3.3. Единый методический подход к оценке риска при авариях и катастрофах на радиационно и химически опасных объектах

Риск поражения при авариях и катастрофах в соответствии с рассмотрен­ными ранее общими подходами к его количественной интерпретации обычно рассматривается как вероятность нанесения определенного ущерба человеку и окружающей среде или математическое ожидание ущерба. При этом величи­на указанной вероятности выражается в виде произведения трех компонент.

Данный параграф как раз и посвящен рассмотрению единого методическо­го подхода к определению третьей компоненты в общем выражении риска (формула 2.1), т.е. R₃ выражающей вероятность того, что действие техноген­ных и опасных экологических факторов радиационной и химической природы приводит к определенному ущербу. Следует заметить, что в оценке величины именно этой компоненты зачастую возникают самые большие трудности.

Анализ поражающих факторов, возникающих при авариях и катастрофах на радиационно и химически опасных объектах, показывает, что негативное воздействие на человека при этих авариях и катастрофах обусловлено главным образом радиационными и токсическими эффектами.

Конкретные параметры, характеризующие указанные воздействия, а также возникающие при них физиологические эффекты и патологические проявле­ния поражения людей, имеют вероятностный характер. Поэтому и степень по­ражения человека или число пораженных людей той или иной рассматривае­мой группы является случайной функцией, зависящей от случайных парамет­ров. Сказанное относится и к другим объектам живой природы и окружающей среды.

В общем случае, включающем рассматриваемые виды воздействия поража­ющих факторов на человека при авариях на радиационно и химически опас­ных объектах, риск поражения людей той или иной степени, а также и объек­тов окружающей среды может быть выражен одной и той же функцией. Это важное суждение вытекает из анализа и рассмотрения под определенным уг­лом зрения материалов, изложенных в Руководстве [136] , а также в моногра­фии и методическом пособии по моделированию опасных процессов в техно­сфере, разработанных П.Г. Беловым [90, 91].

Функция для оценки риска может быть представлена в виде определенного интеграла, известного под названием функции Гаусса (функции ошибок):

R

1

(3.13)

где: R_nop — риск поражения.

Верхний предел интегрирования отражает связь между количественной ме­рой вредного воздействия, например, поглощенной дозой радиоактивного из­лучения, дозой вредного химического вещества, оказавшим воздействие на человека, и вероятностью поражения объекта.

Эта связь выражается в виде так называемой пробит-функции [16]:

Pr = a + b In D, (3.14)

где: а и b — константы, характеризующие специфику и меру опасности воз­действия того или иного поражающего фактора, вредного веще­ства или процесса;

D — количественная мера негативного воздействия, воспринятая субъектом (количество или доза негативного воздействия).

Наряду с формулой (3.14) для определения риска поражения может исполь­зоваться и другое соотношение, а именно:

1 Pr-5 _t_

^{Rnop =^= \ e~2 dt. (3.15)}

—да

Отмечается [136], что такого рода формула применяется рядом западных исследователей для вероятной оценки поражений.

Обычно по формулам вида (3.13) и (3.15) составляются таблицы вероятно­стей поражения при определенных значениях пробит-функции, позволяющие с применением метода интерполяции достаточно точно находить искомую ве­личину. Приведенная ниже табл. 3.3 является тому примером. Ее содержание заимствовано из источника [136].

В настоящее время определение вероятности поражения людей с использо­ванием пробит-функции наиболее полно изучено применительно к токсичес­кому ингаляционному воздействию опасных химических веществ.

В этом случае достаточно просто определяется доза вредного воздействия, которая имеет характер токсической нагрузки на организм.

Расчет этой нагрузки ведется исходя из концентрации токсиканта во вды­хаемом воздухе, объема легочной вентиляции, природы токсиканта и меха­низма его воздействия на организм. Обычно влияние указанных факторов от­ражается через коэффициент, вводимый в расчетную формулу как показатель степени величины концентрации.

В общем случае, когда концентрация опасного химического вещества (С) за время воздействия (T) не остается постоянной, а изменяется по определен­ному закону, токсическая нагрузка (Д) выражается соотношением:

T

^{Д =\ C (t)dt. (3.16)}

о

При условии, что произошел разовый аварийный выброс опасного химиче­ского вещества, сформировалось определенное поле концентрации, а затем происходит снижение концентрации за счет вентилирования помещения или самораспада вещества, очистки воздуха, формуле (3.16) может быть придан более конкретный вид:

T

^{Д = C0 Je-хв+х0 +х<*)fdt, (3.17)}

0

где: Х_в, Х₀, Х_ср — константы вентилирования, очистки и самораспада вещест­ва соответственно.

В простейшем случае, когда величину концентрации можно принять посто­янной:

Pr = a + b ln(C«T) (3.18)

Для определения а, в и n для каждого опасного химического вещества тре­буется проведение специальных медико-биологических исследований. В ра­боте [136] приведены значения этих величин для целого ряда веществ по дан­ным Центра изучения безопасности химических процессов Американского института инженеров-химиков.

В табл. 3.4 приведены константы для вычисления пробит-функции для не­которых веществ.

При определении пробит-функции для населения необходимо учитывать его возрастные категории, состояние здоровья отдельных групп и другие фак­торы.

В работе [136], по данным зарубежной печати, приводятся пробит-функции для случая воздействия паров хлора на различные группы населения. Форму­лы этих функций имеют вид:

а) для взрослых и подростков

Pr = -8,29 + 0,921n(C ²T); (3.19)

б) для детей и стариков

Pr = -6,61 + 0,921n(C ²T). (3.20)

Существуют и другие конкретные формулы для определения пробит-функ-ции для оценки степени поражения хлором, а также сероводородом и двуоки­сью серы. Получены выражения пробит-функций для других видов воздейст­вий при авариях [136].

К сожалению, в доступной авторам литературе не содержится информации о пробит-функциях для оценки вероятности радиационных поражений. Это снижает возможности заблаговременного прогнозирования радиационного ущерба до того, как произойдет авария. Вместе с тем необходимо отметить, что разработано немало формул, позволяющих оценить частоту раковых забо­леваний или их форм, характерных для тех или иных органов, при различных дозах облучения. Эти формулы имеют вид линейно-квадратичных или других более сложных зависимостей.

Таким образом, на основе рассмотренного методического подхода пред­ставляется возможным проводить оценку риска различных негативных воз­действий.

В заключение следует отметить, что при прогнозировании возможной ава­рийной обстановки может возникнуть необходимость оценки вероятности по­ражения людей и объектов окружающей среды с учетом совместного воздейст­вия нескольких поражающих факторов.

В случае когда эти виды воздействия могут считаться независимыми и на­копление ущерба не принимается во внимание, риск поражения от совместно­го воздействия нескольких факторов, например, факторов радиационной и химической природы, может быть определен по формуле:

n

R

nop

_{i -П (i - *Lp),}

i=1

(3.21)

где: R._nop — вероятность поражения от воздействия i-го фактора; n — число принимаемых во внимание факторов.

Рассмотренный методический подход может быть применен при оценке риска не только любых видов поражений, но и любой их степени.

При решении практических задач с использованием результатов оценки радиационного и химического рисков возникает необходимость в построении и картировании вероятностных полей опасности и риска.

При этом должны приниматься во внимание все без исключения факторы техногенного воздействия. Однако в практике чаще обращаются к построе­нию полей радиационной и химической опасности и риска для наиболее ха­рактерных сценариев развития техногенных аварий и катастроф.

Определенные соображения по поводу построения такого рода полей при­ведены, например, в Отраслевом руководстве РАО «Газпром» [136], в методи­ке, использовавшейся при оценке воздействия на окружающую среду в про­цессе проектирования гатчинского исследовательского реактора «Пик».

Смысл построения и картирования вероятностных полей потенциальной опасности техногенных аварий и катастроф состоит в определении расчетным путем вероятности появления того или иного вида ущерба, обусловленного распространением при аварии радиоактивных, опасных химических веществ или иных субстанций, для всех точек на рассматриваемой территории.

За начало координат могут последовательно выбираться анализируемые источники опасности. Анализ показывает, что удобнее всего пользоваться по­лярной системой координат (r, 0), где r — радиус-вектор, 0 — полярный угол.

При проведении расчетов необходимо опираться на определенные заранее, с учетом законов турбулентной диффузии в атмосфере, зоны ущерба для раз­личных ее состояний устойчивости и скорости ветра, исходить из вероятност­ной природы параметров ветра и обусловленной этим вероятностной картины формирования зон загрязнения территории.

Основная формула для расчетов вероятности нанесения ущерба рассматри­ваемого вида при техногенном воздействии одного источника (при аварии определенного вида на одном объекте) имеет вид:

(3.22)

где: R — вероятность того, что рассматриваемая техногенная авария

или катастрофа произойдет;

M, m — количество секторов (румбов), на которое разбита плос­кость, и номер этого сектора (румба) соответственно;

N, n — количество интервалов величины скорости ветра, на кото­рое разбивается шкала скорости, и номер этого интервала соответственно;

P_mn — вероятность реализации (частота, повторяемость) величины

скорости ветра в интервале n в секторе m;

P_q(u) — вероятность реализации того или иного класса устойчиво-

^q

сти атмосферы по Паскуиллу; Q, q — количество классов устойчивости атмосферы и номер этого класса соответственно. (Заметим, что номер класса присва­ивается по порядку следования букв А, В, С..., как их распо­ложил Паскуилл);

F_mn(r, 0) — ширина зоны ущерба в точке (r, 0), рассчитанная для ин­тервала скоростей ветра n и сектора m;

0_m(r) — ширина сектора m на расстоянии r от центра аварийного объекта.

При проведении расчетов суммирование проводится вначале по классам устойчивости атмосферы при заданной скорости ветра, затем по градациям скорости ветра и в конце по секторам.

По изложенной методологии могут быть проведены расчеты для всех воз­можных сценариев развития аварий на опасных в радиационном, химическом и других отношениях объектах, которые находятся как на рассматриваемой территории, так и за ее пределами.

Некоторые трудности здесь могут быть с определением размеров и конфи­гураций зон различных видов ущерба: гибели и ухудшения здоровья людей, разрушений и крупных повреждений, материальных потерь, ухудшения до той или иной степени экологической обстановки и т.д.

Поля потенциальных ущербов различного вида для данной территории с учетом всех возможных источников опасности характеризуют интегральные вероятности тех или иных негативных воздействий. Они наносятся на карту территории, которая используется в практической деятельности.

Заметим, что суммирование одинаковых по физическому смыслу зон ущер­ба вполне оправдано в силу их независимости. По причине независимости по­лей ущерба для каждого объекта можно получить оценку влияния аварий на одном объекте — на другие. Это особенно важно для сценариев со взрыва­ми и пожарами, поскольку для этих случаев весьма вероятно развитие аварии по принципу «домино», то есть каскадное развитие аварий.

Применительно к оценке риска, когда в качестве ущерба рассматривается гибель людей, величину риска, которому подвергается человек в конкретной точке, принято называть индивидуальным риском.

Величина индивидуального риска не зависит от распределения населения на рассматриваемой территории. Она отражает лишь уровень потенциальной опасности.

Для того чтобы определить абсолютный риск для населения, проживающе­го на данной территории, и провести дифференцированную оценку опасно­сти, необходимо знать пространственно-временное распределение людей.

В этом случае возможно также оценить величину коллективного техноген­ного риска для всего населения территории или отдельных его групп.

Нами высказаны лишь соображения методологического характера. Безу­словно, они нуждаются в развитии с учетом конкретных сфер применения. Дело в том, что подходы к построению полей потенциальной опасности и рис­ка не всегда будут одинаковыми. Например, при оценке возможности и целе­сообразности развития той или иной хозяйственной деятельности будет один подход, при решении задачи в интересах обоснований по строительству опас­ного объекта — другой.