Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







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 -Мk (кг), энергетическое содержание накопленного ею вещества -gk (кДж/кг), скорость оборота или регенерации данной биомассы -Vk (1/год), энергия ее существования (интенсивность дыхания поддержания) -Ek (кДж/год), трофические (пищевые) уровень и специализация -j, а также коэффициенты утилизации энергии на всех k трофических уровнях -Pj.

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

Gk = GkV k+E k / ; Сt= , (3.32)

где Gk - энергосодержание погибших биоособей, кДж;

Ci,Di - 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 Pj -безразмерная величина.

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

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

 

Gk = qk × Мk. (3.33)

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

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

tkм=366×106×M 0.2 ; tkп=894×106×W 0.19. (3.34)

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

Ekж = 2×Ykж ; Ykж = c×M d, (3.35)

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

Определение величины Ekр 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 следует рассчитывать по такой формуле:

Ekж = 0,026688×r, (3.36)

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

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

S1 = St / StL , (3.37)

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

St,StL -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:

S2 =Sjt / dMjt , (3.38)

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

dMjt - 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









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


©2015- 2019 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.