MONITORING, RISK ASSESSMENT AND SAFETY OF TECHNOSPHERE OBJECTS AND URBANIZED AREAS Vladimir V. Moskvichev, Natalia A. Chernyakova Institute of Computational Technologies SB RAS, Krasnoyarsk Branch – Special Designing and Technological Bureau «Nauka» Аbstract. The regional problems assessment of natural and technogenic safety on the basis of risk- oriented 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 car- ried out for the subjects of the Siberian Federal district. Keywords: risk analysis, emergency situations, territorial risk, monitoring, technosphere objects, risk model, safety. Copyright © 2019 for this paper by its authors. Use permitted under Creative Commons License Attribution 4.0 Interna- tional (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 природно- техногенной безопасности на основе риск-ориентированного подхода. Приведены базовые соотно- шения 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 социально- экономического развития территориальных образований (субъект РФ, регион, муниципаль- ное образование, промышленная агломерация и т.д.) в качестве основных показателей устой- чивого развития принимаются количественные оценки техногенных, природных, экологиче- ских, технологических, социальных и других видов рисков. Территориальное образование рассматривается как взаимосвязанная социально-природно-техногенная система (С-П-Т си- стема) [1-3], включающая элементы техносферы (стратегически и критически важные объек- ты, потенциально опасные объекты и т.д.), экосферы (атмосфера, геосфера, биосфера, гидро- сфера), социосферы (личности, коллективы, сообщества). Устойчивое функционирование С- П-Т систем определяется эффективностью мониторинга состояния объектов техносферы и экосферы, организацией системы управления антропогенными, экологическими, природны- ми и территориальными рисками. Мониторинг природно-техногенной безопасности высту- пает 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 антропоген- ного характера. Дестабилизация устойчивости С-П-Т систем происходит в результате игно- рирования требований концепции устойчивого развития и обострения дилеммы научно- технического 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 экономиче- ских механизмов управления территориальными образованиями. Следует отметить, что сни- жение рисков ЧС обеспечивает более устойчивое функционирование экономического потен- циала и повышает конкурентные (инвестиционные) преимущества соответствующей терри- тории. 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 учетом возможных рисков развития и возникновения ЧС природного и техногенного харак- тера, определяющих безопасность и устойчивое развитие территорий. 2. Определение базовых и нормативных уровней рисков, характеризующих допустимое воздействие на элементы С-П-Т систем с учетом региональных социо-техно-экосферных особенностей и специфики антропогенного воздействия. 3. Ранжирование территорий по степени риска с использованием ГИС-технологий и ме- тодов пространственного интеллектуального анализа; формирование программ и разработка рекомендаций, нацеленных на снижение уровня рисков и повышение эффективности управ- ления территориальными образованиями. В настоящее время существующие системы территориального мониторинга охватыва- ют федеральный и региональный уровни, методы и технологии которых регламентируются соответствующими нормативными документами (ФЗ, ПП РФ, ГОСТ и др.): 1. Мониторинг техногенных ЧС. 2. Мониторинг природных ЧС (гидрология, метеорология, сейсмология, природные пожары). 3. Государственный экологический мониторинг (состояние окружающей среды, биоло- гические ресурсы, недра, лесопатологический, радиационный и др.). 4. Биосферный мониторинг. 5. Аэрокосмический мониторинг. 6. Социально-гигиенический. 7. Производственный экологический. Каждый компонент указанных систем мониторинга представлен в регионе соответ- ствующими структурами, способствующими решению задач территориального управления и прогнозных оценок состояния С-П-Т систем. Следует отметить существование в этой обла- сти значительного числа проблемных вопросов организационно-управленческого и научно- методического характера, при этом сети наблюдения и мониторинга получают огромные массивы информации, часто избыточной, но недостаточной для оценки стратегических рис- ков регионального развития. Для решения ряда научно-методических проблем разработан проект нормативного документа «Методические рекомендации по оценке территориальных рисков муниципальных образований», позволяющего дать комплексную оценку рисков раз- вития С-П-Т систем по двум группам: Группа 1. Риски чрезвычайных ситуаций (аварийные): - индивидуальный риск; - материальный риск; - коллективный риск. Группа 2. Медико-экологические риски (перманентные): - коллективный риск; - индивидуальный канцерогенный риск; - популяционный канцерогенный риск; - относительный риск; - неканцерогенный риск; - относительный риск смертности. Основные соотношения для различных моделей рисков приведены в таблице. Исходной информацией для расчетов рисков являются: - 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 ана- лиза огромных массивов разнородных данных. Значительное число параметров, характери- зующих состояние таких систем, их зависимость от многочисленных факторов, сложность комплексного анализа предопределили разработку информационной системы территориаль- ного управления рисками и безопасностью (ИСТУ РБ) для отдельных промышленных агло- мераций, субъектов и регионов [2]. Блок-схема ИСТУ РБ представлена на рисунке 1. Созда- ние данной системы позволяет: - обеспечить информационную поддержку территориального управления, научно- технологической базы мониторинга источников опасностей и чрезвычайных ситуаций, при- нятия 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; ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДСИСТЕМА «Мониторинг» Анализ I1I безопасности Сбор и системати- 1 Технологии обра- Маршрутизация С-П-Т систем I зация информаци- I22 ботки и анализа мониторинговой онных потоков информационных информации и систем монито- потоков организация хра- Оценка рисков и ринга In нилища предельного состо- Общая Управление яния С-П-Т информационная системы рисками и R2 принятие характеристика С-П-Т R1[R1] решений системы R2[R2] Кризисные базы Модели и вычис- R1 Картографическая Rn[Rn] данных С-П-Т лительные техно- база геоинформа- логии анализа системы ционной системы базовых рисков С-П-Т системы Картографирование развития опасностей и ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДСИСТЕМА «Риск-анализ» рисков Рис. 1. Блок-схема информационной системы территориального управления рисками и безопасностью (ИСТУ РБ «Регион»). Таблица. Основные соотношения для различных моделей рисков. Соотношение для № Определение риска Пояснения, параметры Источник расчета риска Уровень индивиду- ального пожизнен- CR – индивидуальный пожизненный кан- ного канцерогенного церогенный риск; 1 риска при воздей- CR = LADD ∙ SF LADD – среднесуточная доза в течение МосМР 2.1.9.001-03; ствии вещества в жизни, мг/(кг x день); МР 2.1.4.0032- дозе LADD SF – фактор наклона [мг/(кг x день)]1 11.2.1.4; Р 2.1.10.1920-04 Популяционный PCR – популяционный канцерогенный канцерогенный риск риск; 2 PCR = LADD ∙ SF ∙ POP характеризует до- POP – численность исследуемой популя- полнительное число ции; случаев злокаче- 70 лет – средняя продолжительность жиз- ственных образова- ни ний при воздей- ствии в течение всей жизни HQ – коэффициент опасности; AD – средняя суточная доза за период Риск развития не- HQ = AD⁄RfD воздействия, мг/кг; канцерогенных эф- AC – средняя концентрация, мг/ м3; 3 фектов (оценивается или RfD – референтная (безопасная) доза, по коэффициенту мг/кг; опасности) HQ = AC⁄RfC RfC – референтная (безопасная) концен- трация, мг/ м3 Risk – неканцерогенный беспороговый риск от химических веществ для питьевой воды, поступивших пероральным путем; Кз – коэффициент запаса; Модель оценки не- Risk = C – средняя ежедневная концентрация канцерогенного рис- ln(0,84) МР 2.1.4.0032- 4 вещества, поступающего в организм чело- ка беспороговым = 1 − exp 11.2.1.4 (ПДК ∙ Кз ) ∙ C века с питьевой водой в течение его жиз- методом ни; ПДК – предельно-допустимые концентра- ции веществ для питьевой воды Приказ Ростех- Социальный риск Социальный риск рекомендуется пред- надзора от (или риск пораже- ставлять в виде графика ступенчатой 11.04.2016 N 144 ния группы людей) I(x) функции F(x). Qxi –ожидаемые частоты «Об утверждении – зависимость ча- F(x) = ∑ Qxi реализаций аварийных ситуаций Ci , при Руководства по без- стоты возникнове- i=1 которых гибнет не менее x человек; N(x) опасности «Методи- 5 ния сценариев ава- – число сценариев Ci , при которых гибнет ческие основы по рий F, в которых Nj не менее x человек; проведению анализа F(Nj ) = F(Nj ) ∙ пострадало на опре- [Nj ] F(Nj ) – сумма частот сценариев с ожида- опасностей и оценки деленном уровне не емым числом погибших не менее Nj риска аварий на менее N человек, от опасных производ- этого числа N ственных объектах» R - индивидуальный риск; Nп – среднее количество погибших в год за последние 5 лет при определённом виде Модель оценки ин- 𝑁п Методические реко- ЧС и происшествии на заданной террито- 6 дивидуального рис- 𝑅= мендации МЧС РФ 𝑁н рии; ка ЧС №2-4-71-40 Nн – количество населения, проживающего на данной территории - проводить комплексную оценку безопасности и экологического состояния по дан- ным мониторинга различных природно-техногенных систем, критических и стратегических объектов; - на единой методологической основе осуществлять сбор, хранение, обработку и анализ неоднородной пространственной информации, характеризующей состояние С-П-Т систем, включая новейшие методы интеллектуальной обработки пространственных данных с целью получения новых знаний о процессах, происходящих в С-П-Т системах; - обеспечить внедрение нового поколения прикладных информационно- аналитических систем на основе технологий BigData и программных комплексов с использо- ванием технологий облачных сервисов как универсальных элементов мониторинговых си- стем. 2 Основные концептуальные положения и примеры риск-анализа объектов техно- сферы. 1. Результатом аварийных и катастрофических ситуаций объектов техносферы является поражение персонала, окружающей среды, объектов и систем с образованием прямых и кос- венных ущербов. 2. Причинно-следственные связи в процессе эксплуатации, возникновение предельных состояний и аварийных ситуаций (АС), сценарное развитие АС и реализации катастрофиче- ского разрушения носят вероятностный характер. 3. Расчетный риск-анализ технических систем (ТС) проводится для следующих основ- ных 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 механи- ки деформирования и разрушения. 4. Расчетный риск-анализ базируется на применении вероятностных моделей прочно- сти, ресурса и безопасности: структуры и свойств конструкционных материалов, нагрузок и воздействий, технологической и эксплуатационной дефектности, накопления и развития по- вреждений, моделей анализа предельных и напряженно-деформированных состояний, при- чинно-следственного комплекса отказов и сценариев АС, остаточной прочности, ресурса и живучести, риск-анализа и безопасности ТС. Расчетно-экспериментальные оценки риск-анализа выполнены для следующих объек- тов 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 (трубо- проводные системы, крановые конструкции, карьерная техника). 3 Оценка территориальных рисков развития. Исследования территориальных рис- ков развития выполнены для ряда субъектов Сибирского федерального округа и муници- пальных образований Красноярского края, Иркутской области, Республика Саха (Якутия) [3- 5]. 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 Рис. 3. Индивидуальный риск ЧС техногенного характера Красноярского края и Республики Саха (Якутия) 0.9 0.75 0.6 Якутия Риск, 1/год 0.45 Красноярский край 0.3 Недопустимый риск Зона повышенного 0.15 риска 0 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Год Рис.4. Материальный риск ЧС техногенного характера Красноярского края и Республики Саха (Якутия) водных ресурсов, популяционных и социальных рисков. Ранжирование муниципальных об- разований по уровням рисков проведено с разделением их на три группы (опасные, погра- ничные, 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 последне- го десятилетия. Полученные результаты позволили сформулировать требования и необходи- мые мероприятия по повышению защищенности населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера. ЛИТЕРАТУРА [1] Махутов Н.А. Безопасность и риски: системные исследования и разработки. Новосибирск: Наука, 2017. 724 с. [2] Москвичев В.В., Бычков И.В., Потапов В.П., Тасейко О.В., Шокин Ю.И. Информационная си- стема территориального управления рисками развития и безопасностью // Вестник Российской академии наук. 2017. № 8. С. 696-705. [3] Левкевич А.М., Москвичев В.В., Шокин Ю.И. и др. Безопасность и риски устойчивого развития территорий. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2014. 222 с. [4] Москвичев В.В., Тасейко О.В., Иванова У.С., Черных Д.А. Базовые региональные риски развития территорий Сибирского федерального округа // Вычислительные технологии. 2018. № 4. С. 95- 109. [5] Москвичев В.В., Тасейко О.В., Иванова У.С., Черных Д.А. Базовые риски природно-техногенной безопасности Красноярской промышленной агломерации // Проблемы анализа риска. 2018. № 1. С. 42-47.