45

Белов П.Г. Моделирование опасных процессов в техносфере

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Глава 3. Модели и методы оценки техногенного ущерба

При прогнозировании техногенного ущерба, в общем случае следует исходить из необходимости одновременного учета как риска, связанного с возможностью появления аварийных происшествий, так и ущерба, обусловленного загрязнением окружающей среды непрерывными вредными выбросами производственных предприятий. При этом вторая компонента рассматриваемых издержек является неизбежным (по законам термодинамики) побочным результатом их функционирования, а размеры непрерывных энергетических и материальных выбросов зависят от эффективности (коэффициента полезного действия) используемых ныне технологических процессов.

3.1. Принципы априорной оценки техногенного ущерба

Диаграмма, иллюстрирующая способы и формы причинения техногенного ущерба одновременно несколькими производственными объектами, приведена на рис. 3.1. На ней в различных сочетаниях показаны людские, материальные и природные ресурсы конкретного региона, подвергнутые разрушительному воздействию их вредных выбросов и получившие определенные степени повреждения.

Общая модель. Следуя логике диаграммы, априорная оценка риска (математического ожидания суммарного ущерба) какому-либо региону за время t может проводиться в общем случае по формуле:

R_tр = M_t[Y] =C_ш ^в Q^в(1-Q)^ш-в × (Q_фн Р_фн Y_фн), (3.1)

Рис. 3.1. Диаграмма причинения техногенного ущерба объектам и ресурсам региона

где в=1...ш -соответственно число предприятий региона с имевшими место аварийными или систематическими вредными выбросами и общее количество расположенных в нем предприятий;

C_ш ^в -число сочетаний из ш по в;

Q -вероятность появления происшествий (аварийных выбросов) на одном предприятии за время t;

ф=1...я -число форм причинения ущерба ресурсам региона, вызванного вредными материальными и энергетическими выбросами;

Q_фн -условные вероятности воздействия таких выбросов на людские, материальные и природные ресурсы региона;

Р_фн -условные вероятности причинения ущерба определенной степени соответствующим объектам;

Y_фн -размеры такого ущерба от каждого вредного выброса.

Изучение только что перечисленных параметров общей модели прогноза техногенного риска показывает, что рассмотренные ранее подходы пока не позволяют определить формы и размеры ущерба от аварийных происшествий и непрерывных вредных выбросов -Y_фн. Для этого требуется дополнительная информация о закономерностях, связанных с их поглощением и разрушительным воздействием на людские, материальные и природные ресурсы.

Закономерности появления ущерба. Для априорной оценки техногенного ущерба удобно пользоваться зависимостями между вероятностями вывода из строя учитываемых нами ресурсов и полученной ими мощностью дозы вредных факторов - DР. Такие зависимости, называемые "доза-эффект" - R(DР), могут иметь различный характер: как простой (линейно-беспороговый), так и более сложный (нелинейно-ступенчатый) - см. рис. 3.2а (линии 1 и 2 на графиках).

Например, с помощью кривой 2 можно выделить четыре способа влияния дозы поглощенного поражающего фактора: 1)при малых ее значениях, принадлежащих отрезку [0...DР₁[, иногда наблюдается так называемый гормезис - благотворное влияние вредных факторов на живые организмы при незначительных дозах и вредное - при больших; б)в диапазоне [DР₁...DР₂[ может существовать область безразличия или нейтральной реакции живых организмов; 3)при достижении дозой значений [DР₂...DР₃[, имеет место нелинейное, монотонное возрастание разрушительного эффекта; 4)после превышения ею величины DР₃, наблюдается гибель всех объектов, подвергшихся столь интенсивному воздействию каких-либо поражающих факторов.

Иллюстрацией подобного характера биологической реакции организма человека, например, на радиоактивное облучение могут служить приведенные в табл. П4.1 пороговые мощности поглощенных им доз DР, соответствующих конкретным разрушительным эффектам.

Зеркальным отображением функций "доза-эффект" - точнее отрезка кривой 2, соответствующего дозам ]DР_1…DР₂], является зависимость между риском (вероятностью) причинения конкретного ущерба - R и удаленностью поражаемых ресурсов от места разрушительного выброса энергии или вредного вещества - Х (см. рис. 3.2б). Например, для взрыва облака углеводородного газа массой 32 т, эта зависимость проявляется между радиусом смертельного поражения (<140 м) и радиусом безопасных удалений (³250 м).

а)Зависимости "доза-эффект" б)Кривая "риск-удаленность"

Рис. 3.2. Графики параметрических законов поражения

Чаще всего мы будем пользоваться нелинейно-ступенчатым представлением функции R(DР) и монотонным - R(Х). При этом, на отрезках значений мощности дозы поражающего фактора, меньших DР₂ и больших DР₃, следует исходить из предположения соответственно о полной безвредности и абсолютной губительности соответствующих мощностей доз для рассматриваемых нами ресурсов. Внутри интервала [DР₂...DР₃] будет подразумеваться вероятностный характер причинения им ущерба конкретной степени тяжести.

Частные модели. Анализ приведенных выше сведений свидетельствует о сложности и громоздкости априорной оценки техногенного ущерба, даже при допущении о равенстве в формуле (3.1) как вероятностей случайных и систематических вредных выбросов на всех предприятиях региона, так и условных вероятностей их воздействия и причинения ущерба различным ресурсам. Выходом из создавшегося положения может быть введение понятия "средний ущерб" от одного вредного выброса конкретного типа, возможного при проведении данного производственного или транспортного процесса, а также оперирование вероятностью появления хотя бы одного (любого) такого разрушительного выброса.

С учетом сделанных допущений, величина риска R_tВ (среднего социально-экономического ущерба людским, материальным и природным ресурсам, оказавшимся под воздействием случайных и непрерывных вредных выбросов отдельного предприятия), может быть рассчитана по такой формуле:

R_tВ = M_t [Y] =Q_kс Y_kc+ (Q_lн =1)Y_lн, (3.2)

где k=1...m -число типов происшествий (аварийных вредных выбросов), возможных при функционировании данного предприятия;

Q_kс,Y_kc -вероятности возникновения происшествия каждого типа за время t и размеры обусловленного ими среднего ущерба;

l =1...n -число типов непрерывных энергетических (шум, вибрации, тепло...) и материальных (дым, шлаки...) вредных выбросов;

Q_lн=1,Y_lн - вероятности появления за время t выбросов каждого типа и размеры обусловленного ими среднего ущерба.

В последующем будем также использовать термин "зона поражения", понимая под ним объем пространства или площадь поверхности, в пределах которых располагаются людские, материальные и природные ресурсы, подвергнутые воздействию вредных выбросов предприятия и получившие дозы большие, чем DР₂. В этом случае априорную оценку величины риска (среднего ущерба таким ресурсам) удобно рассчитывать по следующей формуле:

R_tY = M_t [Y] =(Q_kq×S_kq×F_k×C_k)+(S_kd×F_k×C_k), (3.3)

где Q_kq -вероятность причинения людским, материальным и природным ресурсам ущерба заданной степени тяжести за время t;

S_kq,S_kd -соответственно площади зон вероятного и достоверного уничтожения рассматриваемых ресурсов поражающими факторами;

F_k,C_k - средние плотность и стоимость единицы каждого ресурса в зонах вероятного и достоверного поражения.