Сугак Е.В., Кучкин А.Г., Окладникова Е.Н. Надежность технических систем и техногенный риск. Часть 1. Техногенная безопасность

Подождите немного. Документ загружается.

Окончание табл. 2.5

Годы

Статистические

характеристики

Виды ЧС

по характеру и источникам

возникновения

1996

1997

1998

1999

2000

Сред-

нее

 

Аварии на электроэнергети-

ческих системах

22,6 2,04 0,09

Аварии на коммунальных си-

стемах жизнеобеспечения

114

120

52,5

0,74

Аварии на тепловых сетях

в холодное время года

57,5 3,57 0,06

Гидродинамические аварии

4 1 2 2,33 0,408

0,16

Всего 1174

955

856

606

925 357 0,39

Наблюдается также значительный разброс числа ЧС (большие

значения среднеквадратического отклонения  и коэффициента вариа-

ции ), объясняемый тем, что в условиях переходной экономики Рос-

сии интенсивность ЧС является нестационарной и подвержена резким

колебаниям, т. е. имеющиеся данные не принадлежат, как правило,

одной генеральной совокупности [4].

Разработка методов оценки ущерба от аварий в промышленно

развитых странах стимулируется необходимостью получения как мож-

но точной оценки возможного ущерба для определения тарифных ста-

вок при страховании опасных объектов. Принципы расчета тарифных

ставок согласуются с методологией количественного (вероятностного)

анализа риска.

Ущерб является одной из важнейших характеристик, определяю-

щих понятие надежности техники [31]. Учет ущерба от отказов необ-

ходим в случаях, когда сравниваемые варианты техники имеют разный

уровень надежности [64]. Таким образом, экономически оптимальный

вариант технической системы должен определяться путем сопоставле-

ния величины ущерба и затрат на предотвращение отказов.

Развитие материального производства сделало производственный

процесс очень чувствительным к надежности всех основных и вспомо-

гательных систем, обеспечивающих его функционирование, и весьма

повлияло на величину ущерба от отказов.

Любые редкие нарушения надежности функционирования техни-

ческих систем приводят к длительным расстройствам технологическо-

го процесса, останову производства, сопровождаются снижением каче-

ства продукции и услуг, авариями основного и вспомогательного обо-

рудования, простоем средств труда и рабочей силы, загрязнением ок-

ружающей среды и т. д.

Вероятность возникновения отказов технических систем и стрем-

ление уменьшить их отрицательные последствия приводят к необходи-

мости создания аварийных и страховых запасов ресурсов, резервов про-

изводственной мощности на данном и смежных производствах, требуют

осуществления мероприятий по локализации развития аварий и умень-

шению их социальных или социально-экономических последствий.

В отраслях непроизводственной сферы механизация и автома-

тизация процессов обслуживания, энергоснабжения, водоснабжения,

транспортного обеспечения и т. п. развита в настоящее время в такой

степени, что отказы различных технических систем в этой сфере поч-

ти неотвратимо приводят к ухудшению условий труда и быта, росту

заболеваний, возрастанию транспортной усталости населения, ухуд-

шению качества, уменьшению фонда свободного времени и снижению

качества его использования и др. [31].

Указанные обстоятельства сокращают возможности более полно-

го удовлетворения материальных и духовных потребностей членов об-

щества и способствуют росту числа отрицательных эмоций и, в конеч-

ном счете, приводят к социальному, косвенному и прямому, экономи-

ческим ущербам [31; 64].

При рассмотрении экономических, социальных и экологичес-

ких сторон последствий тяжелых аварий или катастроф целесооб-

разно оперировать понятиями полного, косвенного и прямого ущер-

бов (табл. 2.6) [10; 57].

Показатель полного ущерба в результате тяжелой аварии может

рассматриваться как конечный только на определенном временном

этапе. Таким образом, показатель полного ущерба, являясь конечным

на конкретный момент времени, выступает в качестве промежуточно-

го по сравнению с некоторым окончательным показателем, который

определится количественно в отдаленной перспективе [57]. Под по-

следним будем понимать сумму всех потерь, убытков и затрат, с уче-

том сопоставления доаварийного развития, как пораженных террито-

рий и производств, так и всего хозяйства региона в целом. Назвать

точный срок, после которого величина ущерба не будет изменяться,

или эти изменения будут относительно невелики, в настоящее время

представляется практически невозможным. Этот срок зависит, преж-

де всего, и от вида и масштабности ЧС. Большую роль будут играть

множество факторов, таких как интенсификация, или наоборот, за-

медление темпов ускорения НТП, изменение и соотношение новых

форм собственности, возможные изменения структуры экономики

и методов хозяйствования, различные политические аспекты и многое

другое.

Потери и убытки всех структур экономики, попавших в зоны воз-

действия аварии или катастрофы, в результате чрезвычайной ситуации

составляют прямой ущерб, который в свою очередь состоит из прямо-

го экономического, прямого социального и прямого экологического

ущербов [10].

Таблица 2.6

Структура полного ущерба

Виды ущерба

Прямой Косвенный

Экономический

Затраты на ограничение раз-

вития ЧС.

Материальные потери насе-

ления.

Ущерб в сфере производства

Изменение объема и структуры вы-

пуска продукции.

Изменение показателей эффектив-

ности в промышленности.

Преждевременное выбытие основных

производственных фондов и мощ-

ностей.

Вынужденная перестройка деятель-

ности систем управления

Социальный Людские потери.

Изменение условий жизни

Потери трудовых ресурсов.

Затраты на перераспределение тру-

довых ресурсов.

Изменение условий и характер

труда.

Предоставление социальных льгот

и гарантий для обеспечения сохра-

нения жизненного уровня.

Изменение структуры потребления

Обеспечение коммунальными услу-

гами и услугами здравоохранения

Экологический

Разрушение почвенного по-

крова.

Повреждение расти

тельного

покрова и животного мира.

Загрязнение гидросферы.

Загрязнение атмосферы

Нарушение климатического баланса.

Гибель и уменьшение численности

зверей и птиц.

Ухудшение качественных характе-

ристик природных ресурсов

Учет фактора надежности новой техники – один из наиболее ак-

туальных, но недостаточно разработанных вопросов оценки ее эконо-

мической эффективности. Необходимость учета указанного фактора

состоит в том, что отказы различных технических систем и устройств

являются источником возникновения существенных потерь в процессе

функционирования экономики, а снижение числа отказов и продолжи-

тельности простоя техники в ремонте требует значительных затрат

материальных и трудовых ресурсов [31].

Прямой экономический ущерб связан с повреждением или ут-

ратой основных и оборотных фондов и включает затраты на ограни-

чение развития ЧС. Этот вид ущерба представляют в денежном вы-

ражении (табл. 2.6).

Затраты на ликвидацию последствий ЧС, но не на восстановле-

ние, включают виды затрат, необходимые для ограничения распростра-

нения ЧС и уменьшения его последствий. Материальные потери насе-

ления связаны с утратой личного имущества граждан, жилья, транс-

порта и т. д. Прямой экономический ущерб в производственной сфере

связан с выбытием и утратой основных и оборотных фондов.

Прямой социальный ущерб от ЧС непосредственно связан с воз-

действием на население и его среду обитания (табл. 2.6). Измерение

и прогнозирование ущерба, связанного с гибелью или травмированием

людей, отчуждением недр, уничтожением флоры и фауны, как от тя-

желых аварий и катастроф, так и от непрерывных вредных материаль-

ных выбросов, безусловно, является очень важной задачей на сего-

дняшний день.

При выдаче рекомендаций о порядке учета ущерба людским и био-

тическим ресурсам, следует исходить из целесообразности эквивален-

тирования разнородных форм проявления природного и социально-

экономического ущерба.

Прямой экологический ущерб связан с ущербом природной сре-

де (табл. 2.6). Укажем на особенности оценки ущерба, обусловленно-

го непрерывными выбросами загрязняющих веществ в природную среду.

В соответствии с требованиями [65], для производственных и транс-

портных предприятий в расчетном периоде устанавливаются различ-

ные нормативы выплат за данные вредные выбросы: в пределах уста-

новленных для них лимитов и сверх них. Эти выплаты предназначают-

ся для снижения либо компенсации соответствующего социально-

экономического ущерба.

В случае не превышения предельно допустимых выбросов, вели-

чина выплат S

(руб) за них в атмосферу и водные объекты определя-

ется следующим образом:

 



 

1 1

Т Т

t tL

t t

S S S

(2.4)

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

, S

– затра-

ты на снижение токсодозы вредных выбросов в текущем году и приведенный ли-

мит таких выбросов, установленный с учетом вида загрязняющих веществ, их до-

пустимого объема и предельно допустимых концентраций в атмосферном воздухе

или воде, соответственно.

При превышении объема предельно допустимых выбросов соот-

ветствующие издержки предприятий S

(руб.) рассчитываются по урав-

нению

/dM

, (2.5)

где S

– затраты предприятия, необходимые для достижения установленного ли-

мита выбросов, руб/год; dM

– плановый приведенный объем вредных выбросов,

установленный предприятию в текущем году.

Косвенный ущерб включает убытки, понесенные вне зоны прямо-

го воздействия ЧС, вызванные в первую очередь нарушениями и из-

менениями в сложившейся структуре хозяйственных связей и инфра-

структуре [57]. К косвенному ущербу можно отнести и плохо поддаю-

щиеся стоимостной оценке отрицательные социальные эффекты.

Как и прямой, косвенный ущерб включает экономический, соци-

альный и экологический. В качестве оценки косвенного ущерба могут

использоваться экспертные оценки в долях от прямого ущерба, без де-

тализации и анализа отдельных составляющих.

Как показывает практика, приводимые статистические данные

о потерях отражают лишь прямые потери (стоимость основных фон-

дов, продуктов производства). Было установлено, что в нефтегазовой

промышленности прямые потери находятся в соотношении 1:30 с реаль-

ными расходами от потерь. Наиболее полно спектр экономических по-

терь описан в работе [66].

Ущерб от гибели флоры и фауны следует оценивать по ослабле-

нию энергонасыщенности соответствующих экосистем. Величину ущерба

можно считать пропорциональной энергопродуктивности уничтожен-

ных биоресурсов [67]. При этом стоимость энергии, утилизируемой

ими автотрофно, должна сопоставляться с затратами на ее получение

другими, «экологически чистыми» способами.

Анализ последовательности взаимосвязанных событий при ЧС по-

казывает: во-первых, ослабевает влияние исходного события, во-вторых,

возрастают трудности оценки косвенного ущерба [57].

Таким образом, в качестве оценки косвенного ущерба часто ис-

пользуется экспертная оценка в долях от прямого ущерба, без детали-

зации и анализа отдельных составляющих.

Если рассматривать косвенный ущерб более детально, целесооб-

разно анализировать, применительно к отдельным группам объектов,

косвенный ущерб от повреждения которых имеет ряд общих черт. Рас-

смотрим эти группы:

– элементы производства (и сами производства) сырьевой и про-

межуточной продукции в промышленности;

– элементы производства (и сами производства) конечной про-

дукции;

– организации и учреждения (и их элементы), как производите-

ли услуг населению;

– объекты природы и человеческой деятельности «непроизводст-

венно потребляемые» людьми.

При прогнозировании техногенного ущерба, в общем случае сле-

дует исходить из необходимости одновременного учета как риска, свя-

занного с возможностью появления аварийных происшествий, так и ущер-

ба, обусловленного загрязнением окружающей среды непрерывными

вредными выбросами производственных предприятий (рис. 2.1). При

этом вторая компонента рассматриваемых издержек является неиз-

бежным (по законам термодинамики) побочным результатом их функ-

ционирования, а размеры непрерывных энергетических и материальных

выбросов зависят от эффективности (коэффициента полезного дейст-

вия) используемых ныне технологических процессов [87].

Рис. 2.1. Диаграмма причинения техногенного ущерба объектам и ресурсам региона:

, Q

– условные вероятности; Y

, Y

– размеры ущерба

Результаты функциониров

ния

предприятия или процесса

Побочные

Полезная продукция

(вещество, энергия)

Материальные и энергетические о

ходы

(вредные выбросы)

Случайные авари

ные

(Q < 1)

Детерминистско

перм

нентные

(

равно или бли

ко 1)

Основные

Людские,

материальные

и природные

одновременно

Материал

ные

и природные

Лю

ские

и природные

Лю

ские

и материальные

Природные

Материальные

Людские

Лю

ские

издержки

Приро

ные

издержки

Материал

ные

издержки

гибель

травмирование

заболевание

гибель/травмирование

гибель/заболевание

травмирование/заболевание

гибель/травмирование/

заболевание

животные

растения

минералы

животные и растения

животные и минералы

растения и минералы

животные, растения

и минералы

прекращение функционирования

повреждение оборудования

повреждение сооружений

прекращение/функционирования

и повреждение /оборудования

прекращение/функционирования

и повреждение /сооружения

прекращение функционирования/

повреждение / оборудования /

сооружения

повреждение оборудования

и сооружения

Воздействие на персонал, оборудование, рабочую, окружающую антропоге

ную

и природную среду, население и внешнюю среду – взаимодействующие

с предприятием (процессом) объекты и ресурсы

…

Число соч

таний

из Э по Л человек

Число

сочет

ний из Я

по П видов и единиц

природных ресурсов

Число

сочет

ний из Ю

по М

единиц времени и сооружений

с оборудованием

Сумма чисел сочетаний произведения перечисленных вероятностей

причинения ущерба на его размеры

Изучение параметров общей модели прогноза техногенного рис-

ка показывает, что рассмотренные ранее подходы пока не позволяют

определить формы и размеры ущерба от аварийных происшествий

и непрерывных вредных выбросов. Для этого требуется дополнитель-

ная информация о закономерностях, связанных с их поглощением

и разрушительным воздействием на людские, материальные и при-

родные ресурсы [87].

Характеристики ущерба могут также служить информацией для

принятия решений при выработке стандартных и нормативных доку-

ментов.

Корректная оценка структуры ущерба требует точного фиксиро-

вания, относительно каких именно явлений и событий и с учетом ка-

ких факторов он определяется, т. е. необходимо основываться на прин-

ципе относительности ущерба.

В общем случае в состав ущерба от отказов могут войти следую-

щие составляющие:

 потери ресурсов при отказах;

 затраты на уменьшение потерь ресурсов при отказах;

 затраты на компенсацию негативных последствий отказов;

 затраты на снижение вероятности отказов;

 затраты на изменение критериев отказов.

Роль экономических показателей в вопросах анализа и синтеза

надежности технических систем делает весьма актуальным вопрос их

достоверного определения, как на этапах планирования, так и во вре-

мя эксплуатации технической системы. Ущерб от отказов является важ-

нейшим экономическим показателем надежности и служит связующим

и дополняющим звеном, позволяющим учесть сопряженный эффект

или сопряженные затраты, зависящие от уровня надежности, при рас-

чете экономической эффективности капитальных вложений и новой тех-

ники [31].

Самой общей вероятностной характеристикой случайной величи-

ны ущерба является функция распределения

     

F U dF x f U dU





 

 

(2.6)

где f(U) = dF/dU – плотность распределения вероятностей случайной величины

ущерба.

При оценке (прогнозе) в качестве ущерба U в общем случае ис-

пользуется средний ущерб от реализации опасного события  его ма-

тематическое ожидание

   

U M U f U dU



 



(2.7)

который, при наличии выборочных значений, вычисляется по формуле

i i

U Up





(2.8)

где p

– частота реализаций опасного события с размером ущерба U

Анализ последствий различных опасных событий показывает, что

удовлетворительное описание распределения опасных событий по раз-

меру ущерба достигается при использовании распределений с «тяже-

лыми правыми хвостами», в частности, таких широко используемых

распределений, как усеченное нормальное, логарифмически нормаль-

ное, распределение Вейбулла и ряд других [18].

Проще всего статистическое распределение реализаций события

по ущербу аппроксимировать усеченным нормальным распределением

со степенью усечения 0,5 [4]. Однако, чтобы точнее аппроксимировать

«хвост» распределения реализаций опасного события по ущербу (об-

ласть значительных последствий), целесообразно перейти к логариф-

мически нормальному распределению. Логарифмически нормальному

распределению подчиняется положительная случайная величина, лога-

рифм которой распределен по нормальному закону. При определении

параметров распределения  и  по имеющейся статистике (реализаци-

ям опасного события) вместо U следует использовать значения lnU.

При значительном разбросе, характерном для последствий ряда

опасных событий, распределение ущерба хорошо описывает закон Вей-

булла с параметрами масштаба a и формы b [4; 18]:

   



   

     

    

   

     

     

   

   

1 exp ; exp .

b b b

U b U U

F U f U

a a a a

(2.9)

В частности, распределением Вейбулла описывается число постра-

давших и погибших в результате взрывов и пожаров [68].

Опасные события по степени тяжести последствий могут распре-

деляться по классам. Так, чрезвычайные ситуации природного и техно-

генного характера делятся на 6 классов [40]: местные, локальные, тер-

риториальные, региональные, федеральные и трансграничные. При на-

личии распределения реализаций опасного события по ущербу доля

реализаций j-го (j = 16) класса определяется соотношением

= P(U

jн

< U < U

jв

), (2.10)

где U

jн

и U

jв

– нижнее и верхнее критериальные значения для отнесения реали-

зации опасного события к j-му классу.

Имея прогноз математического ожидания числа реализаций n(t)

за рассматриваемый интервал времени, можно оценить число реализа-

ций, относящихся к j-му классу по степени тяжести:

(t) = n(t)q

. (2.11)

Соотношение (2.11) удобно использовать для прогнозирования

математического ожидания числа редких событий, находящихся на «хво-

сте» распределения реализаций опасного события по ущербу (феде-

ральных и трансграничных). Для решения этой задачи в соответствии

с (2.11) должны быть известны прогноз общего числа ЧС, вид и пара-

метры формы распределений ЧС по ущербу.

В общем случае возможные последствия опасного события характеризуются

многомерным случайным вектором. Например, последствия чрезвычайных ситуа-

ций природного и техногенного характера характеризуются четырехмерным векто-

ром [40] (см. табл. 1.5). При рассмотрении последствий опасного события в мно-

гомерном пространстве параметров в последнем будет определен многомерный

случайный вектор U возможных последствий опасного события. Статистика реа-

лизаций опасного события за год представляет собой конечную выборку объемом

N с элементами U

(r = l, 2, 3, 4; k = 1, ..., N). При t   в неизменных усло-

виях получим генеральную совокупность, описываемую многомерной функцией

распределения F(U), которой принадлежит статистика реализаций опасного со-

бытия за год.

В многомерном случае вместо формулы (2.10) целесообразно использовать

более общий подход, основанный на переходе к описанию последствий дискрет-

ными переменными z = {z

, j = 1, ..., m}, задающими класс реализации опасного

события [4]: например, z

– локальная, z

– местная, z

– территориальная, z

–

региональная, z

– федеральная, z

– трансграничная чрезвычайные ситуации.

Каждый класс определяется четырьмя параметрами, выявляемыми на непрерывном

множестве состояний и характеризующими последствия чрезвычайных ситуаций:

– количество пострадавших; U

– количество людей, у которых оказались на-

рушенными условия жизнедеятельности; U

– размер материального ущерба; U

–

размер зоны распространения поражающих факторов.

Размер ущерба зависит от многих причин: числа объектов, попав-

ших в зону действия поражающих факторов опасного явления, возмож-

ности формирования, в случае их разрушения, вторичных поражаю-

щих факторов для других объектов и людей и др.

Результатом воздействия негативных факторов на людей могут

быть заболевания, травмы и смерть. Поэтому при определении соци-

ального риска в результате ЧС в качестве ущерба рассматривается

число погибших и пострадавших. Для его оценки – факт нахождения

людей в момент опасного явления в зданиях и сооружениях (простран-

ственный и временной факторы, учитывающие возможность воздейст-

вия на людей более опасных, чем первичные факторы опасного явле-

ния, вторичных поражающих факторов, возникающих при разрушении

зданий).

По совокупности возможных опасных явлений последствия ини-

циированных ими ЧС характеризуются случайной величиной ущерба.

Возможность наступления ущерба за фиксированный интервал времени

характеризуется риском. Его причиной являются имеющиеся на рас-

сматриваемой территории источники опасности.

2.3. ВЗАИМОСВЯЗЬ УЩЕРБА С РИСКОМ

Угроза для жизнедеятельности человека, а также и объектов тех-

носферы, созданной им в целях удовлетворения своих потребностей,

и используемых частей природной среды реализуется в виде негатив-

ных воздействий, которые могут привести к стихийным бедствиям,

авариям и катастрофам на объектах техносферы. Эти события связаны

с ущербом в результате ЧС природного, техногенного, биолого-соци-

ального и экологического характера.

Ущерб  это результат негативного изменения состояния объек-

тов вследствие каких-либо событий, явлений или действий, выражаю-

щийся в нарушении их целостности или ухудшении других свойств;

фактические или возможные социальные и экономические потери, на-

рушение процесса нормальной хозяйственной деятельности, утрата соб-

ственности, материальных, культурных, исторических или природных

ценностей и (или) ухудшение окружающей природной среды [4].

Понятие последствий стихийного бедствия или аварии носит обоб-

щенный, неэкономический характер, в то время как понятие ущерба есть

экономическая количественная величина, которая должна представлять-

ся в стоимостном выражении, т. е. ущерб  оцененные последствия [69].

Оценка ущерба заключается в определении его величины в натуральном

или денежном выражении (экономическая оценка ущерба).

Классификация видов ущерба приведена на рис. 2.2 [4].

Общий

Полный

Виды ущерба

Прямой

Косвенный

В зависимости

от решаемой задачи

Оценка

(фактический)

Прогноз

(предполагаемый)

По объектам

воздействия

Отдельные люди

(медико-биологический)

Население, общество

(социальный)

Природная среда

(экологический)

Экономика (социально-

экономический)

Государство

(социально-политический)

По месту

относительно

воздействующих

факторов

Косвенный

отдаленный

(во времени)

Рис. 2.2. Классификация видов ущерба