Выбор и обоснование модели определения техногенной опасности территории

ПРИГЛАШЕНИЕ В НАУКУ

УДК 519.711.3

Р.Л. Белоусов, А.В. Доброе

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МОДЕЛИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННОЙ ОПАСНОСТИ ТЕРРИТОРИИ

В статье представлена концептуальная модель, которая позволяет выбрать и обосновать математический аппарат для определения техногенной опасности территории муниципального образования в операторном виде. Оператор представлен в виде декартова произведения множеств. Концептуальная модель позволяет выбрать и обосновать математическую модель техногенной опасности территории.

Ключевые слова: техногенная опасность территории, нечёткие множества, нечёткие отношения, коэффициент опасности.

R. Belousov, A. Dobrov

CONCEPTUAL MODEL FOR DETERMINATION MAN-MADE DISASTER OF THE TERRITORY

The article presents a conceptual model for determination man-made disaster of the territory in the operator form. The operator is represented as the mapping of the Cartesian product of sets. The conceptual model allows you to select and validate a mathematical model of man-made hazard area.

Keywords: man-made disaster, fuzzy sets, fuzzy relation, coefficient of risk.

Концептуальная модель - это теоретико-множественное описание сложной системы, которое определяет элементный состав и структуру моделируемой системы, их причинно-следственные связи и взаимосвязи, которые значимы или существенны для достижения цели исследования.

В концептуальной модели определения техногенной опасности территории представлены сведения о природе событий, которые могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций, и взаимодействии между ними, о месте и значении каждого элемента и события в процессе функционирования моделируемой системы.

Техногенная опасность территории - это потенциальное свойство, состоящее в наличии источников техногенной опасности, которые при определённых условиях могут причинять вред жизни и здоровью людей, а также наносить материальный ущерб [2]. Опасность территории определяется опасностью объектов, которые на ней расположены, и реализуется в виде поражающих воздействий источников техногенных чрезвычайных ситуаций. Техногенная опасность территории является одним из главных факторов, влияющих на безопасность территории. Под безопасностью понимается состояние защищённости населения, объектов народного хозяйства и окружающей среды от опасностей [1].

Территория муниципального образования является административной единицей, границы которой характеризуются площадью, количеством и плотностью населения, а также системой расселения людей.

На территории располагаются объекты с потенциально опасным производством, на которых могут возникать техногенные аварии. Такие объекты относятся к источникам техногенной опасности и создают реальную угрозу для людей в случае возникновения на них чрезвычайных ситуаций.

Причины возникновения чрезвычайных ситуаций на объектах разбиваются на три группы.

1. Стихийные воздействия, не предусмотренные в условиях нормальной эксплуатации (сильные землетрясения, ураганы и шторма, наводнения, оползни, глубокие просадки грунта, падения метеоритов и т. д.).

2. Сочетания природных и (или) эксплуатационных нагрузок и воздействий, а также сочетания природных воздействий с эксплуатационными отказами.

3. Нарушения правил при эксплуатации объекта, отклонения от проекта при строительстве и т. д. Действия (как преднамеренные, так и непреднамеренные) людей, которые не имеют непосредственного отношения к рассматриваемому объекту.

Безопасность территории и тех объектов, которые на ней расположены, обеспечивается пассивной и активной защитой. Основу пассивной защиты составляет рельеф местности, промышленная застройка и планировка города, особенности которых влияют на действие поражающих факторов при возникновении техногенных чрезвычайных ситуаций. Активная защита обеспечивается специальными мероприятиями и защитными конструкциями.

Особое влияние на последствия чрезвычайных ситуаций оказывают климатические и географические условия, которые определяют характер действия поражающих факторов на территории.

Для реализации опасностей на объектах необходимы инициирующие воздействия. Они могут быть как внутренними (износ оборудования, нарушение технологического процесса и т. д.), так и внешними (землетрясения, наводнения, ураганы и т. д.). Внутренние факторы определяют опасности на самом объекте, а внешние - угрозы, которые могут стать причиной возникновения аварии на объекте и привести к чрезвычайной ситуации.

В качестве примера можно рассмотреть аварии, произошедшие на Чернобыльской АЭС в 1986 г. в СССР и АЭС Фукусима в 2011 г. в Японии.

Причиной аварии на ЧАЭС явились внутренние факторы - проводились испытания с полностью отключенными системами защиты, результатом чего стал взрыв реактора с разрушением его активной зоны и интенсивным выбросом в окружающую среду радиоактивных веществ в течение 10 суток [4].

Авария, которая произошла на АЭС Фукусима, была вызвана землетрясением. Вследствие этого произошёл колоссальный выброс радиоактивных веществ, что привело к радиационному заражению территории и территориальных вод.

Аварии на объектах сопровождаются действием поражающих факторов. Уровень поражающих факторов влияет на размер зон поражения, которые позволяют судить об уровне техногенной опасности территории и определяют степень возможных поражений человека.

Разработана концептуальная модель, которая даёт системное описание процесса определения техногенной опасности территории.

На рис. 1 представлена схема концептуальной модели определения техногенной опасности территории в операторном виде [3], которая описывается следующим образом:

Лу : <XixYixZxSixPixПФобщ>^ ПФ/ - оператор, моделирующий множество значений /-го

поражающего фактора на /-ом объекте, / = 1,п, / = 1,т .

Формирование множества значений поражающих факторов происходит с учётом всех возможных воздействий на объект, где

Х/ - множество исходных данных по /-му объекту, / = 1,п. Исходные данные по объектам содержат в себе информацию о типах и количестве веществ, содержащихся на объектах, о производственных мощностях и производимой продукции;

Y/ - множество внутренних факторов активизации источников техногенной опасности на

/-ом объекте, / = 1,п. Внутренние факторы определяют возможность возникновения аварии в ре-

зультате нарушения технологического процесса, нарушения порядка проведения профилактических мероприятий и т. п.;

Z - множество внешних воздействий. Оно определяет внешние угрозы, которые могут служить причиной возникновения аварии на объекте и привести к чрезвычайной ситуации;

Рис. 1. Схема концептуальной модели определения техногенной опасности территории

S/ - множество активных средств защиты /-го объекта, / = 1,п . К активным средствам защиты относятся внутренние особенности и специальные средства защиты объекта;

Р/ - множество пассивных средств защиты /-го объекта, / = 1,п . Пассивные средства защиты определяются особенностями рельефа местности и климата;

ПФобщ - множество поражающих факторов, действующих на объект. Оно включает в себя поражающие факторы от всех объектов, на которых произошла авария;

ПФу - множество значений /-го поражающего фактора на /-м объекте, / = 1,п, j = 1,т . Поражающий фактор характеризуется уровнями воздействия, т. е. величиной соответствующей ему физической величины. Например, ударная волна характеризуется значением избыточного давления во фронте ударной волны;

х - символ декартова произведения множеств.

Bij: <ЛФijXLjXCxRxkij>^ ЗПу - оператор, моделирующий множество зон поражения при действии j-го поражающего фактора на i-м объекте, i = l,n, j = l,m , где

Lj - множество степеней поражения человека при действии j-го поражающего фактора, j = 1,m . Степени поражения соответствуют уровню воздействия поражающих факторов; C - климатические условия; R - рельеф местности и топография;

kj - критерий, позволяющий определить зоны поражения при действии j-го поражающего фактора, j = 1,m ;

3nij - множество зон поражения, образующихся на i-м объекте при действии j-го поражающего фактора, i = 1,n, j = 1,m .

Di: <3П,1 x... x3nimxk2>^ Qi - оператор, моделирующий множество уровней опасности территории, прилегающей к i-му объекту, i = 1,n, где

k2 - критерий, позволяющий определить уровень опасности территории, прилегающей к объекту (зоны поражения по всем поражающим факторам на одном объекте);

Qi - множество уровней опасности территории, прилегающей к i-ому объекту, i = 1,n . Ej: <3n1jX... x3nnjxk3>^ Oj - оператор, моделирующий множество уровней опасности всей территории по j-ому виду опасности, j = 1,m , где

k3 - критерий, позволяющий определить уровень опасности всей территории по конкретному виду опасности;

Oj - множество уровней опасности территории по j-му виду опасности, j = 1,m .

F : <O1x. xOmxHxk4>^ T - оператор, моделирующий множество интегральных уровней опасности территории по всем видам опасности, где

H - множество исходных данных по территории (площадь, плотность населения и т. д.); k4 - критерий, позволяющий определить интегральный уровень опасности территории по всем видам опасности;

T - множество интегральных уровней опасности территории по всем видам опасности. Конкретный вид концептуальной модели зависит от исследуемой территории с указанием техногенных источников и тех опасностей, которые они представляют, с учётом особенностей рельефа, климата и застройки местности, а также позволяет выбрать и обосновать математическую модель техногенной опасности территории (детерминированная, стохастическая, нечёткая или их комбинация).

Литература

1. ГОСТ Р 22.0.02 - 94 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Термины и определения основных понятий.

2. Природные и техногенные чрезвычайные ситуации: опасности, угрозы, риски / Акимов В.А., Новиков В.Д., Радаев Н.Н. - М.: ЗАО ФИД «Деловой экспресс», 2001. - 344 с.

3. Введение в математическое моделирование: Учеб. пособие / Под ред. П.В. Трусова. - М.: Логос, 2005. - 440 с.

4. Катастрофы конца XX века. Под общей редакцией доктора технических наук Владимирова В.А. -М.: УРСС, 1998. - 400 с.