Методическое пособие 753

МИНИСТРЕСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Российская академия наук

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

КОМПЛЕКСНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Материалы Международной научно-практической конференции

(г. Воронеж, 26-28 октября 2017 г.)

Часть I

Воронеж 2017

1

УДК 620.9 (06) ББК 31.00я4 К 637

Комплексные проблемы техносферной безопасности: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. Ч. I. 247 с.

ISBN 978-5-7731-0562-6 ISBN 978-5-7731-0563- 3 (Ч.1)

В сборник включены материалы Международной научно-практической конференции, в которой нашли отражение вопросы по научно-техническим проблемам техносферной безопасности. Материалы сборника соответствуют научным направлениям вуза и перечню критических технологий Российской Федерации, утвержденному Президентом Российской Федерации.

2

ВВЕДЕНИЕ

Активная преобразовательская деятельность человека породила все возрастающую проблему трансформации среды обитания, как самого человека, так и всего живого на Земле, создавая тем самым новую искусственную среду обитания – техносферу Земли или природ- но-техническую геосистему, называемую также экологоэкономической или социальноэкономической системой.

Техносфера, созданная человеком, представляет собой территории, занятые городами, поселками, сельскими населенными пунктами, промышленными зонами и предприятиями. Она призвана обеспечить человека комфортными условиями проживания и защитить от опасностей естественных процессов и явлений природы. К техносферным относятся условия пребывания людей на объектах экономики, на транспорте, в быту, на территориях городов и поселков.

В процессе жизнедеятельности человек взаимодействует не только с естественной средой, но и с людьми, образующими, так называемую социальную среду. Она формируется и используется человеком для обмена опытом и знаниями, для удовлетворения своих духовных потребностей и накопления интеллектуальных ценностей. Деятельность человека, развиваясь в пределах физических химических, биологических и других состояниях биосферы, в то же время оказывает влияние на природные процессы, происходящие в ней. Природные процессы все теснее переплетаются с антропогенными процессами, между ними усиливаются обмен веществом и энергией, возрастает обмен информацией.

Антропогенные изменения окружающей среды приобрели такие размеры, что человек прямо или косвенно сам стал их жертвой. Антропогенная деятельность, не сумевшая создать техносферу необходимого качества как по отношению к человеку, так и по отношению к природе, явилась первопричиной многих негативных процессов в природе и обществе.

Современному человеку приходится решать проблемы, связанные не только с обеспечением комфортной жизни, принимая меры защиты от естественных негативных воздействий, но и с возникающими проблемами техносферной безопасности.

Следует отметить, что именно поэтому в последнее десятилетие стало активно развиваться учение о безопасности жизнедеятельности в техносфере, основной целью которой является защита человека в техносфере от негативных воздействий антропогенного и естественного происхождения, достижение комфортных условий жизнедеятельности. Средством достижения этой цели является реализация обществом знаний и умений, направленных на уменьшение негативных воздействий до допустимых значений.

Материалы конференции ставят своей целью продемонстрировать возможность безопасного взаимодействия человека с техносферой и природой; исследовать негативные воздействия техносферы на человека и окружающую среду, а также зоны воздействия опасностей техносферы и отдельных ее элементов (предприятия, машины, приборы и т.п.). Кроме этого необходимо отразить современные проблемы техносферной безопасности и показать как человечество преодолевает вызовы различного уровня, возникающие в техносфере, используя базовые, специальные и информационные технологии.

3

СЕКЦИЯ 1. БАЗОВЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ. АНАЛИЗ, ОЦЕНКА И ТЕХНОЛОГИИ СНИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО И ПОЖАРНОГО РИСКА

УДК 556.1

Л.О. Сысоев

ОЦЕНКА ГОДОВОГО СТОКА РЕК ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯ

ВУСЛОВИЯХ НЕСТАЦИОНАРНОСТИ

Встатье на основе предложенного автором метода «автоиндикации» установлены параметры годового стока рек

Центрального Черноземья по последовательностям, включающим условно естественный сток за годы нестационарного режима

Ключевые слова: речной сток, нестационарность, метод «автоиндикации», условно естественный сток, средний сток за многолетие

В многолетних колебаниях годового стока рек имеют место признаки нестационарности, т.е. образования под воздействием природных и антропогенных факторов длительных, односторонних изменений стока (трендов), приводящих к трансформации гидрологических параметров [1]. Восстановление «условно естественного» стока за период нестационарности возможно с помощью метода «автоиндикации», предложенного в [2]. Выбор территории исследования в настоящей работе обусловлен как важностью региона в экономическом отношении, так и в связи с определенным дефицитом здесь научных исследований озвученного направления.

Нестационарность в многолетних колебаниях годового стока может быть обнаружена с помощью различных подходов: анализа интегральных кривых, оценки параметров стока за различные периоды, по связям стока со стокообразующими факторами, на основе водного баланса территории, с помощью статистических критериев однородности. В последнем случае весьма важно оценить чувствительность критериев [3], а также учесть автокорреляционную связь величин стока в многолетнем разрезе [1], что позволяет более объективно оценить статистическую значимость рассматриваемых трендов [3].

Метод «автоиндикации» заключается в следующем. Пусть имеем последовательность

годовых расходов воды Qi (i =1, 2, …, n), со средним значением Q имеющие две состав-

ляющие – стационарную – Q1iи нестационарную – Q2i. Обозначим через tнс год начала нестационарной части. Тогда средние значения составляющих будут равны:

где Q2i, Q1i, Q2еi – годовые расходы воды, соответственно, для нестационарной части (фактические), для стационарной (фактические) и годовые значения условно естественного стока, F2i, F1i – вероятности превышения годового стока для нестационарного и стационарного случаев.

Алгоритм (3) может быть реализован на основе построения кривых распределения ве-

4

роятностей стока для двух периодов: стационарного и нестационарного. Значения годового стока для стационарного периода выступают здесь в качестве индикатора для установления величин «условно естественного» стока за период нестационарности. В итоге оказывается возможным получение общей последовательности годовых величин стока за период наблюдений в данном пункте с условно естественной частью, которая может использоваться для последующей статистической обработки.

Описанный выше подход применен для оценки «условно естественного» стока рек Центрального Черноземья, с последующей его оценкой за многолетие. На первом этапе исследований ряды стока были получены в координаты Qиi интегральных кривых по соотно-

де начала ощутимого изменения величин стока (рис. 1).

Рис. 1. Интегральная кривая р. Красивая Меча – г. Ефремов 1 – фактические данные, 2 – при среднем за период до 1971 г. (вкл.)

В результате анализа интегральных кривых выявлено, что по всем рассматриваемым пунктам рубежным в заметном уменьшении годового стока является 1972 г. Далее были установлены величины фактического стока за отрезки рядов до и после 1972 г. (табл. 1).

Последующий анализ показал, что уменьшение среднего стока некоторых рек за период после «критического» 1971 г. весьма существенно и достигает ≈ 15-16% для р. Воронеж (пос. Чертовицкое и г. Липецк) и даже 20,8 % для р. Красивая Меча у г. Ефремов.

5

Таблица 1 Динамика основных параметров фактического стока при наличии нестационарности

Величины стока рек, определенные с использованием предлагаемого подхода по рядам с условно естественной частью за период нестационарности, показаны в табл. 2, а их разности будут:

где Qe - среднее за период наблюдений для последовательности с «условно естественной»

частью, Qe2 - среднее «условно естественного» стока за период нестационарности. Анализ полученных результатов дает основания для следующих выводов.

Средние значения «условно естественного» стока Qe мало отличаются от среднего фактического стока за стационарный период Q e2 , что, видимо, свидетельствует о приемлемой точности предложенного «метода автоиндикации».

Разности Qф между средними значениями стока за многолетний период, опреде-

ленными с учетом «условно естественного» стока, превышают аналогичные характеристики Q , найденные по ряду фактических наблюдений, на величину до 10% (р. Дон, г. Лиски, ст. Казанская).

6

Получаемые в процессе применения «метода автоиндикации» длительные ряды стока рек с условно естественными величинами за период нестационарности могут эффективно использованы для более точного установления всего комплекса гидрологических характеристик, необходимых для обоснования проектов эколого-водохозяйственного профиля.

Литература

1.Красов В.Д. Управление поверхностными водными ресурсами в условиях нестационарности / В.Д. Красов. – Воронеж: Научная книга, 2014. – 242 с.

2.Красов В.Д. Исследование нестационарности в многолетней динамике годового стока рек / В.Д. Красов, Л.О. Сысоев // Вестник, Воронеж. гос. ун-та. Сер. География. Геоэкология. - №2, 2016. – С. 14-17.

3.Исследование чувствительности статистических критериев однородности при оценке изменения водных ресурсов / Л.О. Сысоев // Сб. докладов Межд. научно-практ. конф. «Региональные проблемы водопользования в изменяющихся климатических условиях». – г. Уфа, 2014. - С. 188-191.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет»

L.O. Sysoev

ASSESSMENT OF ANNUAL RUNOFF OF RIVERS OF THE CENTRAL CHERNOZEM REGION IN CONDITIONS OF UNSTEADY

In the article based on the author's proposed method of "authenticatie" the parameters of annual runoff of rivers of the Central Chernozem region in sequence, including conditional natural flow over the years, non-stationary re-press

Key words: river runoff, nonstationarity, the method of "authenticatie", relatively natural runoff, the average runoff for many years

Federal State Budgetaru Educational Institution of Higher Education «The Voronezh State University»

7

УДК 628.4

М.Р. Арпентьева

ПРОБЛЕМЫ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

В статье показаны приоритетные направления экологической деятельности для обеспечения экологической безопасности биоценозов и населения. Отмечено, что для сотрудников предприятий атомной промышленности ведущим моментом является воспитание и развитие культуры безопасности, включая психологическую безопасность

Ключевые слова: радиоактивные загрязнения, радиоэкологическая безопасность, биоценозы, биосфера, ноосфера, экологический мониторинг, радиационное обследование, радиационно-гигиенический паспорт, дезактивация, радиоактивные отходы, культура безопасности

Введение. Экологическая ситуация в России и в современном мире в целом отличается все нарастающей интенсивностью антропогенного воздействия на природную среду, многообразием экологических проблем, спектр которых все расширяется как в качественном, так и количественном отношении. В первую очередь это проблемы, связанные с (вос)созданием благоприятных условий для жизнедеятельности и развития человека, его здоровья, а также проблемы охраны окружающей среды и использования природных ресурсов. Развитие научно-технического прогресса и создание средств воздействия человека на окружающую среду, нерациональное использование природных ресурсов, загрязнение элементов экосистем обусловили ухудшение экологической ситуации. Это и проблемы обеспечения экологической безопасности, реализации процессов и программ, обеспечивающих экологический баланс в окружающей среде и не приводящих к жизненно важным ущербам (или угрозам таких ущербов), наносимым природной среде и человеку. Рост человеческих желаний вызывает рост технологий и стимулирует дальнейшее увеличение масштабов производства, а также эскалацию конфликтов и войн. «Если до недавнего времени научнотехнический прогресс воспринимался как гарант благополучия человека, то сегодня из-за мощного антропогенного воздействия на окружающую среду, угрозы нарушения глобального равновесия и уничтожения жизни на Земле это мнение меняется. Антропогенные факторы влияют на основные показатели здоровья населения: соматическое здоровье – ухудшение состояния здоровья в результате неблагоприятной экологической ситуации, неблагоприятных условий трудовой деятельности; психическое здоровье – ухудшение в результате длительной социально-экологической напряженности, стрессовых ситуаций, обусловленных техногенными авариями и катастрофами. Всѐ это оказывает сложное и многогранное воздействие на природу и общество: происходит существенное ухудшение экологической обстановки. В Российской Федерации на современном этапе развития также сохраняется неблагоприятная тенденция в области экологии, характеризующаяся повышенным антропогенным воздействием на окружающую среду, снижением качества жизни и ухудшением здоровья населения. Ряд регионов имеют черты, присущие зонам чрезвычайной экологической ситуации или экологического бедствия. В ответ на это необходима целенаправленная деятельность по восстановлению экологии, гармонизации отношений человека с собой и миром.

Цель исследования: анализ организационных аспектов радиоэкологической безопасно-

сти.

Методы исследования: теоретических анализ аспектов обеспечения, укрепления и восстановления радиоэкологической безопасности, ее организационных аспектов.

Материалы исследования: теоретические и эмпирические концепции обеспечения, укрепления и восстановления радиоэкологической безопасности.

Результаты и их обсуждение. Экология как наука оформилась и начала развиваться в XX в. в связи с загрязнением окружающей среды в результате аварий на объектах промышленности, электростанциях и ядерных установках, а также общим загрязнением среды в связи с жизнедеятельностью человек в целом Это наука, исследующая специфику существования живых организмов и их сообществ в условиях загрязнения: она предполагает изучение

8

поведения экосистем и их компонентов (почв, растительного покрова, сообществ животных) и воздействия загрязнений и иных последствий деятельности человека на биоту и самого человека. Особенно этот аспект беспокоит ученых в сфере радиоэкологии, радиоэкологиче-

ской безопасности (Pentreath 2009; Salbu 2009).

Результаты анализа концепций обеспечения, укрепления и восстановления экологической безопасности позволяют выделить ряд ее моментов (контекстов) (Вернадский 1929; Pentreath 2009; Salbu 2009). Исходя из понимания экологической безопасности как совокупности процессов и действий людей и организаций, включенных в создание и потребление продуктов ядерной промышленности, необходимо отметить, то данные действия и процессы должны обеспечивать экологический баланс в окружающей среде и не приводящих к жизненно важным ущербам (или угрозам таких ущербов), наносимым природной среде и человеку. Сложившийся уровень безопасности зависит от величины риска как от возможных техногенных и иных катастроф, так и от скрыто протекающих деструктивных процессов, со временем приводящих к взрывам (к ним относятся и собственно экологические проблемы, и социально-психологические конфликты по поводу данных проблем). Невнимание у латентным и «вторичным» факторам приводит к развалу экономики и политики, правовым нарушениям и нравственной деградации человека. Чрезвычайные ситуации приводят к экономическим, политическим, юридическим потерям и деформациям, сопровождаются человеческими жертвами, причиняют ущерб психическому, соматическому и нравственному здоровью людей (Минигалиева 2002). Оценить величину социальных и организационных потерь также трудно: следствия чрезвычайных ситуаций, катастроф, носят, как правило, долговременный и накапливающийся характер, а роль разных факторов во времени и пространстве может быть существенно различна. Еще трудней привести к общему знаменателю социальные потери и экономический ущерб. Поэтому важно учитывать, как отмечал В.И. Вернадский, деятельность человека становится геологической силой, меняющей мир, приводящей его на грань тотальной, общемировой экологической катастрофы. Само развитие человека и человечества кажется возможными лишь благодаря постоянному нарушению естественного равновесия в окружающей среде: как постоянно, имманентно конфликтное и сопровождающееся более или менее локальными экологическими кризисами (Вернадский 1929).

Вконтексте научных исследований для определения путей развития, разработки и внедрения специальных и сопутствующих экологических программ, необходимо осуществлять целенаправленное изучение и мониторинг тенденций и закономерностей изменений окружающей человека и общество среды для обоснования подходов к модернизации существующих промышленных, политических, образовательных, медицинских и иных технологий, обеспечивающих устойчивое развитие природы и общества при формировании и реформировании их отношений в рамках тех или иных кластеров и комплексов жизнедеятельности.

Вконтексте практическом и прикладном, в реализации концепции устойчивого развития стран и сообществ, главное положение в которой занимают требования экологического характера, необходимо кардинальное изменение приоритетов в области производства и его технологий, а также в области взаимоотношений людей, в том числе гражданских обществ и государств. Особое внимание нужно в процессе установления пределов и форм антропологического, в том числе техногенного, воздействия на компоненты биосферы и ноосферы и потенциала их самовосстановления для определения степени допустимого воздействия и разработки природоохранных и культуро-охранных мероприятий; необходимо обратить особое внимание на установление пределов и форм воздействия «культуры» на природу, общества на человека, государства на общество для определения нужного для их гармоничного развития и взаимодействия / сотрудничества (Kulikovand, Molchanova 1982; Pentreath 2009; Salbu 2009). Усиление мер профилактико-превентивного и коррекционно-развивающего характера, внедрение традиционных экологических технологий и инновационных экологических технологий, например, «экологического дизайна» (вида проектной деятельности, проявленной в предметном и пространственном творчестве в форме не только интуитивной, но и

9

осознанной реакции на изменения в отношениях человека с природой и собой как частью природы), позволит значительно снизить воздействие на разных этапах построения отношений людей с природой и друг с другом, в результате чего будут минимизированы затраты предприятий на восстановление нарушенных территорий, их биоценозов и «гомоценозов», биосферы и ноосферы. Огромную роль играют и традиционные технологии «очистки» и «безотходного производства», а также – осознание социально-психологических и нравственных аспектов экологической безопасности, воспитание экологической культуры людей и сообществ. Поэтому в контексте повседневности, одной из задач современной экологии является внедрение научных разработок в жизнь всех людей и общая экологизация сознания людей, формирование новой идеологии и методологии гуманистического экоцентризма, направленной на переход к экологически ориентированной постиндустриальной цивилизации, на экологизацию экономики и производства, политики и права, образования и медицины (Вернадский 1997).

Современные ученые разрабатывают комплексные модели оценки экологических дисгармоний и катастроф, включая исследования последствий производственных аварий. К числу приоритетных направлений экологической безопасности относятся: предотвращение загрязнения природной среды за счет повышения степени безопасности технологий, связанных с захоронением и утилизацией токсичных промышленных и бытовых отходов; предотвращение дальнейшего загрязнения окружающей среды, минимизация последствий, произошедших ранее производственных аварий и катастроф; экологически безопасное хранение и утилизация выведенного из боевого состава вооружения, прежде всего атомных подводных лодок, топлива атомных электростанций; принятие неотложных природоохранных мер в экологически опасных регионах Российской Федерации и всего мира. Однако, человек, общество, государство не могут быть гарантами экологической безопасности, пока продолжают нарушать устойчивость и биотическую регуляцию окружающей природной среды, а также устойчивость и гармоничность сосуществования и жизнедеятельности разных групп людей, сообществ и стран.

В.И. Вернадский ещѐ в 20-х годах ХХ века утверждал, что человечеству придется взять на себя ответственность за развитие природы и общества, что потребуется формирование таких нравственных основ поведения, которые бы позволили человеку ощущать ответственность по отношению к природе и культуре, к биосфере и ноосфере (Вернадский 1929). По представлениям В. И. Вернадского, как известно, биосфера представляет собой взаимосвязи, интегрирует живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия живых организмов (магматические горные породы); биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы); а также радиоактивное вещество, вещество космического происхождения (метеориты и др.) и рассеянные атомы. Основным аспектом учения В.И. Вернадского является разработанное им представление об организованности биосферы, которая проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма

исреды. «Организм, — писал В. И. Вернадский, — имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена и к нему» (Вернадский, 1934: 209-210). Один из важнейших факторов организации и дезорганизации – человек и его деятельность на Земле. Человек должен взять на себя ответственность за взаимоотношения как с животными

ирастениями, так и себе подобными. Экологическая ответственность это, прежде всего, ответственность перед людьми, в том числе, будущими поколениями. Она включает ответственность за их счастье, психологическое, духовное и физическое здоровье, которое, конечно же, невозможно, если природа и культура не будут находиться в гармонии, не будут оберегаться и развиваться, если человек не будет решать проблемы экологической безопасности (Моисеев 2009).

10