическая информация, используемая при расчете дисперсии в

моделях переноса, как правило, состоит из данных по частоте повторяемости

(P_v,%) скоростей ветра (U, м/с) по географическим направлениям (по М-

румбовой схеме) в годовом разрезе (табл. 6.2).

Каждая градация скорости ветра характеризуется, в свою очередь, некоторой вероятностью реализации каждого из шести возможных классов устойчивости атмосферы P_k при U (табл. 6.3), зависящей, согласно

Пасквиллу, от вертикального градиента температуры.

Градиент температуры DTf DZ, град/м Класс устойчивости

-1,9

-(1,9-1)...............................................

-(1,7-1,5)............................................

-(1 5 - 0 5)..........................................

+(0,5-1,5)...........................................

+(1,5-4,0) и более..............................

А - сильная конвекция

В - конвекция

С- умеренная конвекция

D - нейтральный

Е- инверсия

F- сильная инверсия

Рис. 6.3. - К вычислению потенг ров к зонам потенциальной опасности в точке (r, 0).

Таблица 6.2 - Относительная повторяемость P_v, (%) скоростей ветра по географическим направлениям в годовом разрезе (на примере г. Москвы)

U, м/с	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ		СЗ	Сумма
Штиль
1...2	0,79	0,83	0,95	1,06	0,60	0,73	0,78	0,61	6,35
2...3	2,68	3,08	3,57	3,98	2,32	2,71	2,79	2,13	23,26
4...5	3,18	3,65	4,23	4,71	2,75	3,20	3,30	2,52	27,54
6...7	2,41	2,61	3,00	3,28	1,90	2,28	2,40	1,87	19,75
8...9	1,86	1,77	2,00	2,12	1,21	1,54	1,71	1,38	13,59
10...11	0,80	0,66	0,73	0,73	0,41	0,57	0,67	0,56	5,13
12...13	0,50	0,38	0,41	0,40	0,22	0,32	0,39	0,34	2,96
14...15	0,18	0,12	0,12	0,11	0,06	0,10	0,13	0,12	0,94
16...17	0,06	0,04	0,04	0,03	0,02	0,03	0,04	0,04	0,30
18...20	0,03	0,02	0,02	0,02	0,01	0,01	0,02	0,02	0,15
21...24	0,01	0,00	0,01	0,00	0,00	0,00	0,00	0,01	0,03
Сумма	12,50	13,16	15,08	16,44	9,50	11,49	12,23	9,60	100,0

Таблица 6.3 - Повторяемость классов устойчивости атмосферы при заданной скорости ветра U на высоте 10 м от поверхности,%

U, м/с	Апрель-Сентябрь	Октябрь-Март
	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	I	II	III
	А	В	С	D	Е	F	А	в	с	D	Е	F
0...1	1,4	7,0	29,8	23,7	4,0	34,1	0,0	0,1	5,5	17,2	20,8	56,6
2...3	3,2	10,5	36,5	28,7	3,8	17,3	0,0	0,0	5,8	23,0	26,0	45,2
4...5	2,2	12,4	39,6	31,0	3,7	11,1	0,0	0,1	6,4	26,0	28,1	39,4
6...7	4,3	11,9	39,4	31,5	3,4	9,5	0,1	0,2	6,7	27,3	29,0	36,7
8...10	4,3	12,2	40,4	32,8	3,7	6,6	0,0	0,2	5,9	26,0	27,2	49,7

Примечание. A, В, С, D, E, F- класс устойчивости.

После систематизации метеопараметров по диапазонам скорости L ветра и 6 классам устойчивости атмосферы (к) далее можно рассчитать с помощью соответствующих моделей для 6 х L вариантов распределения концентраций по характерным географическим направлениям (8 румбов). Задав критерий негативного воздействия (токсидоза, нижний предел воспламенения облака, импульс давления при взрыве облака и т. п.), можно осуществить далее переход от полученных полей физических параметров опасности для субъекта.

Вероятность появления ущерба в некоторой точке с полярными координатами (r, 0) в v -м секторе М-румбовой сетки определяется не только формой "собственной" зоны ущерба, но и возможным влиянием полей других секторов. В общем случае вероятность появления ущерба для всех точек пространства при единичной вероятности исходного события рассматривается как сумма вероятностей реализации различных вариантов зон ущерба F (Q_A, U, k), т.е.

R«(r,0)= £ [ £P ^{ £ ^PkLMF[F₇^{iQA, U, k}, (6.3)

v=1 \_L=l Ik=1 ^ZK)_

где (Qa, U, k)] - ширина зоны ущерба в v -м секторе для М градаций по направлениям сторон света на расстоянии r от источника опасности и при угле 0 в полярных координатах (рис. 6.3).

Суммирование проводится первоначально по классам устойчивости атмосферы при заданной скорости ветра, затем по градациям ветра и в конце -по секторам.

Таким образом, в случае влияния состояния окружающей среды на механизм формирования последствий для каждого сценария исходного выброса с мощностью или массой Q_A для построения поля потенциальной

опасности необходимо анализировать 6 х L вариантов зон ущерба с учетом их относительной вероятности реализации по различным направлениям сторон света.

Представление опасности в виде полей учитывает не только сценарий и специфику развития аварийных процессов, но и влияние всей совокупности природно-климатических объектов региона. Применительно к анализу конкретных технологических объектов такие поля являются необходимыми первичными элементами, из которых "конструируется" поле риска для территории.

После выявления на каждом из принятых к рассмотрению объектов всех видов аварий (суммарное количество равно N), специфики их возникновения и развития, расчета полей потенциальной опасности этих аварий [R_{M i} (x,y);i = 1,..., N] и определения вероятности реализации их негативного

потенциала (w_i; i = 1;...;N - частота реализации сценария аварии) проводится

построение локальных Я_лок (x,y) (для каждого сценария с конкретной

привязкой к источнику опасности) и интегральных Я_инт (x,y) полей риска на

масштабированной картографической основе

N N

^rhhx ^y) = Е ^Wi^RM,i ^{(x, y)} = Е ^Wi^RM,i ^^{, 0) . (6.4)}

i=1 i=1

Получаемая карта R_HHX(x,y) (рис. 6.4) характеризует интегральную

вероятность того или иного типа негативного воздействия при условии, что субъект воздействия с вероятностью, равной 1, находится в конкретной точке пространства в момент реализации аварийного процесса. Эту величину далее будем называть величиной индивидуального риска, под которой принято понимать вероятность (частоту возникновения) поражающих воздействий определенного вида (смерть, травма, заболевание) для индивидуума, возникающая при реализации определенных опасностей в определенной точке пространства.

Линии, оконтуривающие поле риска определенной величины, соответствуют потенциальному территориальному риску R_nx, под которым

(согласно "Методическим указаниям по проведению риска опасных производственных объектов" (РД 08-120 - 95 утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 12 июля 1996 г. № 29) понимают пространственное распределение частоты реализации негативного воздействия определенного уровня.

j
3 / [ { Vli	/ ip Г j
[ \ [ V) /	\ ш J / / *
\

Рис. 6.4. - Поля риска на территории региона с источником опасности в центре координат:1-УШ - географические направления; 10, 100 - число субъектов воздействия в точке на момент реализации опасности; 1-4- поля риска с

2 3

соответствующими значениями индивидуального риска 10^-; 10^-; 10^-4; 10^-5

Если анализу подвергается не один объект, а система технологических объектов (суммарное количество - J), распределенных по территории, то проводится суммирование полей потенциальной опасности для каждого источника с учетом их взаимного расположения:

j

^Rhhx = Z ^Rhhx.J (Х'У) ^{. (6.5)}

j=1

В силу независимости построения полей R_HHX (x, y) для каждого объекта

можно получить оценку влияния аварий на одном объекте на округляющие его объекты. Это особенно важно для сценариев с взрывами и пожарами, поскольку для этих случаев весьма вероятно развитие аварий по принципу "домино", т.е. каскадное развитие аварий.

Фигурирующая в формуле (6.4) частота реализации опасного события wh год"1 определяется методами теории риска (построением дерева отказов, дерева событий и т. д.) по статистическим данным либо по экспертным оценкам.

Экспертные оценки частоты техногенных аварий проводятся с учетом деления их на пять уровней:

частый отказ - ожидаемая частота возникновения >1 год^-1;

2 1

вероятный отказ - ожидаемая частота возникновения 1...10^- год^-;

_{-2 -4 -1}

возможный отказ - ожидаемая частота возникновения 10^-...10^- год^-; редкий отказ - ожидаемая частота возникновения 10^-4...10^-6 год^-1; практически невероятный отказ - ожидаемая частота возникновения < 10^-6 год^-1.

Некоторые статистические данные по техногенным авариям приведены в табл. VIII. 1 прил. VIII.

Получаемые карты интегральных показателей потенциального риска Rhht (x, y) на территории региона по всем характерным сценариям и принятым

к рассмотрению объектами используются (с учетом дополнительной информации о пространственно-временных распределениях людей в данном районе) для определения абсолютного риска для населения и дифференциации групп населения по уровням риска.

Зная функцию плотности распределения населения N (x, y) для данного

региона, можно определить величину коллективного риска, определяемого как суммарное количество смертей в год от данного вида хозяйственной деятельности в пределах данной территории R_K0JI, чел./год

= } Rmhx (x,y)N (x,y)dS. (6.6)

S

Величина RKon представляет собой количественную оценку опасности, которая используется далее для сравнения рисков и при принятии решений по увеличению уровня безопасности по региону в целом. Так, в отмеченных на рис. 6.4 точках с количеством субъектов 10 и 100 величины индивидуального риска будут равны соответственно 10^-3 и 10^-4, но величины коллективных рисков в них будут одинаковы.

Если на объекте (территории) реализуются планы действий в условиях ЧС, включающие заблаговременное оповещение населения, эвакуацию населения из прогнозируемых по метеоусловиям зон поражения (населенных пунктов), с населением была проведена разъяснительная работа по действиям в условиях ЧС, то необходимо учитывать определенную вероятность избежания опасности при ее проявлении. При расчете полей риска необходимо вводить поправочные коэффициенты, учитывающие вероятность избежания опасности (адекватные действия) или, наоборот, вероятность неадекватных действий k(t). В этом случае уравнения (6.4) следует представлять в виде

N

^Rnnx^(xy)= Е ^Wi^RM,i^{(xy)k(t). (6.7)}

i=1

По своей сути величина к (t) характеризует динамику средне­статистического поведения субъекта. В случае отсутствия какого-либо конкретного плана действий в условиях ЧС и неподготовленности населения можно предположить, что к (t) = 1. При наличии плана такого рода системы оповещения об аварии и подготовленности населения к действиям в условиях ЧС к (t)< 1.

Опыт учений на Астраханском газоконденсатном комплексе показывает, что первые 5...10 мин уходят на принятие людьми решения по избежанию опасности (например, выход в заданную точку сбора и т. п.), поэтому этот период можно отнести к периоду неадекватных действий. В интервале 10...30 мин после оповещения имеют место целенаправленные действия по избежанию опасности.

В случае продолжительного дрейфа токсичного облака (более получаса) все, кто был заранее оповещен от опасности, уже смогут предпринять необходимые действия. Следует учитывать, что несмотря на наличие всех необходимых систем и средств, определенный контингент населения будет реагировать неадекватно. Учет динамики поведения субъектов при ЧС приводит к существенному изменению распределения полей риска. В частности, риск токсического поражения на значительном удалении от источника выброса уменьшается несколько раз, в то время как вблизи него практически не изменяется.

Наиболее важным в принятии решения является вопрос об уровне приемлемого риска, под которым понимают величину риска, приемлемую с точки зрения безопасности для здоровья человека, но вынужденную с точки зрения социально-экономического развития общества. Концепция приемлемого риска была предложена Международной комиссией по радиологической защите в 1981 г. Следует подчеркнуть, что выбор значения приемлемого риска во многом зависит от экономического состояния государ­ства. Так, в Нидерландах в 1985.Г. концепция "приемлемого риска" была принята в качестве государственного закона, по которому вероятность смертности для населения от опасностей, связанных с техносферой, считается недопустимой, если составляет в год более 10^-6 год^-1. В других странах использование концепции "приемлемого риска" в законодательстве более ограничено, но во всех промышленно развитых странах уже существует понимание необходимости более полного применения такого подхода, как одного из наиболее эффективных механизмов управления промышленной безопасностью.

Если в результате анализа потенциального риска установлено, что уровень риска для ряда районов (секторов) региона превышает допустимые значения, то следует провести оценку социальной значимости риска для населения в терминах суммарного экономического ущерба от гибели и травмирования людей и материальных потерь в результате ЧС.

6.2. Оценка последствий чрезвычайных ситуаций в природно-

техногенной сфере

Негативным следствием ЧС в природно-техногенной сфере является ущерб, наносимый жизни и здоровью людей, их имуществу и ОПС.

До настоящего времени имеет место существенное различие толкований понятий "ущерб", "экономический ущерб", "эколо-го-экономический ущерб" и т. п. Принято считать, что ущерб может быть как прямым, так и косвенным.

К прямому экономическому ущербу от какого-то действия относятся выраженные в стоимостной форме затраты, потери и убытки, обусловленные именно этим действием в данное время и в данном конкретном месте.

К косвенному экономическому ущербу от какого-то действия относятся вынужденные затраты, потери, убытки, обусловленные вторичными эффектами (действиями или бездействиями, порожденными первичным действием) природного, техногенного или социального характера.

Величину прямого экономического ущерба для конкретного объекта можно определить путем расчета различных составляющих потерь, выраженных в стоимостной форме, на основе объективных методов их выявления.

Большие трудности возникают при определении косвенного экономического ущерба. Структура последнего для случая загрязнения ОПС по основным крупнейшим реципиентам представлена на рис. 6.5.

Во многих случаях (например, при загрязнении атмосферного воздуха) определение косвенного ущерба возможно лишь при оценке последствий аварийного или залпового выброса. Проследить причинно-следственные связи при распределенном во времени загрязнении ОПС практически невозможно.

Существующие методики определения ущерба при загрязнении ОПС, как правило, базируются на нормативных документах, регламентирующих выплаты за загрязнение ОПС, в предположении, что эти выплаты и есть экологический ущерб. Все эти нормативные документы предназначены для определения ущерба от загрязнения ОПС в штатном безаварийном режиме работы.