Яковлев В.В. Экологическая безопасность, оценка риска

Подождите немного. Документ загружается.

Санкт-Петербургский государственный

политехнический университет

В.В. Яковлев

Экологическая безопасность,

оценка риска

Рекомендовано УМО по университетскому политехническому

образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных

заведений, обучающих по направлениям подготовки

220100 – «Системный анализ и управление» и

280100 – «Безопасность жизнедеятельности»

Санкт-Петербург

2007

УДК 335.58, 339.9, 631.3, 658.518

ББК 68.9 я 73

Рецензенты:

Главный научный сотрудник НИЦ 26 ЦНИИ МО,

заслуженный деятель науки России,

доктор технических наук, профессор Беляев В.С.

Председатель Санкт-Петербургского отделения

Секции геополитики и безопасности Российской Академии Естественных наук

доктор технических наук, профессор Митько В.Б.

Доктор технических наук, профессор Яковлев Вячеслав Владимирович

Экологическая безопасность, оценка риска.

Монография. – СПб.: Санкт-Петербургский государственный политехнический

университет 476с., библ.-54.

В книге на основе системного подхода исследована проблема экологической

безопасности от определений до числовых значений результатов воздействия на

среду обитания и человека. Приведены действующие методики оценки послед-

ствий аварийных ситуаций с углеводородами, даны сравнения результатов рас-

четов, выполненных по различным методикам.

Монография рассчитана на подготовленного читателя. Она может быть полезна

для студентов старших курсов и аспирантов, изучающих инженерные дисцип-

лины по экологической безопасности и инженерно-техническим мероприятиям

предупреждения чрезвычайных ситуаций техногенного характера, а также для

преподавателей и специалистов, работающих в области обеспечения безопасно-

сти и снижения рисков обращения с нефтью

, нефтепродуктами, нефтяными и

природными газами.

Оглавление:

Введение.................................................................................................................................... 6

1. Определение экологической безопасности и экологического риска. ...............Ошибка!

Закладка не определена.

2. Состояние окружающей среды в Санкт-Петербурге...................Ошибка! Закладка не

определена.

2.1. Здоровье населения Санкт-Петербурга........... Ошибка! Закладка не определена.

2.2. Гигиена атмосферного воздуха........................ Ошибка! Закладка не определена.

2.3. Водные объекты и водоснабжение города. .... Ошибка! Закладка не определена.

2.4. Гигиена почвы. .................................................. Ошибка! Закладка не определена.

2.5. Физические факторы и их воздействие на окружающую среду.................Ошибка!

Закладка не определена.

2.6. Химические загрязнения. ................................. Ошибка! Закладка не определена.

3. Нормативно-правовое обеспечение и управление в сфере природопользования и

экологической безопасности....................................... Ошибка! Закладка не определена.

3.1. Международные конвенции............................. Ошибка! Закладка не определена.

3.2. Экологическое законодательство Российской Федерации..Ошибка! Закладка не

определена.

3.3. Законодательство Санкт-Петербурга в области природопользования, охраны

окружающей среды и обеспечения экологической безопасности...Ошибка! Закладка

не определена.

3.4. Организация государственного управления в сфере обеспечения экологической

безопасности. ............................................................ Ошибка! Закладка не определена.

3.4.1. Федеральные органы исполнительной власти в области обеспечения

экологической безопасности............................... Ошибка! Закладка не определена.

3.4.2. Организация охраны окружающей среды и обеспечения экологической

безопасности в Санкт-Петербурге...................... Ошибка! Закладка не определена.

4. Простейшие аналитические модели популяционной динамики.Ошибка! Закладка не

определена.

4.1. Динамика средних ............................................ Ошибка! Закладка не определена.

4.2. Принцип квазирегулярности............................ Ошибка! Закладка не определена.

4.3. Предельное поведение средних численностей состояний ...Ошибка! Закладка не

определена.

4.4. Анализ средних численностей популяций...... Ошибка! Закладка не определена.

5. Логистические модели популяционной динамики. .....................Ошибка! Закладка не

определена.

5.1. Однородная изолированная популяция в неизменной среде....Ошибка! Закладка

не определена.

5.2. Модель обобщенной логистической популяции..................Ошибка! Закладка не

определена.

5.3. Динамика численности популяции в периодической среде.Ошибка! Закладка не

определена

6. Методы оценки экологического риска................... Ошибка! Закладка не определена.

6.1. Общие положения. ............................................ Ошибка! Закладка не определена.

6.2. Оценка риска...................................................... Ошибка! Закладка не определена.

6.2.1. Качественные методы анализа риска. ...... Ошибка! Закладка не определена.

6.2.2. Количественные методы оценки риска.... Ошибка! Закладка не определена.

6.2.3. Методика оценки ущерба от аварий......... Ошибка! Закладка не определена.

6.3. Управление риском. .......................................... Ошибка! Закладка не определена.

7. Принятие решений в условиях неопределенности на основе теории игр ........Ошибка!

Закладка не определена.

8. Интервальное оценивание числовых характеристик...................Ошибка! Закладка не

определена.

8.1. Законы распределения случайных величин и их параметры....Ошибка! Закладка

не определена.

8.2. Метод максимального правдоподобия оценок параметров генерального

распределения........................................................... Ошибка! Закладка не определена.

8.3. Проверка гипотезы о законе распределения генеральной совокупности..Ошибка!

Закладка не определена.

8.4. Точность и надежность оценки вероятности реализации события с помощью его

относительной частоты при большом объёме выборки ..............Ошибка! Закладка не

определена.

8.5. Доверительный интервал для математического ожидания нормальной

генеральной совокупности ...................................... Ошибка! Закладка не определена.

8.6. Доверительный интервал для среднего квадратического отклонения нормальной

генеральной совокупности. ..................................... Ошибка! Закладка не определена.

8.7. Проверка статистических гипотез. .................. Ошибка! Закладка не определена.

8.8. Проверка гипотезы о равенстве математических ожиданий двух нормальных

генеральных совокупностей.................................... Ошибка! Закладка не определена.

8.9. Проверка гипотезы о равенстве математических ожиданий любых генеральных

совокупностей при достаточно большом объеме выборок.........Ошибка! Закладка не

определена.

9. Нефть и нефтепродукты – основные источники загрязнения окружающей природной

среды.............................................................................. Ошибка! Закладка не определена.

9.1. Нефть и политика. ............................................. Ошибка! Закладка не определена.

9.2. Особенности загрязнения среды нефтепродуктами. ............Ошибка! Закладка не

определена.

9.3. Источники поступления нефти в окружающую среду. ........Ошибка! Закладка не

определена.

10. Сухопутные виды транспортировки нефти и нефтепродуктов. ....Ошибка! Закладка

не определена.

10.1. Магистральные трубопроводные системы...Ошибка! Закладка не определена.

10.2. Перевозка нефтепродуктов железнодорожным и автомобильным

транспортом. ............................................................. Ошибка! Закладка не определена.

11. Водные виды транспорта нефтепродуктов.......... Ошибка! Закладка не определена.

11.1. Прогнозирование возможных разливов нефти и нефтепродуктов в зоне

ответственности администрации Санкт-Петербурга...................Ошибка! Закладка не

определена.

12. Методы расчета параметров распространения нефтяного пятна по водной и твердым

поверхностям. ............................................................... Ошибка! Закладка не определена.

12.1. Растекание нефти и нефтепродуктов по водной поверхности..................Ошибка!

Закладка не определена.

12.2. Аварийное

истечение вязких жидкостей из резервуаров различной формы.

.................................................................................... Ошибка! Закладка не определена.

12.3. Оценка растекания нефтепродуктов по твердой подстилающей

поверхности. ............................................................. Ошибка! Закладка не определена.

13. Испарение разлитых по твердым поверхностям горючих и

легковоспламеняющихся жидкостей. ........................ Ошибка! Закладка не определена.

14. Воздействие поражающих факторов при горении и взрыве паров

нефтепродуктов. ........................................................... Ошибка! Закладка не определена.

14.1. Пожары нефтепродуктов в резервуарах........ Ошибка! Закладка не определена.

14.2. Тепловое воздействие на среду обитания пожаров разлития. Ошибка! Закладка

не определена.

14.3. Оценка воздействия тепловой радиации «огненного шара». .Ошибка! Закладка

не определена.

14.4. Взрывное горение паровоздушных и газовоздушных смесей. .................Ошибка!

Закладка не определена.

14.5. Упрощенный алгоритм оценки вероятности поражения объекта воздушной

ударной волной......................................................... Ошибка! Закладка не определена.

15. Нефтяные и природные газы................................. Ошибка! Закладка не определена.

15.1. Общая характеристика природных и нефтяных газов........Ошибка! Закладка не

определена.

15.2. Транспортировка газов. .................................. Ошибка! Закладка не определена.

15.2.1. Магистральные газопроводные системы. .....................Ошибка! Закладка не

определена.

15.3. Сжатые нефтяные газы. .................................. Ошибка! Закладка не определена.

15.4. Сжиженные нефтяные газы............................ Ошибка! Закладка не определена.

15.5. Особенности транспортировки сжиженных нефтяных газов. Ошибка! Закладка

не определена.

16. Аварии со сжатыми и сжиженными газами. ....... Ошибка! Закладка не определена.

16.1. Взрывы газовоздушных смесей в открытом пространстве.....Ошибка! Закладка

не определена.

16.2. Аварийные разрушения сосудов с газами под давлением. Ошибка! Закладка не

определена.

16.3. Затекание газа в помещение из сосуда с высоким давлением..................Ошибка!

Закладка не определена.

17. Расчеты платежей за нарушение экологической безопасности.....Ошибка! Закладка

не определена.

17.1. Расчет платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. ..............Ошибка!

Закладка не определена.

17.2. Расчет платы за сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные

водные объекты. ....................................................... Ошибка! Закладка не определена.

17.3. Расчет платы за загрязнение почвы............... Ошибка! Закладка не определена.

17.4. Расчет платы за размещение отходов............ Ошибка!

Закладка не определена.

17.5. Расчет платы за негативное воздействие на биологические ресурсы......Ошибка!

Закладка не определена.

17.6. Расчет платы за нанесение ущерба окружающей среде при аварийных

ситуациях с нефтью и нефтепродуктами. .............. Ошибка! Закладка не определена.

Заключение. .................................................................. Ошибка! Закладка не определена.

Литература. ................................................................... Ошибка! Закладка не определена.

Введение.

Настоящая монография разработана на основе лекционного материа-

ла многолетней практики подготовки инженеров – экологов и инженеров

по обеспечению безопасности в чрезвычайных ситуациях Инженерно-

Строительного факультета и факультета Безопасности Санкт-

Петербургского государственного политехнического университета.

Содержание пособия условно можно разделить на:

- краткое изложение

основ теории экологической безопасности;

- определение экологического риска;

- инженерные методы оценки последствий техногенного воздействия

на среду обитания и человека;

- современное состояние окружающей среды в Санкт-Петербурге;

- нормативно-правовое обеспечение экологической безопасности;

- методы принятия решений в условиях неопределенности, обобще-

ния результатов наблюдений (измерений).

Основная часть материалов монографии посвящена обращению с

нефтью, нефтепродуктами, нефтяными и природными газами, как основ-

ными загрязнителями окружающей природной среды, источниками воз-

действия на объекты экономики и человека в аварийных ситуациях.

Пособие состоит из введения, 17 разделов, заключения и списка

ис-

пользованных литературных источников.

Первые пять разделов посвящены формированию понятийного аппа-

рата, современному состоянию нормативно-правовых основ экологической

безопасности, простейшим моделям популяционной динамики. Среди раз-

личных толкований экологическая безопасность определена как состояние

устойчивого динамического равновесия биосферы, что вызвало необходи-

мость рассмотрения простейших математических моделей развития попу-

ляций на основе динамики средних

и логистики. Здесь же произведена

оценка состояния окружающей среды в Санкт-Петербурге и приведены ос-

новные документы по нормативно-правовому обеспечению экологической

безопасности и природопользования.

Основные материалы по оценке риска, в том числе экологического

изложены в разделах 6 и 17. Учитывая неоднозначность толкования риска

как такового, меры риска и его места в

общей системе обеспечения безо-

пасности, автор счел возможным представить различные точки зрения на

проблему без расстановки приоритетов, оставив эту возможность для чи-

тателя.

В шестом разделе содержатся решения некоторых задач управления

риском в динамической постановке, например, транспортная задача, разви-

тие которой может послужить интересным материалом для теоретических

и практических приложений.

Раздел

17 определяет порядок расчета за нанесенный экологический

ущерб в соответствии с нормами, действующими на момент завершения

работы над монографией.

Разделы 7 и 8 посвящены правилам принятия решений в условиях

неопределенности на основе краткого изложения теории игр, и обработке

результатов наблюдений (измерений) методами математической статисти-

ки.

Существенное внимание в пособии (разделы 9…16) уделено нефти,

нефтепродуктам,

сжатым и сжиженным углеводородным газам.

Разделы 9, 10, 11 содержат материалы по общим свойствам нефте-

продуктов, способам их добычи, транспортировки, хранения, наиболее ха-

рактерным аварийным ситуациям.

Двенадцатый раздел посвящен методам расчета параметров нефтяно-

го пятна при растекании нефтепродуктов по водной и твердым подсти-

лающим поверхностям с учетом испарения или горения нефтепродуктов.

13 и 14 разделы содержат методики определения массы испаривших-

ся нефтепродуктов в процессе их испарения и методики оценки воздейст-

вия поражающих факторов при горении и взрыве паров нефтепродуктов в

открытом пространстве и в помещениях.

В разделах 15, 16 рассмотрены особенности добычи, транспорти-

ровки и использования нефтяных и природных газов. Приведены совре-

менные методики оценки

последствий пожаров, взрывов газовоздушных

смесей, а также методики оценки последствий взрывов сосудов, содержа-

щих газ под давлением (взрыв “BLEVE”).

Практически все разделы и их логические окончания содержат рас-

четные примеры или алгоритмы, реализованные в виде программ на пер-

сональных компьютерах, способствующие повышению эффективности

восприятия материала.

Автор выражает искреннюю благодарность коллегам по кафедрам

«Архитектурное строительство и экологическая безопасность», «Управле-

ние и защита в чрезвычайных ситуациях» Инженерно-строительного фа-

культета и факультета Безопасности Санкт-петербургского государствен-

ного политехнического университета, а также коллегам по Российской

Академии Естественных Наук и Санкт-Петербургской Академии Арктиче-

ских Наук, за внимательное отношение к содержанию монографии, полез-

ные советы, доброжелательную

критику отдельных положений. К сожале-

нию, не все рекомендации удалось реализовать. Однако, автор надеется

продолжить работы в направлении повышения безопасности и учесть

предложения ведущих ученых в области защиты окружающей среды и че-

ловека от негативного воздействия в повседневности и в экстремальных

ситуациях.

1. Определение экологической безопасности и экологического риска.

Термин «экология» впервые был предложен в 1866 г. выдающимся

немецким биологом, эволюционистом и зоологом Эрнстом Геккелем (1834

- 1919). Возникнув как чисто биологическая дисциплина, экология разви-

лась со временем в комплексную науку, обозначающую совокупность зна-

ний и теоретических представлений о взаимоотношениях растений и жи-

вотных как между собой, так и с абиотическим (неживым)

окружением.

Экологию интересует взаимодействие организмов и среды, которое опре-

деляет развитие, размножение и выживание особей, структуру и динамику

популяций, развитие сообществ животных, растений и микроорганизмов, а

также воздействие на все эти организмы хозяйственной деятельности че-

ловека. Возникает проблема экологической безопасности.

Существует несколько определений экологической безопасности,

среди которых трудно выбрать наиболее правильное

или вполне адекват-

ное представлению о безопасности в целом и об экологической безопасно-

сти в частности. Несколько примеров.

Совет Безопасности Российской Федерации использует следующую

формулировку: «Экологическая безопасность – процесс обеспечения за-

щищенности жизненно важных интересов личности, общества, природы и

государства от реальных и потенциальных угроз, создаваемых антропоген-

ными или естественными воздействиями на окружающую среду. Система

экологической безопасности – совокупность законодательных, техниче-

ских, медицинских и биологических мероприятий, направленных на под-

держание равновесия между биосферой и антропогенными, а также естест-

венными внешними нагрузками» [1].

С этим определением можно было бы согласиться, но безопасность –

это не процесс, это состояние, что подтверждается рядом нормативных до-

кументов, например, Законом РФ от 21.07.97 г.

№ 116-ФЗ «О промышлен-

ной безопасности опасных производственных объектов», где безопасность

определена как «состояние защищенности жизненно важных интересов

личности и общества…» [3].

Пособие [5] под безопасностью экологической подразумевает «сово-

купность состояний, процессов и действий, обеспечивающих экологиче-

ский баланс в окружающей среде и не приводящих к жизненно важным

ущербам (или угрозам таких ущербов), наносимым

природной среде и че-

ловеку».

Сборник [7] содержит следующее определение. «Экологическая

безопасность – это состояние защищенности природной среды и жизненно

важных интересов человека от возможных воздействий хозяйственной и

иной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного

характера, их последствий. Экологическая безопасность обеспечивается за

счет предотвращения возникновения чрезвычайных ситуаций техногенно-

го характера и снижения

их негативных последствий».

Член-корреспондент РАН, профессор Федоров М.П. определяет эко-

логическую безопасность как «состояние, при котором взаимодействие

природного комплекса и человека определяется как устойчивое (го-

меостатическое)» [2].

Это определение требует расшифровки целого ряда понятий:

• гомеостаз

- состояние подвижного равновесия (или устойчивого

неравновесия) экосистемы, поддерживаемое сложными приспо-

собительными реакциями входящих в нее живых организмов;

• система экологическая

(экосистема) - взаимодействующие путем

вещественного обмена живое сообщество (биоценоз) и окру-

жающая среда (биотоп). Экосистема – основная функциональная

единица в экологии, ее компоненты (живая и неживая среда) вза-

имно влияют на свойства друг друга и необходимы для поддер-

жания жизни в той форме, которая существует на Земле;

• биосфера

– область распространения жизни на земном шаре, т.е.

населенная организмами атмосфера, земная кора (литосфера),

гидросфера (включая грунтовые, поверхностные воды, а также

воды морей и океанов).

Последнее определение может иметь следующую трактовку:

Экологической безопасностью называется состояние устойчиво-

го динамического равновесия биосферы.

Из приведенного определения следует, что одной из главных про-

блем

экологической безопасности является проблема устойчивости экоси-

стем. Говорят, что экосистема «устойчива» или «стабильна», если относи-

тельная численность представителей различных видов в течение достаточ-

но длительного времени либо остается неизменной, либо регулярно воз-

вращается к одному и тому же соотношению. Совершенно очевидно, что

устойчивость в этом смысле — свойство относительное, динамичное, а не

абсолютное. Ни одна экосистема не может сохранять устойчивость в тече-

ние бесконечно долгого времени, однако некоторые из них более стабиль-

ны, чем другие [4].

В XX веке возникло учение замечательного естествоиспытателя и

глубокого мыслителя Владимира Ивановича Вернадского (1863 - 1945).

Академик Вернадский был человеком, который впервые показал, что весь

облик Земли, структура ее атмосферы и

гидросферы обязаны жизни, ее

разносторонним проявлениям. Он разработал теорию, которая вскрывает

глубокие взаимосвязи между развитием жизни и эволюцией нашей плане-

ты, заложил основу количественной оценки огромной роли живых орга-

низмов в энергетике и геохимии поверхности Земли.

Для людей XXI века особое значение играют идеи В.И. Вернадского

о жизни как явлении космическом

, о фазах ее эволюции и о ноосфере.

Ноосфера — новая высшая стадия биосферы — сфера разума, свя-

занная с возникновением на Земле человечества, оказывающего опреде-

ляющее воздействие на эволюцию Земли.

В обозримой для современного человечества сфере, будь то биосфе-

ра или ноосфера, действуют всего три простых основополагающих прин-

ципа:

- все рождается

, размножается и умирает;

- компенсация расхода жизненных сил (энергии) осуществляется за

счет потребления (угнетения) низших (сильный выживает за счет

слабого);

- никто и ничто не исчезает бесследно.

Таким образом, проблема устойчивости биосферы и ноосферы вклю-

чает проблемы взаимоотношений всех ее представителей.