АНАЛИТИЧЕСКИЕ  МЕТОДЫ  КОЛИЧЕСТВЕННОЙ  ОЦЕНКИ  КОЛЛЕКТИВНОГО  РИСКА  ЛЮДСКИХ  ПОТЕРЬ  ПРИ  АВАРИЯХ  НА  ХИМИЧЕСКИ  ОПАСНЫХ  ОБЪЕКТАХ  ТЕХНОСФЕРЫ

Козлитин  Анатолий  Мефодьевич

д-р  техн.  наук,  проф.  Саратовского  государственного  технического

университета  имени  Гагарина  Ю.А.,  РФ,  г.  Саратов

E-mail: 

ANALYTICAL  METHODS  OF  QUANTITATIVE  ESTIMATION  OF  COLLECTIVE  RISK  OF  HUMAN  LOSSES  AT  FAILURES  ON  CHEMICALLY  DANGEROUS  OBJECTS  OF  TECHNOSPHERE

Anatoliy  Kozlitin

doctor  of  technical  Sciences,  Professor  Saratov  state  technical  University  of  Yuri  Gagarin,  Russia,  Saratov

АННОТАЦИЯ

В  статье  рассмотрен  метод  картирования  потенциального  и  коллективного  риска  токсического  поражения  в  результате  возможной  аварии  на  реальном  предприятии  химической  промышленности.  Основная  цель  получить  объективную  информацию  о  степени  опасности  объекта,  выявить  зоны  и  территории  неприемлемого  риска.  Разработанная  методика  матричного  представления  и  анализа  потенциального  и  коллективного  риска  позволяет  повысить  оперативность  управления  промышленной  безопасностью  и  обеспечить  необходимый  контроль  и  принятие  мер  по  снижению  риска.

ABSTRACT

The  article  describes  the  method  of  mapping  potential  and  collective  risk  of  toxic  defeat  in  result  of  possible  failure  at  the  real  enterprise  of  the  chemical  industry.  The  main  objective  to  receive  the  objective  information  on  degree  of  danger  of  object,  to  reveal  zones  and  territories  of  unacceptable  risk.  The  developed  technique  of  matrix  representation  and  the  analysis  of  potential  and  collective  risk  allows  to  raise  efficiency  of  management  of  industrial  safety  and  to  provide  necessary  control  and  acceptance  of  measures  on  risk  decrease.

Ключевые  слова:  риск;  чрезвычайная  ситуация;  безопасность;  потенциальный  риск,  коллективный  риск;  картированный  риск.

Keywords:  risk;  emergency;  security;  the  potential  risk,  collective  risk;  mapped  risk.

Сооружение  и  функционирование  энергонасыщенных,  радиационно  и  химически  опасных  промышленных  объектов  всегда  сопряжены  с  риском  разрушительного  высвобождения  собственного  энергозапаса  или  неконтролируемого  выброса  радиоактивных  и  химически  опасных  веществ,  что  может  привести  к  потерям  материальных  ценностей,  гибели  людей  и  окружающей  природной  среды.  В  этих  условиях  одной  из  ключевых  проблем  экологической  и  промышленной  безопасности  становится  анализ  и  количественная  оценка  риска  на  опасных  производственных  объектах  техносферы  и  принятие  на  этой  основе  научно  обоснованных  решений  по  уменьшению  и  предупреждению  возможных  аварий.

Для  лица,  принимающего  решения,  необходимо  иметь  не  только  информацию  о  масштабах  катастрофичности  последствий  возможных  аварий  на  опасном  производственном  объекте  (ОПО),  но  и  картину  распределения  ожидаемого  количества  пораженных  в  виде  поля  коллективного  риска  на  прилегающей  к  объекту  территории  [1,  2].  Характер  поля  коллективного  риска  позволяет  исследователю  видеть  наиболее  опасные  участки  территории  и  на  этой  основе  принимать  соответствующие  организационные,  управленческие  и  инженерные  решения.

В  основу  модели  коллективного  риска    положена  формула  ,  функционально  связывающая  вероятность  реализации  поражающего  фактора  за  интервал  времени  Dt,  как  правило,  за  год,  в  рассматриваемых  элементарных  площадках  территории  и  социальный  ущерб,  нанесенный  данным  поражающим  фактором  группе  людей  N(x_i,y_j),  находящихся  в  ij-м  квадрате  с  вероятностью  P(N,x_i,y_j). 

Потенциальный  риск  R(x_i,y_j),  входящий  в  качестве  множителя  в  уравнения  коллективного  риска  R_K  характеризует  пространственное  распределение  по  территории  вероятности  реализации  поражающего  воздействия  в  пределах  круга  вероятного  поражения  —  поле  потенциального  риска.  Круг  вероятного  поражения  (КВП)  интерпретируется  нами  [1,  2]  как  площадь  внутри  окружности  с  центром  в  точке  реализации  опасности,  за  пределами  которой  вероятность  поражения  реципиента  риска  исчезающе  мала. 

Модель  потенциального  риска .  Чтобы  измерить  потенциал  максимально  возможной  опасности  токсического  поражения  человека  R(x,y)  в  рассматриваемых  квадратах  территории,  необходимо  знать  функцию  g(D,x,y)  выражающую  плотность  вероятности  формирования  в  пределах  каждого  из  рассматриваемых  квадратов  определенного  уровня  дозы  D(x,y)  ядовитого  вещества.  Последовательность  определения  функции  g(D,x,y)  подробно  изложено  автором  в  монографии  [1].  Кроме  того,  необходимо  знать  вероятность  токсического  поражения  человека  Р(D,x,y)  при  условии,  что  в  рассматриваемом  квадрате  территории  уровень  дозы  превысит  пороговый  критерий  воздействия  PCt. 

Основываясь  на  сказанном,  потенциальный  риск  токсического  поражения  человека  R(x,y)  на  прилегающей  к  химически  опасному  объекту  территории  предлагается  [3]  представить  интегральной  формулой  полной  вероятности

,  (1)

где:  Р(j_k)  —  вероятность  реализации  ветра  k-го  направления; 

PCt,  LCt  —  пороговая  и  смертельная  токсодозы.

Принятая  к  рассмотрению  функция  распределения  вероятности  токсического  поражения  человека  Р(D,x,y)  описывается  соответствующим  параметрическим  законом  [3].

Как  известно,  поражение  человека  при  получении  им  определенной  токсодозы,  величина,  которой  зависит  от  массы  аварийного  выброса,  расстояния  до  места  аварии,  метеорологических  и  топографических  особенностей  местности,  времени  экспозиции,  носит  случайный  характер  и  описывается  параметрической  зависимостью  «доза-эффект».  В  основу  параметрической  зависимости  «доза-эффект»  автором  положено  трехпараметрическое  распределение  Вейбулла  [2,  3].  Распределение  случайной  величины  токсодозы  D,  определяющей  вероятность  токсического  поражения  человека  в  рассматриваемой  точке  пространства,  имеет  вид:

,  (2)

где:  P(D)  —  вероятность  токсического  поражения  человека  соответствующей  степени  тяжести; 

D  —  текущее  значение  поглощенной  токсодозы  в  рассматриваемой  точке  пространства; 

s,  g,  РСt  —  параметры  трехпараметрического  распределения  Вейбулла  для  рассматриваемого  ядовитого  вещества  и  соответствующей  степени  тяжести  поражения; 

LCt_100%  —  абсолютно-смертельная  токсодоза; 

PCt  —  пороговая  токсодоза.

Рисунок  1.  Карта  территории  с  нанесенной  сеткой  условных  координат

Построение  поля  коллективного  риска  для  рассматриваемой  территории .  Последовательность  построения  поля  коллективного  риска  на  прилегающей  к  химически  опасному  объекту  территории  состоит  из  следующих  основных  этапов  [1,  2].

Карта  прилегающей  к  объекту  территории  разбивается  на  элементарные  площадки  —  ij-е  квадраты.  Точка,  расположенная  в  центре  каждого  квадрата,  имеет  условные  координаты  (x_i,y_j),  рис.  1.

Масштаб  карты  и  шаг  координатной  сетки  выбираются  в  зависимости  от  требуемой  точности  расчета  и  размеров  круга  вероятного  поражения. 

На  основе  полученной  зависимости  (1)  определяется  значение  функции  R(x,y)  для  ранжированных  аргументов  x_i  и  y_j  и  формируется  (n´n)-матрица    потенциального  риска  с  учетом  вероятности  Р(j)  распределения  среднегодового  направления  ветра  по  румбам  розы  ветров.  Каждый  i,j-й  элемент  матрицы  определяет  потенциальный  риск  R(x_i,y_j)  в  рассматриваемом  ij-м  квадрате  территории. 

Рисунок  2.  Картированный  потенциальный  риск

Изолинии,  выстроенные  на  карте  в  пределах  КВП,  определяют  поле  потенциального  риска  R(x_i,y_j)  на  прилегающей  к  объекту  территории.  Картированный  потенциальный  риск  для  реального  химического  предприятия  показан  на  рис.  2.

Для  групп  людей  N(x_i,y_j),  находящихся  в  ij-м  квадрате,  определяется  математическое  ожидание    числа  людей,  подверженных  риску  поражающего  воздействия,  и  формируется  (n´n)-матрица  ,  взвешенная  по  вероятностям  P(N,x_i,y_j)  нахождения  людей  в  данных  квадратах. 

Селитебная  территория  представляет  собой  совокупность  мест  массового  скопления  людей  —  жилые  массивы,  предприятия,  организации,  учреждения,  учебные  заведения,  лечебные,  спортивные  и  другие  комплексы,  время  пребывания  в  которых  меняется  в  течение  суток.  Данный  фактор  пространственно-временной  неоднородности  жизнедеятельности  человека  на  прилегающей  к  объекту  территории  достаточно  сложно  формализовать  математически.  Один  из  возможных  путей  решения  этой  проблемы  —  построение  матрицы    математического  ожидания  числа  людей,  подверженных  риску  поражающего  воздействия  в  рассматриваемых  квадратах  территории,  подробно  описан  в  монографиях  [1,  2].

Зная  матрицу  распределения  потенциального  риска  на  прилегающей  к  объекту  территории    и  матрицу  математического  ожидания  числа  людей,  подверженных  риску  поражающего  воздействия  в  рассматриваемых  квадратах  территории  ,  определяем  (n´n)-матрицу  распределения  коллективного  риска  по  одноименным  ij-м  квадратам  координатной  сетки  карты

.  (3)

Поэлементное  умножение  матрицы  потенциального  риска  на  матрицу  распределения  людей  выполнено  с  использованием  процедуры  векторизации  вычислений  в  системе  Mathcad.

Рисунок  3.  Картированный  коллективный  риск:  10´10^-5  —  обозначение  изолинии  риска,  ограничивающей  область,  внутри  которой  c   вероятностью  10^-5  ожидаемое  число  смертей  в  год  составит  не  менее  10  человек

Используя  описанный  выше  метод  картирования  риска,  получаем  серию  изолиний  равного  коллективного  риска  (рис.  3). 

Изолинии,  выстроенные  на  карте,  ограничивают  области,  внутри  которых  c  вероятностью  R(x,y)  ожидаемое  число  смертей  в  год  в  случае  аварийного  выброса  на  химически  опасном  объекте  составит  не  менее  N(x,y)  человек.

Характер  поля  коллективного  риска  отражает  реальную  картину  ожидаемых  последствий  возможных  аварий  на  химически  опасном  объекте.  Изолинии  позволяют  выделить  на  карте  те  ij-е  квадраты  территории,  где  наиболее  неблагоприятным  образом  сочетаются  составляющие  коллективного  риска  —  вероятность  летального  исхода  в  год  R(x_i,y_j)  и  численность  групп  людей  N(x_i,y_j),  объединенных  одинаковыми  условиями  поражения  и  временем  пребывания  с  соответствующими  вероятностями  P(N,x_i,y_j)  нахождения  данных  групп  людей  в  рассматриваемых  квадратах.

Выводы .  Описанные  методы  количественного  анализа  риска  позволяют  получить  объективную  информацию  о  степени  опасности  объекта,  ранжировать  прилегающую  территорию  по  уровню  потенциального  и  коллективного  риска,  выявить,  при  наличии  законодательно  установленных  критериев,  зоны  и  территории,  где  уровни  риска  достигают  или  превышают  значения,  при  которых  необходимо  ужесточение  контроля  или  принятие  определенных  мер  по  снижению  риска  и  обеспечению  нормативной  безопасности  производственного  персонала  и  населения.

Список  литературы :

1.Козлитин  А.М.  Интегрированный  риск  техногенных  систем.  Теоретические  основы,  методы  анализа  и  количественной  оценки:  монография.  Saarbrücken:  Palmarium  Academic  Publishing,  2012.  —  260  с. 

2.Козлитин  А.М.  Теория  и  методы  анализа  риска  сложных  технических  систем:  монография.  Саратов:  Сарат.  гос.  техн.  ун-т,  2009.  —  200  с. 

3.Козлитин  А.М.,  Попов  А.И.,  Козлитин  П.А.  Теоретические  основы  и  практика  анализа  техногенных  рисков.  Вероятностные  методы  количественной  оценки  опасностей  техносферы.  Саратов:  СГТУ,  2002.  —  180  с.