Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Рабочая программа'
Основной целью является формирование у будущих специалистов компетенций переводчика, которые позволят им выступать в роли профессионального посредник...полностью>>
'Документ'
Применительно к отечественной традиции принципиальное значение приобретает осмысление и содержательная характеристика основных приоритетов идеологиче...полностью>>
'Конкурс'
1.1. Конкурс сочинений, посвящённый 65-й годовщине Победы в Великой Отечественной войне, проводится городской школой «Интеллект будущего» комитета об...полностью>>
'Программа дисциплины'
Дисциплина изучается продолжительностью 15 недель. Общая трудоемкость дисциплины 135 часов, из них 45 часов отведено на занятия в аудитории и 90 часо...полностью>>

Тимофеева екатерина Александровна расчеты риска в гидротехническом строительстве

Главная > Автореферат
Сохрани ссылку в одной из сетей:

На правах рукописи

ТИМОФЕЕВА

Екатерина Александровна

РАСЧЕТЫ РИСКА В ГИДРОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Специальность 05.23.07. – Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Москва 2009 г.

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Ордена Трудового Красного Знамени комплексный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии «НИИ ВОДГЕО» (ОАО «НИИ ВОДГЕО»).

Научный руководитель:

кандидат технических наук

Кузьмин Владимир Викторович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Ляпичев Юрий Петрович

кандидат технических наук

Тейтельбаум Анатолий Исаакович

Ведущая организация

Южный филиал ООО «Газпромэнерго»

Защита диссертации состоится 25 ноября 2009 г. в 11 час. 00 мин. на заседании диссертационного cовета Д. 303.004.01 в ОАО «НИИ ВОДГЕО» по адресу: 119048, Москва, Г-48, Комсомольский проспект, д. 42, стр. 2

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, с подписью автора, заверенной печатью организации, направлять по тому же адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НИИ ВОДГЕО» тел. (499) 245-95-53, 245-95-56, факс (499) 245-96-27.

Автореферат разослан « » октября 2009г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук

Ю.В.Кедров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы :

К настоящему времени разработаны научно-методические основы оценки риска в различных областях деятельности человека. Наибольшие успехи в области оценки риска достигнуты в области задач обеспечения промышленной безопасности - в первую очередь для аварийных ситуаций, связанных с пожарами, взрывами, выбросами отравляющих химических веществ и т.п. В значительной мере разработана методология оценки риска для здоровья и безопасности человека при загрязнении различных элементов окружающей природной среды.

В последнее десятилетие активно проводятся исследования в области «управления рисками» для обеспечения геологической безопасности территорий и в области гидротехнического строительства.

Чрезвычайная важность задач обеспечения безаварийного функционирования гидротехнических сооружений связана с масштабами ущербов, к которым приводят аварии на этих сооружениях.

Годовой ущерб для территорий РФ (данные 2006 г.) от негативного воздействия подземных и поверхностных вод оценивается общей суммой 108.6 млрд.руб., в том числе от паводков, наводнений и затоплений 30 млрд.руб., от водной эрозии и обрушений берегов 23.5 млрд.руб., от водной эрозии почв (с/х угодья, лесное хозяйство, пашни) – 10 млрд.руб. в год. Согласно выполненным исследованиям повреждения различного рода имели место на 7 % зарегистрированных плотин из грунтовых материалов.

Аварии на гидротехнических сооружениях, в ряде случаев, имеют катастрофические последствия, связанные с гибелью значительного числа людей, огромным материальным ущербом, негативным социально-политическим резонансом.

Важность обеспечения безопасности функционирования гидротехнических сооружений получила отражение в ряде законодательных актов, прежде всего в законах: «О ЗАЩИТЕ НАСЕЛЕНИЯ И ТЕРРИТОРИЙ ОТ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА», «О БЕЗОПАСНОСТИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ», « О ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ».

Повышение безопасности функционирования гидротехнических сооружений напрямую связано с оценкой текущего состояния сооружений, повышением надежности методов оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций, достоверностью прогнозирования сценариев развития и учета социальных, экономических последствий аварийных ситуаций.

Это определяет высокую актуальность выполненных исследований, посвященных разработке методов оценки вероятности возникновения аварий, величины риска и ущерба в зависимости от критериев, определяющих надежность и безопасность функционирования гидротехнических сооружений.

Целью диссертационной работы являлась разработка методов интегральной вероятностной оценки риска аварий на гидротехнических сооружениях и связанных с ними прямых и косвенных рисков и ущербов.

Основные задачи диссертационной работы включали:

-обобщение процедур и алгоритмов вероятностной оценки риска возникновений аварийных ситуаций, связанных с эксплуатацией опасных промышленных объектов;

- разработка математической модели оценки вероятностей возникновения аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях;

- разработка методики интегральной вероятностной оценки риска и ущерба при авариях на гидротехнических сооружениях с учетом основных значимых параметров (превышением допустимых нагрузок и воздействий, проектных решения, условий эксплуатации сооружения, вероятных последствий и др.);

- разработка методики интегральной вероятностной оценки риска и ущерба при затоплении территорий;

- разработка методики вероятностной оценки косвенных рисков и ущербов, связанных с авариями на гидротехнических сооружениях;

- параметрическое обеспечение задач оценки рисков и ущербов в области гидротехнического строительства;

- адаптация разработанных методик оценки риска и ущерба к требованиям руководящих документов по декларированию безопасности гидротехнических сооружений;

- адаптация разработанных алгоритмов оценки риска к задачам страхования;

- апробация и внедрение разработанных методик и моделей в задачах оценки риска на объектах народного хозяйства.

Научная новизна полученных результатов

В представленной диссертационной работе получены следующие результаты, имеющие научную новизну:

- разработана математическая модель оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях;

- выполнено теоретическое обоснование и предложена методика вероятностной оценки риска аварий в зависимости от интегральной характеристики состояния гидротехнических сооружений;

- разработаны алгоритмы для определения интегрального состояния гидротехнических сооружений на основе сочетания основных значимых критериев, характеризующих уязвимость сооружения и опасность при аварии;

- разработана методика вероятностной оценки риска и ущерба при затоплении в зависимости от основных значимых критериев, характеризующих уязвимость и опасность для рассматриваемых территорий при затоплении;

- разработаны алгоритмы комплексной оценки риска и ущербы для аварий на гидротехнических сооружениях с учетом косвенных рисков.

Личный вклад соискателя и методический уровень проведенных исследований

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Ордена Трудового Красного Знамени комплексный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии «НИИ ВОДГЕО» (ОАО «НИИ ВОДГЕО»).

Автором была осуществлена постановка проблемы и определены пути ее решения:

- выполнено теоретическое обобщение процедур оценки риска аварий на опасных промышленных объектах, разработан аппарат оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций в зависимости от значимых критериев, интегрально характеризующих состояние сооружения;

- разработаны методики и алгоритмы вероятностной оценки риска и ущерба при авариях на гидротехнических сооружениях, затоплении территорий, оценки косвенных рисков;

- выполнена апробация и внедрение разработанных методик и моделей в практику решения задач по оценке безопасности промышленных объектов и гидротехнических сооружений.

Все результаты, приведенные в диссертации и имеющие научную новизну, получены лично автором.

При выполнении исследований автором использовалась современная методология оценки риска аварий на опасных объектах, современные методы численного моделирования, современные экспертные базы данных.

Практическая значимость исследований

Полученные результаты являются научно- методической базой при выполнении широкого круга задач в области гидротехнического строительства:

- оценке состояния гидротехнических сооружений;

- оценке рисков и ущербов, связанных с авариями на существующих (проектируемых) гидротехнических сооружений;

- ранжировании территорий по степени их безопасности;

- разработке инженерных мероприятий и принятии управленческих решений по достижению допустимой величины риска.

Результаты исследований были использованы при решении задач, связанных с оценкой безопасности объектов ООО «Астраханьгазпром», Южного филиала ООО «Газпромэнерго», МУП «Астрводоканал», ООО «Локомотив» (г.Астрахань), ОАО «Саратовский нефтеперерабатывающий завод», ООО «Саратоворгсинтез», Морской торговый порт Оля Астраханской области и др.

На защиту выносятся:

- методика интегральной вероятностной оценки риска и ущерба при авариях на гидротехнических сооружениях;

- методика интегральной вероятностной оценки риска и ущерба при затоплении территорий;

- модель оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций на основе учета основных значимых критериев безопасности гидротехнических сооружений;

- алгоритмы определения интегральных характеристик уязвимости и опасности аварий на гидротехнических сооружениях;

- алгоритмы определения интегральных характеристик уязвимости и опасности для территорий при их затоплении.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на семинарах «Гидротехника, инженерная гидрогеология и гидравлика» во ФГУП НИИ ВОДГЕО (2004, 2005 г.г.), Международном конгрессе ЭКВАТЭК– 2008, первой Всероссийской конференции гидрогеологов ( 2008г.), пятой Международной выставке и конгрессе по управлению отходами и природоохранными технологиями ВэйстТэк – 2007.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, из них 2 статьи опубликованы в ведущем рецензируемом научном журнале, входящем в список, определенный Высшей Аттестационной Комиссией (ВАК).

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения. Общий объем работы 163 страницы, включая 59 таблиц, 26 рисунков. Список литературы включает 109 наименований отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертационной работы дается обзор существующих методов оценки риска и их применение в различных областях человеческой деятельности. Активное развитие и внедрение методологии оценки риска относиться к 70-м годам прошлого века и связано, в первую очередь, с принятием США, Японией, рядом стран Западной Европы законов по безопасности и страхованию населения от природных и техногенных катастроф. Толчком для развития теории оценки рисков явилась замена концепции «абсолютной надежности» на концепцию «допустимого риска».

Проводниками концепции «допустимого риска» в России стали В.А. Легасов, С.Т.Беляев, В.А.Еременко, О.И.Ларичев, И.И.Кузьмин и другие специалисты, проводившие свои исследования преимущественно в области промышленной безопасности. Развитие методологии оценки риска в области гидротехнического строительств в значительной степени связано с трудами Куранова Н.П., Розанова Н.., Сафронова, Беллендир Е. Н., Никитиной Н. Я., Сольского С. В., Стефанишина Д. В., Векслера А. Б., Добрынина С. Н., Радченко В. Г. и др.

К настоящему времени терминология и основные положения оценки риска, в первую очередь – в области промышленной безопасности, в достаточной степени унифицированы и адаптированны к существующим мировым процедурам оценки риска, даны определения индивидуального, социального и еще целого ряда рисков.

Под индивидуальным риском предложено понимать вероятность (частоту) возникновения поражающих воздействий определенного вида. Социальный риск – зависимость частоты возникновения событий, вызывающих смертельное поражение определенного числа людей, от общего числа людей в зоне аварии. Технический риск – вероятность отказа технических устройств с последствиями определенного уровня (класса) за определенный период функционирования опасного производственного объекта. Потенциальный территориальный риск (или потенциальный риск) определен, как частота реализации поражающих факторов аварии в рассматриваемой точке территории.

Коллективный риск – ожидаемое количество пораженных в результате возможных аварий за определенный период времени. Ожидаемый ущерб – математическое ожидание величины ущерба от возможной аварии за определенный период времени.

Определено, что процедура оценки риска (получения количественных оценок вероятной опасности) заключается в последовательном решении следующих задач:

- построении и анализе возможных сценариев возникновения и развития аварии;

- выборе основных, определяющих сценариев и их ранжирование;

- оценке вероятности (частоты) реализации каждого сценария;

- построению полей поражающих факторов, возникающих при различных сценариях развития аварии;

- оценке последствий воздействия поражающих факторов аварии на людей, материальные объекты и т.д. (социально-экономические последствия).

Наименее формализованной задачей при этом является оценка вероятности (частоты) аварий сложных технических систем. Традиционно, при определении ожидаемой частоты аварий используются следующие подходы:

- статистический, заключающийся в максимально полном использовании статистики аварий и неполадок, а также данных о надежности объектов - аналогов;

- графоаналитический, заключающийся в использовании логических методов анализа "деревьев отказов" и "деревьев событий", частоты отказов базовых элементов которых принимаются на основе статистики или подбираются экспертным путем;

- экспертный, заключающийся в выработке оценки путем учета мнений специалистов в данной области;

-сочетание всех перечисленных методов с учетом целей и задач оценки риска конкретного гидротехнического сооружения.

Анализ существующих методов вероятностных оценок риска показал, что наибольшие успехи достигнуты в области промышленной безопасности опасных производственных объектов при анализе таких ЧС, как поражение воздушной ударной волной, тепловым излучением при пожарах и огневых шарах, токсическими веществами при авариях с отравляющими химическими веществами и т.п.

При изучении вопроса вероятностных оценок риска сложилась некая единая процедура выполнения исследований, позволяющая осуществлять переход от анализа природы явления и его поражающих факторов для конкретных территорий и населения к мере вероятности поражений объектов в области действия поражающих факторов.

Реализация механизма этого перехода состоит в построении специальной «пробит-функции» Pr, следующего вида:

Pr = а + b ln D,

где а, b – параметры, характеризующие специфику происходящих поражающих процессов, D –доза негативного воздействия, которая рассчитывается в зависимости от значений поражающих факторов.

Пробит-функция является верхним пределом интегрирования при оценке вероятности поражения объектов (субъектов) при возникновении опасности определенной интенсивности:

В зоне действия конкретного поражающего фактора аварии или чрезвычайной ситуации с известной степенью достоверности можно выделить три области:

- область или зона, удаленная на некотором расстоянии от места (источника) аварии или ЧС, где действие поражающего фактора становится практически безопасным для объекта. Это зона заведомо допустимого риска;

- область или зона, прилегающая к месту (источнику) аварии или ЧС. Здесь действие поражающего фактора максимально, а при его достаточной интенсивности (величине) – «критично» или «летально» для объекта (субъекта);

- область или зона, расположенная между двумя названными, здесь действие поражающего фактора изменяется от «летального» до допустимого для объекта. Эта область может быть охарактеризована, как зона вероятных поражений.

Соответственно сказанному могут быть определены три характерных значения доз негативного воздействия D в области распространения аварии.

Пороговая доза - наименьшая из доз, способная принести вред (ущерб) субъекту (объекту). Эта доза негативного воздействия характерна для зоны допустимого риска . При , и поражающий фактор безопасен.

Летальная (критическая) доза поражения - доза при которой с 50% вероятностью наступает гибель (разрушение) объекта, соответствующее расстояние обозначим , при , вероятность гибели (разрушения) не меньше 50%;

Вероятностная доза поражения ≤ D≤ (). Для этой дозы должна быть выполнена оценка вероятности вреда или ущерба.

Значения величин , устанавливаются для каждого поражающего фактора индивидуально на основе детерминированных критериев поражения.

Для целого ряда распределений, значения коэффициентов а,b входящие в выражение, описывающее пробит- функцию Pr могут быть определены из значений летальной и пороговой доз , .

В частности, распределение вероятности, описываемое интегралом Гаусса-Пуассона:

, (-δ х δ)

имеет аналитическое решение вида:

, х =

Из приведенных выше определений следует, что при = , вероятность поражения объекта , . При вероятность поражения объекта , а .

Здесь δ – параметр, который выбирается исходя из нормативной допустимой вероятности аварии.

Записанные выше условия приводят к системе уравнений:

=0 (=1) и , решение которой позволяет выразить значение пробит-функции через значения летальной и допустимой доз:

Предложенная модель позволяет количественно рассчитать вероятность каждого из возможных сценария аварии, «увязывая» допустимые значения значение вероятности и риска с требованиями нормативных документов в области безопасности.

Общий алгоритм по оценке риска и ущерба представлен на Рис.1.

Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке методики оценки вероятностного риска аварий на гидротехнических сооружениях.

Оценка риска аварий включает в себя ряд последовательных процедур:

- анализ возможных сценариев возникновения аварии;

- определение нагрузок на гидротехническое сооружение (меры воздействия поражающих факторов или дозы);

- определение условной вероятности возникновения аварии при воздействии на сооружение установленных нагрузок;

- построение полей поражающих факторов при развитии аварийной ситуации;

- оценка рисков и ущерба при аварии на гидротехническом сооружении.

Выполнение первых двух процедур подразумевает составления перечня наиболее значимых факторов, способных вызвать аварию данного сооружения.

Рассматриваются различные сценарии возможных аварий ГТС. В каждом сценарии возможной аварии сооружения указываются вызывающие их факторы или сочетания факторов, описываются стадии развития аварии, динамика развития повреждений, отказов и разрушений сооружения (если такое происходит).

С достаточной для проведения практических расчетов полнотой анализ факторов, влияющих на риск аварии, может основываться на материалах декларации безопасности гидротехнических сооружений.

Наименее формализованными являются этапы, связанные с определение нагрузок на объект и расчет условных вероятностей аварий. Именно эти стадии оценки риска требуют дополнительных научных исследований.

Традиционно оценка вероятности возникновения событий оценивается либо на основании данных представительных статистических наблюдений за поведением схожих объектов в схожих ситуациях.

Для гидротехнических сооружений обобщения об отказах элементов ГТС недостаточны для получения надежных статистических оценок.

Кроме того, практически каждое сооружение является уникальным в силу сочетания конструктивных, природных условий и особенностей эксплуатации. Это весьма затрудняет использование метода аналогий.

Для оценки вероятности развития аварийной ситуации на гидротехнических сооружениях введем понятие «доза негативного воздействия на гидротехническое сооружение».

Будем понимать, что это количественно охарактеризованная мера воздействия всех значимых факторов, способных привести к аварии на рассматриваемый объект.

В общем случае, доза негативного воздействия для гидротехнических сооружений определяется сочетанием конструктивных и проектных недостатков, старением материалов, нарушениями при строительстве, недостатками и нарушениями при эксплуатации сооружения, природными нагрузками (в том числе катастрофическими), низкой готовностью к ликвидации аварийных ситуаций.

Часть из перечисленных факторов характеризует опасность развития аварии, часть –уязвимость сооружения.

В диссертационной работе эти понятия используются в том виде, в каком они были сформулированы в работах Куранова Н.П., Розанова Н.Н. и др. (2002г.), а именно: опасность представляет собой степень негативного воздействия процессов, протекающих как в самих ГТС, так и в зоне их влияния, представляющее угрозу для жизни или условий жизнедеятельности людей, объектов хозяйства или окружающей среды; уязвимость – свойство ГТС терять способность к выполнению заданных функций в результате негативных воздействий.

Для выполнения оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций гидротехнических сооружений качественные понятия «опасность» и «уязвимость» квантифицируются, т.е. получают численные значения.

При численной оценке опасности, экспертным путем установлено соответствие между его величиной и сочетанием четырех основных параметров, в число которых включены:

- показатель 1: превышение принятых при обосновании гидротехнических сооружений природных нагрузок и воздействий;

- показатель 2: несоответствие проектных решений современным нормативным требованиям;

- показатель 3:несоответствие конструкций сооружений, условий эксплуатации, свойств материалов сооружения проектным характеристикам;

- показатель 4: возможные негативные последствия при аварии.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Государственный реестр саморегулируемых организаций, основанных на членстве лиц, осуществляющих подготовку проектной документации объектов капитального строительства (2)

    Документ
    Государственный реестр саморегулируемых организаций, основанных на членстве лиц, осуществляющих подготовку проектной документации объектов капитального строительства
  2. Государственный реестр саморегулируемых организаций, основанных на членстве лиц, осуществляющих подготовку проектной документации объектов капитального строительства (1)

    Документ
    (почтовый индекс, субъект Российской Федерации, район, город (населенный пункт), улица (проспект, переулок и др.) и номер дома (владения), корпуса (строения) и офиса)
  3. Государственный реестр саморегулируемых организаций, основанных на членстве лиц, осуществляющих подготовку проектной документации объектов капитального строительства (3)

    Документ
    (почтовый индекс, субъект Российской Федерации, район, город (населенный пункт), улица (проспект, переулок и др.) и номер дома (владения), корпуса (строения) и офиса)
  4. Государственный реестр саморегулируемых организаций, основанных на членстве лиц, осуществляющих подготовку проектной документации объектов капитального строительства (4)

    Документ
    (почтовый индекс, субъект Российской Федерации, район, город (населенный пункт), улица (проспект, переулок и др.) и номер дома (владения), корпуса (строения) и офиса)
  5. Почтовый индекс, субъект Российской Федерации, район, город (населенный пункт), улица (проспект, переулок и др (1)

    Документ
    (почтовый индекс, субъект Российской Федерации, район, город (населенный пункт), улица (проспект, переулок и др.) и номер дома (владения), корпуса (строения) и офиса)

Другие похожие документы..