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).

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 л октября 2009г.

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 луправления 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, л 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.

ичный 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 лабсолютной 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;