Аbstract. The regional problems assessment of natural and technogenic safety on the basis of riskoriented approach are considered. The basic relations for calculations of territorial risks are given. The actual values of technogenic risks for technosphere hazard objects are obtained. Studies of territorial risks were carried out for the subjects of the Siberian Federal district.
Copyright © 2019 for this paper by its authors. Use permitted under Creative Commons License Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).
МОНИТОРИНГ, ОЦЕНКА РИСКОВ И БЕЗОПАСНОСТЬ ОБЪЕКТОВ ТЕХНОСФЕРЫ И УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Москвичев В.В., Чернякова Н.А Институт вычислительных технологий СО РАН, Красноярский филиал – Специальное конструкторско-технологическое бюро «Наука», г. Красноярск Аннотация. Рассмотрены общие постановки региональных проблем оценки природнотехногенной безопасности на основе риск-ориентированного подхода. Приведены базовые соотношения для расчетов территориальных рисков, получены фактические значения техногенных рисков для критически важных объектов техносферы. Исследования территориальных рисков выполнены для субъектов Сибирского федерального округа и муниципальных образований Красноярского края.
Ключевые слова: риск-анализ, чрезвычайные ситуации, территориальный риск, мониторинг, объекты техносферы, модель риска, защищенность.
Введение. При стратегическом планировании и прогнозном анализе социальноэкономического развития территориальных образований (субъект РФ, регион, муниципальное образование, промышленная агломерация и т.д.) в качестве основных показателей устойчивого развития принимаются количественные оценки техногенных, природных, экологических, технологических, социальных и других видов рисков. Территориальное образование рассматривается как взаимосвязанная социально-природно-техногенная система (С-П-Т система) [1-3], включающая элементы техносферы (стратегически и критически важные объекты, потенциально опасные объекты и т.д.), экосферы (атмосфера, геосфера, биосфера, гидросфера), социосферы (личности, коллективы, сообщества). Устойчивое функционирование СП-Т систем определяется эффективностью мониторинга состояния объектов техносферы и экосферы, организацией системы управления антропогенными, экологическими, природными и территориальными рисками. Мониторинг природно-техногенной безопасности выступает как фактор стабилизации кризисных явлений в социально-экономическом развитии, обеспечивающий сохранность и функционирование основных производственных фондов и защиту населения и территорий от чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и антропогенного характера. Дестабилизация устойчивости С-П-Т систем происходит в результате игнорирования требований концепции устойчивого развития и обострения дилеммы научнотехнического прогресса – высокие темпы развития с одной стороны, и возникновение новых угроз человеку, обществу, природной среде со стороны объектов техносферы.
Данные постановки проблемы природно-техногенной безопасности обуславливают необходимость оценки уровня природных и антропогенных рисков как основы экономических механизмов управления территориальными образованиями. Следует отметить, что снижение рисков ЧС обеспечивает более устойчивое функционирование экономического потенциала и повышает конкурентные (инвестиционные) преимущества соответствующей территории.
1 Мониторинг и оценка рисков. Основные задачи в области оценки территориальных рисков:
1. Разработка моделей и технологий оценки состояния, прогнозирования и управления С-П-Т системами и территориальными образованиями на основе данных мониторинга и с - данные государственных докладов «О состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера», «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации»; - статистические данные региональных систем мониторинга; - нормативные документы федерального и регионального уровня.
Количественная оценка рисков развития С-П-Т систем требует сбора, обработки и анализа огромных массивов разнородных данных. Значительное число параметров, характеризующих состояние таких систем, их зависимость от многочисленных факторов, сложность комплексного анализа предопределили разработку информационной системы территориального управления рисками и безопасностью (ИСТУ РБ) для отдельных промышленных агломераций, субъектов и регионов [2]. Блок-схема ИСТУ РБ представлена на рисунке 1. Создание данной системы позволяет:
- обеспечить информационную поддержку территориального управления, научнотехнологической базы мониторинга источников опасностей и чрезвычайных ситуаций, принятия решений по снижению рисков и прогнозу развития территориальных образований; - исследовать особенности территориального управления, состояния и развития С-П-Т систем конкретных промышленных регионов страны и составляющих их элементов; Общая информационная характеристика С-П-Т системы
ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДСИСТЕМА «Мониторинг» Сбор и системати- II1I1 Технологии образация информаци- I22 ботки и анализа онных потоков информационных систерминмгоанито- In потоков Маршрутизация мониторинговой информации и организация хра
нилища Кризисные базы данных С-П-Т системы
КцбаСаирзо-атПногн-геТоройаисфисниисфтсчоетермесммкыааы-я лМбилаотоздегорлеиваьлиызнивыхаиинертавиитлысяеикчхзониавсо-- R1 ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДСИСТЕМА «Риск-анализ»
R2
Анализ безопасности С-П-Т систем Оценка рисков и предельного состояния С-П-Т системы R1[R1] R2[R2]
Rn[Rn] Картографирование опасностей и рисков Управление рисками и принятие решений Рис. 1. Блок-схема информационной системы территориального управления рисками и безопасностью (ИСТУ РБ «Регион»).
Таблица. Основные соотношения для различных моделей рисков. № Определение риска Уровень индивидуального пожизненного канцерогенного 1 риска при воздействии вещества в дозе LADD 2 Популяционный канцерогенный риск характеризует дополнительное число Соотношение для расчета риска
CR = LADD ∙ SF PCR = LADD ∙ SF ∙ POP Пояснения, параметры
Источник CR – индивидуальный пожизненный канцерогенный риск; LADD – среднесуточная доза в течение жизни, мг/(кг x день); SF – фактор наклона [мг/(кг x день)]1 PCR – популяционный канцерогенный риск; POP – численность исследуемой популяции; МосМР 2.1.9.001-03; МР 2.1.4.003211.2.1.4; Р 2.1.10.1920-04 3 4 5 6 случаев злокачественных образований при воздействии в течение всей жизни Риск развития неканцерогенных эффектов (оценивается по коэффициенту опасности) Модель оценки неканцерогенного риска беспороговым методом Социальный риск (или риск поражения группы людей) – зависимость частоты возникновения сценариев аварий F, в которых пострадало на определенном уровне не менее N человек, от этого числа N Модель оценки индивидуального риска ЧС
HQ = AD⁄RfD
или
HQ = AC⁄RfC Risk = = 1 − exp
ln(0,84) (ПДК ∙ Кз) ∙ C F(x) = ∑ Qxi
I(x) i=1 F(Nj) = F(Nj) ∙
Nj [Nj] = п н 70 лет – средняя продолжительность жизни HQ – коэффициент опасности; AD – средняя суточная доза за период воздействия, мг/кг; AC – средняя концентрация, мг/ м3; RfD – референтная (безопасная) доза, мг/кг; RfC – референтная (безопасная) концентрация, мг/ м3 Risk – неканцерогенный беспороговый риск от химических веществ для питьевой воды, поступивших пероральным путем; Кз – коэффициент запаса; C – средняя ежедневная концентрация вещества, поступающего в организм человека с питьевой водой в течение его жизни; ПДК – предельно-допустимые концентрации веществ для питьевой воды Социальный риск рекомендуется представлять в виде графика ступенчатой функции F(x). Qxi –ожидаемые частоты реализаций аварийных ситуаций Ci, при которых гибнет не менее x человек; N(x) – число сценариев Ci, при которых гибнет не менее x человек; F(Nj) – сумма частот сценариев с ожидаемым числом погибших не менее Nj R - индивидуальный риск; Nп – среднее количество погибших в год за последние 5 лет при определённом виде ЧС и происшествии на заданной территории; Nн – количество населения, проживающего на данной территории аналитических систем на основе технологий BigData и программных комплексов с использо
2 Основные концептуальные положения и примеры риск-анализа объектов техносферы.
1. Результатом аварийных и катастрофических ситуаций объектов техносферы является поражение персонала, окружающей среды, объектов и систем с образованием прямых и косвенных ущербов.
2. Причинно-следственные связи в процессе эксплуатации, возникновение предельных состояний и аварийных ситуаций (АС), сценарное развитие АС и реализации катастрофического разрушения носят вероятностный характер.
3. Расчетный риск-анализ технических систем (ТС) проводится для следующих основных процедур и этапов: - проектная экспертиза технических решений по результатам моделирования АС; - оперативная диагностика технического состояния в процессе эксплуатации; - экспертиза последствий аварийных ситуаций; - оценка остаточного ресурса для предельных состояний ТС на базе критериев механики деформирования и разрушения.
4. Расчетный риск-анализ базируется на применении вероятностных моделей прочности, ресурса и безопасности: структуры и свойств конструкционных материалов, нагрузок и воздействий, технологической и эксплуатационной дефектности, накопления и развития повреждений, моделей анализа предельных и напряженно-деформированных состояний, причинно-следственного комплекса отказов и сценариев АС, остаточной прочности, ресурса и живучести, риск-анализа и безопасности ТС.
Расчетно-экспериментальные оценки риск-анализа выполнены для следующих объектов техносферы: гидротехнические сооружения и оборудование ГЭС, сварные элементы корпуса реактора ВВЭР-1000, элементы ракетно-космической техники (металлокомпозитные баки, рефлектора, ферменные конструкции и т.д.), потенциально опасные объекты (трубопроводные системы, крановые конструкции, карьерная техника).
3 Оценка территориальных рисков развития. Исследования территориальных рисков развития выполнены для ряда субъектов Сибирского федерального округа и муниципальных образований Красноярского края, Иркутской области, Республика Саха (Якутия) [35]. Проведены расчеты индивидуальных и материальных рисков ЧС техногенного характера (рисунки 2-4), канцерогенных и неканцерогенных рисков загрязнения воздушной среды и Рис. 2. Индивидуальный риск ЧС техногенного характера регионов центральной Сибири водных ресурсов, популяционных и социальных рисков. Ранжирование муниципальных образований по уровням рисков проведено с разделением их на три группы (опасные, пограничные, безопасные) в зависимости от числа погибших и пострадавших, величины ущерба, ожидаемой продолжительности жизни. Необходимо отметить значительное, в ряде случаев, повышение установленных уровней риска нормативных значений в ретроспективе последнего десятилетия. Полученные результаты позволили сформулировать требования и необходимые мероприятия по повышению защищенности населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера.