Файл: Практические занятия по дисциплине Безопасность жизнедеятельности.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 445
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Частота (интенсивность) инициирующих событий рассчитывается по их статистике:
ОЯ = dОЯ /T,
где dОЯ - число инициирующих событий (опасных явлений) за интервал времени T>>t.
Повторяемость инициирующих событий (средний интервал времени между ними) определяется по формуле tср = 1/ОЯ, лет.
При оценивании возможности наступления сравнительно редких событий (при aОЯ(t)<1) интерес представляет вероятность QОЯ(t) хотя бы одного инициирующего события за предстоящий интервал времени t. В общем случае
QОЯ(t/t*) = P(t* TОЯt/TОЯ t*) = 
,
где TОЯ – случайная величина продолжительности интервала между событиями, t* - момент начала рассматриваемого интервала времени t после реализации последнего инициирующего события.
Если инициирующее событие не произошло до момента времени t*, то его вероятность за последующий интервал времени рассчитывается по условному (усеченному) распределению. Для пуассоновского потока время между событиями подчиняется экспоненциальному закону. С учетом свойства отсутствия последействия
QОЯ(t/t*) = QОЯ(t) = 1 -exp(-ОЯt).
Для редких событий, когда aОЯ(t)<0,1,
QОЯ(t) aОЯ(t).
По многолетним наблюдениям за природными явлениями на определенной территории определяется также их распределение по силе FОЯ(u) = P(U<u), где U – случайная по совокупности произошедших природных явлений величина уровней создаваемых ими поражающих факторов для объектов техносферы основан на установлении законов и закономерностей.
Вероятностно-детерминированный подход развития природных процессов во времени и пространстве, цикличности природных явлений, что можно использовать для целей их долго- и среднесрочного прогнозирования. Если имеется циклически действующий фактор, то свойство отсутствия последействия нарушается и поток природных явлений не подчиняется закону Пуассона. Например, если выявлена цикличность землетрясений, то время до очередного землетрясения подчиняется некоторому унимодальному распределению. При повторяемости (в отличие от пуассоновского потока здесь можно применять более узкий термин - периодичности) землетрясений tср с дисперсией t2, т.е. при нормальном распределении времени между землетрясениями TОЯN(tср, t2)
,
где Ф() – функция Лапласа.
Так, сильные землетрясения в Алма-Ате случались в 1887 и 1911 годах. По оценкам специалистов, их цикличность составляет 10015 лет. Исходя из этого, с 1980 года алма-атинцы живут в период сейсмической активности. В течение 20-25 лет на территории города возможны сильные подземные катаклизмы.
Применительно к объектам техносферы вероятностно-детерминированный подход основан на установлении закономерностей развития деградационных процессов, накопления повреждений, образования и распространения трещин, приводящих к авариям, и состоит в прогнозировании срока службы их критичных по безопасности составных частей, ограничиваемого параметрическими отказами вследствие процессов старения, изнашивания, разрегулирования. На основе оценки вероятности параметрических отказов определяется необходимость профилактических замен составных частей с истекшим сроком службы.
При среднесрочном (месяцы, недели) прогнозировании на основе этой информации кроме вероятности может быть уточнено также наиболее вероятное время наступления инициирующего события
,
где fОЯ’(t) = fОЯ(t/TОЯt*) – плотность распределения вероятности условного времени до очередного инициирующего события при условии, что до момента времени t* оно не произошло.
С помощью методик прогнозирования, базирующихся на знании закономерностей формирования инициирующих событий, прогнозируется время tОЯ и место xОЯ природных явлений с силой, превышающей заданную величину uн, время наступления на конкретных объектах техносферы аварийных ситуаций определенного вида.
Для краткосрочного (дни, часы) прогнозирования используется детерминированно-вероятностный подход, опирающийся главным образом на оперативную информацию, получаемую от сетей мониторинга – о предвестниках, о приближающемся опасном природном явлении, с учетом неопределенностей методик прогноза их развития и перемещения. При этом кроме времени наступления природного явления tОЯ прогнозируются его место xОЯ и сила uОЯ. Подход применим и для прогнозов аварийных ситуаций на технических объектах с непрерывным контролем технического состояния.
Показатели эффективности прогнозов. Относительно ЧС на рассматриваемом интервале времени могут быть высказаны две гипотезы: наступит или не наступит. Если ЧС предсказана и наступила (или не предсказана и не наступила), то это достоверный прогноз. Количественно степень достоверности прогноза ЧС на рассматриваемом интервале времени характеризуется показателями оправдываемости О и предсказуемости П (Табл. 12.3).
Табл.12.3. Показатели достоверности прогнозов возникновения ЧС
Пусть Nнаступило/предсказано = Nпредсказано/наступило – число наступивших ЧС из числа предсказанных или предсказанных ЧС из числа наступивших. Оно определяется как пересечение двух подмножеств (Рис. 12.2):
Nнаступило/предсказано = NнаступилоUNпредсказано,
где Nнаступило– число наступивших на рассматриваемом интервале времени ЧС, Nпредсказано– число ЧС, наступление которых на рассматриваемом интервале времени предсказано. Тогда оправдываемость прогнозов ЧС на рассматриваемой территории, происходящих за интервал времени t, определяется по формуле
О = Nнаступило/предсказано / Nпредсказано,
а предупрежденность произошедших ЧС -
П = Nнаступило/предсказано / Nнаступило.
Рис. 12.2. Оправдываемость прогнозов и предупрежденность ЧС
Если ЧС предсказана, но не наступила, то имеет место ошибка 1-го рода, которая характеризуется вероятностью , оценка которой определяется по формуле
.
Ошибка 2-го рода состоит в том, что ЧС не предсказана, но наступила. Она характеризуется вероятностью , оцениваемой по формуле
.
Методы прогнозирования последствий ЧС развиты применительно к ЧС как техногенного, так и природного характера. Исторически первыми развивались методы прогнозирования последствий аварий и катастроф. Их основой явились методы оценки последствий применения оружия массового поражения, которые наиболее интенсивно развивались начиная с 50-х годов XX века – после появления ядерного оружия. Методы прогнозирования последствий стихийных бедствий развиваются в последние десятилетия. Отметим, в частности, методы прогнозирования последствий землетрясений.
Методы оценки и прогнозирования последствий ЧС по времени проведения можно разделить на две группы:
-методы, основанные на априорных (предполагаемых) оценках, полученных с помощью теоретических моделей и аналогий;
-методы, основанные на апостериорных оценках (оценки последствий уже произошедшей ЧС).
По используемой исходной информации методы прогнозирования последствий делят на:
-экспериментальные, основанные на обработке данных произошедших ЧС;
-расчетно-экспериментальные, когда имеющиеся статистические данные обрабатывают с помощью математических моделей;
-расчетные, основанные на использовании только математических моделей.
Расчетные модели, используемые для априорных оценок, тестируются по реально произошедшим стихийным бедствиям и катастрофам.
Априорные оценки последствий ЧС различают по времени проведения и назначению:
-заблаговременные оценки для различных сценариев инициирования стихийных бедствий и катастроф, проводимые в интересах планирования мероприятий по смягчению последствий ЧС (создания запасов материальных средств, подготовки аварийно-спасательных формирований, разработки планов действий в случае ЧС, обучения руководителей, специалистов и населения действиям в условиях ЧС);
-оперативные оценки по информации о произошедших опасных природных явлениях, авариях и катастрофах, проводимые в целях адекватного оперативного реагирования в интересах смягчения последствий ЧС.
Успешно функционирует, в частности, система оперативного прогноза последствий сильных землетрясений с использованием ГИС-технологий. Используемая географическая информационная система (ГИС) содержит информацию о населении и характеристиках застройки всех населенных пунктов на территории России. Система по получаемой через Интернет в реальном масштабе времени информации о координатах, глубине очага и магнитуде землетрясения выдает прогноз его последствий, а также расчет необходимых сил и средств для проведения аварийно-спасательных работ. Известно, что эффективность этих работ, т.е. число спасенных из числа попавших в завалы, сильно зависит от своевременного начала аварийно-спасательных работ и достаточности привлекаемых сил и средств.
Отметим также задачу прогноза глобальных последствий конкретных уже произошедших стихийных бедствий и техногенных катастроф (предсказуемости глобальных изменений природной среды) через достаточно длинный промежуток времени на основе анализа получаемых с помощью дистанционного зондирования Земли из космоса временных рядов данных, которые характеризуют наблюдаемые явления. Основными глобальными природными явлениями являются: увеличение содержания «парниковых газов» (углекислый газ, метан, окислы азота и др.) в атмосфере как результат расширения хозяйственной деятельности в глобальном масштабе; возможные глобальные воздействия такого катастрофического явления, как Эль-Ниньо / Южное колебание, которое проявляется в усилении засух, наводнений, других неблагоприятных климатических процессов.
Для изучения изменений климата и других условий окружающей среды используются также изотопные методы. Изотопы служат индикаторами таких связанных с климатом параметров, как температура поверхностного слоя воздуха, относительная влажность в атмосфере и выпадение осадков. Кроме того, посредством радиоизотопных измерений можно исследовать динамику процессов переноса и смешивания в атмосфере, которые управляют климатическими условиями, а также взаимодействие воздуха и моря. Для понимания происходящих в настоящее время изменений в окружающей среде, и особенно климатологических условий, могут использоваться методы оценки исторических данных, сконцентрированных в природных “архивах”, таких как сердцевина ледяных блоков, донные отложения озер и морей, кораллы, грунтовые палеоводы, наносные отложения в пещерах и кольца на срезах деревьев.
В настоящее время задачи выявления и картирования опасных явлений, оценки риска, раннего предупреждения и организации работ по смягчению последствий стихийных бедствий в значительной степени решаются на основе данных, получаемых с помощью космических средств дистанционного зондирования Земли.
С целью определения влияния поражающих факторов источников чрезвычайных ситуаций на жизнедеятельность населения, работу объектов экономики и действия сил ликвидации чрезвычайных ситуаций, обоснования и принятия мер защиты осуществляется прогнозирование и оценка обстановки, складывающейся при ЧС.
Под оценкой и прогнозированием обстановки понимается сбор и обработка исходных данных о чрезвычайных ситуациях, определение размеров зон чрезвычайных ситуаций и нанесение их на карту (план); определение влияния поражающих факторов источников ЧС на работу объектов экономики, жизнедеятельность населения и действия сил ликвидации чрезвычайных ситуаций. На основе оценки решаются задачи по выбору оптимальных вариантов действий сил ликвидации чрезвычайных ситуаций, работе объектов экономики и жизнедеятельности населения, которые обеспечивают максимальное снижение потерь.
Классификация задач оценки и прогноза последствий ЧС по заблаговременности их проведения и комплексу учитываемых неопределенных факторов приведена в табл.12.4.
Табл. 12.4 Классы задач оценки и прогноза ЧС
Оценка риска ЧС на рассматриваемой территории проводится периодически (при составлении или корректировке паспортов безопасности территорий, при декларировании безопасности потенциально опасных объектов и в других случаях) в интересах управления риском. При оценке риска все основные влияющие факторы являются неопределенными и используются их оценочные значения.
Оценка риска состоит в оценке повторяемости ЧС и предполагаемого ущерба от них.
Прогноз последствий ЧС – это заблаговременный прогноз обстановки на рассматриваемой территории в случае, если произойдет ЧС определенного вида. При оценке последствий аварий стационарных потенциально опасных объектов известно также местоположение источника ЧС. Заблаговременная оценка последствий ЧС представляет собой частную задачу оценки риска при условии, что инициирующее событие произошло (опасность реализовалась). Прогноз осуществляется по расчетным параметрам неопределенных факторов с учетом преобладающих среднегодовых метеоусловий. Результаты прогнозирования используются для планирования превентивных мер по защите населения и территорий.
В основу математических моделей прогнозирования последствий ЧС положена ее вероятностная модель, но при условии, что негативное событие произошло. При этом учитывается как вероятностный характер воздействия поражающих факторов на объекты, так и уязвимости объектов этому воздействию. Невозможно определить заранее достоверно, какая интенсивность колебания земной коры будет действовать в районе расположения здания или какая величина давления во фронте воздушной ударной волны будет действовать на сооружение. Уровни поражающих факторов являются случайными величинами и описываются своими законами распределения.
Уязвимость зданий и сооружений также описывается случайными величинами вследствие разброса прочности материалов, отклонения строительных элементов от проектных размеров, различий условий изготовления элементов и других факторов.
Возможность поражения людей будет зависеть от целого ряда случайных событий. В частности, от вероятности размещения людей в потенциально опасной зоне, плотности расселения в пределах населённого пункта и вероятности поражения людей обломками при получении зданиями той или иной степени повреждения.
Основные случайные факторы, влияющие на последствия ЧС, связаны с факторами опасности, пространственно-временными факторами угрозы и уязвимостью территории: размещением населенного пункта относительно очага воздействия; уровнями поражающих факторов; характеристиками грунтов; конструктивными решениями и прочностными свойствами зданий и сооружений; плотностью застройки и расселения людей в пределах населённого пункта; режимом нахождения людей в зданиях в течение суток и в потенциально опасной зоне в течение года и др.
Экстренная оценка обстановки в случае произошедшей ЧС осуществляется по данным о месте, силе и времени опасного явления, поступившим от вышестоящих, нижестоящих и взаимодействующих органов управления ГОЧС, объектов экономики и сил разведки, наблюдения и контроля, с учетом реальных метеоусловий. Экстренная оценка представляет собой частный случай предыдущей задачи при условии, что факторы опасности и угрозы реализовались и известны. Результаты оценки используются для принятия решения соответствующими органами управления по защите населения и территорий (выбора рационального сценария реагирования), а также для уточнения задач органам разведки и проведения экстренных мероприятий по защите.
Оценка фактической обстановки, сложившейся в результате произошедшего опасного явления, проводится по данным, полученным от органов разведки, наблюдения и контроля. В результате оценки фактической обстановки снимается неопределенность относительно единственного оставшегося неопределенным фактора риска – ущерба. Результаты оценки используются для уточнения ранее принятых решений по защите населения и проведения работ по ликвидации чрезвычайной ситуации.
Контрольные вопросы
1. Как можно декомпозировать задачу прогнозирования ЧС?
2. Назовите параметры, по которым проводится прогнозирование возникновения ЧС.
3. Что является инициирующими событиями для возникновения ЧС?
4. Назовите подходы к прогнозированию инициирующих событий для ЧС и их отличительные признаки.
5. Если за 15 лет произошло 3 наводнения, то какова их частота? а повторяемость?
6. Чем отличается повторяемость события от его периодичности?
7. Как Вы считаете, если для пуассоновского потока случайных событий в текущем году опасное явление не наступило, то вероятность его наступления в очередном году увеличится? Почему?
8. Если для циклически происходящего опасного явления в текущем году ничего не произошло, то возрастет или снизится вероятность этого опасного явления в следующем году?
9. Назовите классы задач оценки (прогноза) последствий ЧС.
10. Какую положительную роль играют априорные оценки последствий ЧС? Покажите на примере важность оперативного прогнозирования последствий ЧС.
11. Что информативнее: прогноз времени возникновения опасного явления на данной территории или оценка его частоты?
12. Можно ли дать оценку частоты наступления ЧС на рассматриваемой территории, если статистические данные отсутствуют?
13. Какие факторы влияют на частоту ЧС?
Практические задания
Задание 1.
В соответствии со схемой на рис. 12.1. «Зависимость точности прогноза повторяемости от интервала наблюдения и времени наступления опасного явления от времени упреждения», изучите механизм формирования природного явления, вызывающего развитие ЧС. Охарактеризуйте точность прогноза.
Задание 2.
Используя литературу и интернет ресурсы найдите пример прогноза для объекта, на котором может возникнуть ЧС. Оцените точность прогноза и его эффективность. Предложите мероприятия по улучшению точности прогноза для управления ситуацией с целью предотвращения или ликвидации ЧС.
К Тема Техногенные ЧС. Риск
Практическая работа № 13.
Оценка риска для людей при действии негативных факторов
Степень ущерба для здоровья человека и методы его оценки различаются в зависимости от длительности и уровней негативных воздействий:
а) при постоянно или продолжительно действующих слабоинтенсивных негативных факторах (например, повышенные концентрации вредных веществ в воздухе, малые дозы радиации и др.) в организме человека наблюдаются неблагоприятные эффекты, влияющие на его здоровье. Для количественной оценки ущерба для человека от слабоинтенсивных факторов используются модели зависимости “доза - эффект”;
б) при кратковременно действующих поражающих факторах значительной интенсивности, обычно происходящих в случайные моменты времени в форме опасных явлений, ущерб для человека наступает в случае превышения уровнями воздействий некоторых предельных значений для объекта воздействия. Для количественных оценок используется факторная модель “действующая нагрузка – критическая нагрузка (или несущая способность)”. Приведем несущие способности для человека по отношению к некоторым факторам: ионизирующее излучение – 4,5 Зв, избыточное давление – 100-200 кПа, пули стрелкового оружия – 200-300 м/с, алкоголь в крови – 5 промилле, электрический ток напряжением 220 В – 100 мА.
Последствия для конкретного человека от негативных воздействий любого вида выражаются бинарной переменной
где u – действующая на человека нагрузка, uкр - несущая способность конкретного человека. Несущая способность зависит от дифференциальных характеристик негативных воздействий, в частности, длительности действия. По совокупности индивидов она имеет существенный разброс (т.е. является случайной величиной Uкр), который в задачах прогноза обычно не учитывается.
Риск здоровью произвольного человека из некоторой популяции, подвергающейся эпизодически возникающим экстремальным воздействиям, можно определить с использованием модели “нагрузка – несущая способность” через частоту смертей по формуле
0= вP(U>Uкр),
где в и 0– частоты негативных и поражающих воздействий соответственно, U – случайная величина уровней негативных воздействий, P(U>Uкр) - условная вероятность смерти, т.е. поражающего воздействия, условием которого является превышение действующей нагрузкой критической для человека.
Отсюда
a0(t) = aв(t) P(U>Uкр),
где aв(t) = в t и a0(t) = 0t– математические ожидания числа негативных и поражающих воздействий в год соответственно.
Для редких событий индивидуальная вероятность смерти вычисляется как вероятность хотя бы одного поражающего воздействия в год
Q0(t)a0(t),
т.е. риск выражается через частоту 0 поражающих воздействий.
Его также можно определить по формуле полной вероятности
где P(H1)=Qв(t) – вероятность гипотезы хотя бы одного воздействия негативных факторов на человека на интервале t; P(H0) = 1 – Qв(t) – вероятность гипотезы отсутствия негативных воздействий на человека на интервале времени t, Q0(t)= Qв(t) P
(U>Uкр) – вероятность поражающих воздействий на человека в год.
Для постоянно действующих факторов Qв(t)=1. Тогда индивидуальная вероятность смерти от продолжительно действующих факторов, создающих нагрузку u, определяется по зависимости
Q0(t /u) = P(Uкр(t) <u),
которая фактически является функцией распределения критической нагрузки для произвольного человека из некоторой популяции (зависимость «доза – эффект»). Однако в данном случае действующей нагрузкой является накопленная за интервал времени t доза от рассматриваемого фактора u=
pmax(t) dt, где pmax(t) – зависимость от времени уровня действующей нагрузки. При этом несущая способность человека также зависит от времени набора дозы. Чем больше время действия негативного фактора, тем несущая способность выше.
Воздействие негативных факторов ЧС приводит к ущербу для жизни и здоровья человека и в результате к социальному ущербу для общества. Прямой социальный ущерб является результатом непосредственного влияния негативных факторов на жизнь и здоровье людей, а также качество их жизни. Косвенный социальный ущерб обусловлен потерей трудовых ресурсов, появлением дополнительных затрат на переселение и сохранение жизненного уровня, дополнительными услугами здравоохранения и др.
Кроме того, медико-биологический ущерб для конкретных людей в результате негативных воздействий от различных причин (событий, факторов), связанных с ними социальных потерь приводит к социальному риску для некоторой совокупности людей. Социальный риск (риск для человека) выражается в вероятности гибели (увечий) и связанных с ним сокращением средней продолжительности жизни. При анализе рисков вначале определяются причины (источники) негативных воздействий на человека и их характеристики, в частности, частоты аварий, стихийных бедствий и возможные потери, а затем обусловленные ими показатели риска. При этом речь не идет об однозначной оценке риска, поскольку необходимо учитывать разные точки зрения (с позиций индивидуума, общества или причастного объекта). В качестве социального риска от различных опасностей обычно рассматривают индивидуальный и коллективный риски.
Индивидуальный риск характеризуют индивидуальной вероятностью Q0(t) преждевременной смерти или ущерба здоровью от различных причин, их совокупности для определенных видов деятельности или условий проживания на определенной территории. Индивидуальные риски смерти от различных опасностей приведены в табл. 13.1. Применительно к риску для персонала опасных промышленных объектов индивидуальный риск– это мера возможности наступления негативных последствий для здоровья из-за действия на человека на территории его возможного нахождения в течение времени t опасных факторов профессиональной деятельности, проявляющихся постоянно либо в случае реализации опасных событий.
Табл. 13.1. Индивидуальные риски в условиях деятельности человека
ОЯ = dОЯ /T,
где dОЯ - число инициирующих событий (опасных явлений) за интервал времени T>>t.
Повторяемость инициирующих событий (средний интервал времени между ними) определяется по формуле tср = 1/ОЯ, лет.
При оценивании возможности наступления сравнительно редких событий (при aОЯ(t)<1) интерес представляет вероятность QОЯ(t) хотя бы одного инициирующего события за предстоящий интервал времени t. В общем случае
QОЯ(t/t*) = P(t* TОЯ
,где TОЯ – случайная величина продолжительности интервала между событиями, t* - момент начала рассматриваемого интервала времени t после реализации последнего инициирующего события.
Если инициирующее событие не произошло до момента времени t*, то его вероятность за последующий интервал времени рассчитывается по условному (усеченному) распределению. Для пуассоновского потока время между событиями подчиняется экспоненциальному закону. С учетом свойства отсутствия последействия
QОЯ(t/t*) = QОЯ(t) = 1 -exp(-ОЯt).
Для редких событий, когда aОЯ(t)<0,1,
QОЯ(t) aОЯ(t).
По многолетним наблюдениям за природными явлениями на определенной территории определяется также их распределение по силе FОЯ(u) = P(U<u), где U – случайная по совокупности произошедших природных явлений величина уровней создаваемых ими поражающих факторов для объектов техносферы основан на установлении законов и закономерностей.
Вероятностно-детерминированный подход развития природных процессов во времени и пространстве, цикличности природных явлений, что можно использовать для целей их долго- и среднесрочного прогнозирования. Если имеется циклически действующий фактор, то свойство отсутствия последействия нарушается и поток природных явлений не подчиняется закону Пуассона. Например, если выявлена цикличность землетрясений, то время до очередного землетрясения подчиняется некоторому унимодальному распределению. При повторяемости (в отличие от пуассоновского потока здесь можно применять более узкий термин - периодичности) землетрясений tср с дисперсией t2, т.е. при нормальном распределении времени между землетрясениями TОЯN(tср, t2)
,где Ф() – функция Лапласа.
Так, сильные землетрясения в Алма-Ате случались в 1887 и 1911 годах. По оценкам специалистов, их цикличность составляет 10015 лет. Исходя из этого, с 1980 года алма-атинцы живут в период сейсмической активности. В течение 20-25 лет на территории города возможны сильные подземные катаклизмы.
Применительно к объектам техносферы вероятностно-детерминированный подход основан на установлении закономерностей развития деградационных процессов, накопления повреждений, образования и распространения трещин, приводящих к авариям, и состоит в прогнозировании срока службы их критичных по безопасности составных частей, ограничиваемого параметрическими отказами вследствие процессов старения, изнашивания, разрегулирования. На основе оценки вероятности параметрических отказов определяется необходимость профилактических замен составных частей с истекшим сроком службы.
При среднесрочном (месяцы, недели) прогнозировании на основе этой информации кроме вероятности может быть уточнено также наиболее вероятное время наступления инициирующего события
,где fОЯ’(t) = fОЯ(t/TОЯt*) – плотность распределения вероятности условного времени до очередного инициирующего события при условии, что до момента времени t* оно не произошло.
С помощью методик прогнозирования, базирующихся на знании закономерностей формирования инициирующих событий, прогнозируется время tОЯ и место xОЯ природных явлений с силой, превышающей заданную величину uн, время наступления на конкретных объектах техносферы аварийных ситуаций определенного вида.
Для краткосрочного (дни, часы) прогнозирования используется детерминированно-вероятностный подход, опирающийся главным образом на оперативную информацию, получаемую от сетей мониторинга – о предвестниках, о приближающемся опасном природном явлении, с учетом неопределенностей методик прогноза их развития и перемещения. При этом кроме времени наступления природного явления tОЯ прогнозируются его место xОЯ и сила uОЯ. Подход применим и для прогнозов аварийных ситуаций на технических объектах с непрерывным контролем технического состояния.
Показатели эффективности прогнозов. Относительно ЧС на рассматриваемом интервале времени могут быть высказаны две гипотезы: наступит или не наступит. Если ЧС предсказана и наступила (или не предсказана и не наступила), то это достоверный прогноз. Количественно степень достоверности прогноза ЧС на рассматриваемом интервале времени характеризуется показателями оправдываемости О и предсказуемости П (Табл. 12.3).
Табл.12.3. Показатели достоверности прогнозов возникновения ЧС
| Прогноз ЧС | Предсказана | Не предсказана | ||
| Наступление ЧС | Не наступила | Наступила | Не наступила | Наступила |
| Показатели достоверности прогноза | | О | - | |
Пусть Nнаступило/предсказано = Nпредсказано/наступило – число наступивших ЧС из числа предсказанных или предсказанных ЧС из числа наступивших. Оно определяется как пересечение двух подмножеств (Рис. 12.2):
Nнаступило/предсказано = NнаступилоUNпредсказано,
где Nнаступило– число наступивших на рассматриваемом интервале времени ЧС, Nпредсказано– число ЧС, наступление которых на рассматриваемом интервале времени предсказано. Тогда оправдываемость прогнозов ЧС на рассматриваемой территории, происходящих за интервал времени t, определяется по формуле
О = Nнаступило/предсказано / Nпредсказано,
а предупрежденность произошедших ЧС -
П = Nнаступило/предсказано / Nнаступило.
Рис. 12.2. Оправдываемость прогнозов и предупрежденность ЧС
Если ЧС предсказана, но не наступила, то имеет место ошибка 1-го рода, которая характеризуется вероятностью , оценка которой определяется по формуле
.Ошибка 2-го рода состоит в том, что ЧС не предсказана, но наступила. Она характеризуется вероятностью , оцениваемой по формуле
.Методы прогнозирования последствий ЧС развиты применительно к ЧС как техногенного, так и природного характера. Исторически первыми развивались методы прогнозирования последствий аварий и катастроф. Их основой явились методы оценки последствий применения оружия массового поражения, которые наиболее интенсивно развивались начиная с 50-х годов XX века – после появления ядерного оружия. Методы прогнозирования последствий стихийных бедствий развиваются в последние десятилетия. Отметим, в частности, методы прогнозирования последствий землетрясений.
Методы оценки и прогнозирования последствий ЧС по времени проведения можно разделить на две группы:
-методы, основанные на априорных (предполагаемых) оценках, полученных с помощью теоретических моделей и аналогий;
-методы, основанные на апостериорных оценках (оценки последствий уже произошедшей ЧС).
По используемой исходной информации методы прогнозирования последствий делят на:
-экспериментальные, основанные на обработке данных произошедших ЧС;
-расчетно-экспериментальные, когда имеющиеся статистические данные обрабатывают с помощью математических моделей;
-расчетные, основанные на использовании только математических моделей.
Расчетные модели, используемые для априорных оценок, тестируются по реально произошедшим стихийным бедствиям и катастрофам.
Априорные оценки последствий ЧС различают по времени проведения и назначению:
-заблаговременные оценки для различных сценариев инициирования стихийных бедствий и катастроф, проводимые в интересах планирования мероприятий по смягчению последствий ЧС (создания запасов материальных средств, подготовки аварийно-спасательных формирований, разработки планов действий в случае ЧС, обучения руководителей, специалистов и населения действиям в условиях ЧС);
-оперативные оценки по информации о произошедших опасных природных явлениях, авариях и катастрофах, проводимые в целях адекватного оперативного реагирования в интересах смягчения последствий ЧС.
Успешно функционирует, в частности, система оперативного прогноза последствий сильных землетрясений с использованием ГИС-технологий. Используемая географическая информационная система (ГИС) содержит информацию о населении и характеристиках застройки всех населенных пунктов на территории России. Система по получаемой через Интернет в реальном масштабе времени информации о координатах, глубине очага и магнитуде землетрясения выдает прогноз его последствий, а также расчет необходимых сил и средств для проведения аварийно-спасательных работ. Известно, что эффективность этих работ, т.е. число спасенных из числа попавших в завалы, сильно зависит от своевременного начала аварийно-спасательных работ и достаточности привлекаемых сил и средств.
Отметим также задачу прогноза глобальных последствий конкретных уже произошедших стихийных бедствий и техногенных катастроф (предсказуемости глобальных изменений природной среды) через достаточно длинный промежуток времени на основе анализа получаемых с помощью дистанционного зондирования Земли из космоса временных рядов данных, которые характеризуют наблюдаемые явления. Основными глобальными природными явлениями являются: увеличение содержания «парниковых газов» (углекислый газ, метан, окислы азота и др.) в атмосфере как результат расширения хозяйственной деятельности в глобальном масштабе; возможные глобальные воздействия такого катастрофического явления, как Эль-Ниньо / Южное колебание, которое проявляется в усилении засух, наводнений, других неблагоприятных климатических процессов.
Для изучения изменений климата и других условий окружающей среды используются также изотопные методы. Изотопы служат индикаторами таких связанных с климатом параметров, как температура поверхностного слоя воздуха, относительная влажность в атмосфере и выпадение осадков. Кроме того, посредством радиоизотопных измерений можно исследовать динамику процессов переноса и смешивания в атмосфере, которые управляют климатическими условиями, а также взаимодействие воздуха и моря. Для понимания происходящих в настоящее время изменений в окружающей среде, и особенно климатологических условий, могут использоваться методы оценки исторических данных, сконцентрированных в природных “архивах”, таких как сердцевина ледяных блоков, донные отложения озер и морей, кораллы, грунтовые палеоводы, наносные отложения в пещерах и кольца на срезах деревьев.
В настоящее время задачи выявления и картирования опасных явлений, оценки риска, раннего предупреждения и организации работ по смягчению последствий стихийных бедствий в значительной степени решаются на основе данных, получаемых с помощью космических средств дистанционного зондирования Земли.
С целью определения влияния поражающих факторов источников чрезвычайных ситуаций на жизнедеятельность населения, работу объектов экономики и действия сил ликвидации чрезвычайных ситуаций, обоснования и принятия мер защиты осуществляется прогнозирование и оценка обстановки, складывающейся при ЧС.
Под оценкой и прогнозированием обстановки понимается сбор и обработка исходных данных о чрезвычайных ситуациях, определение размеров зон чрезвычайных ситуаций и нанесение их на карту (план); определение влияния поражающих факторов источников ЧС на работу объектов экономики, жизнедеятельность населения и действия сил ликвидации чрезвычайных ситуаций. На основе оценки решаются задачи по выбору оптимальных вариантов действий сил ликвидации чрезвычайных ситуаций, работе объектов экономики и жизнедеятельности населения, которые обеспечивают максимальное снижение потерь.
Классификация задач оценки и прогноза последствий ЧС по заблаговременности их проведения и комплексу учитываемых неопределенных факторов приведена в табл.12.4.
Табл. 12.4 Классы задач оценки и прогноза ЧС
| Задача | Учитываемые неопределенные факторы | Использование результатов |
| Оценка риска ЧС | Опасность – угроза – уязвимость – эффективность систем безопасности – ущерб | Управление риском ЧС |
| Прогноз последствий ЧС | [Опасное явление] с учетом его неопределенности по месту и силе – угроза - уязвимость – ущерб | Планирование превентивных мер по защите населения и территорий |
| Экстренная оценка обстановки | [Воздействие] – уязвимость – ущерб | Выбор рационального сценария реагирования |
| Оценка фактической обстановки | [Воздействие] - ущерб | Планирование действий сил и средств ликвидации ЧС |
Оценка риска ЧС на рассматриваемой территории проводится периодически (при составлении или корректировке паспортов безопасности территорий, при декларировании безопасности потенциально опасных объектов и в других случаях) в интересах управления риском. При оценке риска все основные влияющие факторы являются неопределенными и используются их оценочные значения.
Оценка риска состоит в оценке повторяемости ЧС и предполагаемого ущерба от них.
Прогноз последствий ЧС – это заблаговременный прогноз обстановки на рассматриваемой территории в случае, если произойдет ЧС определенного вида. При оценке последствий аварий стационарных потенциально опасных объектов известно также местоположение источника ЧС. Заблаговременная оценка последствий ЧС представляет собой частную задачу оценки риска при условии, что инициирующее событие произошло (опасность реализовалась). Прогноз осуществляется по расчетным параметрам неопределенных факторов с учетом преобладающих среднегодовых метеоусловий. Результаты прогнозирования используются для планирования превентивных мер по защите населения и территорий.
В основу математических моделей прогнозирования последствий ЧС положена ее вероятностная модель, но при условии, что негативное событие произошло. При этом учитывается как вероятностный характер воздействия поражающих факторов на объекты, так и уязвимости объектов этому воздействию. Невозможно определить заранее достоверно, какая интенсивность колебания земной коры будет действовать в районе расположения здания или какая величина давления во фронте воздушной ударной волны будет действовать на сооружение. Уровни поражающих факторов являются случайными величинами и описываются своими законами распределения.
Уязвимость зданий и сооружений также описывается случайными величинами вследствие разброса прочности материалов, отклонения строительных элементов от проектных размеров, различий условий изготовления элементов и других факторов.
Возможность поражения людей будет зависеть от целого ряда случайных событий. В частности, от вероятности размещения людей в потенциально опасной зоне, плотности расселения в пределах населённого пункта и вероятности поражения людей обломками при получении зданиями той или иной степени повреждения.
Основные случайные факторы, влияющие на последствия ЧС, связаны с факторами опасности, пространственно-временными факторами угрозы и уязвимостью территории: размещением населенного пункта относительно очага воздействия; уровнями поражающих факторов; характеристиками грунтов; конструктивными решениями и прочностными свойствами зданий и сооружений; плотностью застройки и расселения людей в пределах населённого пункта; режимом нахождения людей в зданиях в течение суток и в потенциально опасной зоне в течение года и др.
Экстренная оценка обстановки в случае произошедшей ЧС осуществляется по данным о месте, силе и времени опасного явления, поступившим от вышестоящих, нижестоящих и взаимодействующих органов управления ГОЧС, объектов экономики и сил разведки, наблюдения и контроля, с учетом реальных метеоусловий. Экстренная оценка представляет собой частный случай предыдущей задачи при условии, что факторы опасности и угрозы реализовались и известны. Результаты оценки используются для принятия решения соответствующими органами управления по защите населения и территорий (выбора рационального сценария реагирования), а также для уточнения задач органам разведки и проведения экстренных мероприятий по защите.
Оценка фактической обстановки, сложившейся в результате произошедшего опасного явления, проводится по данным, полученным от органов разведки, наблюдения и контроля. В результате оценки фактической обстановки снимается неопределенность относительно единственного оставшегося неопределенным фактора риска – ущерба. Результаты оценки используются для уточнения ранее принятых решений по защите населения и проведения работ по ликвидации чрезвычайной ситуации.
Контрольные вопросы
1. Как можно декомпозировать задачу прогнозирования ЧС?
2. Назовите параметры, по которым проводится прогнозирование возникновения ЧС.
3. Что является инициирующими событиями для возникновения ЧС?
4. Назовите подходы к прогнозированию инициирующих событий для ЧС и их отличительные признаки.
5. Если за 15 лет произошло 3 наводнения, то какова их частота? а повторяемость?
6. Чем отличается повторяемость события от его периодичности?
7. Как Вы считаете, если для пуассоновского потока случайных событий в текущем году опасное явление не наступило, то вероятность его наступления в очередном году увеличится? Почему?
8. Если для циклически происходящего опасного явления в текущем году ничего не произошло, то возрастет или снизится вероятность этого опасного явления в следующем году?
9. Назовите классы задач оценки (прогноза) последствий ЧС.
10. Какую положительную роль играют априорные оценки последствий ЧС? Покажите на примере важность оперативного прогнозирования последствий ЧС.
11. Что информативнее: прогноз времени возникновения опасного явления на данной территории или оценка его частоты?
12. Можно ли дать оценку частоты наступления ЧС на рассматриваемой территории, если статистические данные отсутствуют?
13. Какие факторы влияют на частоту ЧС?
1 ... 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Практические задания
Задание 1.
В соответствии со схемой на рис. 12.1. «Зависимость точности прогноза повторяемости от интервала наблюдения и времени наступления опасного явления от времени упреждения», изучите механизм формирования природного явления, вызывающего развитие ЧС. Охарактеризуйте точность прогноза.
Задание 2.
Используя литературу и интернет ресурсы найдите пример прогноза для объекта, на котором может возникнуть ЧС. Оцените точность прогноза и его эффективность. Предложите мероприятия по улучшению точности прогноза для управления ситуацией с целью предотвращения или ликвидации ЧС.
К Тема Техногенные ЧС. Риск
Практическая работа № 13.
Оценка риска для людей при действии негативных факторов
Степень ущерба для здоровья человека и методы его оценки различаются в зависимости от длительности и уровней негативных воздействий:
а) при постоянно или продолжительно действующих слабоинтенсивных негативных факторах (например, повышенные концентрации вредных веществ в воздухе, малые дозы радиации и др.) в организме человека наблюдаются неблагоприятные эффекты, влияющие на его здоровье. Для количественной оценки ущерба для человека от слабоинтенсивных факторов используются модели зависимости “доза - эффект”;
б) при кратковременно действующих поражающих факторах значительной интенсивности, обычно происходящих в случайные моменты времени в форме опасных явлений, ущерб для человека наступает в случае превышения уровнями воздействий некоторых предельных значений для объекта воздействия. Для количественных оценок используется факторная модель “действующая нагрузка – критическая нагрузка (или несущая способность)”. Приведем несущие способности для человека по отношению к некоторым факторам: ионизирующее излучение – 4,5 Зв, избыточное давление – 100-200 кПа, пули стрелкового оружия – 200-300 м/с, алкоголь в крови – 5 промилле, электрический ток напряжением 220 В – 100 мА.
Последствия для конкретного человека от негативных воздействий любого вида выражаются бинарной переменной
где u – действующая на человека нагрузка, uкр - несущая способность конкретного человека. Несущая способность зависит от дифференциальных характеристик негативных воздействий, в частности, длительности действия. По совокупности индивидов она имеет существенный разброс (т.е. является случайной величиной Uкр), который в задачах прогноза обычно не учитывается.
Риск здоровью произвольного человека из некоторой популяции, подвергающейся эпизодически возникающим экстремальным воздействиям, можно определить с использованием модели “нагрузка – несущая способность” через частоту смертей по формуле
0= вP(U>Uкр),
где в и 0– частоты негативных и поражающих воздействий соответственно, U – случайная величина уровней негативных воздействий, P(U>Uкр) - условная вероятность смерти, т.е. поражающего воздействия, условием которого является превышение действующей нагрузкой критической для человека.
Отсюда
a0(t) = aв(t) P(U>Uкр),
где aв(t) = в t и a0(t) = 0t– математические ожидания числа негативных и поражающих воздействий в год соответственно.
Для редких событий индивидуальная вероятность смерти вычисляется как вероятность хотя бы одного поражающего воздействия в год
Q0(t)a0(t),
т.е. риск выражается через частоту 0 поражающих воздействий.
Его также можно определить по формуле полной вероятности
где P(H1)=Qв(t) – вероятность гипотезы хотя бы одного воздействия негативных факторов на человека на интервале t; P(H0) = 1 – Qв(t) – вероятность гипотезы отсутствия негативных воздействий на человека на интервале времени t, Q0(t)= Qв(t) P
(U>Uкр) – вероятность поражающих воздействий на человека в год.
Для постоянно действующих факторов Qв(t)=1. Тогда индивидуальная вероятность смерти от продолжительно действующих факторов, создающих нагрузку u, определяется по зависимости
Q0(t /u) = P(Uкр(t) <u),
которая фактически является функцией распределения критической нагрузки для произвольного человека из некоторой популяции (зависимость «доза – эффект»). Однако в данном случае действующей нагрузкой является накопленная за интервал времени t доза от рассматриваемого фактора u=
pmax(t) dt, где pmax(t) – зависимость от времени уровня действующей нагрузки. При этом несущая способность человека также зависит от времени набора дозы. Чем больше время действия негативного фактора, тем несущая способность выше.Воздействие негативных факторов ЧС приводит к ущербу для жизни и здоровья человека и в результате к социальному ущербу для общества. Прямой социальный ущерб является результатом непосредственного влияния негативных факторов на жизнь и здоровье людей, а также качество их жизни. Косвенный социальный ущерб обусловлен потерей трудовых ресурсов, появлением дополнительных затрат на переселение и сохранение жизненного уровня, дополнительными услугами здравоохранения и др.
Кроме того, медико-биологический ущерб для конкретных людей в результате негативных воздействий от различных причин (событий, факторов), связанных с ними социальных потерь приводит к социальному риску для некоторой совокупности людей. Социальный риск (риск для человека) выражается в вероятности гибели (увечий) и связанных с ним сокращением средней продолжительности жизни. При анализе рисков вначале определяются причины (источники) негативных воздействий на человека и их характеристики, в частности, частоты аварий, стихийных бедствий и возможные потери, а затем обусловленные ими показатели риска. При этом речь не идет об однозначной оценке риска, поскольку необходимо учитывать разные точки зрения (с позиций индивидуума, общества или причастного объекта). В качестве социального риска от различных опасностей обычно рассматривают индивидуальный и коллективный риски.
Индивидуальный риск характеризуют индивидуальной вероятностью Q0(t) преждевременной смерти или ущерба здоровью от различных причин, их совокупности для определенных видов деятельности или условий проживания на определенной территории. Индивидуальные риски смерти от различных опасностей приведены в табл. 13.1. Применительно к риску для персонала опасных промышленных объектов индивидуальный риск– это мера возможности наступления негативных последствий для здоровья из-за действия на человека на территории его возможного нахождения в течение времени t опасных факторов профессиональной деятельности, проявляющихся постоянно либо в случае реализации опасных событий.
Табл. 13.1. Индивидуальные риски в условиях деятельности человека
| Источник опасности | Причины смерти | Индивидуальный риск смерти, (чел.год)-1 | ||||
| Среда | Окружающая общая | Природная | Несчастные случаи при землетрясениях, ураганах, наводнениях и т.д. | 10-9...10-5 (1510-6)(1) | ||
| Искусственная | Несчастные случаи в быту, на транспорте, заболеваемость от загрязнений внешней среды и т.д. | 10-6...10-3 (910-6)(1) | ||||
| Обитания человека | Социальная | Самоубийства и самоповреждения, убийства и повреждения с преступными целями, убийства и ранения, связанные с военными действиями и т.п. | 10-4...10-2 (3,810-4)(4) (3,110-4)(5) | |||
| Внутренняя (организма) | Генетические и соматические заболевания | 10-4...10-2 (1,610-2)(1) | ||||
| Деятельность | Профессиональная | Профессиональные заболевания, несчастные случаи на производстве | 10-6...10-2 (1,410-4)(2) | |||
| Непрофессиональная | Заболеваемость и несчастные случаи в любительском спорте и др. видах непрофессиональной деятельности | 10-4...10-2 (10-2)(3) | ||||