Применение элементов техноценологического подхода к оценке состояния объектов при длительном подтоплении застроенных территорий

Литература

1. Носов М.В. Региональные подсистемы Общероссийской комплексной системы информирования и оповещения населения. - Химики - 2010.

2. Шахраманьян М.А., Акимов В.А., Козлов К.А. Оценка природной и техногенной безопасности России: теория и практика.- М.: Деловой экспресс, 1998.

3. Носов М.В. Методологические аспекты развития систем оповещения населения. - М.: Электросвязь, 2004. № 4.

УДК 351.86:614.8

Е.В. Арефьева

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЦЕНОЛОГИЧЕСКОГО ПОДХОДА К ОЦЕНКЕ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТОВ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ПОДТОПЛЕНИИ

ЗАСТРОЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Для рационального планирования мероприятий по снижению риска ушербов при чрезвычайных ситуациях в работе предложено использовать элементы техноценологического подхода, а также векторный (RS) и количественный (Z) показатели, отражающие состояние объекта и потенциальный ущерб при подтоплении. Данные показатели позволяют ранжировать объекты по очередности, т.е. выявлять объекты, нуждающиеся в первоочередных мерах защиты, что позволяет составлять рациональную основу для проведения предупредительных мероприятий. Методика апробирована на конкретных объектах.

Ключевые слова: техноценологический подход

E. Arefeva

APPLICATION OF THE TEHNOTSENOLOGICAL ELEMENTS OF APPROACH TO THE ASSESSMENT OF THE CONDITION OF OBJECTS AT LONG FLOODING OF THE

BUILT-UP TERRITORIES

For rational planning of actions for decrease in risk of damages at emergency situations in work it is offered to use elements of tehnotsenological approach, and also vector (RS) and quantitative (Z) the indicators reflecting a condition of object and potential damage at flooding. These indicators allow to range objects on sequence, i.e. to reveal the objects needing prime measures ofprotection that allows to make a rationale for carrying out precautionary actions. The technique is approved on concrete objects.

Keywords: tehnotsenological approach

_ 35

При длительном подтоплении застроенных территорий возможно развитие негативных процессов, таких как оползневые, карстовые, суффозионные и другие, а также - снижение несущей способности грунтов оснований сооружений. При подтоплении на 30% снижается эксплуатационная надежность зданий и сооружений [1]. Выявление тенденций изменения состояний зданий и сооружений, учет потенциального ущерба и начимости объектов создает основу для рационального планирования предупредительных и защитных мероприятий, а также для производства ремонтных работ, повышающих эксплуатационную надежность объектов. В статье предложена методика определения комплексного ЯЯ - показателя, учитывающего текущее состояние объекта (износ, его подтопленность, наличие трещин и т.д.), а также возможный потенциальный ущерб и «значимость» объекта. Применены также элементы техноценологического подхода для ранжирования объектов по потенциальному ущербу и значимости объекта, что позволяет рационально распределить ресурсы при выполнении предупредительных мероприятий.

Техноценологический подход разработан Кудриным Б.И. для анализа электроэнергетической эффективности предприятий регионов, отрасли [2]. Техноценоз - это ограниченная в пространстве и времени взаимосвязанная совокупность далее неделимых технических объектов, объединенных слабыми связями. Взаимосвязанность объектов обусловлена единством целей функционирования техноценоза, достижимых с помощью общих систем управления, обеспечивающих стабильность функционирования и развития [2]. Застроенная территория представляет собой техно-природную систему (ТПС), в которой техническая и природная компонента находятся в тесной взаимосвязи и взаимообусловленности. Наиболее подвижная часть ТПС - подземная гидросфера, изменение режима функционирования которой влечет за собой изменения в системах «грунт, основание сооружения - фундамент здания». Застроенная территория представляет собой техноценоз, где объекты техноценоза (здания и сооружения) взаимосвязаны и взаимообусловлены. Аварии в водонесущих коммуникациях, обильные ливни способствуют изменению режима грунтовых вод обусловливают инициацию неблагоприятных процессов как локально, так и на всей застроенной территории. Поэтому своевременное выявление подтопленных районов, объектов ТПС с учетом их потенциального ущерба, значимости объектов, позволяет предупредить и снизить риск возникновения аварий и чрезвычайных ситуаций и повысить надежность функционирования объектов и всей ТПС в целом.

Основой техноценологического метода является представление статистических данных в виде рангового распределения по какому-либо параметру. Например, в данной работе, ранжирование выполнено по параметру потенциального ущерба, возможно выполнить и по другим информационным показателям структурной сложности техно-природной системы, определяющим функционирование и развитие региона. Потенциальный ущерб отдельного объекта в рамках техноценологического подхода рассматривается не изолировано, а в связи с другими объектами.

Методика рангового распределения состоит в следующем: в техноценозе (застроенная территория) выделяются элементы (объекты: здания, сооружения) и исследуемый параметр (например, потенциальный ущерб при возможной чрезвычайной ситуации или аварии). Объекты ранжируются в порядке убывания величины потенциального ущерба. Первый ранг присваивается объекту с максимальным потенциальным ущербом и высокой значимостью. Построение рангово -параметрических распределений осуществляется на основе статистических данных

36 -

Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2014'1

потенциального ущерба объектам техносферы [1]. На графиках - по оси абсцисс откладывается ранг объекта, а по оси ординат - потенциальный ущерб. Объекты, представляющие высокую ценность и значимость (в т.ч. критически важные объекты) имеют ранги, близкие к первому рангу, а с увеличением х (ось абсцисс) - ранги уменьшаются. Ранговое распределение задается законом [2]:

Ж

г - ранг объекта; - максимальная величина потенциального ущерба; в -

характеристический показатель, определяющий степень крутизны Н- распределения.

В работах [2,3] показано, что показатель в изменяется в пределах 1,36 ^ 2,2. На рисунке 1 приведено ранговое распределение 30 объектов г. Волгодонска по потенциальному ущербу [1]. Номера объектов распределены по рангам, значения нормированного ущерба приведены в таблице 1.

Дальнейшая обработка данных - это аппроксимация ранговых распределений, т.е. нахождение аналитической зависимости, аппроксимирующей кривую эмпирического распределения.

10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 о

Рис.1 Ранжирование объектов по потенциальному ущербу. Ось абсцисс - ранги объектов; ось ординат - потенциальный ущерб,

Элементы техноценологического подхода целесообразно применять для анализа динамики ущербов по различным видам чрезвычайных ситуаций (природные, техногенные, социальные и др.) и по отдельным регионам. Результаты данного анализа можно использовать для прогноза возможных ущербов в результате ЧС, структурированных по видам ЧС и регионам. Это тема отдельной статьи. В данной работе рассмотрим ранжирование объектов для рационального планирования предупредительных мероприятий при длительном подтоплении застроенных территорий на основе методики, предложенной в работе [1].

Для рационального планирования предупредительных мероприятий необходимо учитывать не только потенциальный ущерб и значимость объекта, но и его текущее состояние. Для ранжирования объектов необходим одновременный учет таких критериев состояния объекта, как износ объекта, подтопленность, наличие трещин, осадок здания и потенциального ущерба, для чего вводится векторный ЯБ - показатель, который графически отображается на ЯБ - плоскости (ось абсцисс отражает распределение ущербов а ось ординат - распределение Я-показателя состояния объектов) (см. рис. 2). По результатам визуальных наблюдений и данных

_ 37

Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2014'1

геотехнического и технического мониторинга определяются значения частных R-показателей (положение уровня грунтовых вод относительно заглубленных помещений, неравномерных осадок оснований фундаментов, раскрытия трещин, износа зданий). Деформации прогиба, выгиба, перекоса зданий и сооружений часто вызываются неравномерными осадками фундамента и различными значениями модулей деформации грунтов под разными участками зданий, возникшими вследствие структурной неоднородности грунтов оснований сооружений и различной реакцией на воздействия грунтовых вод при подтоплении. По месту расположения трещин в стенах здания можно судить о видах деформации зданий. Так, при прогибе трещины концентрируются у фундамента и расширяются книзу. Известно, что при выгибе трещины образуются в карнизе, их количество и раскрытие уменьшается книзу. При изгибе стены (в ее плоскости) вследствие неравномерных осадок возникают трещины, которые имеют форму параболы. Не исключено возникновение деформаций вследствие деформаций некачественно выполненных конструкций здания, нарушения эксплуатационных требований. При этом подтопление и воздействие агрессивной среды на основания фундаментов значительно усиливает такие деформации [5].

R - показатель является линейной комбинацией частных показателей (Ri,R2,R3,R4) с весовыми коэффициентами ku которые назначаются экспертами:

R = £ кЛ-> min, £ к = 1, к > 0, Vi

г=1 /=1

где k - весовые коэффициенты; Ri - определяемый в результате наблюдений или прогнозных расчетов, параметр для каждого объекта, отнесенным по степеням-градациям

опасного состояния: малоопасный (0 < Rj < 0,3), опасный (0,3 < Rj < 0,7), весьма опасный (

0,7 < Rj < 10); при этом, R1 - показатель, отражающий подтопленность объекта; R2 - показатель осадок оснований фундаментов; R3 - показатель раскрытия трещин в стенах объекта; R4 -показатель, характеризующий состояние износа объектов. Значение каждого частного критерия ( R) нормируется в диапазоне [0,1] и определяется с использованием таблицы признаков деформаций [5] и определяется по соотношению:

P

R, A in. + А о

tabl,sr

где Pfact - фактическое значение параметров по результатам наблюдений; Ptabi,sr - среднее табличное значение данного параметра; Ам - величина табличного интервала для данного показателя, определенного по стандартным значениям классификационных признаков деформаций; Д0 - начальное значение интервала в таблице признаков деформаций зданий и сооружений [4].

Весовые коэффициенты k могут быть установлены экспертным путем. В зависимости от степени значимости того или иного параметра численные значения kj могут изменяться в интервале [0,1]. Эксперты осуществляют ранжирование факторов, влияющих на состояние здания, при этом ранг фактора определяется по правилу: «0», «0,5» или «1». Составляется матрица факторов:

Я Я2 Яз Я4

Я 0,5

Я2 0,5

Яз 0,5

Я4 0,5

Если по мнению эксперта фактор, фактор в строке важнее фактора в столбце, то на пересечении строки и столбца ставится 1; если это менее важный фактор, то ставится 0; если равнозначные факторы, то ставится 0,5. При этом заполняется только верхний диагональный треугольник матрицы, а нижний - заполняется зеркально. Весовые коэффициенты определяются следующим образом: определяется сумма по каждой г-й строке

Ет=1 Кт>

Затем складываются все суммы в столбце сумм строк, т.е.

V4 V4 /?

А. ( = 1 А.т=1Л т ( '

а весовой коэффициент определяется как отношение суммы чисел в каждой строке к общей сумме сумм строк:

=Ет=1 кп/Е4=1 Ет=1 # т( ,

Сумма всех весовых коэффициентов вна 1.

Основные мероприятия должны быть направлены для предупреждения аварий по тем направлениям (факторам), весовые коэффициенты которых имеют большие числовые значения. Мероприятия, направленные на улучшение показателей, весовые коэффициенты которых минимальны, не принесут должного эффекта.

Таблица 1

Результаты расчётов Я-показателей и определение совокупного Я8 -показателя для 30

объектов г. Волгодонска

п/п Ущерб. тыс.руб 8П =8\8шах Я1 Я2 Я3 Я4 Я Я2 8п ъ

1 255,00 0,029 0,60 0,30 0,38 0,57 0,46 0,21 0,008 0,148

2 255,00 0,029 0,60 0,16 0,15 0,53 0,36 0,13 0,0089 0,373

3 2720,00 0,307 0,82 0,30 0,15 0,63 0,47 0,22 0,094 0,56

4 2053,60 0,231 0,82 0,30 0,50 0,63 0,56 0,31 0,053 0,602

5 425,00 0,048 0,60 0,24 0,24 0,50 0,39 0,15 0,0023 0,39

6 425,00 0,048 0,60 0,24 0,15 0,50 0,37 0,14 0,0023 0,39

7 2104,60 0,237 0,60 0,24 0,65 0,63 0,54 0,29 0,053 0,585

8 370,60 0,041 0,60 0,24 0,46 0,50 0,45 0,2 0,002 0,45

9 736,10 0,083 0,60 0,24 0,50 0,50 0,46 0,21 0,007 0,466

10 4161,60 0,469 0,88 0,24 0,44 0,63 0,55 0,3 0,22 0,72

11 3457,80 0,389 0,85 0,24 0,56 0,60 0,56 0,31 0,15 0,68

12 3247,00 0,366 0,84 0,69 0,38 0,50 0,60 0,36 0,13 0,7

13 935,00 0,105 0,82 0,24 0,46 0,50 0,50 0,25 0,01 0,51

14 856,80 0,097 0,60 0,24 0,46 0,50 0,46 0,21 0,009 0,47

15 2210,00 0,249 0,85 0,61 0,46 0,50 0,67 0,45 0,06 0,71

16 425,00 0,048 0,84 0,28 0,15 0,50 0,44 0,19 0,002 0,44

17 856,80 0,097 0,60 0,24 0,54 0,50 0,47 0,22 0,009 0,48

18 5846,70 0,659 0,88 0,92 0,54 0,63 0,74 0,55 0,434 0,99

19 3451,00 0,389 0,60 0,20 0,46 0,50 0,44 0,19 0,151 0,58

20 154,70 0,017 0,60 0,14 0,40 0,50 0,41 0,17 0,0003 0,41

21 5440 0,613 0,93 0,61 0,38 0,63 0,64 0,41 0,375 0,88

22 4343,50 0,489 0,85 0,64 0,95 0,63 0,77 0,59 0,239 0,91

23 201,10 0,022 0,60 0,10 0,24 0,57 0,38 0,14 0,0005 0,375

24 8868,0 1,0 0,82 0,64 0,09 0,50 0,51 0,25 1,0 1,11

25 425,00 0,047 0,60 0,30 0,42 0,50 0,45 0,2 0,002 0,45

26 201,10 0,022 0,60 0,30 0,42 0,53 0,46 0,21 0,0005 0,46

27 1462,00 0,165 0,60 0,64 0,15 0,57 0,49 0,24 0,0270 0,52

28 20,40 0,002 0,60 0,10 0,15 0,50 0,34 0,12 0,0 0,35

29 844,90 0,095 0,60 0,06 0,42 0,50 0,39 0,15 0,009 0,398

30 1916,75 0,216 0,60 0,08 0,38 0,50 0,39 0,15 0,0005 0,387

В данном случае (см. табл. 1), факторы принимаются равнозначными и поэтому весовые коэффициенты все равны 0,25. В соответствии с вычисленными показателями Я и 5", строится график (см. рис. 2). Ось абсцисс отражает распределение ущербов (Б), а ось ординат -распределение Я-показателя состояния объектов техносферы при подтоплении [1]. Показатели Я и 5 нормированы от 0 до 1. Полученный квадрат условно разбит на 9 равных квадратов (см. рис. 2), в соответствии со степенями состояния объекта при подтоплении (Я) и значениями потенциальных ущербов (5). Объекты, значения Я8- показателей которых попали в правый верхний квадрат, нуждаются в первоочередных мерах защиты, т.к. характеризуются неудовлетворительным состоянием объекта лении и большим потенциальным ущербом. На основе вычисленных Я5- показателей для объектов вычисляются усредненные показатели для районов. Усредненный Я5- показатель района рассматриваемой территории по Я5-показателям объектов, расположенных в данном районе определяется по формулам:

Я' = -• 0 < Я' < 1- 3' = —-• 0 < ^^ < 1-

терр ' терр ' терр ^ ' терр ' V V

Рис.2. - Графическая иллюстрация числовых значений RS-показателей для объектов и районов г.Волгодонска. ЕБ-показатели объектов, отражающие состояние объекта техносферы при подтоплении, его потенциальный ущерб: без цифр отображены ЕБ -показатели объектов, а цифрами отмечены усредненные ЕБ -показатели районов города по объектам.

Для определения количественного показателя, характеризующего ущерб и состояние объекта можно рассматривать показатель X, определяемый по формуле (параметры Е , определены в таблице 1) и может рассматриваться как радиус - вектор на ЕБ - плоскости :

х = (Е2+ Б„2Г

Так, объекты с номерами 18, 24, 21, 22 нуждаются в первоочередных мерах предупреждения аварий, т.к. имеют высокий потенциальный ущерб и находятся в плохом состоянии.

1,2

0

12345678 9 101112131415161718192021222324252627282930

Рис. 3. - График зависимости показателя X (Б,Е) для объектов г. Волгодонска; на оси абсцисс отображены значения показателя X, на оси абсцисс - номера объектов в соответствии

с таблицей 1.

_ 41

Данный показатель позволяет построить распределение объектов по числовым значениям параметра X для рассматриваемых объектов. В таблице 2 приведено распределение рассматриваемых объектов по X, нормированному в пределах от 0 до 1.

Таблица 2

Распределение объектов по показателю X

п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Интервал 0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 0,4-0,5 0,5-0,6 0,6-0,7 0,7-0,8 0,8-0,9 0,9-1,0 1,0-1,1

Частота 0 1 0 7 8 5 2 3 1 2 1

На рисунке 4 - представлена графическая интерпретация полученного распределения.

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

123456789 10 11

Рис. 4 Распределение объектов по показателю X; по оси абсцисс - номер интервала ; по оси ординат - частота, т.е. число объектов по данному показателю попавших в данный интервал

(см.таблицу 2) .

При большем количестве объектов, распределение по показателю X, будет приближаться к нормальному. Такое распределение позволяет рационально составлять смету для ремонтных, предупредительных работ и оптимально планировать мероприятия для обеспечения безопасной эксплуатации объектов и застроенной территории.

Выводы.

1. Применение элементов техноценологического подхода дает математический инструмент, позволяющий рассмотреть структуру потенциального ущерба в случае чрезвычайных ситуаций застроенной территории, что позволяет рационально планировать мероприятия по снижению риска ущербов при ЧС.

2. Использование векторного ЯБ- показателя позволяет рационально планировать мероприятия по предотвращению аварий и ЧС на потенциально и фактически подтопленных территориях, отслеживать динамику улучшения показателей в результате проведенных предупредительных, защитных и др. мероприятий.

3. Разработана методика оценки состояния и ранжирования объектов при потенциальном и фактическом подтоплении на основе разработанного векторного ЯБ-показателя объекта (территории) при подтоплении с учетом потенциального ущерба. Определен показатель X, как

42 -

Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2014'1

радиус-вектор RS - показателя, позволяющий по одному количественному показателю выявлять объекты, нуждающиеся в первоочередных мерах защиты, а также составлять рациональную смету для проведения предупредительных мероприятий.

Литература

1. Арефьева Е.В. Оценка территориальной безопасности при подтоплении. - Москва: Изд-во АГПС МЧС России.- 2008.- 101 с.

2. Кудрин Б.И. Введение в технетику. - Томск: Изд-во ТГУ, 1993.- 552 с.

3. Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов: компьютерная монография / М.: Изд-во ТГУ - Центр системных исследований. 2005, 2011. - http:// gnatukvi.ru/ind.html.

4. Ройтман А.Г. Деформации и повреждения зданий. - М.: Стройиздат, М., 1987. - 159 с.

УДК 630*43; 630*32

А.А. Заусаев

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СОСТАВА СИЛ И СРЕДСТВ СПАСАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА МЧС РОССИИ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ЛЕСНОГО ПОЖАРА

В статье приведен анализ лесных пожаров, характерных для территории России. Приведено обоснование рационального состава сил и средств (СЦ МЧС России) при тушении крупных лесных пожаров. Приведены рекомендации по применению СЦ МЧС России при тушении крупных лесных пожаров.

Ключевые слова: лесной пожар, спасательный центр МЧС России, крупный лесной пожар.

A. Zausaev

DEFINITION OF RATIONAL COMPOSITION OF FORCES AND MEANS OF THE RESCUE CENTER OF MES OF RUSSIA FOR FOREST FIRE SUPPRESSION

The article provides an analysis of forest fires, characteristic for the territory of Russia. Substantiation of rational composition of forces and means in extinguishing forest fires. Includes the areas of recommendations on the use of the Emercom 's center of Russia in extinguishing forest fires.

Key words: forest fire-rescue, center the Emercom's center of Russia, a major line offire.

В наше время одной из актуальных проблем лесоохраны по-прежнему остаются лесные пожары, которые являются частым и очень опасным для народного хозяйства и населения, стихийным бедствием. При тушении лесных пожаров требуется оперативное вмешательство значительных, предварительно обученных сил и средств пожаротушения по мере изменения обстановки, что, в свою очередь, обусловливает широкое применение сил, в том числе и спасательных воинских формирований МЧС России, привлечение которых является в настоящее время жизненной необходимостью.

Для решения данной задачи рассмотрены следующие вопросы:

1. Анализ лесных пожаров, характерных для территории России.

2. Разработка и обоснование рационального состава сил и средств СЦ МЧС России для тушения крупного лесного пожара.

_ 43