Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса и постановка задачи 10
1.1. Опыт эксплуатации судоходных шлюзов 10
1.2. Выявление причинно-следственных связей возникновения аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах 13
1.3. Анализ статистических данных об авариях и транспортных происшествиях в судоходных шлюзах 25
1.4. Оценка безопасности судоходных шлюзов 36
1.5. Краткие выводы к разделу 40
2. Ценка вероятности возникновения аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах 42
2.1 Математическое обеспечение процесса определения вероятности аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах 42
2.2 Информационное обеспечение оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах 58
2.3 Краткие выводы к разделу 62
3. Управление риском аварий и трансопртных происшествий в судоходных шлюзах 63
3.1. Управление риском аварий судоходных шлюзов в интересах снижения денежных средств, выделяемых на ликвидацию последствий аварий и транспортных происшествий 63
3.2. Мероприятия для снижения риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах
3.2.1. Общие мероприятия, направленные на повышение надежности конструкций судоходных шлюзов 68
3.2.2. Специальные мероприятия, направленные на повышение безопасности судопропуска 72
3.3. Экономический эффект от реализации мероприятий по снижению риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах 76
3.4. Краткие выводы к разделу 80
4. Методика оценки уровня безопасности судоходных шлюзов 82
4.1.Качественный анализ риска аварий и транспортных происшествий в удоходных шлюзах 82
4.2. Количественный анализ риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах 85
4.3.Определение уровня безопасности судоходного шлюза по критерию риска 4.4.Алгоритмизация методики оценки уровня безопасности судоходного шлюза 4.5.Рекомендации по использованию предлагаемой методики 91
4.6.Краткие выводы к разделу 90
5.Заключение 92
Список литературы
- Анализ статистических данных об авариях и транспортных происшествиях в судоходных шлюзах
- Информационное обеспечение оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах
- Общие мероприятия, направленные на повышение надежности конструкций судоходных шлюзов
- Количественный анализ риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время, риск аварии судоходного шлюза определяется согласно «Методическим рекомендациям по контролю технического состояния и оценке безопасности судоходных гидротехнических сооружений» (далее «Методические рекомендации…», 2011 г.), которые позволяют рассматривать лишь некоторые сценарии аварий, связанные, в основном, с техническим состоянием конструкций сооружения. Вместе с тем, в большинстве случаев, безопасность шлюза в его статическом состоянии практически не сказывается на вероятности возникновения аварии.
Помимо технического состояния, на безопасность судоходных гидротехнических сооружений (СГТС) могут оказывать влияние навал судна, конструктивные и компоновочные решения сооружения, гидродинамические явления, климатические характеристики и др. Данные статистики показывают, что в абсолютном большинстве аварийных случаев причиной является навал судна, однако данный факт в существующих методиках определения уровня безопасности не учитывается.
Интегральным показателем уровня безопасности судоходных шлюзов является величина риска аварий, определение которой для каждого СГТС производится индивидуально в зависимости от множества параметров.
Таким образом, оценка риска аварий при навалах судна является важнейшей задачей при определении уровня безопасности СГТС, что и легло в основу настоящей диссертационной работы.
Степень разработанности темы. Исследованию вопросов безопасности сложных гидротехнических систем, в том числе судопропускных ГТС, посвящен ряд научных работ как зарубежных, так и отечественных исследователей.
Эксплуатационные параметры судоходных шлюзов рассмотрены в работах А.А. Атавина, В.В. Баланина, О.Ф. Васильева, А.М. Гапеева, П.А. Гарибина, В.В. Дегтярева (мл.), В.А. Есиновского, Д.А.Зернова, С.С. Кирьякова, В.В. Клюева, М.А. Колосова, В.А. Кривошея, С.Н. Левачева, И.В. Липатова, Г.В. Мельника, В.И. Похабова, С.М. Пьяных, Н.А. Семанова, В.А. Седых, А.С. Шестакова, А.А. Шишкина, А.П. Яненко, S.E. Dietrich, R.E. Peterson, H. Valsing, V. Yakhot, H. Witte. и др., в которых отражаются отдельные аспекты гидродинамического воздействия между судном и судопропускным сооружением.
Методы оценки навигационных рисков плавания целостно рассмотрены в работах С.Н. Некрасова. Однако в этих работах суда рассматриваются условно абстрагированными из общей системы его целевой эксплуатации, т.е. система «судно-шлюз» остается за рамками исследования.
Системному подходу к оценке риска аварий таких гидротехнических сооружений, как грунтовые и бетонные плотины, ограждающие и разделительные дамбы золошлакоотвалов, водосбросные сооружения гидро-
и теплоэнергетики, посвящены работы А.Б. Векслера, Д.А. Ивашинцова, Д.В. Стефанишина, С.Г. Шульмана и др.
Учет влияния «человеческого фактора» на вероятность возникновения аварийной ситуации при судопропуске всесторонне рассмотрен в работах С.А. Педана, В.В. Егорова, В.И. Дмитриева, А.К. Гусева и др.
Цель исследования заключается в повышении безопасности судопропуска и эксплуатационной надежности судоходных шлюзов, а также в улучшении методологической базы в вопросах декларирования безопасности СГТС.
Научная задача исследования заключается в разработке методики оценки уровня безопасности судоходных шлюзов, основанной на анализе риска аварий.
Достижение поставленной цели предусматривает решение последовательности следующих частных задач:
изучить особенности эксплуатации судоходных шлюзов и выявить причинно-следственные связи возникновения аварий и транспортных происшествий;
разработать математическую модель для определения вероятности возникновения аварий в шлюзах при пропуске судов различных типов;
разработать методику оценки уровня безопасности судоходных шлюзов, основанную на анализе риска аварий;
предложить комплекс мероприятий для управления риском аварий судоходных шлюзов с целью его снижения.
Объектом исследования являются процессы судопропуска на судоходных шлюзах.
Предмет исследования — аварии и транспортные происшествия, возникающие при эксплуатации судоходных шлюзов.
Научная новизна заключается в следующем:
- разработан алгоритм определения вероятности возникновения аварий
и транспортных происшествий в судоходных шлюзах при пропуске судов
различных типов, отличающийся возможностью оптимального учета
выделенных факторов в регрессионных моделях;
- предложена методика оценки уровня безопасности судоходных
шлюзов, основанная на анализе риска аварий.
Теоретическая значимость работы состоит в том, что разработана математическая модель количественной оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах при навале судна.
Практическая значимость исследования состоит в возможности применения разработанной методики оценки уровня безопасности судоходных шлюзов при составлении деклараций безопасности СГТС, а также в обосновании эффективных мероприятий как на стадиях проектирования, так и при эксплуатации, для повышения безопасности судопропуска.
Методы исследования. Диссертационная работа базировалась на системном анализе, при решении поставленных задач были использованы методы, основанные на теории вероятностей и математической статистике.
На защиту выносятся:
математическая модель определения вероятности аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах при пропуске судов различных типов;
методика оценки уровня безопасности судоходных шлюзов, основанная на анализе риска аварий.
Степень достоверности и апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались на II научно-технической конференции студентов и аспирантов СПбГУВК «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России (г. Санкт-Петербург, май, 2011 г.), III научно-технической конференции студентов и аспирантов СПбГУВК «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» (г. Санкт-Петербург, май, 2012 г.), научно-практической online-конференции вузов водного транспорта «Актуальные проблемы развития водного транспорта России» (Санкт-Петербург, май, 2012 г), седьмой научно-технической конференции ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева «Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии» (г. Санкт-Петербург, октябрь, 2012 г.), расширенном семинаре Новосибирской государственной академии водного транспорта (г. Новосибирск, февраль, 2013 г.), расширенном семинаре Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета «СИБСТРИН» (г. Новосибирск, апрель, 2013 г.), на конференции «Обеспечение безопасности и надежности судоходных гидротехнических сооружений», организованной Федеральным агентством морского и речного флота (г. Петрозаводск, август, 2013 г). Работа заняла III место на конкурсе «Молодые ученые отрасли — 2013» в номинации «Транспортная безопасность», организатор конкурса Министерство транспорта РФ.
Реализация основных результатов диссертационного исследования подтверждается Актом о внедрении в ФБУ «Администрация «Волго-Балт».
По результатам настоящего исследования опубликовано 9 научных работ общим объемом 2,0 п.л., в том числе четыре, общим объемом 1,10 п.л., — в журналах, рекомендуемых Высшей аттестационной комиссией Минобрнауки России для опубликования научных результатов диссертаций на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук.
Анализ статистических данных об авариях и транспортных происшествиях в судоходных шлюзах
Данный раздел работы посвящен исследованию особенностей эксплуатации судоходных шлюзов при пропуске судов и выявлению причинно-следственных связей возникновения аварий и транспортных происшествий.
В рамках данного исследования, рассматривается система «Судно-шлюз» [52], следовательно, на первом этапе, целесообразно оценить влияние на веро 14 ятность возникновения аварии или транспортного происшествия при судопро-пуске гидродинамического воздействия между судном и сооружением. Работы зарубежных исследователей [117–141] включают, в основном, обзорную информацию о рассматриваемых судопропускных сооружениях, а также затрагивают рассмотрение процессов наполнения и/или опорожнения камеры шлюза и условия отстоя судов в камерах. Вместе в тем, вопросы, связанные с влиянием рассматриваемых процессов на риск возникновения аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах, проработаны незначительно.
Отечественные исследователи уже более 40 лет занимаются изучением вопросов судопропуска через шлюзованные каналы. В настоящее время, уже целостно изучены вопросы совершенствования судопропуска, увеличения скоростей движения судов в камерах шлюзов, вопросы определения габаритных размеров камер шлюзов, а также вопросы безопасности при судопропуске. Рассмотрим наиболее существенные для проводимого исследования результаты трудов отечественных исследователей.
К таковым можно отнести работы [39, 58], в которых исследователи отмечают, возникновение явления «поршневого» эффекта при котором судно, входя в камеру шлюза, резко теряет скорость движения (от 1,4 – 1,8 м/с на подходе до 0,2 – 0,3 м/с при входе непосредственно в камеру), и может наблюдаться полная остановка судна или его смещение в сторону верхних или нижних ворот в зависимости от направления шлюзования. Таким образом, подтверждается влияние гидродинамических явлений в камере шлюза, на вероятность возникновения аварии или транспортного происшествия.
Практический интерес, также представляют работы С.С. Кирьякова и В.И. Похабова [46–47]. В статье [46] авторы отмечают, что нижние ворота шлюза могут подвергаться как гидродинамическим, так и судовым нагрузкам, которые могут привести к навалу судна, и, как следствие, возникновению аварии на шлюзе. Колебания уровня воды в верхнем и нижнем бьефе шлюза при вводе могут быть с плюсом — повышение, и с минусом — понижение. В работе [47] отмечается, что движение судна не всегда происходит параллельно оси сооружения. Таким образом, вследствие ветровых нагрузок может происходить угловое перемещение, и даже наличие крена, что приводит к навалам судна не только на ворота шлюзов, но и на стены.
А.П. Яненко в работе [116] занимается исследованием нестационарных процессов в камерах судопропускных сооружений при движении судна с помощью численных методов. Результатом исследований является получение аналитического решения задачи для случая вывода судна из камеры судопропу-скного сооружения. Автор приводит отдельные результаты расчетов, наглядно показывающие картину происходящих в камере явлений при выводе из нее судна. Практически во всех рассмотренных при расчете вариантах четко просматривается так называемое явление «поршневого эффекта. В итоге происходит интенсивное понижение уровня воды в камере. При малых скоростях вывода судна наблюдается незначительное понижение уровня в камере, которое гарантирует судоводителю безопасные условия выхода из камеры.
И.Ю. Фрадкин в работе [110] говорит о несоблюдении скоростей движения судов в камерах шлюзов согласно нормативным значениям. Вследствие этого, делается о том, что соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна в значительной степени оказывает влияние на скоростной режим судна в камере.
Результаты исследований, посвященные методам и средствам повышения эксплуатационных качеств шлюзов отраженны А.С. Шестаковым в работе [112–113]. Автор отмечает, что гидравлические явления, сопровождающие движение судна при входе в шлюз, состоят в резком увеличении сопротивления воды, потери управляемости судна, увеличении осадки с дифферентом то на корму, то на нос. Кроме объективных факторов на характер движения судна существенное влияние оказывает субъективный фактор, т.е. квалификация и опыт судоводителя, а так же отсутствие конкретных рекомендаций по управле 16 нию судном в подходных каналах шлюзов. А.С. Шестаков предлагает к внедрению разработанные рациональные режимы работы движителей судов при входе в шлюз и выходе из него, основанные на анализе данных натурных наблюдений за скоростями судов [112–113].
Следует отметить, что в работах отечественных исследователей особенно отмечается, важность правильности выбора (на стадии проектирования) конструктивных и компоновочных решений судоходного шлюза, потому как именно эти параметры оказывают значительное воздействие на эксплуатационные показатели системы питания, т.е. на условия протекания гидродинамических процессов в камере шлюза при судопропуске. Решением обозначенной задачи занимались А.М. Гапеев [32–33], В.А. Кривошей [62], А.В. Михайлов [75], Н.А. Семанов [105] и др.
В решении задач обоснования рационального судопропуска по шлюзованному каналу следует отметить работы А.Г. Малышкина [71], С.М. Пьяных [95, 99] и др.
Особенно хочется отметить работу [71] А.Г. Малышкина и В.И. Астахова, где была проанализирована структура судопотоков через Волго-Балтийский водный путь (ВБВП), и отмечено, что без ущерба эксплуатационному процессу толкаемые составы могут быть включены в основную сетку флота, работающего на данном участке. Это даст возможность частично разрядить напряженность с судопотоками на участке, что является очень важным, поскольку в шлюзах с интенсивностью судопропуска достигающих проектных значений наблюдается рост частоты аварийных ситуаций и вступает в действие «человеческий фактор».
Информационное обеспечение оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах
В практическом плане, рис. 1.7 позволяет сделать вывод о том, что чем больше соотношение между длиной камеры шлюза и длиной судна или состава, а так же шириной камеры шлюза и шириной судна или состава, тем меньше вероятность возникновения [84] аварий транспортных происшествий в сооружении. Так, в шлюзах № 4—№ 6 ВБВП, имеющих длину и ширину меньшие средней в сравнении в другими шлюзами водного пути (длина на 6 м, ширина на 3,7 м) наблюдаем рост аварий и транспортных происшествий.
Согласно [18], расстояние между бортами наибольших расчетных судов, проходящих через шлюзы, не должно превышать полезной ширины камер и может составлять не менее 0,4 м; при таких небольших запасах между конструкциями шлюза и бортами наибольших судов ввод их в шлюз и вывод из него возможны только строго по курсу с отклонениями не более чем на 0,5 [84].
Суда и при входе в шлюз и, в несколько меньшей степени, при выходе из него испытывают боковое или косое воздействие ветровой волны и ветра, а иногда и течения, что вносит определенные осложнения в осуществление соответствующих маневров судоводителем, поэтому для безопасности эксплуатации необходимо чтобы составы судов могли двигаться в течение всего периода ввода их в шлюз и вывода из него точно по прямой, а возможное воздействие в это время на них ветра было строго ограничено [84].
Для всех однониточных шлюзов желательно, а для шлюзов с большим судооборотом обязательно, расположение на той же прямой участков подходов, на которых отстаиваются суда, ожидающие шлюзования, так как обход перед шлюзом встречных составов по кривым представляет значительные неудобства для судовождения.
В работе [59], выполненной Н. Кононцом, предлагаются практические рекомендации для судоводителей по принятию безопасных скоростей ввода судна в камеру шлюза при отвальном ветре.
При входе в шлюз суда переходят из судоходных каналов сравнительно широкого сечения в камеру значительно меньшей ширины. Безопасность этого перехода обеспечивается направляющими сооружениями (палами), которые, кроме того, предотвращают удары судов об углы голов. Судовые ходы, в свою очередь, на подходе судов к месту отстоя не должны иметь крутых поворотов и обратных кривых. На рис. 1.8. изображен пропуск крупногабаритного судна, грузоподъемностью менее 5 тыс. тонн через Вытегорский каскад шлюзов. Рисунок 1.8 — Пропуск крупногабаритного судна через Вытегорский каскад шлюзов Волго-Балтийского водного пути
Необходимость учета влияния соотношения размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна [85] на вероятность возникновения аварийных ситуаций в судоходных шлюзах [85] можно подтвердить анализируя данные табл. 1.8, полученные в результате обработки статистики аварий и транспортных происшествий в шлюзах водных путей РФ в период 1985—2014 г.г.
Беломорско-Онежский 9 На основании анализа табл. 1.8, следует, что наиболее часто транспортные происшествия наблюдаются при шлюзовании крупногабаритных судов в стесненных условиях. Так, например, на Волго-Донском судоходном канале, где шлюзы узкие и короткие, частота аварийных ситуаций составляет в среднем 15 ед./год, а на ВБВП, где габариты камеры шлюзов значительно превосходят размеры судов — около 12 ед./год.
Габариты камер шлюзов Волго-Донского судоходного канала (ВДСК) составляют 14818 м, средние габариты камеры ВБВП — 26018 м. Как показывает практика судовождения, ВДСК, с точки зрения безопасности шлюзования, сложен в эксплуатации, особенно, если шлюзуются крупногабаритные суда. Например, судно типа «Волго-Дон» занимает практически всю длину и ширину камеры, оставляя на маневры судоводителей 8—9 м по длине (в общей сложности на корму и нос) и 1—1,5 м по ширине (на оба борта), повышая тем самым вероятность возникновения аварии или транспортного происшествия. При шлюзовании на ВБВП судно того же типа, находясь в камере, оставляет на маневрирование 100—120 м по длине (на корму и нос), и, так же, 1,0—1,5 м по ширине (на оба борта), а в шлюзах Верхне-Свирский, №1, №2, №7 до 2,4 м по ширине (на оба борта) [84].
Кроме того, на вероятность возникновения аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах влияет компоновка гидротехнических узлов сооружений на судоходных реках и искусственных водных путях. Таким образом, расположение шлюзов и подходов к ним в плане должно обеспечивать безопасные и удобные условия [84]:
Общие мероприятия, направленные на повышение надежности конструкций судоходных шлюзов
На следующем этапе оценки адекватности предлагаемой математической модели определения вероятности возникновения аварии или транспортного происшествия в судоходном шлюзе необходимо определить степень связи объясняющих переменных Q и QJ с зависимой переменной Q}, используя коэффициенты эластичности [25-26, 85, 103-104]:
Эх=ахЪ (216) j Qj где Эх — коэффициент эластичности для оценки связи между Qj и Qj; Qj — средняя вероятность аварии или транспортного происшествия в судоходном шлюзе при пропуске судна 7-го типа и влиянии фактора, учитывающего соотношения размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна; Qj — средняя вероятность аварии или транспортного происшествия в судоходном шлюзе при пропуске суднау-го типа; а] — коэффициент, учитывающий важность влияния фактора «соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна». Qxy Эxy =axj y j (2.17) Qj где Эx — коэффициент эластичности для оценки связи между Qj и Qxj y ; Qxj y — средняя вероятность аварии или транспортного происшествия в судоходном шлюзе при пропуске судна j-го типа и влиянии факторов, учитывающих соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна и интенсивность судопропуска через исследуемый шлюз (шлюзованный канал); Qj — средняя вероятность аварии или транспортного происшествия судоходного шлюза при пропуске судна j-го типа; axj y — коэффициент, учитывающий важность влияния факторов «соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна» и «интенсивность судопропуска».
Далее, оценивается статистическая значимость коэффициентов регрессии с помощью t-критерия (критерий Стьюдента) [25–26, 103–104]. В основу чего положена оценка статистической значимости коэффициентов регрессии, заключающаяся на проверке нулевой гипотезы о незначимости коэффициентов регрессии; при этом проверяется выполнение условия: если tт tкрит., то нулевая гипотеза отвергается и коэффициент регрессии принимается значимым:
Апробация предлагаемой модели определения вероятности аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах при навале судна была произведена на примере оценки риска аварий и транспортных происшествий шлюза № 4 ВБВП. Итогом стали следующие данные: математические модели для определения вероятностей аварий и транспортных происшествий при навале судна в судоходном шлюзе № 4 ВБВП при пропуске судов различных типов (табл. 2.4). суммарная вероятность возникновения аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах при навале судна P равна сумме вероятностей ri (где i=1…5). оценка результатов:
В настоящее время, вероятность возникновения аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах нормируется СП 58.13330.2012 «Гидротехнические сооружения. Основные положения» [10] в зависимости от класса сооружения и составляет для рассматриваемого шлюза № 4 ВБВП (II класс) P=510-4 1/год, что обосновывает адекватность вышеприведенных результатов расчета.
Информационное обеспечение оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах
В рамках диссертационного исследования, вышеизложенный алгоритм автоматизирован с использованием программы RISK, написанной на языке программирования Maple и визуализированной средствами прикладного математического пакета Maple 15 [35, 103].
Программирование осуществлялось с помощью функций линейной алгебры, статистических функций и прикладных пакетов отвечающих за графическое изображение:
Алгоритм работы в программе RISK Апробация разработанного алгоритма в программе RISK была осуществлена на примере оценки вероятности возникновения аварий и транспортных происшествий для шлюза № 4 ВБВП (Приложение Б), при этом были использованы следующие обозначения: m — объем выборки; p — число факторов регрессионной модели; n — общее число судопропусков по исследуемому объекту; nj, j=1,2…5 — число пропущенных судов j-го типа, где 1 — индекс обозначающий суда грузоподъемностью 5 тыс. тонн, 2 — сухогрузные суда, 3 — нефтеналивные суда, 4 — составы судов, 5 — пассажирские суда; kj, j=1,2…5 — число аварийных ситуаций инициированных j-ым типом судна, где 1 — индекс обозначающий суда грузоподъемностью 5 тыс. тонн, 2 — сухогрузные суда грузоподъемностью менее 5 тыс. тонн, 3 — нефтеналивные суда, 4 — составы судов, 5 — пассажирские суда; kjx, j=1,2…5 — количество аварийных ситуаций инициированных j-ым типом судна, и действием фактора учитывающего соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна; ax — коэффициент учитывающий влияние фактора «соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна»; kjxy, j=1,2…5 — количество аварийных ситуаций инициированных j-ым типом судна, и действием факторов учитывающих соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна и интенсивность судопро-пусков по исследуемому объекту; axy — коэффициент учитывающий влияние факторов «соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна» и «интенсивность судопро-пуска»; Qj — вероятность аварийной ситуации судоходного шлюза при пропуске j-того типа судна; Qjx — вероятность аварийной ситуации судоходного шлюза при пропуске j-того типа судна и действии фактора учитывающего соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна; Qjxy — вероятность аварийной ситуации судоходного шлюза при пропуске j-го типа судна и действии факторов учитывающих соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна и интенсивность судопропус-ка; Qjt — прогнозное значение вероятности аварийной ситуации судоходного шлюза при пропуске j-го типа судна; rxy2 — коэффициент детерминации; Ft — критерий Фишера; Ex, Exy — коэффициенты эластичности; t_Tx, t_Txy_ — коэффициенты Стьюдента; — интенсивность потока аварий при шлюзовании судов; rj, j=1,2…5 — значение риска аварий судоходного шлюза при пропуске j-го типа судна; P — вероятность возникновения аварии или транспортного происшествия исследуемого судоходного шлюза.
Количественный анализ риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах
Вопросы качественного анализа риска аварий широко освещены для водохозяйственных ГТС. Напротив, в существующих «Методических рекомендация….» [12] распространяющихся на СГТС, вопросы, связанные с проведением анализа риска аварий, не поднимаются. Однако, согласно «Рекомендациям по декларированию безопасности судоходных гидротехнических сооружений» (утв. Федеральным агентством морского и речного транспорта в 2010 г.) данная процедура (анализ риска аварий) является неотъемлемой частью при оценке технического состояния и уровня безопасности СГТС.
В настоящее время, методы проведения качественного анализа риска аварий регламентируются ГОСТ Р ИСО/31010-2011 «Менеджмент риска. Методы оценки риска» [2], согласно которому можно выделить несколько основных этапов для реализации данной процедуры касаемо судоходных шлюзов [2, 13– 17]: 1. Анализ опасностей, целью которого является выявление наиболее уязвимых элементов и конструкций судоходного шлюза, выход из строя которых может привести к возникновению аварии или транспортного происшествия [13-14].
2. Разработка перечня возможных процессов и событий, которые могут привести к аварии судоходного шлюза (возможные причины отказов). В процессе составления указанного перечня, необходимо учитывать особенности условий эксплуатации сооружения, конструктивные и компоновочные решения, природно-климатические условия расположения, а также статистические данные об авариях на исследуемом ГТС или аналогичных объектах. Здесь же отметим, что для судоходных шлюзов, согласно статистическому анализу данных об авариях и транспортных происшествиях наиболее вероятной причиной отказа (выхода из строя) является навал судна на конструкции сооружения [13-14].
3. Разработка перечня основных наиболее вероятных сценариев аварий и транспортных происшествий в судоходном шлюзе, реализация которых может привести к ЧС. Указанный перечень должен обладать достаточной полнотой и охватывать все возможные опасности присущие судоходным шлюзам [13-14].
4. Ранжирование основных сценариев возникновения и развития аварийных ситуаций в судоходном шлюзе по вероятности возникновения аварии и последствиям в результате ее реализации — осуществляется с применением матрицы «частота-тяжесть последствий» (табл. 4.1), базируясь на качественной оценке (экспертный подход) [13-14].
Результатом проведения процедуры ранжирования является определение наиболее уязвимых элементов исследуемого судоходного шлюза, а также уточнение воздействий на выделенные элементы, которые способны инициировать риск возникновения аварии или транспортного происшествия [2, 13–17].
Выбор дальнейшего направления деятельности по результатам проведенного ранжирования основных сценариев возникновения и развития аварий и транспортных происшествий судоходного шлюза [13-14]: решение прекратить дальнейший анализ в виду незначительности опасности; решение провести более детальный анализ риска ввиду значимости опасности, т.е. произвести количественную оценку риска аварий для наиболее вероятного и наиболее опасного сценария развития аварии; решение разработать рекомендации по снижению риска аварий для рассматриваемого сценария (предлагается использовать любой из методов управления риском аварий, рассмотренных в Главе 3).
На основании вышеизложенного, отметим, что согласно основным результатам Главы 1 настоящего исследования, которая в общем виде включает реализацию действий, описанных в п.п. 1—4, представленного выше алгоритма для качественного анализа риска аварий судоходного шлюза, в качестве наибо 85
лее вероятного сценария развития аварии или транспортного происшествия в судоходном шлюзе можно выделить — прорыв напорного фронта в результате навала судна на конструкции сооружения. Следовательно, на этапе реализации п.п. 5 целесообразно принять решение о проведении более детального анализа рассматриваемого сценария, с целью количественной оценки риска аварий при его осуществлении.
Для следующие подходы [2, 13–16]: статистический, заключающийся в максимально полном использовании статистики об авариях и транспортных происшествиях в судоходных шлюзах; графоаналитический, заключающийся в использовании логических методов анализа, вероятности отказов базовых элементов которых принимаются на основе статистики или подбираются экспертным путем; экспертныйколичественного анализа риска аварий судоходных шлюзов наиболее приемлемы, заключающийся в выработке оценки путем учета мнений специалистов в данной области.
Как отмечалось ранее, ввиду недостаточности полноты статистической базы об истинных причинах аварий и транспортных происшествий, скрывающихся под термином «человеческий фактор», уникальности сооружений, условиях размещения и эксплуатации целесообразно применение сочетания обозначенных подходов. Тем не менее, ввиду абсолютного превалирования количественных методов оценки над экспертными, для определения риска аварий судоходных шлюзов при навале судна на конструкции сооружения представляется возможным совместное использование статистического и графоаналитического подходов. Среди графоаналитических методов количественного анализа риска для судоходных шлюзов могут быть рекомендованы [30–31, 44, 99–101]:
Метод анализа «Дерева событий» используется, как правило, для идентификации опасностей и демонстрирует возможные пути развития аварийных процессов. Данный метод демонстрирует связи между функционированием или отказом различных систем (входящих в состав объекта), а также позволяет наглядно иллюстрировать возможные пути развития аварий судоходного шлюза. При наличии вероятностей отказов систем, «Дерево событий» может быть решено [13-14].
Метод анализа «Дерева отказов» это метод дедуктивного определения условий и факторов, способных привести к определенному нежелательному событию и который дает группе исполнителей возможность построить логическую модель возникновения и развития процессов, приводящих к отказу судоходного шлюза. Анализ «Дерева отказов» начинается с определения «головного события» — первый уровень (для судоходных шлюзов это прорыв напорного фронта), затем под первым уровнем, образуется второй, где определяются явления и процессы способные вызвать отказы первого уровня, на третьем уровне второго и т.д. События и процессы каждого следующего уровня связываются с предыдущим логическими операторами типа «И» или «ИЛИ». Пример «Дерева отказов» для развития сценария аварии, связанного с прорывом напорного судоходного шлюза, в результате навала судна на конструкцию сооружения представлен на рис. 4.1 [13-14].
Цифры рядом с наименованием события показывают условную вероятность возникновения инициирующего события. При этом решение представленного «Дерева отказов» может быть осуществлено с использованием (4.1), согласно [13–14]: