Анализ и управление техногенными и природными рисками (2400,00 руб.)

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

УДК 614+504.05 ББК 20.1 А46 Рецензенты: академик РАН В.И. Осипов; кафедра «Инженерная защита окружающей среды» ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет» (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.И. Беспалов) Александров, А. А. А46 Анализ и управление техногенными и природными рисками : учебник / А. А. Александров, В. И. Ларионов, С. П. Сущев. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 357, [3] с. : ил. ISBN 978-5-7038-5108-1 Изложены теоретические основы анализа и управления техногенными и природными рисками. Показан единый научно-методический подход к решению задач анализа риска возникновения чрезвычайных ситуаций. Рассмотрены основные характеристики природных и техногенных опасностей, причины отказов технических систем. Приведены методы исследования надежности технических систем и типовые примеры расчетов, методы оценки и анализа рисков в техногенной и природной сферах с применением ГИС-технологий, расчетно-аналитический и статистический подходы к зонированию по риску объектов и территорий. Рассмотрены экономические аспекты управления безопасностью. Соответствует курсу лекций, читаемому в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Для студентов высших технических учебных заведений, аспирантов, специализирующихся в области техносферной безопасности, экологии и природообустройства. Может быть полезен специалистам, занимающимся планированием мероприятий по снижению техногенных и природных рисков. УДК 614+504.05 ББК 20.1 Фото на обложку любезно предоставлено Вадимом Нанскани © Александров А.А., Ларионов В.И., Сущев С.П., 2019 ISBN 978-5-7038-5108-1 © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

Стр.3

ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ ....................................................... 8 ВВЕДЕНИЕ ........................................................... 10 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.............................................. 15 ЧАСТЬ 1. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИЗА РИСКА ...... 17 Глава 1. Общая методология анализа риска аварий и катастроф ............... 19 1.1. Модели воздействия ............................................. 21 1.2. Функции уязвимости............................................. 29 1.2.1. Функции уязвимости зданий................................. 29 1.2.2. Функции уязвимости людей ................................. 34 1.3. Методология прогнозирования последствий аварий и катастроф...... 35 1.3.1. Прогнозирование объемов разрушений на площадных и линейных объектах .................................................... 36 1.3.2. Прогнозирование количества пострадавших людей............. 39 1.4. Общая методология анализа риска ................................ 41 1.4.1. Базовая терминология....................................... 41 1.4.2. Оценка показателей риска .................................. 43 Контрольные вопросы и задания .................................. 50 Литература ...................................................... 50 Глава 2. Методические основы применения ГИС-технологий для анализа риска ... 52 2.1. Общие требования к специализированной ГИС..................... 52 2.2. Блок базы данных ............................................... 55 2.2.1. Картографическая информация .............................. 55 2.2.2. Семантическая информация ................................. 59 2.2.3. Система управления базой данных ........................... 62 2.3. Расчетно-аналитический блок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.3.1. Структура и содержание..................................... 63 2.3.2. Уровень детализации математических моделей................. 66 2.3.3. Сопряжение математических моделей и базы данных........... 66 2.4. Пользовательский интерфейс ..................................... 68 2.5. Блок тематического картографирования и документирования ........ 69 Контрольные вопросы и задания .................................. 72 Литература ...................................................... 72 3

Стр.4

Оглавление ЧАСТЬ 2. МЕТОДЫ АНАЛИЗА РИСКА В ТЕХНОГЕННОЙ СФЕРЕ ........ 73 Глава 3. Модели воздействия при аварийных взрывах и пожарах ............... 75 3.1. Оценка надежности технических систем ........................... 75 3.1.1. Основные критерии надежности ............................. 76 3.1.2. Основные законы распределения в теории надежности ......... 80 3.1.3. Расчет надежности систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.2. Интенсивность отказов и частота аварийных событий ............... 94 3.2.1. Дерево отказов ............................................. 95 3.2.2. Дерево событий ............................................ 102 3.3. Моделирование поражающих факторов пожара и взрыва ............ 114 3.3.1. Методы расчета поражающих факторов пожара ................ 114 3.3.2. Методы расчета поражающих факторов взрыва ................ 121 Контрольные вопросы и задания .................................. 129 Литература ...................................................... 129 Глава 4. Функции уязвимости при аварийных взрывах и пожарах............... 131 4.1. Законы разрушения зданий при аварийных взрывах ................. 131 4.1.1. Параметрические законы разрушения зданий.................. 131 4.1.2. Определение вероятности разрушения зданий с применением пробит-функций ................................................ 137 4.2. Законы поражения людей при аварийных взрывах и пожарах ........ 138 4.2.1. Параметрические законы поражения людей при взрывах ....... 138 4.2.2. Определение вероятности поражения людей с применением пробит-функций................................................. 140 Контрольные вопросы и задания .................................. 142 Литература ...................................................... 142 Глава 5. Методы оценки риска на опасных объектах ......................... 143 5.1. Пожаровзрывоопасные объекты ................................... 143 5.1.1. Расчетно-аналитический метод количественного анализа риска ... 143 5.1.2. Метод анализа видов, последствий и критичности отказов ..... 149 5.2. Химически опасные объекты ..................................... 151 5.2.1. Основные определения и понятия ............................ 151 5.2.2. Вероятность токсического поражения......................... 152 5.2.3. Оценка риска на химически опасных объектах ................ 154 5.3. Радиационно опасные объекты.................................... 155 5.3.1. Основные определения и понятия ............................ 156 5.3.2. Общие положения метода расчета радиоактивного загрязнения... 159 5.3.3. Вероятность радиационного поражения ....................... 161 5.3.4. Оценка риска на радиационно опасных объектах .............. 163 Контрольные вопросы и задания .................................. 165 Литература ...................................................... 165 4

Стр.5

Оглавление Глава 6. Анализ риска на магистральных нефтепроводах ...................... 167 6.1. Оценка объема аварийного разлива нефти.......................... 167 6.1.1. Оценка объема разлива в напорном режиме ................... 169 6.1.2. Оценка объема разлива в безнапорном режиме ................ 172 6.2. Распространение нефтяного загрязнения по земной поверхности ..... 175 6.2.1. Моделирование разлива нефти на суше ....................... 175 6.2.2. Применение ГИС-технологий для моделирования аварийных разливов нефти ................................................. 178 6.3. Распространение нефтяного загрязнения по водной поверхности ..... 185 6.3.1. Распространение нефтяного загрязнения на малых реках ....... 185 6.3.2. Распространение нефтяного загрязнения в акватории .......... 187 6.4. Оценка риска на магистральных нефтепроводах .................... 190 6.4.1. Оценка частоты аварий на трубопроводах ..................... 190 6.4.2. Технический риск .......................................... 193 6.4.3. Оценка риска для населения ................................. 194 Контрольные вопросы и задания .................................. 195 Литература ...................................................... 195 ЧАСТЬ 3. МЕТОДЫ АНАЛИЗА РИСКА В ПРИРОДНОЙ СФЕРЕ........... 197 Глава 7. Анализ сейсмического риска ....................................... 199 7.1. Общая методология анализа сейсмического риска .................. 200 7.2. Моделирование сейсмического воздействия ........................ 201 7.3. Функции уязвимости при землетрясениях .......................... 204 7.3.1. Характеристика зданий...................................... 204 7.3.2. Параметрические законы разрушения зданий.................. 205 7.3.3. Параметрические законы поражения людей ................... 210 7.4. Оценка сейсмического риска ..................................... 211 7.4.1. Моделирование поражения людей при землетрясениях ......... 211 7.4.2. Показатели сейсмического риска............................. 213 7.5. Оценка масштабов последствий при землетрясениях ................ 214 7.5.1. Завалы при разрушении зданий .............................. 214 7.5.2. Прогнозирование объемов разрушений ....................... 216 7.5.3. Оценка людских потерь и разрушений по укрупненным показателям ..................................................... 217 7.5.4. Повреждение коммунально-энергетических сетей .............. 219 7.5.5. Повреждение дорог ......................................... 221 7.5.6. Вторичные последствия сейсмических воздействий ............ 222 Контрольные вопросы и задания .................................. 226 Литература ...................................................... 226 Глава 8. Анализ риска наводнений ......................................... 227 8.1. Общие положения ............................................... 227 8.2. Определение площади водосборного бассейна ...................... 228 5

Стр.6

Оглавление 8.3. Прогнозирование стока воды с водосборного бассейна .............. 230 8.3.1. Метод прогнозирования стока воды .......................... 230 8.3.2. Расчет объема стока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 8.3.3. Определение уровня подъема воды в створе ................... 234 8.4. Определение зон затоплений по уровню подъема воды в створах ..... 236 8.5. Последствия наводнений ......................................... 239 8.6. Оценка риска наводнений ........................................ 241 Контрольные вопросы и задания .................................. 243 Литература ...................................................... 243 Глава 9. Анализ риска гидродинамических аварий ............................ 244 9.1. Определения, допущения и исходные данные....................... 245 9.2. Моделирование зон затоплений при гидродинамических авариях .... 247 9.3. Последствия гидродинамических аварий ........................... 252 9.4. Оценка риска гидродинамических аварий .......................... 254 Контрольные вопросы и задания .................................. 256 Литература ...................................................... 256 Глава 10. Анализ риска возникновения цунами ............................... 257 10.1. Возникновение цунами и классификация цунамиопасных территорий ... 258 10.1.1. Возникновение и распространение волн цунами .............. 258 10.1.2. Классификация цунамиопасных территорий.................. 260 10.2. Функции уязвимости при воздействии цунами .................... 261 10.2.1. Параметрические законы разрушения зданий................. 261 10.2.2. Параметрические законы поражения людей .................. 264 10.3. Прогнозирование последствий цунами............................ 265 10.3.1. Оценка зоны затопления ................................... 265 10.3.2. Разрушение зданий и сооружений ........................... 268 10.3.3. Оценка численности пострадавших при воздействии цунами ... 270 10.4. Оценка риска цунами ........................................... 271 Контрольные вопросы и задания .................................. 272 Литература ...................................................... 272 Глава 11. Астероидная уязвимость Земли.................................... 273 11.1. Воздушный взрыв космического тела ............................. 274 11.1.1. Огненный шар ............................................ 274 11.1.2. Воздушная ударная волна .................................. 276 11.1.3. Уязвимость элементов риска при воздействии Челябинского метеорита........................................................ 276 11.2. Падение космического тела на земную поверхность ................ 278 11.2.1. Параметры поражающих факторов .......................... 278 11.2.2. Уязвимость населения при падении космического тела на земную поверхность................................................. 281 11.3. Подводный взрыв космического тела ............................. 283 11.3.1. Параметры волн подводных взрывов......................... 283 6

Стр.7

Оглавление 11.3.2. Уязвимость населения при взрыве космического тела в акватории ..................................................... 284 Контрольные вопросы и задания .................................. 285 Литература ...................................................... 285 ЧАСТЬ 4. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫМИ И ПРИРОДНЫМИ РИСКАМИ ............................................................ 287 Глава 12. Нормирование рисков ........................................... 289 12.1. Методические подходы к анализу риска .......................... 289 12.1.1. Расчетно-аналитический подход............................. 289 12.1.2. Статистический подход .................................... 290 12.1.3. Динамический анализ риска ................................ 292 12.1.4. Эвристический подход ..................................... 298 12.2. Рекомендуемые уровни рисков ................................... 302 Контрольные вопросы и задания .................................. 306 Литература ...................................................... 306 Глава 13. Управление рисками............................................. 307 13.1. Концептуальная система управления рисками ..................... 307 13.2. Методы обоснования мер по снижению рисков .................... 310 13.2.1. Критерии оценки эффективности вариантов снижения ущерба ......................................................... 311 13.2.2. Уязвимость и риски для оценки эффективности мероприятий ... 313 13.2.3. Многокритериальные задачи................................ 315 13.3. Методы оптимизации мероприятий при реагировании на масштабные катастрофы ................................................. 327 13.3.1. Оптимизация дислокации сил и средств спасения............. 327 13.3.2. Оптимизация распределения сил и средств спасения .......... 329 Контрольные вопросы и задания .................................. 332 Литература ...................................................... 333 Глава 14. Зонирование по риску ........................................... 334 14.1. Расчетно-аналитический подход ................................. 334 14.1.1. Зонирование по риску объектов ............................. 334 14.1.2. Зонирование по риску территорий........................... 337 14.2. Статистический подход ......................................... 344 Контрольные вопросы и задания .................................. 346 Литература ...................................................... 346 Заключение ............................................................ 347 Основная литература .................................................... 349 Предметный указатель .................................................. 350 7

Стр.8