Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблемы оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем 13
1.1. Опасные природные процессы геодинамического происхождения как фактор риска для распределенных природно-технических систем 13
1.2. Классификация опасных природных процессов геодинамического происхождения и последствий их воздействий на распределенные природно-технические системы 22
1.3. Существующие методы оценки рисков геодинамической природы по литературным данным 34
1.4. Математические методы оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем 47
1.5. Выводы по первой главе 61
ГЛАВА 2. Математические модели оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем 63
2.1. Модель оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем с учетом горизонтальных возмущений 63
2.2. Модель оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем с учетом вертикальных возмущений 73
2.3. Вертикально-горизонтальная региональная модель и комплексный метод оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем 81
2.4. Обобщенная вероятностная модель оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем 88
2.5. Выводы по второй главе 96
ГЛАВА 3. Результаты оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем 98
3.1. Анализ результатов практической реализации математических моделей оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем 98
3.2. Алгоритм учета рассеяния сейсмодеформационной энергии в математических моделях геодинамической устойчивости территорий 113
3.3. Проверка адекватности математических моделей оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем 123
3.4. Модель управления риском возникновения чрезвычайных ситуаций природно-техногенного характера 132
3.5. Выво ды по третьей главе 143
Заключение 146
Список литературы 149
- Существующие методы оценки рисков геодинамической природы по литературным данным
- Модель оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем с учетом вертикальных возмущений
- Анализ результатов практической реализации математических моделей оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем
- Модель управления риском возникновения чрезвычайных ситуаций природно-техногенного характера
Введение к работе
Актуальность исследования. Большое место в жизни современного человечества занимают проблемы, связанные с преодолением последствий различных негативных явлений. Эти негативные явления имеют во многом объективную природу, связанную, в частности, с увеличением количества и сложности технических систем, увеличением мощности их компонент на промышленных объектах, увеличением концентрации сложных технических систем, как на объектном, так и на территориальном уровнях.
В связи с этим защита населения и территорий от природных и техногенных аварий и катастроф, снижение риска воздействия негативных факторов является одной из важнейших задач обеспечения безопасности России.
Поскольку события последних лет наглядно свидетельствуют нам о лавинообразном увеличении количества аварий и катастроф, выходящих за рамки понимания с точки зрения общепринятых инженерных, строительных, геофизических норм и правил, оценка геодинамической устойчивости среды сложных распределенных природно-технических систем в настоящее время является злободневной и актуальной проблемой.
Эта проблема является системной по своей сути и стратегической по характеру. Ее разрешение возможно только на основе корректного научно-методического аппарата и системного методологического подхода, базирующегося на математических моделях, позволяющих с одной стороны, эффективно использовать имеющийся эмпирический материал, а с другой – обладать возможностью гибкой перенастройки на любой объект исследования, принадлежащий к классу распределенных природно-технических систем.
В рамках данной проблемы настоящая диссертация посвящена решению актуальной научной задачи – разработке новых математических моделей оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем, реализованных в виде комплексов проблемно-ориентированных программ для обеспечения безопасности населения и территорий от возможных проявлений опасных геодинамических процессов.
Объектом исследования является распределенная природно-техническая система, подвергающаяся воздействию опасных процессов геодинамического происхождения.
Предмет исследования составляют математические модели оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем.
Цель диссертационного исследования состоит в обосновании, разработке и исследовании новых математических моделей оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем, подвергающихся воздействию опасных геодинамических процессов.
Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи:
Разработать комплекс новых математических моделей и компьютерных программ оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем, подвергающихся воздействию опасных геодинамических процессов.
Разработать алгоритм количественного учета рассеяния сейсмической энергии при оценке геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем и на основе проведения вычислительного эксперимента выполнить проверку этого алгоритм.
Разработать модель управления риском возникновения чрезвычайных ситуаций природно-техногенного характера с учетом геодинамических факторов.
Выполнить количественную оценку геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем различной масштабности с построением оценочно-прогностических карт эквипотенциального распределения показателей геодинамической устойчивости.
Выполнить проверку адекватности математических моделей оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем и эффективности вычислительного алгоритма реализации этих моделей.
Методы исследований. При построении математических моделей оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем были применены методы механики сплошных сред, методы теории дифференциальных уравнений, метод спектрального Фурье-анализа.
При обработке входных, промежуточных и выходных данных применялись численный методы спектрального анализа на основе дискретного преобразования Фурье, численный метод интерполяции бикубическим сплайном, методы построения сеточных функций, в частности, метод Крайгинга, а также метод спектрально-временного анализа данных.
Программное обеспечение для реализации поставленных в работе цели и задач разработано в программной среде Delphi XE Professional, работа с базами данных осуществлялась в среде MS Excel и MS Access, графическая интерпретация полученных результатов была реализована с помощью программного комплекса Surfer v.10.
При выполнении исследований автор опирался на теоретические результаты отечественных и зарубежных ученых: в области теории математического моделирования, численных методов и их прикладного применения при исследовании естественнонаучных объектов – В.В. Власова, В.И. Кейлис-Борока, А.И. Лурье, А. Лява, Н.И. Мусхелишвили, А.А. Самарского, И.Н. Снеддона; в области теории динамики опасных геодинамических процессов – Е.В. Артюшкова, В.М. Кутепова, В.А. Магницкого, В.И. Осипова, Н.Н. Радаева, Г.А. Соболева; в области теории анализа рисков чрезвычайных ситуаций в природной,
техногенной и антропогенной сферах – В.А. Акимова, В.А. Минаева, В.Ф. Протасова, А.Л. Рагозина, Н.Г. Топольского, А.О. Фаддеева и многих других.
Реализация построенных моделей осуществлялась на основании данных о характеристиках окружающей среды, полученных с помощью геологического и геофизического методов исследования, а также с помощью метода геоморфоструктурного районирования территории.
Научная новизна. При исследовании проблемы обеспечения безопасности распределенных природно-технических систем с учетом природно-техногенных факторов геодинамического происхождения и оценки геодинамической устойчивости среды этих систем впервые:
Теоретически обоснованы и разработаны новые математические модели оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем, подвергающихся воздействию опасных геодинамических процессов и модель управления риском возникновения чрезвычайных ситуаций природно-техногенного характера с учетом геодинамических факторов.
Разработан алгоритм количественного учета рассеяния сейсмической энергии при оценке геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем, и на основе проведения вычислительного эксперимента выполнена проверка адекватности этого алгоритма.
Выполнена количественная оценка геодинамической устойчивости и построены оценочно-прогностические карты эквипотенциального распределения показателей геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем различной масштабности, располагающихся на территориях России (Центральный Федеральный округ), Турции, Ирана, Эквадора и территориях прилегающих к ним государств.
Выполнена проверка адекватности математических моделей оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем и эффективности вычислительного алгоритма реализации этих моделей.
Практическая значимость диссертационного исследования заключается в том, что полученные результаты могут быть использованы для:
уточнения оценки качества земельных ресурсов с точки зрения интенсивности полей геофизического и геотехногенного происхождения;
оценки природно-техногенной устойчивости ландшафтов, выявления потенциально сейсмоактивных участков, зон распространения обвалов, оползней и т.п.;
оценки, анализа и оптимизации размещения систем и сетей инженерных и транспортных коммуникаций;
геофизической и геоэкологической экспертизы государственных и коммерческих хозяйственных программ;
разработки государственных и муниципальных программ и планов развития территорий различного масштабного уровня и целевого назначения;
информационной поддержки государственных и муниципальных органов управления при принятии решений в области хозяйственной и изыскательской деятельности;
информационной поддержки оценки безопасности среды обитания, в том числе антитеррористической безопасности;
создания компьютерного атласа регионального масштаба, включающего в себя информацию по геофизическим полям, полям напряжений, смещений, деформаций, оценочно-прогностические карты эквипотенциального распределения показателей геодинамической устойчивости среды и вероятностного прогноза развития геодинамической ситуации.
Реализация результатов диссертации. Полученные в ходе исследований по данному направлению результаты использованы: в РГРТУ - НИИ «Фотон» - для формирования электронных каталогов данных дистанционного зондирования Земли и проектирования геоинформационных систем оперативного мониторинга опасных природных явлений; в деятельности ОАО «Российские космические системы» г. Москва. Результаты исследований внедрены в практику учебного процесса Академии Государственной противопожарной службы МЧС России г. Москва.
Акты о внедрении результатов работы представлены в диссертации.
Основные положения, выносимые на защиту:
Комплекс математических моделей и компьютерных программ оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем различного масштабного уровня.
Алгоритм количественного учета рассеяния сейсмической энергии при оценке геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем.
Результаты исследований по оценке геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических системах различного масштабного уровня в виде оценочно-прогностических карт их районирования по значениям показателей геодинамической устойчивости.
Достоверность результатов диссертационного исследования определяется комплексным характером, согласованностью результатов теоретических исследований, численного моделирования и интерпретации наблюдаемых данных между собой, их воспроизводимостью, сопоставимостью полученных практических результатов с теоретическими оценками и экспериментальными результатами, приведенными в работах других авторов. Адекватность созданных математических моделей подтверждена тестовыми расчетами и сопоставлением полученных результатов с распределениями произошедших опасных
геодинамических событий в различных регионах России и ряда других государств.
Тематика диссертации соответствует п.1 и п. 5 специальности 05.13.18 – «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ» и п. 11 специальности 05.13.10 – «Управление в социальных и экономических системах».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 2 международных и 5 всероссийских научно-технических конференциях: XIV международной научной конференции «Цивилизация знаний» (Москва, 2013г.), XXXIX международной научной конференции «Гагаринские чтения» (Москва, 2013 г.), XXII научно-технической конференции «Системы безопасности» (Москва, 2013 г. – 2 доклада), XV; XVI; XVIII всероссийских научно-технических конференциях "Новые информационные технологии в научных исследованиях" (Рязань, 2010, 2011, 2013- 3 доклада).
Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликованы 14 работ: 1 монография, 4 статьи в изданиях ВАК, 8 тезисов докладов на международных и всероссийских конференциях, 1 свидетельство на регистрацию программы.
Структура и объем диссертационного исследования. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Основной текст работы содержит 198 страниц, 28 рисунков и 3 таблицы. Список литературы содержит 12 страниц и включает 164 наименования.
Существующие методы оценки рисков геодинамической природы по литературным данным
Изучение, оценка и прогнозирование природных опасностей (ПО) связаны со значительными трудностями, обусловленными многообразием, разнохарактерностью и многофакторностью их формирования и развития.
Множество методов, используемых при изучении и оценке природных, техногенных и антропогенных опасностей можно подразделить на натурные (полевые) и лабораторные (камеральные) методы [2], [5] – [7], [43], [72], [85], [95], [96], [111], [158].
На следующем уровне систематизации методов могут быть выделены следующие типы (рис. 1.2).
Выбор и применение тех или иных методов изучения ПО должны основываться на нескольких принципиальных положениях [72], [139]:
1. При изучении опасностей необходимо опираться на историко-генетический подход, учитывающий условия формирования опасных процессов и явлений и историю их развития. Это позволяет понять и объяснить современное состояние природных и культурных объектов, установить стадию развития и степень опасности того или иного процесса. Такой подход одинаково справедлив для разных уровней изучения опасностей: от макроуровней — глобальных и региональных по площади развития процессов и явлений, до микроуровней — исследований состава, состояния и свойств различных природных субстанций (почв, грунтов, вод, воздуха, растительности и др.).
2. Важным условием изучения природных опасностей является комплексность исследований, т.е. проведение работ в разных масштабах с применением разных, дополняющих друг друга групп и типов методов: визуальных (описательных), инструментальных, аналитических; натурных (полевых), лабораторных, дистанционных, прогнозных и др. Это позволяет всесторонне и глубоко изучать и прогнозировать природные опасности.
3. При изучении ПО необходимо применять системный подход, позволяющей рассматривать любой природный процесс как сложную многофакторную и многокомпонентную систему, элементы которой тесно связаны и взаимообусловлены. Это позволяет уже на ранних стадиях исследований опасностей выделять главные элементы, связи и факторы их развития для разработки адекватных предупредительных и защитных мер.
Методы изучения и оценки природных, техногенных и антропогенных опасностей
При изучении и оценке природных опасностей используют достаточно широкий комплекс разнообразных методов исследований. Важное место среди них занимает группа визуальных наблюдений (обзоров, облетов) [8], [50] – [52], [126], а также инструментальные методы изучения природных опасностей [2], [27], [30], [40], [43]. Среди типов натурных (полевых) контактных методов можно выделить следующие подтипы методов [96] – [103], [158]:
1) специальные тематические исследования: гидрографические, гидрологические, гидрометеорологические, геологические, геохимические, геофизические, экологические, в том числе химические, радиационные, биотические, бактериологические и другие;
2) тематические съемки и картирование;
3) взятие проб субстанций компонентов окружающей среды: воздуха, вод, почв, грунтов, биоты;
4) разведка территорий с помощью горных выработок;
5) проведение опытных натурных работ наземных и подземных (в выработках): натурное моделирование развития процессов (сход лавин, размыв берегов, склоновые процессы, объемные деформации массивов грунтов: просадки, оседания, набухание, усадка, опытно-фильтрационные работы и др.);
6) стационарные наблюдения на специально оборудованных станциях, ключевых участках, закрепленных базисах, профилях, створах.
Среди натурных методов наблюдений и исследований широкое распространение получили дистанционные методы [50] – [52], [102], [126]. Они основаны на индикационном дешифрировании природных объектов, как во время осмотра территорий с летательных аппаратов, так и при работе с материалами аэрокосмических съемок.
В подгруппе лабораторных (камеральных) методов можно выделить две наиболее крупные категории:
1) экспериментальные методы определения характеристик природно-техногенных объектов и их субстанций (строения, состава, состояния и свойств) [102], [158];
2) методы визуализации информации — многочисленные методы дешифрования материалов дистанционных съемок и зондирований, а также тематического природного картографирования [51], [52], [126]. В группе аналитических методов условно выделяют следующие методы [102], [158]:
1) историко-аналитические методы (природно-сравнительные, исторических аналогов, природных аналогий);
2) методы сбора, обработки и анализа фондовых материалов;
3) методы обработки данных натурных и лабораторных исследований;
4) методы инженерных оценочных расчетов;
5) методы обработки информации для идентификации природных явлений;
Модель оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем с учетом вертикальных возмущений
Модели оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем с учетом вертикальных возмущений принадлежат к классу моделей, основывающихся на втором подходе к оценке геодинамического риска – на методе решения обратных задач, т.е. из анализа поведения аномалий в различных геофизических полях, называемая иначе, стратегией аномалий.
Еще раз подчеркнем, что подобная стратегия базируется на идеях отслеживания происходящих в геосреде процессов по разрозненным косвенным признакам – аномалиям, порождаемым в различных полях: сейсмических, деформационных, гидрогеологических, геохимических, электромагнитных и многих других. В нашем случае косвенным признаком являются аномалии, возникающие в гравитационном поле – так называемые аномалии гравитационного поля в изостатической редукции.
Такие модели были описаны и апробированы в ряде работ, например, в [8], [13], [17], [72], [135], [139].
Эти модели хорошо себя зарекомендовали как в областях орогенов, так и на платформенных территориях [8], [17], [72], [135]. При этом авторами указанных работ в основном применялись двумерные модели. Только один из исследователей, А.О. Фаддеев, в своих работах построил и практически реализовал пространственную математическую модель оценки геодинамического риска, правда, с целым рядом упрощений и оговорок [72], [135]. И это естественно, поскольку о сложностях построения и, тем более, практической реализации пространственной модели уже отмечалось ранее.
Тем не менее, попробуем построить вслед за А.О. Фаддеевым трехмерную модель, рассмотрев ее в несколько ином ракурсе с точки зрения задания граничных условий. Итак, что же представляют собой граничные условия пространственной модели А.О.Фаддеева?
Вспомним еще раз систему уравнений (1.21), приведенную в первой главе настоящей диссертационной работы: где TXZ - касательные напряжения в плоскости XZ; JZ - вертикальная составляющая нормальных напряжений; uz - вертикальная составляющая полного вектора смещений в геосреде; Р(х,у) - величина распределенной нагрузки в точке с координатами (х,у); р - средняя плотность вещества геосреды РПТС, Ро - средняя плотность вещества ниже условной модельной границы приложения внешней распределенной нагрузки; g - ускорение силы тяжести; hmax -наибольшая величина отклонения модельной нижней границы от нулевого уровня; h - средняя толщина рассматриваемого модельного упругого пространства.
Согласно работам [8], [13], [17], [72], [135], первый член в первом уравнении системы (2.9) и второй член во втором уравнении этой же системы определяют дополнительное нормальное давление на верхней и нижней поверхностях трехмерного упругого слоя. Это дополнительное давление обусловлено деформацией слоя и появлением в результате этого избыточных или недостаточных масс выше и ниже уровней z = 0 и z = h. Третье и четвертое уравнения характеризуют отсутствие сдвиговых напряжений в вертикальной плоскости на верхней и нижней поверхностях трехмерного упругого слоя и не вызывают никаких вопросов с точки зрения геофизики.
Однако, модели с подобными граничными условиями прекрасно работают в областях орогенов, где достаточно контрастный рельеф местности и вряд ли могут быть адекватно использованы для платформенных территорий. Поэтому поставим себе задачей построить подобную трехмерную модель универсального плана, чтобы она могла использоваться с одинаковым успехом и в орогенных областях и на платформенных территориях.
Для этой цели потребуем выполнения следующих граничных условий:
Третье и четвертое уравнения идентичны условиям системы (2.9), а вот первые два условия из (2.10) совершенно другие. Действительно, поскольку возмущающий фактор на нижней границе, т.е. при z = 0 полностью определяется пространственным распределением поля изостатических аномалий -во влияние этого поля закладываются все возмущающие факторы, определяющие статические поля напряжений, деформаций и смещений в геосреде (в поле изостатических аномалий учтены даже плотностные неоднородности среды ниже уровня z = 0). Поэтому нет необходимости в первом уравнении системы (2.10) учитывать дополнительные деформации, которые были учтены в (2.9). А во втором уравнении системы (2.10) дополнительные деформации выше уровня z = h также можно не учитывать, поскольку влияние этих деформаций как раз учтено в распределении аномалий гравитационного поля в изостатической редукции.
Тем самым, не учитывая деформации выше уровня z = h, модель становится универсальной, т.е. пригодной для использования как в областях оро-генов, так и на платформенных территориях. Адекватность этой модели будет понятна после ее практического использования на конкретной распределенной природно-технической системе.
Однако прежде чем приступить к расчетам, нужно получить уравнения для компонент тензора напряжений и составляющих вектора смещений в геосреде в общем виде. Сделать это крайне необходимо, поскольку иначе невозможно получить расчетные (рабочие) формулы для их последующей компьютерной интерпретации. Кроме того, необходимо убедиться в устойчивости нашей модели. К сожалению, в последних доступных работах А.О. Фад-деева подобных расчетов и проверки его моделей на устойчивость не приводится. Выполним подобные расчеты, как в защиту предложенных моделей, так и в защиту моделей А.О. Фаддеева.
Анализ результатов практической реализации математических моделей оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем
Рассмотрим теперь и проанализируем полученные результаты математического моделирования геодинамической устойчивости среды различных РПТС. Все расчеты проводились с помощью рассмотренных ранее численных методов по алгоритмам, реализованных в виде комплекса компьютерных программ, написанных на языке программирования высокого уровня в программной среде Delphi XE Professional (см. Приложение №2).
Апробация математической модели с учетом вертикальных возмущений производилась для части территории Турции, в пределах которой предполагается строительство АЭС «Аккую» (недалеко от г. Гюльнар), т.е. для распределенной природно-технической системы с опасным в техногенном отношении объектом и для территории Эквадора. Вертикально-горизонтальная региональная математическая модель была практически реализована для распределенной природно-технической системы, включающей в себя часть территории Турции, Ирана, Ирака, Сирии, Азербайджана, Грузии, Армении, Украины, России. Проверка обобщенной вероятностной модели оценки геодинамического риска была выполнена для обеих указанных выше РПТС.
Итак, начнем рассмотрение результатов, полученных по модели с вертикальными возмущениями. По соотношениям (2.17), приведенными во второй главе настоящей диссертационной работы, были выполнены расчеты шаровой и девиаторной частей тензора геодинамических напряжений и составляющих вектора смещений в геосреде. Кроме того, были выполнены оценки относительной плотности потенциальной энергии деформируемых пород геосреды. Это очень важный показатель, крайне необходимый для оценки запасенной сейсмической энергии, часть которой в результате землетрясения может высвободиться и привести к значительным материальным и человеческим потерям. Кратко остановимся на этом показателе.
Как известно, сейсмическая энергии накапливается в ограниченном объеме геосреды в течение некоторого времени до следующего сейсмического события, т.е. землетрясения [11], [103]. Величина этой энергии тесно связана со значениями сдвиговых напряжений, возникающих в объеме геосреды вследствие влияния на эту среду некоторых возмущений. Модели, которые использованы, несмотря на привлечение в них в качестве исходных данных информации о характеристиках геосреды и возмущающих ее геофизических полях, все же являются в некотором смысле упрощенными. Поэтому накапливаемая сейсмическая энергия оценивается только в условных единицах. Такой условной единицей и является относительная плотность потенциальной энергии деформируемых пород геосреды [72], [135].
Поэтому, используя известные по численным оценкам величины сдвиговых геодинамических напряжений (девиаторную часть тензора геодинамических напряжений) с учетом их релаксации и известные физические параметры геосреды, по формуле
(где т - полное касательное напряжение, У - скорость деформации, t - промежуток времени) были выполнены оценки распределений относительной плотности потенциальной энергии деформируемых пород геосреды Ер (т.е. оценена величина энергии, накопленная в единице условного объема (1 м3) за условную единицу времени (1 год)) и построены поля плотностей этих величин в изолиниях в виде карт-схемы для исследуемых распределенных при-родно-технических систем.
А теперь представим результаты практической реализации предложенных математических моделей оценки геодинамической устойчивости среды распределенных природно-технических систем [146], [147], [149].
В первую очередь рассмотрим результаты, полученные по математической модели, учитывающей вертикальные возмущения в геосреде и соответствующей ей обобщенной вероятностной модели (для вероятностной модели исходными данными как раз и являются результаты, полученные по вертикальной модели) (рис. 3.1; 3.2).
Так, например, на карте-схеме (рис. 3.1) представлено пространственное распределение вероятностного геодинамического риска, полученное по данным проведенного математического моделирования для региона, в пределах которого предполагается размещение АЭС «Аккую» около города Гюльнар (г. Гюльнар обозначен на карте-схеме окружностью желтого цвета с шестью исходящими лучами).
Карта-схема эквипотенциального распределения вероятностного геодинамического риска для региона предполагаемого размещения АЭС «Аккую»
Области геодинамического риска оконтурены изолиниями в диапазоне от 0.1 до 0.9 с шагом значений 0.2. Кружками красного цвета обозначены эпицентры уже произошедших за период времени с 528 г. по май 2010 г. в этом регионе землетрясений с магнитудами от 4 до 7 (всего 232 сейсмических события). Незакрашенными квадратами указаны эпицентры пяти исторических высокоэнергетических землетрясений, произошедших 13.12.115 (координаты 35.8 с.ш., 35.1 в.д., магнитуда М = 7.5); 13.02.1404 (35.7 с.ш., 36.2 в.д., М = 7.0); 30.12.1408 (35.8 с.ш., З6.1 в.д., М = 7.5); 04.05.1875 (38.1 с.ш., 30.2 в.д., М = 7.3); 03.10.1914 (37.9 с.ш., 30.1 в.д., М = 7.1). Черным закрашенным квадратом обозначен эпицентр катастрофического землетрясения 08.04.859 (35.9 с.ш., 36.0 в.д., М — 8.0).
Распределение землетрясений выполнено на основе выборок сейсмологических данных, полученных из таких официальных источников, как: региональные каталоги «Землетрясения в Северной Евразии, 1992 - 2000 гг.»; «Землетрясения в Турции, 1913 - 1970 гг.»; Землетрясения Средиземноморья и окружающей территории, 1901 - 1975 гг.»; «Оперативный сейсмологический каталог Геофизической службы РАН, Обнинск», а также ряда специализированных баз данных, в частности, глобальной базы данных о гипоцентрах землетрясений за период времени с 2100 г. до н.э. по 1992 г. н.э.
Как видно на рис. 3.1, пространственное распределение вероятностного геодинамического риска достаточно значимо согласуется с распределением выделившейся сейсмической энергии в рассматриваемом регионе, что свидетельствует об адекватности математической модели, использованной для количественной оценки указанного риска. В окрестности г. Гюльнар (места предполагаемого строительства АЭС «Аккую») геодинамическая ситуация потенциально-опасная (вероятность реализации опасных геодинамических процессов порядка 0.7).
Вообще, эта территория, если взять г. Гюльнар за центр и около него описать воображаемую окружность с радиусом порядка 100 - 150 км (часть дуги окружности пройдет по северному побережью о. Кипр), в сейсмическом отношении представляет собой некую зону «сейсмического безмолвия». Более четко эта зона просматривается на рис. 3.2, на котором представлена карта-схема распределения относительной плотности потенциальной энергии деформируемых пород геосреды (в Дж/(м3 -год)), также построенная на основе данных математического моделирования (по данным модели, отличной от модели, применявшейся для построения карты-схемы распределения вероятностного риска). Зоне «сейсмического безмолвия» соответствует территория, оконтуренная изолинией с величиной относительной плотности потенциальной энергии 5 Дж/(м3 -год).
Модель управления риском возникновения чрезвычайных ситуаций природно-техногенного характера
Как уже указывалось в тексте настоящей диссертации, в жизни современного человечества немалое место занимают проблемы, связанные с преодолением негативных явлений, обусловленных увеличением количества, сложности и мощности технических систем, как на объектном, так и на территориальном уровнях.
В этом контексте большое значение имеет оценка рисков в сложных распределенных природно-технических системах при воздействии на них опасностей геодинамического происхождения. Эта задача характеризуется большим количеством взаимосвязанных и взаимозависимых факторов [49], [72], [75], [96], [102], [139]. Причем главными моментами при её решении является нахождение ответов на вопросы, связанные с тем, как реагирует система на внешнее воздействие, каково её состояние и динамика, как распределено воздействие в пространственно-временном отношении. Эти вопросы являются центральными для решения проблемы обеспечения безопасности населения и территорий от проявления опасных геодинамических процессов [72], [139].
Вообще же, задача обеспечения безопасности населения и территорий от последствий возможного проявления опасных процессов геодинамического происхождения всегда тесно связаны с проблемой управления этой безопасностью [74], [78], [79], [135].
При этом возникает резонный вопрос: а можно ли непосредственно управлять безопасностью сложной природно-технической системы при воздействии на нее опасных геодинамических процессов, таких как землетрясения, оползни, обвалы, проседания и т.п. явлений, т.е. риском возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) геодинамического происхождения? Разумеется, нет. Но, зная ответы на вопросы, обозначенные выше, можно построить стратегию предупреждения этих процессов. В данном случае, следуя логике известного древнего изречения «Praemonitus praemunitus – кто предупрежден, тот вооружен», фактически можно превентивно управлять риском возникновения ЧС геодинамического характера в распределенных природно-технических системах.
С современной точки зрения под управлением риском ЧС природного и техногенного происхождения понимается комплекс взаимосвязанных, постоянно корректируемых и дополняемых, в зависимости от меняющейся ситуации и полученных результатов, нормативно-правовых, организационно-административных, экономических, инженерно-технических и других мероприятий и механизмов, направленных на уменьшение или предупреждение возможных или существующих потерь населения, объектов хозяйства и окружающей природной среды при возникновении ЧС вследствие протекания природных, техногенных и антропогенных опасностей разного генезиса как в пределах локальных участков, так и в глобальном масштабе [6], [7], [27], [34], [91], [96], [103].
С учетом имеющегося в настоящее время научно-методического аппарата анализа риска, управление риском возникновения ЧС осуществляется по схеме: идентификация опасностей – анализ (оценка и прогноз) угрозы – анализ риска чрезвычайной ситуации (ЧС) на какой-либо территории – анализ индивидуального риска для населения – сравнение с приемлемым риском – обоснование и реализация необходимых мер защиты.
Основными принципами защиты населения и территорий от природных, техногенных и антропогенных опасностей в настоящее время являются: за-благовременность подготовки и осуществления защитных мероприятий; дифференцированный подход к определению характера, объема и сроков проведения этих мероприятий, их необходимой достаточности, комплексности.
Практика показывает, что решить задачу полного устранения негативных воздействий в природной и техногенной сферах нельзя. Для обеспечения защиты реально лишь ограничить воздействие негативных факторов допустимыми уровнями с учетом их одновременного действия.
Сущность управления риском как раз и состоит в распознавании, выявлении и разрешении проблемных ситуаций, связанных с обеспечением защиты в условиях нормального, регламентного функционирования интересующих нас объектов, а также в случаях аварий и катастроф на них.
В настоящее время в России считается общепризнанным и целесообразным при управлении риском ЧС опираться на следующие три стратегии управления [48], [72], [96], [135].
1) стратегия предотвращения причин возникновения природно техногенных аварий и катастроф и обеспечения нормального, регламентного функционирования опасных в техногенном отношении объектов;
2) стратегия локализации аварий (катастроф) и предотвращения формирования опасной обстановки, когда причину возникновения той или иной аварии (катастрофы) по технологическим, экономическим, социальным или иным соображениям устранить невозможно, и начинается цепная реакция событий, ведущих к аварии или катастрофе;
3) стратегия максимально возможного недопущения или ослабления воздействий опасных природно-техногенных факторов на людей и окружающую среду и ликвидации последствий аварии, катастрофы в кратчайшие сроки.
Первая стратегия носит предупреждающий характер. Управление риском, которое соответствует этой стратегии, обычно называют превентивным. Две другие стратегии управления риском реализуются в порядке оперативного реагирования на возникновение, развитие аварий, катастроф и называются стратегиями оперативного управления риском. Любая из трех стратегий не только не исключает другие, но и, наоборот, предполагает разработку каждой и их совместное существование. В зависимости от обстановки вводится в действие и реализуется та или иная стратегия.
Резюмируя все сказанное, принципиальную схему обеспечения безопасности любой природно-технической системы со всевозможными размещенными на ней объектами, можно представить следующим образом (рис. 3.20) [102].
