CC BY
13
УДК 614.841
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ РИСКА ВЗАИМОВОЗДЕЙСТВИЯ ГРУЗОПОТОКОВ ПОВЫШЕННОЙ ОПАСНОСТИ НА ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЯХ
А.И. Овсяник, О.И. Чурбанов, О.А. Косоруков
Военно-инженерный университет
Рассматривается математическая модель транспортной сети, потоки грузов, перевозка которых сопряжена с опасностью возникновения тех или иных чрезвычайных ситуаций. В качестве ЧС, связанных с грузопотоками данного вида, предполагаются - пожары, взрывы, дефлаграционные взрывы, образование огненных шаров, токсичные заражения и так далее. Рассчитываются вероятности возникновения ЧС вдоль транспортных сетей по критерию риска.
Планирование мероприятий по защите населения в соответствии с общепринятой концепцией опирается на результаты оценки опасности по критерию риска, который позволяет комплексно сочетать негативные воздействия природных и антропогенных факторов.
Воздействие техногенной сферы на безопасность населения связано с формированием опасных факторов, источников ЧС, способных оказывать барическое, термическое, токсическое, радиационное и ударное действия.
Одним из малоизученных объектов потенциальной опасности являются транспортные коммуникации, такие как железные и автомобильные дороги, по которым осуществляется более 80% от всего объема перевозимых грузов. Более того, транспортные сети дорог проходят по густонаселенным территориям и формируют источники комплексной опасности вышеуказанных воздействий. Эти воздействия, связанные с взаимовлиянием транспортируемых элементов друг на друга, которые при высокой плотности грузопотоков существенно увеличивают риск проживания населения на территориях, расположенных вблизи транспортных сетей.
Решение задачи по определению зон риска сводится к определению вероятностей возникновения негативных факторов и их действия на население. При этом критерием зонирования опасных территорий является индивидуальный риск второго рода, т.е. определенный в конкретной точке пространства. Авторами предлагается математический аппарат оценки частотных характеристик типовых аварийных сценариев.
Очевидно, что для уточнения вероятности формирования опасных факторов необходимо использовать такие математические модели, которые позволят оценить устойчивость транспортных элементов к распространению факторов по вероят-
ностным показателям в реальных транспортных сетях.
Предлагается рассмотреть следующую ситуацию. Пусть имеется некоторая транспортная сеть, например, железнодорожная. Математической моделью такой сети является соответствующий граф, заданный матрицей инцидентности. По дугам данной сети перемещаются грузопотоки как в прямом, так и в обратном направлении.
Рассматриваются потоки грузов, перевозка которых сопряжена с опасностью возникновения тех или иных чрезвычайных ситуаций (ЧС). Например, в качестве грузов повышенной опасности могут рассматриваться горючие жидкости, горючие газы, этилен, аммиак, хлор, легковоспламеня-емые жидкости, различные кислоты (желтофос-форная, пяти-фосфорная, серная ...) и так далее. В качестве ЧС, связанных с грузопотоками данного вида, могут рассматриваться — пожары, взрывы, дефлаграционные взрывы, образование огненных шаров, токсичные заражения и так далее. Предполагается, что априорные вероятности возникновения ЧС, рассматриваемых автономно, известны. Ставится задача оценить дополнительную вероятность возникновения данных ЧС, рассматриваемых как результат возникновения других ЧС.
В качестве исходных данных рассматриваются годовые объемы перевозок по видам опасных грузов выходного — К1,....,Кт и входного — М1,....,МП, потоков. Кроме того, как отмечалось выше, известны априорные вероятности возникновения ЧС, рассматриваемых автономно, — рК1,....,рКт — для ЧС выходного потока и РМ1,....,РМП — для ЧС входного потока. Одному виду грузов повышенной опасности могут соответствовать несколько ЧС. В качестве исходных данных в модели рассматриваются характеристики сети (структура, длины дуг, участки скопления транспортных средств, участки повышенной опасности и так далее), характерис-
тики потоков (объемы, скорость перемещения, данные о размерах перевозимых партий, информация о временных распределениях потоков и так далее), характеристики ЧС (условная вероятность возникновения ЧС 1-ого типа при условии возникновения ЧС .¡-ого типа, происшедшего на расстоянии Б).
Приведем лишь общую схему предлагаемой модели в виде алгоритма расчета вероятностей
возникновения ЧС техногенного характера взаимовоздействия грузопотоков повышенной опасности на транспортных сетях, представленного 13-ю блоками. Поскольку исходные данные не содержат дополнительных характеристик временного распределения потоков, мы исходим при построении модели из предположения равномерности распределения потока.
Алгоритм расчета вероятностей возникновения ЧС техногенного характера взаимовоздействия грузопотоков повышенной опасности
на транспортных сетях —
Блок 1
Ввод интегральных данных по грузопотокам:
— годовые объемы входных и выходных потоков по оконечным вершинам транспортной сети (грузопоставщики и грузопотребители в условных элементах);
— ввод структуры сети (матрица инцидентности)
Блок 2
Расчет входного и выходного потока по каждой дуге сети на основе интегральных данных
Блок 3
Решение задачи по определению вероятности взаимодействия грузопотоков для каждой из дуг транспортной сети (индекс дуги опускается)
Блок 4
Уточнение характеристик объемов грузопотоков:
— выходного (Кь ..., Кш) потока;
— входного (Мь ..., Мп) потока
в единицах элемента т-ных и п-ных типов опасных грузов
Блок 5
Уточнение значений опорных вероятностей реализации опасных факторов для типов опасных грузов в:
— выходном (РКЬ ..., РКт) потоке;
— входном (РМЬ ..., РМп) потоке
Блок 6
Уточнение значений:
— длины (Ь, км) дуги транспортной сети;
— средней скорости перемещения элементов в выходном (Уь...,Ут) и входном потоках
Блок 7
Блок 8
Индексация переменных грузопотоков:
для выходного потока: 1=1,., т — 1-ые аварийные сценарии,
Я(1) — множество индексов сценариев, соответствующих элементу 1-го типа;
для входного потока: ¡=1,., п — .-ые аварийные сценарии,
— множество индексов сценариев, соответствующих элементу ¡-го типа
Блок 9
Расчет плотностей потоков:
N-тв . . ,
п =—1—1--количество элементов 1-го типа выходного потока, 1=1,...,т;
Тгод
М. -тв:
т. =—!—— — количество элементов ¡-го типа входящего потока, 1=1,...,п,
Тгод
находящихся одномоментно на дуге
Блок 10
Расчет вероятности возникновения сценария 1-го типа в элементе выходного потока в результате возникновения ЧС ¡-го типа в одном из элементов входного потока - О. где 1-му сценарию в выходном потоке соответствует Х(1) — тип элемента; .-му сценарию во входном потоке соответствует У0 — тип элемента,
где у шах
1тах =-1--время нахождения в зоне взаимовлияния до встречи элементов встречных
У + W
потоков;
уш"х — предельное расстояние взаимовлияния 1-го сценария выходного потока при инициировании ¡-го сценария входного потока;
Б(1) = у™ - (У + WY(j))-1 — расстояние между элементами в конкретный момент времени 1;
Рй — условная вероятность возникновения сценария 1-го типа в результате возникновения ЧС .-го типа, произошедшего на расстоянии Б(1) между элементами
Блок 11
Расчет вероятности возникновения сценария 1-го типа в элементе выходного потока в результате возникновения сценария .-го типа в элементах входного потока
Блок 12
Расчет вероятности возникновения ЧС 1-го типа в элементе выходного потока в результате возникновения различных сценариев в элементах входного потока
п _
.=1
где — множество индексов сценариев, соответствующих элементу .-го типа входного потока
Блок 13
Определение уточненной вероятности реализации опасных факторов 1-го сценария для конкретного выходного потока — дК*
где
дК* = РК + £Х 2тУ0) • 2рК(1) Гр (8<1)/ЧС1 >11, ,
¡=1 >80)
РК — априорная вероятность;
^^ — суммирование по всем сценариям;
¡=1
2тУШ — среднее количество элементов У<]) типа входного потока с соответствующими ¡-ми сценариями реализации ОФ;
•Л(1) ■ 1 <¡)
2дК(1) • Г р (8(1)/ЧС 1 = — вероятность возникновения 1-го сценария для элемента
о
Л(1) выходного потока
Таким образом, уточненная вероятность реализации опасных факторов 1-ой ЧС для каждого элемента выходного потока является суммой априорной вероятности реализации 1-ого сценария и вероятности взаимовлияния всего выходного потока на выходной, определяемый суммированием по всем сценариям входного потока для среднего количества элементов Уф типа, соответствующих ¡-ым сценариям реализации ОФ с учетом вероятности возникновения 1-го сценария в элементе Л(1) выходного потока.
Принципиальная расчетная схема представлена на рис. 1.
Аналогично производится уточнение частотной характеристики реализации опасных факторов дм1* ¡-ой ЧС при взаимовлиянии транспортируемых элементов выходного потока Л(1) на ¡-ый элемент входящего потока.
Это позволяет скорректировать вероятность возникновения сценариев развития ЧС 1-го и ¡-го типа с учетом взаимодействия с другими грузопотоками повышенной опасности.
Реализуя данный алгоритм для всей сети, получаем скорректированные вероятности возникновения ЧС, которые используются для решения комплексной задачи зонирования территорий вдоль транспортных сетей по критерию риска.
„ „иой ПОТОК с I Ь1М количеством Э1ге.,п, Вход"011 го тиги! опасных грузов леМе«
Ч
РИС.1. Принципиальная схема уточнения вероятности возникновения 1-го сценария при взаимодействии грузопотоков повышенной опасности на транспортных сетях
ЛИТЕРАТУРА
1. Белов П.Г. Теоретические основы системной инженерии безопасности. М.:ГНТП Безопасность, МИБ СТС. 1996. 424 с.
2. Измалков В. И., Измалков А.В. Техногенная и технологическая безопасность и управление риском СПб, НИЦЭБ РАН. 1998. 482 с.
3. Сухарев А.Г., Тимохов А.В., Федоров В.В. Курс методов оптимизации. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы. 1986. 328 с.
4. Макаров С.П. Технические и организационные мероприятия по снижению риска и смягчению последствий ЧС на магистральных нефтепродуктопроводах. // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях, ВИНИТИ. 2001. Вып. 5.С 72 - 77.
