Глава 3 Моделирование процесса причинения ущерба от техногенных происшествий

Глава 3 Моделирование процесса причинения ущерба от техногенных происшествий

Классификация и анализ известных моделей и методов прогнозирования техногенного ущерба

Среди существующих материальных и идеальных моделей различных этапов процесса причинения ущерба можно выделить практически все известные их классы. Однако применение физических моделей (натурных и аналоговых) ограничено сферой пригодности и высокой стоимостью. Ранее они использовались преимущественно для получения статистических данных (например, при испытаниях оружия массового поражения). Сейчас для проверки других моделей и обобщения результатов, полученных на аналогах, если соблюдается требование автомодельности (известны параметры какого-либо подобия, допустим, геометрический или иной масштаб).

Значительно шире применяются идеальные модели, начиная от интуитивных (метод сценариев развития аварии) либо Смысловых (зависимость типа «доза-эффект») и завершая знаковыми (математическими и алгоритмическими). Под последней группой имеется в виду следующее.

1. Аналитические модели: а) параметрические формулы типа уравнения М. Садовского для перепада давлений в атмосфере или модель рассеяния в ней вредных веществ К. Гаусса; б) интегральные модели, базирующиеся на интегральных законах баланса массы либо энергии и описываемые обыкновенными дифференциальными уравнениями; в) модели, построенные на интерпретации параметров состояния или энергомассообмена в их оригинальном виде и реализуемые системами дифференциальных уравнений Б частных производных.

2. Методы имитационного, статистического и численного моделирования, основанные на использовании случайных распределений параметров совокупности разных моделей и учете их непрерывно меняющихся факторов.

Что касается предназначения перечисленных моделей и методов, то их удобно разделить по четырем этапам причинения техногенного ущерба. Наибольший интерес представляют модели таких объектов или процессов, как:

а) источник выброса энергии или вредного вещества, истечение газообразных веществ или растекание по твердой поверхности - жидких;

б) распространение энергии или массы в несущей среде или их межсредный перенос;

в) вскипание сжиженного газа, испарение перегретой жидкости, энерговыделение и образование полей поражающих факторов;

г) реципиент этих факторов, защита от них и поражение ресурса конкретным фактором. Про иллюстрируем приведенную классификацию на примере краткого сравнительного анализа наиболее характерных из известных ныне математических моделей и численных методов.

Высвобождение и/или истечение энергии и вещества

Наиболее простыми из моделей и методов данного класса являются те, которые описывают высвобождение энергии (механической, тепловой и электрической), а также истечение инертных или не меняющих при этом агрегатное состояние жидкостей и газов. Аналогично обстоит дело с потоками ионизирующих частиц и электромагнитных излучений.

Дело в том, что соответствующие математические соотношения описываются довольно простыми расчетными формулами типа уравнений для потенциальной и кинетической энергии различных тел; законом Ома для участка электрической цепи; формулой для расхода жидкости через отверстие и законом Стефана - Больцмана для потока теплового излучения. Параметрами этих аналитических моделей соответственно служат масса и высота либо скорость тела; перепад электрического напряжения или гидравлического давления, а также препятствующее высвобождению потоков сопротивление среды либо площадь отверстия, температура или интенсивность источника соответствующего излучения и степень его ослабления разного рода экранирующими устройствами.

Заметно сложнее обстоит ситуация с выбросом веществ, меняющих свое состояние в результате интенсивного вскипания и испарения после разгерметизации емкости, например, сжиженных газов или криогенных жидкостей. Если в перечисленных выше случаях используются довольно строгие аналитические модели, то данная ситуация все еще исследована недостаточно. По этой причине наиболее слабым моментом известных ныне методик служит прогноз интенсивности истечения подобных веществ и их выброшенного количества, а также оценка влияния на эти параметры инородных включений, например аэрозолей.

Выходом из подобных ситуаций служит повсеместное использование либо различных упрощенных сценариев (полный и частичный выброс накопленного где-либо энергозапаса), либо полуэмпирических зависимостей или постоянных коэффициентов. В целом же данный класс моделей представляется достаточно разработанным, а при их выборе необходимо учитывать гомогенность и возможные фазовые переходы рассматриваемого вещества, а такие конструктивные особенности их аккумулятора.

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.

Рис. 3.4. Схема потоков энергии через экосистему

Для определения энергонасыщенности биоты, необходимо располагать следующими исходными данными: средняя масса тела одной биоособи - М_k (кг), энергетическое содержание накопленного ею вещества - g_k (кДж/кг), скорость оборота или регенерации данной биомассы - V_k (1/год), энергия ее существования (интенсивность дыхания поддержания) - E_k (кДж/год), трофические (пищевые) уровень и специализация - j, а также коэффициенты утилизации энергии на всех k трофических уровнях - P_j.

Стоимости подвергнутых разрушительному техногенному воздействию биотических природных ресурсов k -го вида - С_k или покрытой ими единицы территории (акватории) - С_t могут быть рассчитаны по следующим формулам[5]:

где G_k - энергосодержание погибших биоособей, кДж;

C_i,D_i - эквивалентная цена одной особи или единицы биомассы (кДж) и их плотность в зоне поражения биоты(1/га) или (1/км²).

Заметим, что входящие в формулы (3.32) параметры стоимости рассчитываются с учетом временного лага, необходимого для полного восстановления поврежденной биоты, а P_j -безразмерная величина.

Методика расчета биоущерба. При определении параметров формул (3.32), целесообразно руководствоваться такими рекомендациями и справочными данными.

1. Величина энергетического содержания конкретных биоособей - G_k. Значение данного параметра определяется перемножением удельной теплоемкости их тела - q_k (кДж/кг) на его массу - М_k:

Данные по удельным теплоемкостям биомассы некоторых представителей флоры и фауны приведены в табл. П4.3.

2. Скорость оборота или регенерации биомассы - V_k. Ее величина считается обратно пропорциональной среднему времени генерации особей конкретного вида, которое можно считать равным примерно одной трети максимальной продолжительности их жизни - t_k. Иначе говоря: V_k=3t_k ×L_k, где t_k измеряется секундами. В отсутствие данных по t_k, максимальная длительность жизни млекопитающих и птиц рассчитывается по следующим формулам:

3. Энергия существования или мощность поддержания животных - E_k_ж и растений - E_k_р. Для большинства теплокровных животных она зависит от массы и примерно вдвое превышает уровень их основного обмена в термонейтральных условиях - Y_k_ж. Следовательно, значения E_k_ж и Y_k_ж для них определяются следующими формулами:

где с,d -коэффициенты аллометрического уравнения (см. табл. П4.4).

Определение величины E_k_р для растений в общем случае проводится с учетом процессов фотосинтеза и дыхания – исходя из затрат энергии на поглощение ими двуокиси углерода и выделение кислорода. Для лесных же сообществ она может быть оценена в предположении, что их годичная продукция составляет 5% от общей биомассы, которая рассосредоточена так: в стволах –40%, в ветвях и листьях –35%, под землей –25%. В пересчете на один кубометр древесины, величину E_kр следует рассчитывать по такой формуле:

где r - плотность условно сухой древесины (см. табл. П4.5).

4. Коэффициент утилизации энергии - P_j. Для большинства плото- и зерноядных животных его значение можно принимать приблизительно равным 0,8. При питании животных грубыми зелеными кормами, величина P_j =0,6.

Оценка ущерба от загрязнения атмо- и гидросферы. В заключение укажем на особенности оценки ущерба, обусловленного непрерывными выбросами загрязняющих веществ в природную среду. В соответствии с требованиями [16], для производственных и транспортных предприятий в расчетном периоде устанавливаются различные нормативы выплат за данные вредные выбросы: а)в пределах установленных для них лимитов - К₁ и б)сверх них - К₂ (руб/усл.т). Эти выплаты предназначаются для снижения либо компенсации соответствующего социально-экономического ущерба.

В случае не превышения предельно допустимых выбросов, величина выплат S₁ (руб) за них в атмосферу и водные объекты определяется следующим образом:

где t,T -год планового периода и его общая продолжительность;

S_t, S_tL -затраты на снижение токсодозы вредных выбросов в текущем году и приведенный лимит таких выбросов, установленный с учетом вида загрязняющих веществ, их допустимого объема и предельно допустимых концентраций в атмосферном воздухе или воде, соответственно.

При превышении объема предельно допустимых выбросов, соответствующие издержки предприятий - S₂ (руб) рассчитываются таким образом:

где S_jt -затраты предприятия, необходимые для достижения установленного лимита выбросов, руб/год;

dM_jt - плановый приведенный объем вредных выбросов, установленный предприятию в текущем году.

Более подробные рекомендации, справочные данные и иллюстративные примеры определения размеров ущерба от непрерывных вредных выбросов можно обнаружить в [16].

Глава 3 Моделирование процесса причинения ущерба от техногенных происшествий

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: