Главная стр 1стр 2 ... стр 8стр 9
скачать
ЧАСТЬ 2
ТЕМА 4. Моделирование и системный анализ процессов причинения техногенного ущерба
4.1. Общие принципы моделирования и системного анализа техногенного ущерба
Краткая характеристика этапов процесса причинения техногенного ущерба
Статистика современных аварий, катастроф и несчастных случаев с людьми свидетельствует: наибольший техногенный ущерб людским, материальным и природным ресурсам ныне связан с пожарами и происшествиями на транспорте, а также с взрывами разрушениями зданий.

Большинство же техногенных происшествий обусловлено неконтролируемым высвобождением кинетической энергии движущихся машин и механизмов, а также потенциальной или химической энергией, накопленной в сосудах высокого давления и топливовоздушных смесях, конденсирован ных взрывчатых веществах, ядовитых технических жидкостях и других вредных веществах.

К основным поражающим факторам техногенного характера обычно относят:

а) термический (тепловое излучение, «удар» пламенем или криогенным веществом) - 56 % от общего числа при чин разрушительного воздействия;

б) бризантно-фугасный (дробящее, метательное или осколочное воздействие движущихся тел, включая непосредственные продукты взрыва) - 29%,

в) агрессивные или токсичные свойства вредных или аварийно опасных химических веществ - около 10 %.


Приведенные данные свидетельствуют о чрезвычайном многообразии обстоятельств проявления техногенных происшествий и разрушительного воздействия на различные ресурсы перечисленных выше и иных факторов. Напомним, что там были выделены следующие четыре этапа или стадии:

1) высвобождение (расконсервация) накопленной в человеко-машинной системе энергии или запасов вредного вещества вследствие возникшей там аварии;

2) неконтролируемое распространение (трансляция) их потоков в процессе истечения вещества и энергии в новую для них среду и перемещения в ней;

3) физико-химическое их превращение (трансформация) там с дополнительным энерговыделением и переходом в новое агрегатное или фазовое состояние;

4) разрушительное воздействие (адсорбция) первичных потоков и/или наведенных ими поражающих факторов на не защищенные от них объекты.
1. Характеристику первого этапа, т. е. процесса расконсервации аварийно-опасных энергии и вещества, накопленных в объектах техносферы, проведем путем ответа на такие три вопроса:

а) что высвобождается;

б) откуда или из чего оно истекает;

в) каким образом это случилось или происходит.


Возможны такие основные варианты ответа на эти вопросы:

а) твердое тело или вещество - газообразное, жидкое, газокапельное или порошкообразное, которое может быть инертным и неинертным или меняющим и не меняющим свое агрегатное состояние после высвобождения, а также энергия - в форме движущихся тел или потока невидимых частиц-волн;

б) из генератора (компрессора, насоса, источника энергии) или аккумулятора (емкости) - через образовавшуюся в них трещину либо отверстие;

в) практически мгновенно (залповый выброс), непрерывно – с постоянным или переменным расходом и эпизодически - регулярно или случайным образом.


Целью системного анализа и моделирования данной стадии может служить прогнозирование таких ее параметров, как количество внезапно или постепенно высвободившегося вредного вещества, интенсивность и продолжительность его истечения, а также плотность потока тел либо частиц и напряженность электромагнитных полей или ионизирующих излучений.
2. Особенности протекания второго этапа рассматриваемого процесса обусловлены как перечисленными только что факторами, так и спецификой пространства, заполняемого веществом или находящегося между источником энергии и подверженным ее воздействию объектом. Чаще всего это пространство может быть трехмерным (атмосфера, водоем, почва), иметь заполнение - неоднородное или однородное, неподвижное или подвижное (несущую среду), обладать фактически бесконечными размерами или ограничиваться другой средой, способной поглощать или отражать потоки энергии или вещества.

С учетом данного обстоятельства возможны различные сочетания существенных для энерго - массо- и потокообразования факторов, приводящих к различным сценариям:



  • начиная с растекания жидких веществ по твердой поверхности

  • и завершая заполнением всего пространства смесью аэрозоли, газа и/или жидкости.

Если не учитывать подвижность атмосферы, то можно утверждать о подверженности распространения в ней газообразных веществ некоторым базовым тенденциям. Они проявляются обычно в образовании либо облака (для залпового выброса газов), либо шлейфа (для их непрерывного истечения), которые затем ведут себя соответственно следующим образом:

а) стелятся над поверхностью или постепенно приближаются к ней - для тяжелых газов,

б) касаются земли или распространяются параллельно ее поверхности - для нейтральных

в) поднимаются в виде гриба или расширяющегося конуса, поперечные сечения которых называются «термиками» (интенсивно перемешиваемыми образованиями с поднимающимися легкими потоками внутри и опускающимися из-за охлаждения более плотными снаружи - для легких газов.

В случае же учета реальной подвижности рассматриваемой здесь несущей среды (скорости ветра их),а также шероховатости подстилающей (ее) поверхности, рельефа местности и вертикальной устойчивости атмосферы данные тенденции слегка видоизменяются. Обычно это приводит к дрейфу шлейфа или облака в атмосфере с постепенным изменением их высоты и формы примерно так, как это показано на рис. 8.1.

Если величина трения о земную поверхность обычно зависит от размеров зданий, оврагов, деревьев, кустов и других естественных «шероховатостей», то влияние атмосферы определяется направленностью и скоростью циркулирующих в ней потоков, в том числе потока тепловой энергии. Для учета такого влияния обычно вводят шесть классов устойчивости (иногда - стабильности) атмосферы:

А - сильно неустойчивая, с преобладанием конвекции,

В - умеренно неустойчивая,

С - слабо неустойчивая атмосфера,



D- нейтральная стратификация, т. е. изотермия,

Е - слабо устойчивая с инверсией

F– умеренно устойчивая.
Одна из таких базовых классификаций, учитывающая время суток, облачность, уровень солнечной радиации и скорость ветра, приведена в табл. 8.1.

Приведенная классификация используется затем для определeния ряда эмпирических коэффициентов и зависимостей, существенно влияющих на рассеяние вредного вещества в атмосфере.

В качестве других исходных данных применяются перечисленные paнee сценарии и факторы, а также количественные же характеристики, полученные при исследовании первого этапа процесса причинения техногенного ущерба.

Конечной же целью последующего системного анализа и моделирования процесса распространения энергии и вредного вещества служит построение полей пространственно-временного распределения плотности их потоков или концентрации.


3. Что касается третьей стадии, т. е. трансформации аварийно высвободившихся потоков энергии и запасов вредного вещества, то возможность и характер такого превращения также зависят от большого числа указанных выше факторов и их вероятных сочетаний. Однако доминирующее положение среди них занимают те физико-химические свойства распространившихся в новой среде продуктов выброса, которые характеризуют их взаимную инертность. В противном случае в образовавшихся или изменившихся под их воздействием объемах пространства возможны не только различные фазовые переходы типа «кипение-испарение», но и химические превращения в форме горения или взрыва, сопровождающиеся большим энерговыделением.
Особенно это характерно для больших проливов аварийно-опасных химических веществ или заполнения их парами сравнительно небольших объемов воздушного пространства. Дело в том, что при этом могут создаваться топливовоздушные смеси, способные к трансформации в одной или нескольких из упомянутых выше форм. Например, залповый выброс значительного количества сжиженного углеводородного газа сопровождается его практически мгновенным испарением с образованием смеси, способной затем (после контакта с открытым огнем) взорваться или интенсивно сгореть.

Целью системного анализа и моделирования данной стадии рассматриваемого процесса служит прогнозирование не только характера трансформации вредных веществ, рассеянных в результате аварии, но и поражающих факторов, обусловленных последующим превращением в новой ДЛЯ них среде1
4. Четвертой стадией и конечной целью всего исследования процесса причинения техногенного ущерба является изучение поражающего воздействия первичных и вторичных продуктов аварийного выброса на незащищенные от них людские, материальные и природные ресурсы. Основными используемыми при этом исходными данными являются параметры:

а) поражающих факторов (перепад давления во фронте воздушной ударной волны, концентрация токсичных веществ, интенсивность тепловых и ионизирующих излучений, плотность потока и кинетическая энергия движущихся осколков),

б) потенциальных жертв (стойкость и живучесть конкретных объектов, с учетом частоты или длительности вредного воздействия на них и качества аварийно-спасательных работ).

Сам же ущерб от такого воздействия целесообразно делить на два вида. Прямой или непосредственный ущерб, обусловленный утратой целостности или полезных свойств конкретного объекта, и косвенный, вызванный разрушением связей между ним и другими объектами.

Более детальное представление первого компонента техногенного ущерба реализовано с помощью табл. 8.2. В табл. 8.2 систематизированы некоторые формы проявления прямого ущерба (ее правая часть) применительно к различным видам ресурсов (левая часть). При этом интенсивность или доза вредного воздействия указанных выше поражающих факторов снижается по мере рассмотрения столбцов правой части слева направо, тогда как степень отдаленности последствий ухудшения повреждаемых объектов растет в этом же направлении.

Несмотря на определенную условность и нечеткость, приведенная в табл. 8.2 классификация помогает убедиться как в много гранности проявления техногенного ущерба, так и в его зависимости от большого числа перечисленных выше факторов. Все это свидетельствует о необходимости привлечения к прогнозированию рассматриваемого здесь ущерба самых разнообразных моделей и методов.

Для того чтобы выбрать из накопленного ныне опыта лишь наиболее подходящее для последующего моделирования и системного анализа выделенных выше этапов, вначале проанализируем известные подходы к решению соответствующих задач.

Среди существующих материальных и идеальных моделей различных этапов процесса причинения ущерба можно выделить практически все известные их классы (см. рис. 2.1). Однако применение физических моделей (натурных и аналоговых) ограничено сферой пригодности и высокой стоимостью. Ранее они использовались преимущественно для получения статистических данных (например, при испытаниях оружия массового поражения). Сейчас для проверки других моделей и обобщения результатов, полученных на аналогах, если соблюдается требование автомодельности(известны параметры какого-либо подобия, допустим, геометрический или иной масштаб).

Значительно шире применяются идеальные модели, начиная от интуитивных (метод сценариев развития аварии) либо смысловых (зависимость типа «доза-эффект») и завершая знаковыми (математическими и алгоритмическими).

Под последней группой имеется в виду следующее.



1. Аналитические модели:

а) параметрические формулы типа уравнения М. Садовского для перепада давлений в атмосфере или модель рассеяния в ней вредных веществ К. Гаусса;

б) интегральные модели, базирующиеся на интегральных законах баланса массы либо энергии и описываемые обыкновенными дифференциальными уравнениями;

в) модели, построенные на интерпретации параметров состояния или энергомассообмена в их оригинальном виде и реализуемые системами дифференциальных уравнений Б частных производных.



Классификация и анализ известных моделей и методов прогнозирования техногенного ущерба
2. Методы имитационного, статистического и численного моделирования, основанные на использовании случайных распределений параметров совокупности разных моделей и учете их непрерывно меняющихся факторов.

Что касается предназначения перечисленных моделей и методов, то их удобно разделить по четырем этапам причинения техногенного ущерба. Наибольший интерес представляют модели таких объектов или процессов, как:

а) источник выброса энергии или вредного вещества, истечение газообразных веществ или растекание по твердой поверхности - жидких;

б) распространение энергии или массы в несущей среде или их межсредный перенос;

в) вскипание сжиженного газа, испарение перегретой жидкости, энерговыделение и образование полей поражающих факторов;

г) реципиент этих факторов, защита от них и поражение ресурса конкретным фактором.

Проиллюстрируем приведенную классификацию на примере краткого сравнительного анализа наиболее характерных из известных ныне математических моделей и численных методов.
Высвобождение и/или истечение энергии и вещества
Наиболее простыми из моделей и методов данного класса являются те, которые описывают высвобождение энергии (механической, тепловой и электрической), а также истечение инертных или не меняющих при этом агрегатное состояние жидкостей и газов. Аналогично обстоит дело с потоками ионизирующих частиц и электромагнитных излучений.

Дело в том, что соответствующие математические соотношения описываются довольно простыми расчетными формулами типа уравнений для потенциальной и кинетической энергии различных тел; законом Ома для участка электрической цепи; формулой для расхода жидкости через отверстие и законом Стефана - Больцмана для потока теплового излучения. Параметрами этих аналитических моделей соответственно служат масса и высота либо скорость тела; перепад электрического напряжения или гидравлического давления, а также препятствующее высвобождению потоков сопротивление среды либо площадь отверстия, температура или интенсивность источника соответствующего излучения и степень его ослабления разного рода экранирующими устройствами.

Заметно сложнее обстоит ситуация с выбросом веществ, меняющих свое состояние в результате интенсивного вскипания и испарения после разгерметизации емкости, например, сжиженных газов или криогенных жидкостей. Если в перечисленных выше случаях используются довольно строгие аналитические модели, то данная ситуация все еще исследована недостаточно. По этой причине наиболее слабым моментом известных ныне методик служит прогноз интенсивности истечения подобных веществ и их выброшенного количества, а также оценка влияния на эти параметры инородных включений, например аэрозолей.

Выходом из подобных ситуаций служит повсеместное использование либо различных упрощенных сценариев (полный и частичный выброс накопленного где-либо энергозапаса), либо полуэмпирических зависимостей или постоянных коэффициентов. В целом же данный класс моделей представляется достаточно разработанным, а при их выборе необходимо учитывать гомогенность и возможные фазовые переходы рассматриваемого вещества, а также конструктивные особенности их аккумулятора.


Распространение потоков энергии и вещества
Моделирование и прогноз параметров распространения химических или радиоактивных веществ связаны с необходимостью учета большого числа факторов. Например, концентрация данных веществ в точке с радиус-вектором r (x, у, z), обычно выражаемая функцией c (r, t) этих прямоугольных координат и времени t, зависит от трех групп факторов:

а) источник егогеометрия, расход, термодинамические параметры;

б) среда температурная и скоростная стратификация на макро уровне, а также ее локальная неоднородность, нерегулярность и турбулентность;

в) вредное вещество - плотность, размер частиц, их склонность к физико-химическим превращениям после контакта со средой и ограничивающей поверхностью.


Естественно, что наиболее полный и достоверный прогноз функций c (r, t) возможен лишь на основе численного моделирования системы соответствующих дифференциальных уравнений в частных производных. Особенно это касается последствий истечения мощных струй и мгновенных выбросов большого количества тех веществ, которые имеют существенно отличную от несущей среды температуру или плотность, т. е. при разрушениях магистральных газопроводов, взрывах токсичных продуктов и проливах сжиженных природных газов.

В основе соответствующих математических соотношений чаще всего выступают следующие основные законы сохранения [18, 29, 30]:

а) уравнение сохранение массы (неразрывности):
+div(W) = 0 (8.1)

+div(WC) = div[]
б) уравнение сохранения импульса:



 (8.2)



в) уравнение сохранения энергии:



(8.3)

где , Р, W, g - плотность газо(паро)воздушной смеси, ее давление и скорость диффузионного потока в данной точке в момент времени t, ускорение свободного падения; С, К, H– массовая концентрация, турбулентная вязкость и энтальпия этой смеси; , , - компоненты вектора скорости Wв направлении декартовых осей Х, У, Z.

Примерно также моделируется процесс распространения этих веществ в зоне их возможного рассеяния и с помощью интегральных моделей, представленных обыкновенными дифференциальными уравнениями. Чаще всего в качестве таких математических соотношений используются следующие уравнения:

а) изменение формы облака с примесями вредного вещества под воздействием гравитации:


, k=1,15 (8.5)
б) сохранение массы вещества в облаке:



; (8.6)
(8.7)
в) уравнение сохранения энергии в облаке:
(8.8)
Чаще применяются параметрические формулы и основанные на них методы прогнозирования полей концентрации загрязнителя в зонах его рассеяния. Эти подходы базируются на закономерностях диффузии или турбулентного обмена между слоями атмосферы и вероятностно - статистических (гауссовых) представлениях о рассеянии в ней или водной среде загрязнителей. Модели этого типа в общем случае могут быть описаны следующими математическими соотношениями.

  1. Для мгновенного, залпового выброса вредных веществ

c(r,t) = c(x,y,z,t) = , (8.11)

G(x,y,z) =exp () × {exp ( - ) + exp (-)} ; (8.12)



foc(t) = exp {- (8.13)

2. Для постоянно действующего их источника



c(x,y,z) = , (8.14)

где М, z0- масса вредного вещества, мгновенно высвобождающегося и постепенно распространяющегося вдоль поверхности земли, и высота источника его выброса; G(x, у, z, t), fp(t), foc(t) - функции, учитывающие снижение концентрации из-за метеорологического разбавления, химического превращения и гравитационного оседания вещества; то, Vdи k- интенсивность эмиссии вредного вещества непрерывным источником, скорость оседания и константа превращения его частиц соответственно; ихи σx, σy, σz - скорость ветра вдоль оси Х и стандартное отклонения частиц облака по всем трем осям.

Обратим внимание на физический смысл и других приведенных здесь аналитических выражений, для чего представим формулы (8.11) и (8.12) в виде следующего произведения:
с(r, t) == Mf(x)f(y)f(z)fp(t)foc(t).

Оказывается, что три первых его функции-сомножителя представляют собой плотности вероятности соответствующих нормально распределенных случайных величин, имеющих такие параметры:

а) математическое ожидание, равное (uxt) для f(х) и нулю - для двух других распределений;

б) дисперсию, численно равную квадратам приведенных выше стандартных отклонений.


При нахождении источника выброса на поверхности земли, т.е. для z= 0, сомножитель f(z) становится удвоенной плотностью вероятности случайной величины Z, подчиняющейся некоторому «усеченному» специальным образом нормальному закону. Это обусловлено тем, что в этом случае функция f(z) существует лишь в пределах положительных значений своего аргумента, что и приводит к удвоению концентрации вредного вещества в вертикальном направлении из-за его отражения земной поверхностью. Если же попытаться графически представить, характер изменения концентрации вредного вещества в облаке по мере его удаления от источника выброса, то он будет иметь вид,подобный показанному на рис. 8.2.
Как это видно из рис. 8.2 и соотношений (8.11)-(8.14), параметрические формулы позволяют моделировать распространение вредных веществ и прогнозировать плотность их распределения. Кроме того, в сравнении с приведенными выше численными и интегральными моделями они более просты, что облегчает системный анализ этих процессов. Именно данное обстоятельство и способствовало широкому использованию данных соотношений в действующих ныне официальных методиках.

Что касается входящих в эти же формулы дисперсий, то их следует считать функциями времени и проекции скорости Uв соответствующих направлениях:


; i=x, y, z, (8.15)
где - дисперсионные зависимости отражающие возрастание дисперсии по координатам с увеличением расстояния (по оси Х) от источника выброса до центра соответствующего облака при разных классах устойчивости атмосферы и подстилающей поверхности*; - поправка, вводимая с целью исключения стремления функции с(r, t) к бесконечности (при = 0, т. е. вблизи от источника) где р - плотность газо- или парообразного вредного вещества.
Поскольку чрезвычайная неоднородность приземных слоев атмосферы и непрерывно меняющаяся там турбулентность исключают теоретическим вывод зависимости дисперсии от всех влияющих на нее факторов, то первое слагаемое формулы (8.15) обычно представляют следующими тремя группами эмпирических выражении, полученных с помощью полей концентрации от точечных источников мгновенного или непрерывного действия.
1. Модели PGT - самые первые, названные аббревиатурой авторов [49, 43, 56] и выражаемые такими аналитическими формулами компонентов дисперсии в направлении осей у и z:

; (8.17)

где k1... k5- приведенные в табл. П.4.2 коэффициенты, соответствующие рассмотренным выше (см табл. 8 1) , классам устойчивости атмосферы.

2. Степенные выражения дисперсии, самые простые и также игнорирующие стандартное отклонение вдоль направления ветра (из-за его малости в сравнении с движением облака по ветру). Для других же осей это отклонение определяется следующими формулами:

; (8.18)

где а, b, c и d- приведенные в табл. П.4.3 степенные коэффициенты, найденные при 1) усредненном времени наблюдения равном 10 мин, 2) тех же классах устойчивости атмосферы, 3) коэффициенте шероховатости подстилающей поверхности z0= 0,1 м, 4) измерении данных стандартных отклонений в метрах, 5) возможности корректировки их значений для а) большего времени усреднения и других z0(см. табл. П.4.4), б) уточненных значений коэффициентов с' и d' для (см. табл. П.4.10).

Зависимости Бриггса [39J, справедливые для большинства из упомянутых выше условий и учитывающие специфику как:
открытой сельской местности.

; (8.19)
так и городских условий (в последнем случае z0принят равным не 0,3, а 1 м):

; (8.20)

где и - постоянные коэффициенты, значения которых (для времени осреднения в 20 мин) совместно с видом функции S(x) приведены в табл. П.4.5.


При моделировании этой стадии процесса причинения техногенного ущерба важно учитывать специфику каждого из этих веществ, условии их выброса и истечения, что под силу лишь методам численного моделирования. Для рассеяния тяжелого газа пригодны также интегральные математические соотношения (8.5)- (8.10), обеспечивающие приемлемую точность прогноза его концентрации и размеров облака. А вот приведенные выше гауссовы модели способны к подобным предсказаниям, но только вдали от источника выброса.
Трансформация потоков энергии и вещества
Среди известных ныне моделей изменения агрегатного состояния (испарение, кипенение) и преобразования вещества с интенсивным энерговыделением (горение и взрыв) преобладают параметрические формулы.

Например, интенсивность qи испарения жидкого вещества, пролитого в результате разрушения емкости на площадь П, рекомендуется оценивать по следующей полуэмпирической формуле [20]:





qи= Пµ1/2 10-6 (5,83 + 4,1 Uис, (8.21)

где Рис - молярная масса (кг/моль) и давление насыщенных паров (Па) вредного вещества; U- скорость ветра в приземном слое (м/с).


Что касается горения с малой (до 1 м/с) скоростью распространения фронта пламени, то тепловой поток qt, образующийся в результате такого энеговыделения, рекомендуется рассчитывать по аналогичным формулам. Их параметрами-сомножителями обычно служат площадь пожара и его суммарная теплоизлучающая поверхность, массовая скорость и теплота сгорания пожароопасного вещества, а также температура поверхности факела, степень его черноты и коэффициенты, характеризующие специфику конкретного вещества.

Аналогичные параметрические соотношения используются и при более интенсивном тепловыделении, сопровождающемся образованием так называемого огненного шара. Например, его диаметр До.ш, продолжительность существования τо.ш и излучаемый при этом удельный тепловой поток qо.шмогут быть оценены по следующим сравнительно простым аналитическим зависимостям:

Д о.ш = AМa; τ о.ш = БМб; qо.ш = ВМВ, (8.22)

где А, Б, В; а, б, в - найденные по экспериментальным данным постоянные коэффициенты, значения которых будут приведены ниже (см. разд. 9.2).


Для определения характера чрезвычайно интенсивного - взрывного - высвобождения энергии аварийно-опасных веществ обычно используется какая-либо классификация заполненных ими объемов по степени соответствующей чувствительности.

Например, методика [19] предлагает делить все топливовоздушные смеси на такие четыре класса (см. табл. 8.3): 1 - особо чувствительные, 2  чувствительные, 3 - умеренно чувствительные и 4 - слабо чувствительные. Аналогично классифицируются этой методикой и заполненные ими пространства: 1 - сильно загроможденные, с замкнутыми полостями, 2 - загроможденные, с полузамкнутыми объемами, 3 - частично загроможденные отдельными предметами или сооружениями и 4 - слабо загроможденные.

Исходя из оцененного таким образом класса аварийно-опасного горючего вещества и заполненного им объема, затем определяется вероятный режим высвобождения энергии этих смесей (Табл. 8.4). В качестве режимов подразумеваются:

1 – детонация (взрывное горение со скоростью более 500 м/с),

2- - дефлаграция при 300-500 м/с,

3 - дефлаграция со скоростью 200-300 м/с,

4 - дефлаграция при 100-200 м/с,

5 - дефлаграция со скоростью, равной 40 М 1/6- масса облака, т)

6 – медленная дефлаграция при скорости в (21M1/6) м/с.
В процессе же прогнозирования зоны распространения продуктов взрывного высвобождения энергии обычно исходят из того, что основными поражающими факторами при этом служат осколки и сейсмическая или воздушная ударная волна. А вот для количественной оценки фугасного воздействия последней на людские, материальные и природные ресурсы используется избыточное давление на фронте этой волны ∆Рф(кПа), характер изменения которого чаще всего определяется по формуле М. Садовского
Рф= (106/Хф) + (428/ Хф2 ) + (1400/ Хф3); Хф = ХфТ1/3, (8.23)

где ХФ - расстояние от предполагаемого центра взрыва, м; ЭТ- тротиловый эквивалент количества взорвавшегося там вещества, кг.

Подобные полуэмпирические соотношения используются также для прогноза радиуса разрушительного действия сейсмической ударной волны и осколков.

Разрушительное воздействие потоков энергии и вещества
Величина среднего социально-экономического ущерба людским, материальным и природным ресурсам за некоторый период времени может быть рассчитана по такой сравнительно несложной формуле:

Мτ[Y] = (8.24)

где k = 1... т число возможных типов происшествия (катастрофа, авария, несчастный случай) и/или форм причинения ущерба конкретным ресурсам; Qkc, Ykc - вероятности случайного возникновения происшествия данного типа (причинения конкретного ущерба) за время τ размеры обусловленного этим среднего ущерба; l= 1... п - число видов непрерывных или систематических вредных выбросов: энергетические (шум, вибрация, тепло и т.д.) и материальные (дым, шлаки и т.д.); QlH,YlH - вероятности появления за время τ каждого типа этих выбросов и размеры обусловленного ими среднего ущерба. .
Другой способ упрощенного прогноза последствий разрушительного воздействия аварийно-опасных веществ связан с определением «зон поражения», под которыми понимают объемы пространства или площади поверхности, в пределах которых располагаются не защищенные от этих факторов людские, материально и природные ресурсы. Это указывает на возможность априорной оценки среднего ущерба соответствующим объектом с помощью следующей формулы:

Mτ[Y] = , (8.25)
где Qkq- вероятность причинения людским (k= 1), материальным (k= 2) и природным (k= 3) ресурсам ущерба заданной степени тяжести за время τ; Пkq, Пkd- соответственно площади зон вероятного и достоверного повреждения этих ресурсов поражающими факторами вредных выбросов; Fk, Sk- средние плотность и стоимость единицы каждого ресурса в зонах вероятного и достоверного поражения.
А вот для априорной оценки конкретных последствий разрушительного воздействия рассматриваемых факторов удобно пользоваться зависимостями между вероятностями Qkc, Qklи Qkqвывода из строя учитываемых здесь ресурсов и полученной ими мощностью дозы вредных факторов DP. Графики наиболее типичных таких зависимостей R(DP), иногда называемых функциями «доза-эффект» (где под Rподразумевается риск, измеряемый одной из только что перечисленных вероятностей причинения конкретного ущерба), изображены на рис. 8.3, а. .
Как видно из данного рисунка, функции «доза - эффект» могут иметь как сравнительно простой (прямая 1), так и более сложный (кривая 2) характер.
При этом с помощью кривой 2 можно выдeлить четыре различных эффекта воздействия конкретного фактора:

1) при значениях дозы, принадлежащих отрезку [0... DP1], имеет место так называемый гормезис (благотворное влияние малых дозвредного фактора на рассматриваемый объект);

2) диапазон[DP1... DP2] соответствует области безразличия или его нейтральной реакции;

3) при значениях поглощенной дозы [DP2... DР3]наблюдается нелинейное, монотонное возрастание разрушительного эффекта;

4) превышение же дозой величины DР3приводит уже к гибели всех объектов, подвергшихся столь интенсивному воздействию вредных факторов.
На рис. 8.3, б показано зеркальное отображение отрезка кривой 2, соответствующего диапазону [DP1DP2] изменения ее аргумента. Этот график является уже зависимостью между риском (вероятностью) причинения конкретного ущерба Rи удаленностью поражаемых ресурсов от источника разрушительного выброса энергии или вредного вещества Х. Например, для взрыва облака углеводородного газа массой 32 т эта зависимость имеет место на интервале между радиусом смертельного поражения людей (140 м) и радиусом их безопасного удаления (250 м).

Среди способов определения только что рассмотренных зависимостей и входящих в них параметров можно выделить и экспериментальные, и теоретические. Первые базируются на статистической обработке эмпирических


данных, накопленных путем изучения последствий реальных происшествий в техносфере либо результатов опытов над животными. В большинстве случаев именно они и использованы при составлении и оценке параметров «пробит - функций», порядок практического применения которых подробно рассматривается ниже (см. разд. 10.2).
Вторые же, связаны с моделированием потенциальной жертвы как реципиента (адсорбера, ингалятора) вредных техногенных факторов. Например, при оценке последствий воздействия на человека электротока его моделью может служить сосуд, образованный плохо проводящим ток кожным покровом тела и наполненный почти не имеющим сопротивления ему электролитом (внутренними тканями). Если же моделируются последствия токсического воздействия на живые организмы, то их внутренние органы могут быть представлены в виде совокупности камер, которые постепенно впитывают в себя вредное вещество и разрушаются по этой причине.
Обобщенная методика формализации и системного анализа процесса причинения техногенного ущерба
Сделанная выше краткая характеристика процесса и способов прогнозирования ущерба от происшествий в техносфере, а также принятая ранее энергоэнтропийная концепция о закономерностях их появления позволяют сформулировать основные положения соответствующей методики. Она должна основываться на закономерностях появления того ущерба, который обусловлен случайными и непрерывными выбросами энергии и вредного вещества. Тогда как его величину следует увязывать с объемами и токсичностью таких выбросов, а также с количеством и степенью уязвимости ресурсов, подверженных их вредному воздействию.

Следовательно, можно утверждать о целесообразности включения в методику следующих основных шагов:

а) идентификации источников энергии и запасов вредных веществ, способных к нежелательному высвобождению,

б) прогнозирования предпосылок и сценариев таких выбросов,

в) оценки частоты и объемов неконтролируемых утечек вредного вещества и энергии,

г) определения размеров зон их разрушительного действия и насыщенности этих зон людскими, материальными и природными ресурсами,

д) сопоставления сопутствующих вредным выбросам поражающих факторов со стойкостью указанных ресурсов,

е) прогноза характера разрушительных для них эффектов

ж) оценка связанного с этим прямого и косвенного ущерба.

Общая последовательность процесса формализации и предварительной количественной оценки техногенного риска, учитывающая предложенные выше шаги, методы и показатели, показанана рис 8.4.


Охарактеризуем все этапы предложенной здесь методики, увязывая необходимость прогноза вероятности и размеров техногенного ущерба с реальными практическими или учебными целями – экспертизой конкретных проектов составлением деклараций об их безопасности или выполнением студентами дипломных (курсовых)работ и домашних заданий по соответствующим дисциплинам.

1. При определении предназначения и области применимости методики следует исходить из следующего. Целью априорной количественной оценки техногенного риска служит не точный количественный прогноз случайной величины техногенного ущерба, который невозможен в принципе для таких сложных систем, как человекомашинные, а сравнительная количественная оценка степени опасности однотипных производственных или транспортных объектов, а также оценка эффективности альтернативных мероприятий по снижению прогнозируемого на них техногенного риска.


скачать

следующая >>
Смотрите также:
Моделирование и системный анализ процессов причинения техногенного ущерба
2308.48kb.
Конспект лекций по курсу «основы конструирования, моделирования и проектирования производственных процессов»
895.08kb.
В ходе работы над диссертацией были решены следующие задачи
32.24kb.
Имитационное моделирование циклических процессов
54.76kb.
Ммаэ, 1 г об. Моделирование процессов региональной конвергенции
37.41kb.
Теория систем и системный анализ. Модуль 1 (1-6 недели)
794.62kb.
Учебно-методический комплекс для студентов специальности 330100 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере»
3036.25kb.
Практические советы по профилактике агрессивного поведения детей в семье
25.55kb.
Ммаэ, 2 г об. Моделирование процессов клубной конвергенции в России. Цель
133.16kb.
114. Системный анализ в исследовании управления. Разработка гипотезы и концепции исследования системы управления
48.65kb.
Структурное моделирование системный анализ структуры сложной системы
105.72kb.
Структурное моделирование системный анализ структуры сложной системы
78.48kb.