Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современных методов прогнозирования последствий аварий и оценки риска на объектах нефтегазового комплекса 15
1.1 Методы прогнозирования последствий аварий на объектах нефтегазового комплекса 16
1.2 Анализ методических подходов к оценке риска 24
Выводы по главе 1 34
Глава 2. Теоретические основы единой методической базы прогнозирования последствий ЧС 36
2.1 Модели воздействий 37
2.2 Законы разрушения сооружении и поражения людей 46
2.3 Основы методики прогнозирования объемов разрушений на площадных и линейных объектах 52
2.4 Основы методики прогнозирования количества пострадавших людей 57
2.5 Методология оценки рисков 60
Выводы по главе 2 63
Глава 3. Методические основы разработки специализированной географической информационной системы 64
3.1 Общие требования к разработке специализированной ГИС 64
3.2 Требования к структуре и содержанию базы данных 68
3.2.1 Требования к картографической информации 69
3.2.2 Требования к семантической информации 77
3.2.3 Система управления базой данных 82
3.3 Требования к расчетно-аналитическому блоку 85
3.3.1 Структура расчетно-аналитического блока 86
3.3.2 Детальность математических моделей до
3.3.3 Сопряжение математических моделей и баз данных 90
3.4 Интерфейс специализированной ГИС и методические подходы к тематическому картографированию 92
3.4.1Интерфейс специализированной ГИС 92
3.4.2 Методические подходы к тематическому картографированию 94
Выводы по главе 3 98
Глава 4. Методология оценки комплексного риска с применением гнс-технологий на объектах нефтегазового комплекса 99
4.1 Методы оценки индивидуального риска при авариях непосредственно на объектах 99
4.1.1 Модели воздействия с учетом дрейфа взрывоопасного облака 99
4.1.2 Законы разрушения зданий и поражения людей при авариях со взрывом
4.1.3 Процедуры оценки риска на взрывоопасном объекте
4.2 Методы оценки индивидуального риска при авариях на рядом расположенных опасных объектах 119
4.2.1 Оценка индивидуального риска на химически опасных объектах (ХОО)
4.2.2 Оценка индивидуального риска на радиационно-опасных объектах 121
4.3 Методы оценки индивидуального риска от опасностей природного характера 122
4.3.1. Модели сейсмического воздействия 123
4.3.2 Законы разрушения зданий и поражения людей при землетрясениях 126
4.3.3 Процедуры оценки риски и объемов разрушений при землетрясениях
4.3.4 Методические подходы к оценке последствий сейсмического воздействия на объекты нефтегазового комплекса 146
4.3.5 Оценка индивидуального риска от ураганов и сильных ветров 151
4.4 Комплексная оценка индивидуального риска в чрезвычайных ситуациях и концептуальные подходы к оценке уровней приемлехмого риска 152
4.4.1 Комплексная оценка индивидуального риска в ЧС 152
4.4.2 Концептуальные подходы к оценке уровней приемлемого риска 153
Выводы по главе 4 157
Глава 5. Методы моделирования аварийных разливов нефти на суше и малых реках с применением ГИС-технологий 158
5.1 Математические модели аварийного процесса 160
5.7.1 Напорный резким
5.7.2 Безнапорный режим
5.2 Убывание нефти за счет фильтрации в грунт и испарения 166
5.3 Реализация модели аварийного разлива с использованием ГИС 170
5.3.1 Укрупненный алгоритм (блок-схема) моделирования
5.3.2 Цифровая топографическая модель местности
5.3.3 Имитационное моделирование разливов нефти с использованием ГИС 177
5.3.4 Эксперименты с моделированием разливов 183
5.3.5 Загрязнение берегов при распространении нефти на малых реках
Выводы по главе 5 187
Глава 6. Методология расчета сил и средств и оценки эффективности мероприятий по повышению безопасности объектов нефтегазового комплекса 189
6.1 Расчет сил и средств ликвидации аварийного разлива нефти на суше 189
6.2 Расчет сил и средств спасения пострадавших в чрезвычайных ситуациях 195
6.3 Методические основы оценки эффективности мероприятий по повышению безопасности объектов нефтегазового комплекса 200
6.3.1 Критерии оценки эффективности вариантов снижения ущерба объектам, зданиям и сооружениям 202
6.3.2 Критерии оценки и эффективности вариантов защиты персонала и населения 206
6.3.3 Многокритериальные задачи 208
Выводы но главе 6 213
Глава 7. Опыт зонирования объектов нефтегазового комплекса по риску и моделированию аварийных разливов нефти 214
7.1 Оценка индивидуального риска для персонала магистральных нефтепроводов 214
7.1.1 Каспийский трубопровод Тенгиз (Казахстан) - Новороссийск (Россия) 215
7.1.2 Балтийский трубопровод Ярославль - Кириши - Приморск 121
7.2 Оценка индивидуального риска для персонала Очаковской базы по реализации газа и вблизи расположенного населения (г. Москва) 227
7.3 Оценка индивидуального риска и эффективности мероприятий по повышению безопасности на автозаправочных станциях г. Москвы 230
7.4 Моделирование аварийных разливов нефти 237
7.4.1 Объекты нефтедобычи ОАО «ЛНК «Башнефть» 238
7.4.2 Сахалинский магистральный нефтепровод (Сахалин-1) 243
7.4.3 Восточно-Тихоокеанская нефтепроеодная система 245
Выводы по главе 7 248
Основные выводы 249
Библиографический список 251
- Методы прогнозирования последствий аварий на объектах нефтегазового комплекса
- Основы методики прогнозирования объемов разрушений на площадных и линейных объектах
- Методы оценки индивидуального риска при авариях на рядом расположенных опасных объектах
- Имитационное моделирование разливов нефти с использованием ГИС
Введение к работе
Актуальность проблемы
В целях обеспечения безопасности населения и территорий 21 августа 2000 г. и 15 апреля 2002 г. Правительством Российской Федерации были приняты Постановления № 613 «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти» и № 240 «О порядке организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территорий Российской Федерации», регламентирующие проведение прогнозирования последствий разливов нефти с учетом оценки риска, гидрометеорологических условий, рельефа и других факторов.
Кроме того, дополнительно к декларированию промышленной безопасности опасных производственных объектов в системе нормативных документов в строительстве введен за последнее время в действие Свод правил СП 11-107-98 и СП 11-113-2002, регламентирующих разработку инженерно-технических мероприятий гражданской обороны, мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций (ЧС) на этапах обоснования инвестиций и проектов строительства. Свод правил обязывает на основе анализа риска разрабатывать решения по проведению инженерно-технических мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций в результате возможных стихийных бедствий или аварий на эксплуатируемых или расположенных рядом потенциально опасных объектах.
В мире в целом, и в Российской Федерации в частности, накоплен опыт прогнозирования последствий аварий на трубопроводном транспорте и объектах хранения и переработки углеводородного сырья, создан комплекс специальных методик. Как правило, они имеют ведомственный характер или же предназначены для решения некоторых узких задач, таких как декларирование промышленной безопасности, оценка последствий аварий для окружающей природной среды, определение степени опасности для людей, зданий и сооружений.
с > -,.уРГ
гообр;
Изучению отрицательного воздействия на окружающую среду опасных объектов и природных процессов, разработке методов оценки риска и обоснованию мероприятий по уменьшению негативных последствий опасных воздействий посвящены работы отечественных ученых Акимова В.А., Брушлинского Н.Н., Гумерова А.Г., Гумерова Р.С., Елохина А.Н., Зайнул-лина Р.С., Идрисова Р.Х., Измалкова В.И., Копылова Н.П., Котляревско-го В.А., Коффа Г.Л., Корольченко А.Я., Лисанова М.В., Махутова Н.А., Мишуева А.В., Одишария Г.Э., Печёркина А.С., Рагозина А.Л., Шебе-ко Ю.Н., Швыряева А.А. и др.
Методики оценки последствий аварий на опасных производственных объектах, согласованные Госгортехнадзором России и ОАО «Газпром», позволяют определить поля давлений и импульсов при аварийных взрывах топливно-воздушных смесей (ТВС), установить количественные оценки взрывопожароопасности технологических блоков, определить массу участвующего во взрыве вещества и радиусы зон разрушений. В то же время учтены только поражающие факторы аварий, связанных с горением (взрывом) ТВС. Наличие других опасностей техногенного и природного характера не учитывается.
В связи с этим актуальной является разработка единой научно-методической базы комплексной оценки рисков с применением геоинформационных технологий, позволяющей разрешить противоречивую ситуацию.
Цель исследования - повышение безопасности объектов нефтегазового комплекса (НТК) на основе создания единой научно-методической базы комплексной оценки рисков с учетом техногенных и природных опасностей с применением геоинформационных технологий.
Основные задачи исследования:
оценить современные методы прогнозирования последствий аварий, анализа риска и повышения безопасности объектов нефтегазового комплекса;
разработать теоретические основы единой методической базы прогнозирования последствий чрезвычайных ситуаций и оценки рисков объектов нефтегазового комплекса;
создать методические основы разработки специализированной географической информационной системы (ГИС) для моделирования техногенных и природных опасностей;
разработать методологию комплексной оценки рисков на объектах нефтегазового комплекса с применением ГИС-технологий;
разработать методы моделирования аварийных разливов нефти на суше и малых реках с применением ГИС-технологий;
разработать методологию расчета сил и средств аварийно-спасательных работ и методологию оценки эффективности мероприятий по обеспечению безопасности объектов нефтегазового комплекса.
Методы исследования
Поставленные задачи решались методом математического моделирования теории вероятностей и системного анализа.
Объектом исследования являются элементы риска - люди, линейные и площадные объекты НТК, здания и сооружения.
Предметом исследования является методология повышения безопасности объектов НТК на основе оценки техногенных и природных опасностей и управления рисками.
Научная новизна
Предложены закономерности, учитывающие степень воздействия
опасностей техногенного и природного характера и сопротивление
элементами риска опасным воздействиям, которые позволили раз
работать теоретические основы единой методической базы ком
плексной оценки рисков.
Обоснованы методические требования к разработке специализированной ГИС для моделирования техногенных и природных опасностей и комплексной оценки рисков на объектах НТК.
На основании единой методической базы комплексной оценки риска разработаны методы оценки риска с применением ГИС-технологий, учитывающие аварии непосредственно на объектах НТК, рядом расположенных объектах и природные опасности.
Разработана методика моделирования аварийных разливов нефти на суше, учитывающая напорный режим истечения, безнапорный режим растекания продукта, процессы фильтрации в грунт, испарения в атмосферу и основанная на применении ГИС-технологий.
Создана методология оценки эффективности мероприятий по обеспечению безопасности объектов НТК с применением ГИС-технологий, основывающаяся на теории рисков.
Разработана методология расчета сил и средств аварийно-спасательных работ для объектов НТК на основе ожидаемого ущерба от воздействия опасностей техногенного и природного характера.
На защиту выносятся:
теоретические основы единой методической базы комплексной оценки рисков;
методические требования к разработке специализированной ГИС;
методика моделирования аварийного разлива нефти на суше;
методы комплексной оценки рисков с учетом аварий непосредственно на объектах НТК, рядом расположенных объектах и природных опасностей;
методы оценки эффективности мероприятий по повышению безо
пасности объектов НТК и расчета сил и средств аварийно-
спасательных работ.
Значимость для практики заключается в разработке моделей, алгоритмов, программных средств и методик по обеспечению безопасности , применяемых при разработке проектной документации и оценке риска возможных аварий на эксплуатируемых объектах НТК.
Часть результатов исследований, представленных автором диссертации, использована при создании и внедрении системы мониторинга и прогнозирования катастроф и стихийных бедствий в РФ. За создание и внедрение этой системы автор удостоен премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники.
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы (методологии, модели, алгоритмы, проіраммнос обеспечение и методики) использовались при разработке разделов ИТМ ГОЧС проектов строительства магистральных газопроводов и нефтепроводов, в т. ч. Каспийского трубопровода Тенгиз (Казахстан) — Новороссийск (Россия) и Балтийского трубопровода (БТС) Ярославль - Приморск.
Предложенное в работе методическое обеспечение использовалось для разработки планов предупреждения и ликвидации аварийных разливов нефти для магистральных нефтепроводов Сахалин І (Оха - Де Кастро) и Сахалин II (Оха - Анива), а также объектов нефтедобычи ОАО «АНК «Башнефть».
Отдельные результаты исследований отражены в учебниках и учебных пособиях и реализованы в Федеральных целевых программах: «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф», 1990 - 1995 гг.; «Развитие федеральной системы сейсмологических наблюдений на 1995-2000 гг.»; «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 г.».
Апробация работы. Результаты диссертационного исследования многократно докладывались на всероссийских и международных научных конференциях, симпозиумах и семинарах, включая:
Международную конференцию по уменьшению последствий природных катастроф, Каир, Египет, 1996;
6-ю ежегодную конференцию Международного общества по управлению ЧС, Дельф, 1999;
Международный семинар по анализу и управлению риском, Санкт-Петербург, 1999;
Международную конференцию «Глобальная информационная сеть по катастрофам», Анкара, Турция, 2000;
Конференцию «Безопасность нефтегазового комплекса», Москва, 2000;
Международный симпозиум «Влияние сейсмической опасности на трубопроводные системы в Закавказском и Каспийском регионах», Москва, 2000;
8-ю ежегодную конференцию Международного общества по управлению ЧС, Осло, 2001;
Международное рабочее совещание по управлению последствиями катастроф, Рестон, 2001;
Международный симпозиум «Информационные технологии для управления последствиями катастроф», Кобе, 2001;
Пятую Всероссийскую конференцию «Оценка и управление природными рисками» (Риск-2003), Москва, 26-27 марта 2003;
10-ю ежегодную конференцию Международного общества по управлению ЧС, София Антиполис, Франция, 3-6 июня 2003;
Всероссийскую научно-практическую конференцию «Стратегические риски ЧС: оценка и прогноз», Москва, 15-16 апреля 2003;
Международную ежегодную конференцию Глобальной Информационной Сети по катастрофам, Вашингтон, США, март 2004. Публикации
Основное содержание диссертации изложено в монографии «Методология повышения безопасности объектов хранения и транспортировки
9 нефтепродуктов с применением ГИС-технологий» (С-П: Недра, 2004. -189 с), учебнике «Оперативное прогнозирование инженерной обстановки» (М.: МЧС РФ, 1998. - кн. 2. - 175 с.) и учебном пособии «Теоретические основы реагирования на чрезвычайные ситуации (М.: Изд-во ВИУ, 1999. -кн. 1 и 2. - 445 с).
В целом в рамках рассматриваемой области исследований автором лично и в соавторстве подготовлено более 100 научных публикаций, в том числе 20 книг и учебных пособий.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав и заключения. Общий объем работы - 274 страницы, включая 45 рисунков и 64 таблицы. Библиографический список использованной литературы включает 221 наименование.
Методы прогнозирования последствий аварий на объектах нефтегазового комплекса
В мире в целом,.и в Российской Федерации-в частности, накоплен опыт заблаговременного прогнозирования последствий аварий на трубопроводном транспорте и объектах хранения и переработки углеводородного сырья, создан комплекс специальных методик. Как правило, они имеют ведомственный; характер или же предназначены для решения некоторых узких задач, таких как декларирование промышленной безопасности; оценка последствий аварий для окружающей природной среды, определение степени опасности для людей, зданий и сооружений.
Опыт декларирования промышленной безопасности и развитие методов оценки риска опасных производственных объектов неоднократно обсуждались и распространялись на семинарах, проводимых Госгортехнадзором России. Основными результатами семинаров являются рекомендации о необходимости активизации: деятельности по совершенствованию нормативно-методической базы анализа риска аварий, включая разработку методик оценки риска и критериев приемлемого риска, методов сбора и анализа необходимой информации, оценки ущерба от аварий на опасных производственных объектах, создание компьютерных программ, Большинство обсуждаемых вопросов — свыше 50 %, — относилось к оценке последствий аварий и степени риска на объектах нефтегазового комплекса [127,128].
Обобщению и анализу опыта декларирования промышленной безопасности в нефтегазовом комплексе посвящены работы М.В. Лисанова, А.С. Печеркина, В.И. Сидорова, А.И. Гражданкина, А.А. Швыряева. Одними из основных и часто встречающихся недостатков декларирования отмечены следующие: описания технологических участков опасных производственных объектов приведены без привязки (ссылок) к технологическим схемам; методическая база анализа риска требует совершенствования и создания сертифицированных автоматизированных систем; отсутствие планов размещения оборудования; отсутствие ситуационных планов, позволяющих получить достаточную и корректную информацию о масштабах аварий. В методических разработках по оценке последствий аварий и риска на опасных объектах не используются географические информационные системы, без применения которых оценка как последствий аварий, так и риска производится приближенно. В целом, наряду с разработкой отраслевых методик оценки риска и критериев приемлемого риска, методов сбора и анализа необходимой информации, Госгортехнадзором России для повышения эффективности декларирования промышленной безопасности рекомендуются - создание компьютерных программ [127]; разработка методик, учитывающих основные стадии и эффекты аварийного процесса, и объединенных на основе общих параметров в комплекс взаимосвязанных методик [128]. Естественно, такими программами должны быть программы, ориентированные на применение ГИС-технологий.
Методики опенки последствий аварий на опасных производственных объектах [107, 128] позволяют определить поля давлений и импульсов при аварийных взрывах топливно-воздушных смесей- (ТВС), установить количественные оценки взрывопожароопасности технологических блоков; определить массу участвующего во взрыве вещества; и радиусы зон разрушений. Следует отметить, что для оценки риска необходимо также определять вероятности смертельного поражения людей; на различных расстояниях от взрыва, При: этом люди могут находиться ; как на открытой местности, так и в зданиях, различных по прочности и функциональному назначению. Существует также потребность при; оценке ущерба и зон; разрушений учитывать, типы зданий, технологического оборудования и хран илищ углеводородного топлива.
В работе [113] приведена методика; расчета объемов утечки нефти при авариях на магистральных нефтепроводах. При; этом могут рассматриваться свищи, трещины и гильотинные разрывы. Методика позволяет оценить ожидаемый объем разлива с учетом всех стадий: реагирования персонала на аварию - отключение насосов, закрытие задвижек, локализация; аварийного разлива.
Анализ и оценка последствий аварий на объектах хранения горючих веществ, в первую очередь, углеводородов, рассмотрены в трудах В;А. Котляревского и А.В: Забегаева [43], А.А. Шаталова и Х.М Ханухова [2]; В.С.Сафонова, Г.Э. Одишария и А.А. Швыряева [149], Н,Н. Брушлинского и А.Я. Корольченко [117] и др.
В [43] обосновывается необходимость оценки; эффективности мероприятий по; снижению степени риска поражения людей и возможного ущерба при ЧС, в том, числе рассмотрены пути обеспечения прочности резервуаров и сосудов для хранения нефтепродуктов и сжиженных газов. Данные по конструкциям и основным характеристикам резервуаров, газгольдеров и других конструкций для хранения и транспортировки сжиженных газов и нефтепродуктов, приведенные в [2], методы: прогнозирования! последствий аварий; изложенные в; [43, 2], позволяют. осуществить прочностные: расчеты при; проектировании этих конструкций; а также; мониторинг, оценку остаточного ресурса т определение возможного ущерба, связанного с авариями;
Для оценки: последствий; аварий на1 объектах нефтегазового: комплекса; также могут быты применены; результаты; математического моделирования; пожаров, изложенные в;[117]: Аналитические:зависимости?получены с учетом моделей, соответствующих современному уровню знани й: о І процессах1 горения! ш теплообмена при г пожарах. В- [117] даны как: детерминированные, так ш вероятностные критерии: поражения1 людей, здании: т технологического1 оборудования ударной волной и тепловым излучением:
Результаты: математического моделирования1 пожаров, и взрывов могут быть практически)использованы для определения количественных:показателей ущерба после их координатной привязки к конкретной территории:..
Рекомендации по расчету площадей: загрязнения; при? авариях на магистральных нефтепроводах приведены в работе [113]:
Основы методики прогнозирования объемов разрушений на площадных и линейных объектах
На основе анализа проблем, связанных с повышением безопасности объектов НТК, сформулированы общие требования к разработке ГИС. Эти требования учитывают пространственно-временные факторы, разнородность методического и информационного обеспечения технологию создания и возможность развития системы.
Общие требования к разработке ГИС целесообразно разделить на группы и обосновать, исходя из перечня основных ЧС; масштабов воздействия и тяжести последствий; характера поражающего воздействия; содержания задач обеспечения безопасности объектов и поддержки принятия решений; технологических, функциональных и экономических требований. Учитывая, что нормативные документы СП П-107-98 и СП 11-113-2002 требуют комплексного анализа рисков для персонала объектов и рядом расположенного населения, кратко сформулируем содержание требований к разработке ГИС по группам.
Основные ЧС. С помощью ГИС в первую очередь должна проводиться оценка тех событий, которые могут привести к гибели людей или большому ущербу. Исходя из этого условия, к таким событиям следует отнести ЧС техногенного характера в результате аварий на объектах: пожаровзрывоопасных; газопроводах; нефтепроводах; химически опасных; радиационно-опасных; гидротехнических сооружениях.
К гибели людей приводят также ЧС природного характера: наводнения; землетрясения; ураганы и сильные ветры; снежные лавины; сели; лесные пожары; цунами.
Масштабы воздействии и тяжесть последствий. В соответствии с Положением о классификации ЧС природного и техногенного характера, утвержденным постановлением Правительства РФ от 13.09.1996 г. № 1094, по степени тяжести ЧС разделяются на локальные; местные, территориальные; региональные; федеральные; трансграничные.
В Постановлении правительства № 240 от 15.07.2002 г. отмечается, что разливы нефти и Еіефтепродуктов классифицируются как ЧС. В зависимости от объема и площади разлива нефти и нефтепродуктов на местности и во внутренних водоемах выделяются ЧС следующих категорий: локального, муниципального, территориального, регионального и федерального значений.
В соответствии с этими масштабами в ГИС должна включаться картографическая информация с различным уровнем детальности: мир, страны, регионы (провинции, субъекты, районы и т.п.), города, объекты. В зависимости от масштаба воздействия и тяжести последствий выдвигаются различные требования к детальности описания источников опасности, местности и элементов риска. Характер поражающего воздействия. Исходя из различной природы источников и полей поражающих факторов, в состав ГИС должны быть включены математические модели, позволяющие рассчитывать воздушные ударные волновые, сейсмические, тепловые, химические, радиационные поля воздействия (модели воздействия). Блок математических моделей должен включать также процедуры, позволяющие определять зоны, характеризующие степени разрушения, поражения, ущерба и риска. Эти модели описывают сопротивление элементов риска воздействию. Оценки показателей должны базироваться на единой научно-методической основе. Состав задач повышения безопасности объектов и поддержки принятия решений. В состав задач можно включить аналитические компоненты информационного обеспечения: прогнозные модели, включая заблаговременные оценки объемов аварийных разливов, масштабов ущерба, показателей последствий и определение рисков; оптимизационные модели - распределение ресурсов, организация эффективного управления; оперативные модели - оценка обстановки, расчет сил и средств, показателей жизнеобеспечения по факту события. Каждая модель дает возможность решать определенные типы задач поддержки принятия решений как до события, так и по факту его возникновения, Функциональные требования. Программные средства ГИС должны соответствовать требованиям: оперативности, информационности, многофункциональности; наглядности отображения ситуации; масштабированности картографической основы; обеспечения пространственной и временной привязок событий и информации; возможности ввода, редактирования и импорта информации; обеспечения выбора и просмотра информации произвольно или по адресным признакам; возможности включения или выключения слоев; обеспечения картографического представления информации, полученной с использованием расчетных моделей, документирования результатов. Технологические требования. К технологическими требованиям можно отнести: блочность построения структуры ГИС; возможность развития системы; использование:при разработке системы "классических" в теоришГИС понятий; использование совместимых форматов;и: пакетов программ;для-.создания-и управления базами:данных;: возможность использования мониторинговой информации; вґ автоматизированном режиме; сопрягаемость г расчетных моделей с картографической І И семантической? базами данных; возможность использования.математических и статистических моделей; ориентация на имеющиеся технические средства; (по объему памяти;.быстродействию внешние устройства);. Экономические требования. Feoинформационные системы; являются; важной компонентой; информационных технологий; обеспечивающих в;составе других мероприятий- инженерно-технических и организационных - повышение безопасности объектов; уменьшение и смягчение последствий ЧЄ. При: раз- -работке ГИС следует учитывать стоимостные затраты\на систему. При: этом, в? совокупности;сдругимшмероприятиями, общие:затраты, включая:затраты на-разработку ГИС, не должны превосходить предотвращенный ущерб.
Методы оценки индивидуального риска при авариях на рядом расположенных опасных объектах
Характеристика элементов риска К элементам риска относят дома, сооружения, технологическое оборудование, производственные объекты, инженерные системы электро-, газо-, водоснабжения, канализации и т. п: В состав характерной информации следует включить год возведения; условия возведения; перечень нежелательных событии; источники опасностей; прочностные свойства элементов риска; технологические процессы на объектах; статистические данные по аварийности и надежности технологической системы объекта и т.п.
Данные о персонале объектов, населении, его размещении и жизнеобеспечении. В состав информации о персонале объектов и населении необходимо включить материалы, которые используются в расчетах и должны быть подготовлены заблаговременно. К такой информации следует отнести численность персонала, размещенного в зданиях и открыто размещенного на территории объекта; населения в населенных пунктах, размещенных вблизи объектов; группы людей - взрослое население (иждивенцы); старики; дети; больные; работоспособное население, принимающее участие в спасательных работах; разделение по полу- мужчины, женщины. При подготовке материалов по размещению населения следует учитывать условия: размещения людей в течение суток в зданиях различного назначения; работу персонала, вахтовым методом в районах с неблагоприятными климатическими условиями - методом дежурства на объектах повышенного риска.
В состав информации по жизнеобеспечению необходимо включить материалы по характеру оказываемых услуг: медицинское обеспечение; обеспечение водой; обеспечение продуктами питания; обеспечение предметами первой необходимости; обеспечение коммунальными услугами и жильем. Следует иметь в виду, что объем услуг по жизнеобеспечению будет определяться по факту события. В состав информации включаются в основном данные по системе жизнеобеспечения. Важной информацией являются данные по месторасположению и вместимости санаториев, пансионатов, турбаз, профилакториев, детских лагерей, рыбацких и охотничьих хозяйств и т.п.
Мониторинговые данные. В состав мониторинговых материалов следует включить данные о станциях и пунктах наблюдения за сейсмической обстановкой, пожарной обстановкой, метео- и гидрологической обстановкой. Большой объем необходимой информации можно получить от территориальных систем наблюдения и лабораторного контроля и ведомственных мониторинговых систем. Данные пунктов наблюдения по информационно-коммуникационным системам должны передаваться в базу данных специализированной ГИС и обрабатываться в автоматическом или регламентируемом режиме.
Опасности техногенные природные. В состав: семантической информации техногенных опасностях включаются основные показатели, используемые при моделировании полей воздействия негативных факторов: место размещения; тип опасных веществ; объем веществ в одной емкости, технологических установках, трубопроводах, общий объем опасных веществ; рабочее давление; состояние вещества; численность персонала и условия размещения. Часть информации может храниться в группе, относящейся к элементам риска.
К семантической информации о природных опасностях относят тип опасностей; предполагаемые районы и масштабы воздействия; временные и сезонные характеристики; региональные геологические и гидрометеорологические характеристики; статистические данные; частоты событий. Подробный перечень необходимых показателей для техногенных и природных опасностей приведен в главе 4.2. Требования к форматам семантической информации. Понятие формата как совокупности правил описания объектов распространяется и на семантическую информацию. Рекомендуется применять DBF, DB, MDB (ACCESS), MIFMID, EXCEL форматы. Кроме типовых обменных форматов могут примняться внутренние форматы, которые предназначены обеспечить надежную и производительную работу программных продуктов, составляющих ГИС. Применение обменных форматов обуславливает появление проблемы совместимости (конвертации) данных; При этом следует выбирать такие форматы, которые могут обеспечить преобразование данных без потерь. Картографическая и семантическая информации в базе данных связаны друг с другом при помощи;:специальных ключевых полей и ссылок (рисунок 3;2). Управление информацией:осуществляется при помощи СУБД типа Microsoft Access, а также дополнительных программ, созданных в рамках разрабатываемой ГИС. От того, как правильно организовано управление базой данных, зависит эффективность расчетных процедур. Система управления базой данных должна обеспечивать: возможность хранения и накопления координатной информации; удобство работы,при формировании запросов и отчетных форм; достаточные объемы ресурсов вычислителя для размещения информации во время решения задач прогнозирования последствий и реагирования на ЧС; контроль качества и непротиворечивость данных; совместимость с различными информационными системами; преобразование данных в различные форматы в соответствии с правилами различных систем; защиту и архивирование информации; совмещение семантической и картографической информации. Рассмотрим пример совмещения картографической и семантической ин формации в задаче оценки последствий при землетрясениях (рисунок 3.2).
Имитационное моделирование разливов нефти с использованием ГИС
Предпочтительный показателем оценки опасности для жизни людей служит индивидуальный риск R, определяемый как вероятность смертельного исхода при аварии на опасном объекте. Этот показатель включает сочетание частоты чрезвычайных ситуаций и их последствий (см. п. 2.5)
К площади с повышенным риском отнесем территорию, в пределах которой индивидуальный риск составляет не менее R 10"6, 1/год (ГОСТ Р 12.3.047-98. Пожарная безопасность технологических процессов).
Рассмотрим методологию оценки индивидуального риска на примере площадного объекта с резервуаром для хранения топлива. Для этого на первом этапе обоснуем модели воздействия и получим законы поражения людей. Модели воздействия включены в состав расчетно-аналитического блока ГИС. В пределах этой группы моделей определяются частота аварии за год Нк по сценарию к и интенсивность поражающих факторов по этому сценарию на различных расстояниях от места аварии. В качестве сценариев могут рассматриваться огненный шар, взрывы дефлаграционный и детонационный, факельное горение, пожар. Частота аварии за год Н по сценарию к обосновывается на материалах статистических данных и включает оценку вероятности аварии (отказа) Ра и вероятности сценария к при условии, что наступила авария P(Ct\A): Размерность показателя показывает частоту возникновения того или иного сценария в год. Вероятности аварии для резервуаров хранения неірти могут быть приняты по данным [114]: полное разрушение - 10 5 в год; частичное разрушение - 10"4 в год. Эти данные могут уточняться по мере появления; статистических или расчетных данных [32, 42, 165,. 166, 174]. Для нефтепроводов вероятности различных сценариев развития аварии: могут быть приняты в соответствии с рекомендациями: [114]: пожар - 0.37; взрыв - 0,07; огненный шар - 0,01; рассеяние паровоздушного облака без поел едствий — 0,55. Для сжиженных углеводородных газов вероятности различных сценариев развития аварии с выбросом вещества могут быть: приняты в соответствии с рекомендациями [112]: огненный шар - 0,7; взрыв: дефлаграционный и детонационный - 0,19; факел - 0,05; пожар - 0,03; рассеяние газовоздушного облака-0,03. Для линейных частей трубопроводов частоту аварий определяют на 1000 км в год. По данным проектного института «ГИПРОТРУБОПРОВОД», для магистральных трубопроводов «ТРАНСНЕФТИ» этот показатель составляет 0,14, а по данным НТЦ «ПРОМБЕЗОПАСНОСТЬ», для всех нефтепроводов России, с учетом несанкционированных врезок в трубопроводы, показатель равен 0,26. При оценке частоты аварий с учетом локальных эффектов используется принцип балльной оценки, основанный: на количественном учете 40 факторов, влияющих на риск аварий [27, 89]. По статистическим, данным интенсивность аварий на газопроводах зависит от диаметра труб [76] и в среднем составляет 0,22 аварии в год на 1000 км трассы [112]. В настоящее время имеется обширный материал в отечественной и зарубежной литературе нормативного и исследовательского характера по оценке полей поражающих факторов для различных сценариев развития аварий [17, 92]. Для оценки рисков этих данных недостаточно, так как интенсивность поражающих факторов в рассматриваемых точках будет зависеть от расположения облака в момент взрыва и повторяемости ветров по направлениям. Рассмотрим методологию моделирования поражающих факторов взрыва с учетом дрейфа облаков. Моделирование поражающих факторов взрыва. Различают два принципиально разных режима взрывного горения: дефлаграционный и детонационный [2]. При дефлаграционном горении распространение пламени происходит в слабо возмущенной среде со скоростями значительно ниже скорости звука, давление при этом возрастает незначительно. При детонационном горении (детонации) распространение пламени происходит со скоростью, близкой к скорости звука или превышающей ее, Инициирование (зажигание) ПВС с образованием очага горения возможно, если будут выполнены следующие условия: концентрация горючего газа в ПВС должна быть в диапазоне между нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени [1]; энергия зажигания от искры или горячей поверхности должна быть не ниже 30 Дж [3]. В настоящее время известен ряд методик, позволяющих моделировать поражающие факторы как по детонационному режиму [2, 22, 40, 43, 104, 131, 135, 141, 145, 147, 157, 157], так и по дефлаграционному [105, 107, 131, 135, 152].
Для выбора методик проведем оценки параметров, полученных с использованием различных моделей. В расчетах принят энергозапас "большого дыхания" резервуара с бензином емкостью 30 и3. Результаты расчетов даны в графических зависимостях (рисунки 4.1 и 4.2).
