Основные направления обеспечения безопасности человека и окружающей среды при техногенных чрезвычайных ситуациях: Методическая разработка для студентов, обучающихся по специальности ''Защита окружающей среды''

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЧЕЛОВЕКА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ТЕХНОГЕННЫХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ Методическая разработка для студентов специальности “Защита окружающей среды”

Составитель В.А.Цветков

УЛЬЯНОВСК 2001

УДК 614.8 – 057(076) ББК 20.1 я73 О – 75 направления обеспечения безопасности человека и Основные окружающей среды при техногенных чрезвычайных ситуациях. Методическая разработка для студентов, обучающихся по специальности “Защита окружающей среды” (инженер-эколог) / Сост. В.А. Цветков. – Ульяновск: УлГТУ, 2001. – 102 с. Методическая разработка обеспечивает возможность обучаемым познакомиться с определением риска аварий и с основными принципами и критериями обеспечения безопасности человека и окружающей среды при техногенных авариях. Изучить методы и процедурные основы оценки риска при нормальном функционировании объектов техногенного воздействия и при оценке риска при техногенных авариях тех же объектов, а также планирование и применение мер по снижению риска аварий. Разработка может быть использована обучаемыми для углубленного изучения следующих дисциплин: “Надежность технических систем и техногенный риск”, “Безопасность технологических процессов и производств”, “Защита окружающей среды в чрезвычайных ситуациях”, в часы самостоятельной работы студентов. Пособие подготовлено на кафедре “БЖД, экология и химия”. УДК 614.8-057(076) ББК 20.1 я73 Рецензент – заведующий кафедрой профессионального обучения ИПК при УГПУ канд. техн. наук, доцент М.М. Масленников Одобрено секцией методических пособий научно-методического совета университета. © Ульяновский государственный технический университет, 2001

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1. Определение риска аварий 2. Риск и теория обнаружения и сигналов 3. Концептуальные основы и принципы обеспечения безопасности 3.1. Условия устойчивого развития и безопасности общества при техногенных воздействиях 3.2. Методологические основы обоснования уровней приемлемого риска 4. Вероятностная оценка ущерба, наносимого при аварийных техногенных воздействиях 5. Методы и процедурные основы оценки риска при нормальном функционировании объектов - источников техногенного воздействия 5.1. Структура процедуры по оценке риска при нормальном функционировании опасных объектов 5.2. 0пределение количественных характеристик выбросов и сбросов 5.3. Процедурные основы оценки риска по схеме "доза - эффект" 6. Методы и процедурные основы оценки риска техногенных аварии 6.1. Структура процедуры по оценке риска техногенных аварий 6.2. Методы выявления и идентификации опасных событий, разработка сценариев аварий и оценка вероятностей их возникновения 6.3. Модели формирования факторов техногенного воздействия и рассеивания вредных веществ в различных средах, приемлемые для оценки уровней риска 6.4. Модели распространения вредных веществ в окружающей среде 7. Планирование и применение мер по снижению риска 8. Основные критерии безопасности от техногенных аварий Заключение Приложение Список литературы

Введение Современное общество все в большей мере сталкивается с проблемой обеспечения безопасности и защиты человека и окружающей среды от воздействия техногенных, природных и экологически вредных факторов. Промышленное производство, сконцентрировав в себе колоссальные запасы различных видов энергии, вредных веществ и материалов, стало постоянным источником серьезной техногенной опасности и возникновения аварий, сопровождающихся чрезвычайными ситуациями (ЧС). Внедрение в производство новых технологий не снижает уровень опасности, а влечет появление качественно иных видов риска. Естественно, постоянное стремление к наиболее полному удовлетворению своих материальных и духовных потребностей приводит к увеличению масштабов производства, а, следовательно, и уровня техногенной опасности. Как известно, наибольшую техногенную опасность несут в себе аварии и катастрофы на радиационно и химически опасных объектах, о чем свидетельствуют три крупных ядерных катастрофы (в 1957 году в Уиндскейле, в 1979 году на АЭС в Три Майл Айленде, в 1986 году на Чернобыльской АЭС), произошло восемь серьезных аварий, в том числе с расплавлением активной зоны и повреждениями защитной оболочки ядерной установки, возникло более 30 пожаров. Общее же количество опасных происшествий и аварий на АЭС, сведения о которых поступили в базу данных Международной информационной системы по инцидентам на АЭС, составляет 247 [1]. Крупных аварий на объектах с химической технологией, сопровождающихся тяжелыми последствиями, происходит значительно больше. Достаточно для примера назвать лишь несколько из них: аварию с выбросом диоксина, которая произошла в 1976 году в городе Севезо (Италия); катастрофу, имевшую место в 1984 году на химическом предприятии в городе Бхопал (Индия), которая сопровождалась большим выбросом метилизоцианата; пожар на складе химической продукции компании "Сандоз" в Базеле (Швейцария) и сброс загрязненных вод в Рейн в 1986 году и др. Прямой экологический ущерб, связанный с техногенными авариями и хроническими заболеваниями, вызванными загрязнением окружающей среды, даже в такой развитой стране как США, составляют 4-6 % от валового национального продукта. Любая авария на объектах с ядерной и химической технологиями оказывает негативное воздействие на окружающую природную среду. К сожалению, человечество еще не выработало надежных механизмов саморегуляции своих отношений с природой. Обратные связи появляются лишь в кризисных и катастрофических ситуациях. При этом процессы адаптации человека к складывающимся условиям зачастую происходят при доминирующем стремлении приспособить эти условия к своим нуждам. Свои желания и стремления по удовлетворению своих жизненных потребностей человек не всегда правильно соотносит со "здоровьем" природы, с условиями экологического равновесия, следствием чего может быть неустойчивость и необратимая деградация экосистем. Политика антипропоцентризма, которой вольно или невольно до недавнего времени придерживались большинство государств, привела к существенному снижению качества окружающей среды. Отмеченные выше обстоятельства свидетельствуют о высокой

значимости в современных условиях проблемы обеспечения устойчивого, безопасного развития общества, защиты человека и окружающей среды от техногенных ЧС. Ранее считалось, что техногенные ЧС являются непредвиденными, в силу чего их относили за счет случая, несчастья, стихийного бедствия и т.п. Этот негативный подход до сих пор отчасти оправдан в отношении сил природы, но в настоящее время сформулирован более активный подход, особенно к опасностям, проистекающим от человеческой деятельности. Сейчас признают, что техногенные ЧС в большинстве своем предсказуемы, а потому могут быть предотвращены с помощью соответствующих мер безопасности. Состояние безопасности – такое состояние, когда не существует опасности аварии. Поскольку авария является следствием риска, то безопасность это отсутствие риска. Человеческая практика дает основание для утверждения того, что любая деятельность потенциально опасна. Таким образом, безопасность сама по себе не является самостоятельным понятием, поскольку она зависит от того, что понимается под вредом и риском. Давая определение безопасности следует всегда выражать ее через один или несколько рисков. Существует столько же степеней безопасности, сколько существует степеней риска. Полная безопасность относительно какого-либо риска может быть достигнута только путем устранения его источника. Во всех остальных случаях сохраняется та или иная степень риска, и поэтому достигаемая безопасность оказывается всегда ниже теоретической 100 %-ной безопасности. 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РИСКА АВАРИЙ В обиходе часто употребляется понятие "риск для жизни", "риск проигрыша", "риск потери" и т.п. В экологической литературе широко используются термины "риск аварии", "риск катастрофы", "экологический риск" и др. Анализ этих терминов показывает, что их толкование у каждого автора различно, и даже в научных статьях эти понятия используются часто на обиходном уровне. Такое произвольное использование понятия риска не вредит до тех пор, пока на этой основе не делаются какие-либо серьезные выводы и не принимаются ответственные решения. Однако, в последнее время в литературе стали обсуждаться такие вопросы, как управление риском и плата за риск, взимаемая с предприятий. В этом случае к самому понятию риска нужно относиться более серьезно, чтобы было понятно, за что же, в конце концов, приходится платить? И как построить механизм управления риском? Еще более остро встает проблема определения риска в связи с подготовкой международной Конвенции по трансграничному воздействию промышленных аварий. Некоторые статьи этой Конвенции непосредственно касаются оценки риска промышленных аварий и путей снижения риска. Здесь уже возникает вопрос об адекватности понятия риска на международном уровне. О наличии трудностей в этом вопросе свидетельствует хотя бы такой факт, что в одном из последних вариантов Конвенции исключено определение термина "риск", которое присутствовало в первых вариантах. Сложность заключается в том, что к настоящему времени не существует разработанной теории риска промышленных аварий, равно как и риска других неблагоприятных явлений, и, более того, нет однозначного толкования термина "риск" применительно к экологическим проблемам. При попытке ввести

терминологические определения, лежащие в основе понятийного аппарата теории, целесообразно придерживаться следующих принципов: 1. Принцип конструктивности: разрабатываемое определение термина должно быть конструктивным. Под конструктивностью здесь понимается возможность делать определенные выводы о свойствах и взаимосвязях определяемых объектов, возможность построения аксиоматической теории на основе вводимых понятий и возможность построения моделей изучаемых явлений. 2. Принцип соответствия: терминологические определения должны соответствовать сложившимся представлениям и понятиям, используемым при составлении определения. Вновь даваемые определения не должны противоречить устоявшимся понятиям, используемым в других, ранее разработанных областях науки и техники, а новые термины не должны подменять эквивалентные им известные понятия. Исходя из этих принципов и опираясь на анализ литературных источников, ниже дается определение риска аварии. В публикациях по проблемам экологии термин "риск" ассоциируется с совершенно разнородным кругом понятий. Наиболее ярко это прослеживается по материалам Всесоюзной конференции "Катастрофы и человечество". В одних докладах, где речь идет о сейсмической опасности, считается, что сейсмический риск – это ожидаемые убытки от землетрясений. Здесь риск напрямую отождествляется с известным понятием ущерба, поэтому такое определение риска противоречит принципу соответствия, изложенному выше. Кроме того, в количественном отношении величину ущерба нельзя считать строго определенной. Оценка ущерба - это, скорее, искусный набор приемов и правил, чем предмет точной количественной теории, поэтому отождествление риска с ущербом неприемлемо при попытке создания аксиоматической количественной теории риска. Часто в литературе используется термин "риск жизни", "риск проживания", причем количественная оценка этого понятия дается как отношение числа погибших за определенный срок к полному числу жителей какого-либо региона. Аналогичным образом используется понятие риска при оценке числа жертв в авиакатастрофах. Но отношение числа погибших к полному числу людей проживающих в данном регионе есть просто статистическая оценка вероятности гибели людей при катастрофических явлениях (авариях, стихийных бедствиях, экологических катастрофах). Здесь снова налицо подмена одного термина ("вероятность") другим ("риск"). В других докладах уровень риска определяется как вероятность того, что в отдельной поездке по железной дороге возникает чрезвычайная ситуация, реализовавшаяся в виде крушения или аварии. Если отбросить неуместное здесь использование термина "чрезвычайная ситуация", то здесь также риск отождествляется с вероятностью аварии. Такая подмена ничего нового и конструктивного не привносит. Кроме того, вероятность аварии, рассматриваемая как вероятность выхода из строя системы вследствие отказа в работе ее элементов, является предметом исследования хорошо разработанной теории надежности, и теории риска, как таковой, не существует. В некоторых работах пытаются использовать термин "риск" совершенно произвольным образом и вместо количественной оценки меры риска вводят качественную. Например, определяется "потенциал риска" как степень устойчивости каждого ландшафта, т.е. способность ландшафта к самоочищению

от антропогенных загрязнений и возможность самовосстанавливаться после стихийного бедствия. Однако, такая трактовка грозит смешением с понятием экологической емкости ландшафта. Кроме того, выделяют следующие градации степени риска: катастрофические, крайне опасные, особо опасные, опасные и слабо опасные, заранее отвергая, таким образом, надежду на возможность количественной оценки риска. Существует также понятие о риске как о произведении вероятности появления неблагоприятного события и стоимостного выражения его последствий. Основанием для такого определения риска послужило, повидимому, определение риска, используемое в теории операций. Однако, там понятию риска придается несколько иное толкование, о чем речь будет идти ниже. Кроме того, при попытке построить строгую количественную теорию риска не годится вводить произвольно оцениваемое понятие "стоимости". Такой подход вполне пригоден для прогноза ущерба, но не для оценки риска. В справочнике [2] дается определение экологического риска и риска в природопользовании как вероятности неблагоприятных последствий, в том числе и промышленных аварий. Такое определение нельзя считать конструктивным, поскольку оно сводится к замене одного термина другим. Действительно, любое неблагоприятное последствие может быть названо и определено как некоторое событие, в том числе и авария. Тогда становится очевидной бессмысленность замены словосочетания "вероятность аварии" на "риск аварии". Таким образом, анализ источников информации показывает, что наиболее часто понятие "риск" отождествляют с вероятностью катастрофического явления, ущербом и вероятностью гибели людей. Такая трактовка риска интуитивно ассоциируется с потерей, с неблагоприятным исходом. Основываясь на таком понятии риска, в теории операций дается математически корректное определение риска как разности между выигрышем, который некий игрок получил бы, если бы знал стратегию противника, и выигрышем, который он получит в тех же условиях, применяя свою стратегию (не зная стратегии противника). Если известны вероятности Рj применение противником j-ой стратегии и известен 1

соответствующий риск через

R=

∑Рjrj, т.е. в данном случае риск определяется j=1

разность выигрышей, а выигрыш – через категорию стоимости, которая воспринимается как ущерб. По-видимому, этим и объясняется использование понятия риска как произведения вероятности появления неблагоприятного события и стоимостного выражения последствий этого события. Однако, анализ определения риска, позволяет трактовать риск не как ущерб, а как недополучение возможного выигрыша. Это недополучение может происходить из-за незнания действительной стратегии противника, т.е. из-за потери информации о состоянии объекта. Таким образом, если стратегия противника известна наряду с вероятностью ее применения, т.е. если субъект имеет полную информацию о состоянии объекта, то не имеет смысла говорить о риске, можно говорить лишь о прогнозе ущерба, для чего необходимо ввести в теорию понятие стоимости, количественная оценка которой довольно не определенна. В то же время трактовка риска как недололучения возможного выигрыша, сохраняет надежду на корректное определение этого недополучения в категориях точной теории. Путь к реализации этой надежды лежит через вышеупомянутую связь риска с потерей информации о состоянии объекта.

Одним из подходов к количественной мере ценности информации является оценка среднего риска некоего наблюдателя, ведущего наблюдения за определенным объектом и делающего выводы о состоянии объекта. Наблюдатель может совершать ошибки. Эти ошибки штрафуются. С этой целью вводится функция штрафов с(х,u), где х - случайная величина, характеризующая состояние объекта, u - оценка этого состояния наблюдателем. Если плотность вероятности нахождения объекта в состоянии х есть φ(х), то средний риск наблюдателя, составляет R(u) = ∫с(х,u) φ(х) dx. В данном случае недостаток такой трактовки риска вырисовывается еще более ярко. Действительно, для оценки риска предложенным способом необходимо, кроме объекта и наблюдателя, наличие еще и третьего субъекта, при помощи которого назначаются функции штрафа, оцениваются ошибки наблюдателя и происходит их штрафование. При таком подходе сохраняется основной недостаток – необходимость использования категории стоимости и некорректно определяемого понятия штрафа. Однако, несомненным достоинством такой трактовки является прямая связь риска с информацией о состоянии объекта. Поэтому целесообразно считать, как было предложено выше, такой подход к оценке объекта как прогноз ущерба, а более подходящую трактовку риска поискать в других теориях, где оценка риска не требует введения понятия стоимости или штрафа. Подходящая трактовка риска существует в теории надежности. Вместо риска игрока или риска наблюдателя, рассмотренных выше, в этой теории вводятся понятия риска поставщика и риска потребителя. Рассмотрим эти понятия подробнее. Пусть имеется партия изделий, содержащая долю q брака. Если заведомо известно, что q = 0, т.е. в партии нет бракованных изделий, то вероятность приемки такой партии потребителем Р(0) = 1. Если известно, что q= 1, то приемка такой партии невозможна, т.е. Р(1) = 0. Таким образом, для любой партии изделий можно определить, так называемую, оперативную характеристику Р(q) как функцию вероятности того, что потребитель примет партию изделий, содержащую долю q брака. Истинную величину q никто не знает. Поэтому поставщик и потребитель договариваются, например, о двух числах q1 и q2. Если при случайном выборочном контроле окажется, что доля бракованных изделий меньше q1 , то партия принимается, если окажется, что эта доля превышает q2 , то партия целиком бракуется. Однако, в силу случайного характера выборки, может оказаться что партия будет забракована, т.е. будет принято решение, что q1 > q2, хотя на самом деле партия в целом вполне удовлетворительна по используемому критерию. Вероятность такого события, очевидно, равна 1 – Р(q1) и называется риском поставщика или ошибкой первого рода α. Также может оказаться, что партия будет принята, хотя на самом деле она сильно засорена бракованными изделиями. Вероятность такого события, т.е. вероятность приемки плохой партии, равна Р(q1) и называется риском потребителя или ошибкой второго рода β. Таким образом, здесь риск связывается с вероятностью принятия неправильного решения о качестве партии изделий. Применительно к риску аварии хотя пока и не ясно, кто является "поставщиком", а кто – "потребителем", плодотворность такого подхода, однако, видится в том, что, во-первых, риск связывается с вероятностным характером получения информации о состоянии объекта (партии изделий, среди которых есть бракованные), и, во-вторых, с возможностью количественной оценки риска. Кроме того, увязывание понятия риска с ошибками первого и второго рода наталкивает на мысль об использовании теории распознавания образов методами статистической проверки гипотез. Действительно, в теории распознавания

образов существует определение термина "риск". Именно, риск распознавания – это величина, характеризующая потери или убытки, вызванные неправильными или неточными решениями, принимаемыми в процессе распознавания образов. Хотя в таком определении можно разглядеть недостаток, заключающийся в свободе выбора конкретной величины, характеризующей потери; достоинство определения видится в том, что риск связывается с возможностью принятия неправильных решений, в результате которых могут возникнуть неблагоприятные последствия, например, аварии. Таким образом, анализ понятия риска, используемого в хорошо разработанных отраслях науки, позволяет сделать вывод, что, согласно принципу соответствия, сформулированному выше, определение риска аварии должно основываться на понятии вероятности какой-либо операции, связанной с принятием решения о состоянии объекта. Если на основании информации, получаемой от объекта, выносится правильное решение о его состоянии, например, аварийном, то, в принципе, авария может быть предотвращена. Если же решение выносится неправильно, например, принимается, что состояние не аварийное, хотя на самом деле это не так, или наоборот, принимается решение, что состояние объекта аварийное при безаварийной ситуации в действительности (ложная тревога), то в любом случае может произойти авария. Отсюда видно, что риск аварии в действительности определяется вероятностью неправильного решения о состоянии объекта. Конкретный пример – риск парашютиста при пользовании парашютом. Аварией здесь является нераскрытие парашюта.. Риск такой аварии связан с неполнотой информации об исправности парашюта. Если парашютист берет наугад случайный парашют и использует его, риск велик. Однако, если парашютист сам производит укладку парашюта, сам проверяет исправность всех его систем и деталей, риск уменьшается. Это уменьшение риска связано с приобретением дополнительной информации о состоянии парашюта в ходе его укладки. Если бы на парашюте была "красная лампочка", дающая сигнал об аварийном состоянии, риск аварии был бы минимальным. Из этого примера ясно, что риск аварии и вероятность аварии – два совершенно разных понятия. Именно, риск аварии был связан с неполнотой информации о состоянии объекта, а вероятность аварии связана с надежностью элементов и систем и является предметом исследования хорошо разработанной теории надежности. Таким образом, на основании изложенного предлагается: Определение 1 Риск аварии - это потеря информации о состоянии объекта. Количественно риск оценивается вероятностью пропуска сигнала об аварийном состоянии объекта. Такое определение соответствует принятым понятиям риска в других отраслях науки. Действительно, везде риск ассоциируется с недополучением, убытками, потерями. Здесь риск связывается с потерей (пропуском) информации, сигнала. Конструктивность данного определения заключается в возможности строгого количественного анализа риска и разработки математических моделей риска. Кроме того, такое определение риска позволяет использовать хорошо разработанную теорию обнаружения сигналов, методологию которой целесообразно положить в основу теории риска. 2. РИСК И ТЕОРИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛОВ Основными в теории обнаружения сигналов являются понятия сигнала и помехи (шума). Сигнал – это материальный процесс или явление, однозначно

характеризующий состояние исследуемого объекта. Иначе можно сказать, что сигнал – это материальный носитель информации об объекте. Помехи – это сигналы и шумы от посторонних объектов, засоряющие или искажающие информацию об исследуемом объекте. Шумы и помехи могут генерироваться также и самим объектом в результате процессов и явлений, не связанных с аварийным состоянием объекта. Сигналы и помехи могут быть схожи между собой, в результате чего могут возникнуть четыре ситуации, образующие полную систему в пространстве элементарных событий. 1. Пришел сигнал от исследуемого объекта, находящегося в аварийном состоянии, и этот сигнал воспринят правильно, а именно, как полезный сигнал об аварийном состоянии. Вероятность такого события называется вероятностью обнаружения сигнала и обозначается в теории обнаружения обычно буквой D. 2. Пришел сигнал об аварийном состоянии объекта, но по каким-либо причинам этот сигнал пропущен или отнесен к помеховым и на основании этого не воспринят как полезный сигнал. Вероятность такого события называется вероятностью пропуска сигнала или ошибкой первого рода. В теории обнаружения ошибка первого рода обозначается буквой α. Однако, анализ такого события показывает, что его вероятность есть не что иное, как риск потери информации, поэтому целесообразно использовать для его обозначения букву R. Очевидно, что R = 1 - D), так как сигнал может быть либо обнаружен, либо не обнаружен. 3. Пришла помеха, но, в силу своей схожести с полезным сигналом, она ложно воспринята как полезный сигнал и на основании этого принято неправильное решение (ложная тревога). Вероятность такого события называется вероятностью ложной тревоги и обычно обозначается буквой F. В теории распознавания и статистического оценивания гипотез эта вероятность называется ошибкой второго рода и обозначается буквой β. 4. Пришла помеха и она воспринята правильно как помеха. Это событие в теории обнаружения не представляет интереса и в дальнейшем оно практически не используется. В связи с попыткой применения методологии теории обнаружения сигналов к разработке теории риска необходимо выяснить смысл понятий сигнала, помехи, обнаружения и ложной тревоги применительно к риску аварии. С этой целью рассмотрим следующую модель антиаварийной системы объекта. Пусть имеется некий объект, для которого имеет смысл говорить о риске аварии (рис. 1). Этот объект может находиться в альтернативных состояниях – аварийном или неаварийном. Информация о состоянии объекта в виде сигналов поступает в анализатор сигналов по информационному каналу. В этот же канал могут проникать помехи, которые также идут в анализатор сигналов. В результате анализа сигналов по определенному правилу принимается решение о состоянии объекта. Если принимается решение о том, что состояние объекта аварийное, то вырабатывается команда на остановку объекта и тем самым авария может быть предотвращена. Если принимается решение о неаварийном состоянии, то вырабатывается команда на продолжение нормальной работы, предварительно выполнив, по необходимости, регулировки режима работы объекта. Выше были использованы понятия аварийного и неаварийного состояний объекта. Основываясь на формулировке, приведенной в книге [3], дадим: Определение 2 Аварийное состояние объекта - это отклонение от допустимых эксплуатационных условий, в результате чего через определенное

время г происходит авария при несрабатывании системы аварийной остановки. Поскольку рассматриваются два альтернативных состояния объекта, то нет необходимости определять неаварийное состояние объекта. Однако, для полноты системы понятий целесообразно дать: Определение 3 Авария - это разрушительное высвобождение собственного энергозапаса техногенного или природного объекта, при котором создаются поражающие факторы для людей, техники и окружающей среды [3]. Сигналы об аварийном состоянии объекта могут быть получены от, так называемых, предвестников аварии. Это могут быть процессы и явления, связанные с причинами аварии или возникающие по ходу развития аварийного состояния. Например, рост внутреннего механического напряжения в конструкции, увеличение давления, температуры, трения в системе, появление искрения в электрооборудовании, увеличение утечки газа или электротока – все эти и подобные им явления могут быть предвестниками аварии. Сигналы о них, правильно и вовремя воспринятые, обеспечивают возможность предотвращения аварии. В дальнейшем сигналы об аварийном состоянии объекта будем отождествлять с предвестниками аварии, поскольку в теории обнаружения считается, что, если есть сигнал, то необходимо существует и порождающее его явление. Таким образом, представляется уместным раскрыть смысл еще одного понятия: Определение 4 Предвестник аварии – это сигнал об аварийном состоянии объекта, после принятия которого, авария может произойти через определенное время r, если не принять антиаварийные меры. Обнаружение и регистрация сигналов всегда происходит на фоне помех (шумов). Помехи могут генерироваться как посторонними источниками так и самим исследуемым объектом. Большим заблуждением считается мнение, что помехи в некоторых случаях могут отсутствовать. В таких случаях чаще всего бывает, что просто не выявлены возможные источники помех. Помехи присутствуют всегда, и правильнее всего говорить о большом или малом уровне, потоке помех. Даже если объект максимально изолирован от внешнего мира, все равно, если от объекта идут сигналы, то будут и помехи. Действительно, сигналы формируются в результате каких-либо материальных процессов, да и сами сигналы представляют собой процессы, сопровождающиеся переносом материальных потоков вещества или энергии. Но раз есть потоки, то существуют и флуктуации этих потоков, которые никакими ухищрениями нельзя полностью устранить. Эти флуктуации и становятся основными источниками помех, когда все остальные помехи по возможности устранены или подавлены. Чем на более ранних стадиях развития аварийного процесса необходимо получить сигнал от предвестника, тем слабее будет этот сигнал и тем сильнее влияние помех. Успешное решение задачи обнаружение сигналов в значительной степени определяется тем, насколько хорошо выявлены и определены источники помех, исследованы характеристики помех и выявлены селектирующие признаки, по которым можно было бы отличать полезные сигналы от помех. Отсюда вытекает стратегия уменьшения риска аварий: 1) выявление и исследование характеристик предвестников аварийной ситуации; 2) выявление и исследование характеристик помеховых источников; 3) разработка методов селекции полезных сигналов и помех. Такой подход к проблеме делает более определенными такие понятия как "плата за риск" или "управление риском". Именно, плата за риск – это плата за отсутствие или недостаточность в разработке методов и средств раннего

обнаружения предвестников аварии, а управление риском – это возможность целенаправленно выбирать различные методы селекции сигналов, критерии и правила принятия решения о наличии или отсутствии аварийного состояния объекта. Рассмотрим основные две причины аварии: 1) недостаток информации о работе объекта и 2) избыточная информация, которую оператор не может "переварить". Во-первых, перечисленные факторы не могут являться настоящими причинами аварии, поскольку, согласно [3], причина аварии – это, прежде всего, материальный процесс или явление, вызывающее нарушение энергообмена и сложившихся связей в объекте и обуславливающее саморазвитие аварийного процесса, а потеря информации или ее избыток никак не связаны с материальными процессами. Упомянутые факторы правильнее всего было бы назвать причинами непредотвращения аварии. Первая из этих причин, а именно недостаток информации о работе объекта, в терминах выдвинутой концепции конкретизируется в пропуске сигнала - предвестника аварии. Это может произойти вследствие, например, малой чувствительности системы обнаружения сигналов, то есть если устанавливается слишком высокий порог обнаружения полезных сигналов от предвестников аварии. Разберемся во второй причине, связанной с избыточностью информации и невозможностью ее усвоения. Прежде всего, избыточность можно принимать как слишком большой поток информации, когда сигналы поступают очень часто, так что обрабатывающая эти сигналы система (оператор) "захлебывается в сигналах". Такое может произойти, если система обнаружения сигналов очень чувствительна, т.е. имеет низкий порог обнаружения. Вследствие этого система вынуждена перерабатывать очень большой поток помеховых сигналов, и пока она загружена этим потоком, может прийти полезный сигнал от предвестника, который будет пропущен. Таким образом, для оценки работоспособности и эффективности антиаварийной системы необходимо знать поток помеховых сигналов количество помех, поступающих в единицу времени, т.е. естественным образом в теорию входят временные характеристики системы. Такой характеристикой может служить введенное в определениях 2 и 4 время г- интервал времени между появлением предвестника аварии и моментом начала события аварии, когда дальнейшее развитие аварийного процесса становится неуправляемым. Из этого рассуждения следует, что риск аварии увеличивается, если поток помеховых сигналов, т.е. поток ложных тревог на выходе блока анализа сигналов превысит 1 величину – (см. рис.1). r Помехи Анализатор сигналов

Объект

Остановка Работа

Есть авария Нет аварии

Блок принятия решений

Рис. 1. Модель антиаварийной системы объекта В этом случае система может либо пропустить полезный сигнал об аварийном состоянии объекта, либо выдать ложную тревогу, в результате которой начнутся необоснованные регулировки работы объекта, что также может послужить причиной аварии. Отсюда видно, насколько важную роль в теории риска должны играть такие понятия, как поток ложных тревог, вероятность ложных тревог, порог селекции сигналов.

D

А

б

0

0,2

0,4

0,6

0,6

F

0

Рис. 2. Рабочая характеристика обнаружения сигналов ϕ(q), у.е.

0,2

0,4

0,6

0,8

F

Рис. 3. Статистическая (а) и динамическая (б) части

ΝΝ N

ϕ

T

q

Рис. 4. Плотность распределения параметра q для сигналов s и помех N

0

0,2

0,4

0,6

0,8

F

Рис. 5 Рабочая характеристика риска

В теории обнаружения сигналов существует важнейшее понятие – рабочая характеристика D(F), которая представляет функциональную связь между вероятностью обнаружения сигнала D) и вероятностью ложной тревоги F

(рис. 2). Основные свойства рабочей характеристики: 1) D(0) = 0, 2) D(1) = 1 и 3) если методика обнаружения сигналов правильная, то соответствующая рабочая характеристика - выпуклая ("правильная рабочая характеристика). По аналогии, имеет смысл ввести понятие рабочей характеристики риска (рис. 3), поскольку, как было отмечено ранее, риск R = 1 – D. Очевидно, "правильная" рабочая характеристика риска должна иметь вид, как на рис. 3, сплошная кривая а. Эта рабочая характеристика отражает следующий процесс. Пусть имеется антиаварийная система, в которой происходит анализ полезных сигналов S на фоне помех (шумов) N. Анализ сигналов заключается в том, что измеряется какой-либо параметр q сигнала, например, амплитуда. Этот параметр имеет плотность распределения, причем для сигналов плотность распределения φs(q), а для помех φn(q) (рис. 4). Возможность селекции сигналов на фоне помех основывается на отличии φs(q) и φn(q) (так называемая параметрическая селекция сигналов). Пусть устанавливается некоторый порог обнаружения Т. Если измеренное значение параметра q поступившего сигнала превышает Т, то считается, что анализируемый сигнал принадлежит классу S, а если значение q не превышает Т, то данный сигнал считается принадлежащим классу N, т.е. помеховым. Если величина порога Т слишком велика (порог Т ближе к правому краю рис.4), то заведомо помехи регистрироваться не будут, что соответствует вероятности ложной тревоги F= 0. Однако, при этом и сигналы не будут регистрироваться, если порог выбрать правее правой границы распределения φs(q), т.е. в этом случае значение риска R = 1. Эта ситуация соответствует точке с координатами R = 1, F=0 на рабочей характеристике риска (см. рис. 3, кривая а). С перемещением порога Т к левой стороне графика на рис. 4, вероятность пропуска сигнала, т.е. риск, будет уменьшаться, но при этом будет увеличиваться вероятность ложной тревоги. Таким образом, сам принцип селекции обуславливает закономерность, заключающуюся в том, что с уменьшением риска увеличивается вероятность ложной тревоги, что и отражено вогнутым видом рабочей характеристики риска на рис. 3, кривая а. Наконец, если порог Т выбрать левее левой границы плотности распределения φn(q), то, очевидно, при этом F= 1, и все сигналы должны быть зарегистрированы. Однако, это не так, поскольку не учитывались временные характеристики обнаружения, т.е. предполагалось, что и сигналы, и помехи приходят достаточно редко. Назовем соответствующую рабочую характеристику (сплошная кривая а на рис. 3) статической. Статистическая часть рабочей характеристики риска соответствует той причине непредотвращения аварии, которая выше связывалась с недостаточностью информации о работе объекта. Однако, если учитывать временные характеристики антиаварийной системы, то с уменьшением порога Т на рис. 4 возрастает поток ложных тревог на выходе анализатора сигналов, в связи с чем увеличивается вероятность пропуска сигналов и риск снова начинает возрастать. Назовем эту часть рабочей характеристики динамической (пунктирная кривая δ на рис. 3). Эта часть рабочей характеристики риска связана с избыточностью информации о состоянии объекта. Сумма этих двух частей представляет собой полную, или просто рабочую характеристику риска аварии, Эта характеристика приведена на рис. 5. судя по кривым а и δ на рис. 3, можно сделать вывод, что рабочая характеристика риска на рис. 5 должна иметь, по крайней мере, один минимум. Одной из основных задач теории риска следует считать определение порога Тmin, соответствующего минимуму полного риска аварии. Кроме порога обнаружения, рабочая характеристика риска зависит еще от

нескольких параметров, из которых, в частности, можно выделить следующие: дисперсия сигнала, дисперсия шума, соотношение сигнал/шум. Поэтому рабочая характеристика риска является функцией не менее четырех аргументов и проблема минимизации риска математически может быть сформулирована как задача поиска условного минимума функции в пятимерном пространстве. Таким образом, математический аппарат теории риска должен опираться, с одной стороны, на методы статистического оценивания гипотез и, с другой стороны, дифференциальной геометрии и теории многомерных функций. Предложенная оценка риска позволяет методологически обоснованно проводить исследования проблемы риска не только промышленных аварий, но и экологического риска, а также риска для жизни и здоровья людей. Именно, исходя из определения 1, можно считать, что экологический риск - это вероятность потери информации о неблагоприятном экологическом состоянии того или иного объекта. В соответствии с изложенной методологией возникают задачи исследования сигналов-предвестников о неблагоприятных экологических ситуациях, исследования помех и т.д. Аналогом промышленной аварии при этом будет экологическая катастрофа. Таким же образом можно поставить вопрос о риске для жизни и здоровья людей с медико-биологической точки зрения. В этом случае риском является вероятность пропуска информации об угрозе для жизни и здоровья людей, а не вероятность самой гибели. Разница между этими понятиями в свете выдвинутой концепции очевидна. Здесь также возникает целое направление исследований – поиск и анализ характеристик предвестников и помех, разработка методов и путей предотвращения гибели людей на основе полученной информации. Аналогом промышленной аварии в этом случае является событие массовой гибели или болезни людей. 3. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ И ПРИНЦИПЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ 3.1. Условия устойчивого развития и безопасности общества при техногенных воздействиях Непременным условием устойчивого развития общества является безопасность человека и окружающей среды, их защищенность от воздействия вредных техногенных, природных, экологических и социальных факторов. Под социальными факторами имеются в виду военные конфликты, политические кризисы и т.п. В общем случае под безопасностью, включающей техногенные, природные и экологические аспекты, обычно понимается состояние защищенности общества от чрезмерных вредных воздействий техногенных, природных и экологических факторов. При этом имеется в виду, что обеспечиваются условия, при которых исключается превышение научно обоснованных допустимых уровней физических полей, концентраций вредных веществ и дозовых нагрузок (см. приложение, таблицы 1,2,3). Уровень безопасности, соответствующий тому или иному состоянию общества, его научно-техническим и экономическим возможностям, имеет стохастическую природу и определяется целым рядом случайных явлений. В общем случае он характеризуется [4]: вероятностью возникновения техногенных аварий, катастроф и возможным ущербом при этих событиях;

степенью негативного воздействия на человека и окружающую среду вяло протекающих техногенных и природных процессов при сохранении на макроуровне равновесного состояния экосистем; вероятность перерастания экологической обстановки в кризисную или катастрофическую и возникновения ЧС. Указанные выше вероятностные характеристики по сути выражают риск определенных событий: в первом случае – риск техногенных аварий, катастроф и опасных природных событий; во втором – риск ухудшения здоровья человека, негативных изменений в окружающей среде (ОС) и т.п. при неэкстремальных условиях; в последнем - риск возникновения ЧС экологического характера. В соответствии с современными взглядами, риск обычно интерпретируется как вероятностная мера возникновения техногенных или природных явлений, сопровождающихся формированием и действием вредных факторов, и нанесенного при этом социального, экономического, экологического, а в ряде случаев и эстетического ущербов. В соответствии с этим, при определении уровня риска целесообразно его величину в общем случае представить в виде произведения трех компонентов: R =R1 R2 R3, (3.1.1.) где R – уровень риска, т.е. вероятность нанесения ущерба человеку и окружающей среде; R1– вероятность (в ретроспективе - частота) возникновения события или явления, обусловливающего формирование и действие вредных факторов; R2 вероятность формирования определенных уровней физических полей, ударных нагрузок, полей концентрации вредных веществ в различных средах и их дозовых нагрузок, воздействующих на людей и на другие объекты биосферы; R3 - вероятность того, что указанные выше уровни полей и нагрузок приведут к определенному ущербу: ухудшению состояния здоровья и снижению жизнедеятельности людей, в т.ч. летальному исходу; поражению тех или иных популяций животных и растений, сдвигу равновесного состояния экосистемы; экономическому ущербу и т.п. В условиях нормальной эксплуатации объектов событиями, обуславливающими возниконовение опасностей, являются выбросы и сливы продуктов, содержащих вредные вещества. Периодичность и объем этих выбросов и сливов продуктов, а также уровни физических полей, оказывающих негативное воздействие на объекты живой природы, носят детерминированный характер. Поэтому величина R1 в этом случае может быть принята равной единице и формула (3.1.1.) приобретает вид: (3.1.2.) R = R2 R3 Для аварийных и других нештатных условий величина R1 определяется достаточно сложным образом и зачастую проведение расчетов связано с методическими трудностями. Количественная мера риска может выражаться не только вероятнстной величиной. Иногда риск интерпретируют как математическое ожидание ущерба, возникающего при авариях, катастрофах и опасных природных явлениях:

Rmo = ∑Ri Yi

(3.1.3)

где Rmo- уровень риска, выраженный через математическое ожидание ущерба;

Ri – вероятность возникновения опасного события i-го вида или типа; Yi – величина ущерба при i-том событии. Необходимо иметь в виду, что оценка риска с помощью математического ожидания носит условный характер. При этой оценке условно полагают, что величина ущерба имеет детерминированное значение, его вероятностная природа не учитывается. Приведенная интерпретация риска находит практическое применение. Однако, определение уровня риска как вероятностной категории, является более удобным и приемлемым при решении широкого круга задач научного и практического характера, в особенности задач, касающихся общей оценки уровня безопасности. Уровень безопасности, удовлетворяющий общество, выбор стратегии ее обеспечения, с учетом путей развития экономики, инвестиционных намерений на тех или иных территориях и в регионах, осуществляется исходя из определенных принципов: принцип безусловного примата безопасности и приоритета сохранения здоровья человека над любыми другими элементами качества жизни; принцип приемлемой опасности и риска, в соответствии с которым устанавливается нижний допустимый и верхний желаемый уровни безопасности и в этом интервале, с учетом социально-экономических и других соображений, выбирается приемлемый уровень безопасности и риска; принцип минимальной опасности, в соответствии с которым уровень риска устанавливается настолько низким, насколько это реально достижимо, исходя из допущения, что любые затраты на защиту человека и окружающей среды являются оправданными; принцип последовательного приближения к абсолютной безопасности, т.е. к нулевому риску, а также другие принципы, представляющие собой сочетание выше перечисленных или их развитие. В России, как и в большинстве стран мирового сообщества, в настоящее время принята концепция приемлемого риска, иногда еще называемая концепцией ненулевого риска. Установление уровня приемлемого риска представляет довольно сложную задачу. Для ее решения требуется проведение научного анализа экономических, социальных, экологических, демографических и других факторов, определяющих развитие общества, при их связи и взаимозависимости. Как известно, общество не может обеспечить удовлетворение своих материальных и духовных потребностей без увеличения масштабов общественного производства. А это влечет за собой увеличение техногенного воздействия на биосферу. Поэтому общество вынуждено большее количество средств расходовать на охрану биосферы, т.к. от ее состояния зависят и эффективность производства, и комфортность условий жизни людей, их здоровье, да и сама возможность существования человека. При установлении приемлемого для общества уровня безопасности и риска возникает необходимость в проведении многокритериального анализа условий и путей устойчивого развития общества, с учетом материальных и духовных стимулов и приоритетов. Качественное проведение такого анализа представляется возможным лишь при наличии адекватных критериев выбора оптимального уровня безопасности в рамках тех требований, которые предъявляются ему обществом. В качестве таких критериев могут рассматриваться:

-

валовый национальный продукт (ВНП); качество жизни (КЖ); ожидаемая продолжительность жизни (ОПЖ); стоимость увеличения ожидаемой продолжительности жизни (СОПЖ). Валовый национальный продукт – это все материальные ценности, создаваемые обществом за определенный период (обычно за год), в денежном выражении. Исчисленный в деньгах и отнесенный к общему количеству людей, он составляет средний доход на душу населения. Величина ВНП непосредственно влияет на такие важные показатели уровня жизни как качество жизни и ожидаемая продолжительность жизни. Недостаток валового национального продукта, как критерия безопасности в том, что часть его иногда значительная, идет на оборону, космические исследования, на борьбу с уголовными преступлениями и другие цели, не связанные с обеспечением безопасности от воздействия техногенных, природных и экологических факторов. Качество жизни обычно характеризуется наличием возможностей для отдыха, занятий спортом, искусством, получения образования и т.п. С качеством также принято связывать возможность приобретения предметов не первой необходимости и роскоши, избыток услуг. Качество жизни, как критерий безопасности, не носит самостоятельного характера, в силу недостаточной представительности. Он может использоваться в совокупности с другими критериями. Ожидаемая продолжительность жизни (ОПЖ) в настоящее время считается наиболее приемлемым критерием для оптимизации уровня безопасности. Этот критерий обладает достаточной представительностью, поскольку именно на ОПЖ сказываются техногенные и природные воздействия. С другой стороны, ОПЖ зависит от среднего дохода на душу населения, а следовательно от ВНП. Создаваемая человеком инфраструктура вызывает изменение ОПЖ. Строительство жилья, медицинских учреждений, обеспечение населения продуктами и товарами, развитие транспорта, коммунальных объектов, иных услуг, оказываемых населению, обусловливают рост ОПЖ. С другой стороны, создание для этих целей необходимых народнохозяйственных объектов ведет к загрязнению окружающей среды, авариям, истощению природных ресурсов, деградации природы и, как следствие, к сокращению ОПЖ. При установлении оптимальной величины ОПЖ учитываются указанные тенденции. Устойчивое развитие общества характеризуется постоянным ростом ОПЖ. При этом оптимизация темпов роста ОПЖ предусматривается, исходя из интересов как настоящего, так и будущего поколений, и проводится с учетом прогнозируемых техногенных, экологических и других нагрузок на объекты биосферы, а также социально-экономических соображений. Стоимость увеличения продолжительности жизни, также, как и качество жизни, может использоваться в виде дополнительного критерия при оптимизации уровня безопасности. СОПЖ определяется двумя основными видами расходов: – расходами на медицину, питание, жилье, транспорт, отдых, культуру, разным образом влияющими на ожидаемую продолжительность жизни; – расходами на предотвращение и компенсацию отрицательного влияния техногенной деятельности и опасных природных явлении на ожидаемую продолжительность жизни. В первом случае расходы, обычно, называют затратами и увеличением

ОПЖ и обозначают ЗУ, во втором – затратами на предотвращение - ЗП. При оптимизации уровня безопасности задача состоит в том, чтобы найти правильное соотношение между этими затратами. Считается, что ЗП составляет малую долю от валового национального продукта (10 –15 %) и растет примерно пропорционально увеличению ВНП. В качестве критерия правильного выбора соотношения между затратами принимается непревышение отношения ЗП к величине предотвращаемого сокращения ОПЖ над значением СОПЖ. Указанное выше отношение ЗП к предотвращенному сокращению ОПЖ называют предельной стоимостью снижения риска (ПССР). Следует отметить определенные трудности в расчете СОПЖ, с учетом внедрения новых безопасных технологий. Дело в том, что модернизация производства и внедрение новых технологии, являющихся более безопасными, чем прежние, вызывает не только повышение безопасности, но и, как правило, ведет к увеличению эффективности производства. Возникает некоторая неоднозначность в оценке долей затрат, которые могли бы быть отнесены к повышению безопасности и увеличению эффективности производства. Не без основания считается, что вторая часть затрат в значительной мере направлена на повышение безопасности будущих поколений. Имеется в виду, что высокая эффективность производства создает серьезные предпосылки для повышения уровня безопасности человека и окружающей среды. Уровень безопасности существенно зависит от структурной и инвестиционной политики в развитии экономики и, в известной степени, является индикатором социально-экономического благополучия региона и государства. В связи с этим важное значение имеет принятая за основу концепция территориального размещения производственных и других объектов, являющихся источниками техногенной опасности. Как известно, концентрация производства влечет за собой экономию текущих и капитальных затрат, что обусловлено ростом масштабов производства. Техническая система большой единичной мощности является более экономически выгодной, чем несколько малых, вследствие более рационального расхода металла на ее сооружение, использования производственных площадей и трудовых затрат. Однако, при высокой концентрации производства вступает в силу другой фактор – увеличивается величина наносимого ущерба при крупных авариях в случае землетрясения, акта терроризма или попадания в объект боевого средства. Это касается, прежде всего, наиболее опасных объектов: объектов ядерного топливного цикла, химических и нефтеперерабатывающих предприятий и т. п. При размещении производственных объектов необходимо учитывать и социальные аспекты проблемы повышения безопасности. Как известно, промышленность тяготеет к городам и поселкам с хорошо развитой инфраструктурой. А это влечет за собой увеличение риска крупных социальных потерь при авариях, катастрофах и других событиях, связанных с возникновением чрезвычайных ситуаций. В поисках оптимальных решений необходимо проводить тщательный анализ указанных выше факторов. При этом следует учитывать приоритетную роль обеспечения безопасности. Уровень безопасности в значительной мере зависит от эффективности проектно-конструкторских решений по созданию промышленных объектов, особенно тех из них, которые несут повышенную опасность. Поиск эффективных решений проводится с учетом затрат на повышение

надежности и безотказности технических систем и качества выпускаемой продукции, временного фактора и социальных эффектов. При этом анализе обычно предусматривается использование метода приведенных затрат. Суть метода состоит в сопоставлении и анализе двух величин: расходов на обеспечение надежности и безотказности и экономического, и другого ущерба в стоимостном выражении, обусловленного отказами рассматриваемой технической системы. Проектно-конструкторское решение признается приемлемым, если разность между величиной ущерба и затратами положительна, т.е. больше нуля, а приведенные затраты (сумма стоимостей затрат и ущерба) минимальны. Основные трудности при проведении расчетов связаны с определением ущерба в стоимостном выражении, особенно, когда возникает необходимость в учете социальных последствий аварий и катастроф. 3.2. Методологические основы обоснования уровней приемлемого риска Как уже отмечалось, в основу концепции обеспечения техногенной безопасности в настоящее время в России положен принцип приемлемого риска. Для практической реализации этого принципа необходимы анализ и обоснование целесообразных, приемлемых для общества, с учетом социальноэкономических, психологических и других факторов уровней риска. Из всех видов риска, возникающих при техногенных нагрузках на окружающую среду, обычно главное внимание сосредотачивается на риске для здоровья и жизнедеятельности людей. При этом рассматриваются индивидуальный, коллективный и социальный риски. Поскольку наиболее изученной и проработанной является методология оценки риска техногенного воздействия объектов ядерного топливного цикла, то представляется целесообразным дальнейшее рассмотрение указанных видов риска вести применительно к этим объектам. Риски воздействия и нанесения ущерба, связанные с функционированием объектов, опасных в радиационном отношении, принято называть радиационными. Индивидуальный радиационный риск обычно выражается числом людей, получающих радиационные поражения, которые влекут за собой ухудшение здоровья, в том числе раковые заболевания. При этом чаще всего имеются в виду заболевания со смертельным исходом. Число пораженных обычно оценивается за определенный срок и относится к единичному событию, т.е. к той или иной аварии конкретного вида или типа. Понятие коллективного (группового) риска введено для оценки риска определенных категорий населения, персонала радиационно-опасных объектов, а также в целом населения отдельного региона, страны и даже всей Земли. Величина коллективного риска представляет собой сумму уровней индивидуальных рисков. При определении этой величины учитывается, что различные категории людей обладают неодинаковой восприимчивостью к воздействию радиационных факторов. В этом смысле рассматриваемый вид риска имеет социальную окраску. В таблице 3.2.1. иллюстрируются данные по уровням коллективного риска, обусловленным искусственными источниками облучения. Таблица 3.2.1. Уровни коллективного радиационного риска (число случаев переоблучения в год)

Источник радиационного риска Ядерная энергетика Испытания ядерного орудия (выпадение радиоактивных веществ) Медицинское облучение

Население бывшего СССР 7

Население Земли

48

820

6600

33000-82000

50

Социальный радиационный риск, также как и коллективный, оценивается количеством людей, которые могут оказаться подвержены радиационному ущербу. Однако сходство этих понятий в определенной мере является формальным. По сути, социальный риск имеет существенные особенности. Главная особенность вытекает из того, что приемлемые уровни этого вида риска определяются с учетом отношения общества к радиационной опасности, обусловленной наличием в районе опасного объекта. Количественно он выражается вероятностью того, что при радиационно-опасной аварии или другом событии число людей, подвергшихся радиационному ущербу (ухудшению здоровья, смертельным поражениям и т.п.), будет не менее определенной величины. Численное значение социального риска относится к единичному событию (катастрофе, аварии, происшествию) или к совокупности такого рода событий, развивающихся по различным сценариям. Во втором случае в число учитываемых при оценке социального риска событий включаются лишь те, при которых радиационный ущерб будет не ниже определенного значения. При оценке социального риска для единичного события прежде всего необходимо провести расчет усредненного количества людей, подвергающихся рассматриваемому виду радиационного ущерба в случае возникновения радиационно-опасной аварии, катастрофы или происшествия, по формуле: N =∑R2(τ) R3(τ) Р0(τ) n(τ),

(3.2.1.)

где R2(τ) – вероятность формирования дозовых нагрузок определенного уровня; R3(τ) – вероятность того, что дозовые нагрузки вызовут рассматриваемый радиационный ущерб; Р0(τ) – вероятность того, что в том месте, где проявляется радиационное воздействие, окажется группа людей с одинаковыми условиями облучения; n(τ)- количество людей в группе; τ – расчетный момент времени; k– количество расчетных групп. Суммирование производится по всем группам людей, характеризующимся в среднем одинаковыми условиями облучения. В расчет принимаются средние для каждой группы дозовые нагрузки. Далее логико-вероятностным или иным методом находится вероятность возникновения радиационно-опасного события. Полученная величина интерпретируется, как вероятность того, что определенное количество людей, не меньшее, чем N, может быть подвержено радиационному ущербу R(n>N)=R1,

(3.2.2.)

где R (n > N) – численное значение социального риска при рассматриваемом радиационно-опасном событии (катастрофе, аварии, происшествии); R1– вероятность (а в ретроспективе - частота) возникновения радиационно-опасного события. В том случае, когда при определении уровня социального риска целесообразно учесть ряд событий, развивающихся по различным сценариям и влекущим за собой радиационный ущерб, следует провести расчеты по приведенной схеме для каждого события. Затем, проанализировав полученные результаты, необходимо обосновать социально значимый радиационный ущерб, который выражается числом N. Далее следует провести ранжировку всех радиационно-опасных событий, выделить те из них, для которых n > N, просуммировать для этих событий вероятности возникновения и таким образом найти R(n>N)=

m

(3.2.3.)

∑R1i i=1

где т – число учитываемых при расчете социального риска событий. Расчеты уровня социального риска могут быть проведены и иным путем, если ввести в рассмотрение некую случайную величину п', включающую в себя все параметры стохастической природы, от которых зависит количество людей, подвергающихся радиационному ущербу, в том числе изменчивость направления и скорости ветра и других метеофакторов. При этом условии несколько иное содержание и значение приобретут величины R2 и R3. С учетом указанных замечаний ∞

R (n > N) = N (τ) R1 R2 (τ) R (τ)

∫ f(n') dn N

(3.2.4)

где f(n') - функция распределения случайной величины n'. Как уже отмечалось ранее, количественная мера риска может быть выражена через математическое ожидание ущерба. Величину социального риска предлагают определять по формуле, которая в общем виде выражается: RMO = R1n Уm

(3.2.5.)

где R1 и Y – в пре'кних обозначениях; n и т – показатели, отражающие отношение общества к различным величинам вероятностей и ущербов. В том случае, когда при оценке риска принимаются во внимание все возможные сценарии развития аварий, формула приобретает вид: k

RMO = ∑ R1n Уm I=1

(3.2.6.)

Практически любое воздействие ионизирующих излучений связано с некоторой степенью риска. Поэтому основной принцип, которым руководствуется Международная комиссия по радиационной защите (МКРЗ) при выработке рекомендаций по обеспечению радиационной безопасности, состоит в том, чтобы доза облучения находилась на разумно достижимом низком уровне с учетом экономических и социальных факторов. В соответствии с этим принципом оценка радиационного риска производится через дозу облучения,

являющуюся основным параметром, отражающим вредное воздействие всех факторов радиационной природы. При этом анализируются индивидуальные эффективные дозы облучения, отражающие суммарный эффект облучения организма и коллективные эффективные эквивалентные дозы, получаемые группами людей и определяемые путем суммирования индивидуальных доз (коллективные дозы измеряются в человеко-зивертах, чел.-Зв.). Коллективную эффективную эквивалентную дозу, которую получает поколение людей от какого-либо радиоактивного источника за все время его дальнейшего существования, называют ожидаемой (полной) коллективной эффективной эквивалентной дозой. При обосновании уровня приемлемого радиационного риска исходят из общепринятых принципов МКРЗ, которые являются основой для принятия решений по радиационной защите. Главный смысл этих принципов состоит в целесообразности максимально возможной безопасности, в стремлении к тому, чтобы дозы облучения были настолько низкими, насколько этого можно достичь техническими и организационными мерами с учетом экономических и социальных факторов, в ограничении эквивалентной дозы облучения рекомендуемыми пределами. Пределами являются уровни доз облучения и соответствующие им уровни рисков, которые не должны превышаться ни при каких обстоятельствах. Возможность реализации требований радиационной защиты по пределам доз и рисков не вызывает особых опасений и гарантируется, когда население и персонал подвергаться контролируемому облучению. Заметим, что под контролируемым облучением понимается облучение, имеющее место при нормальных эксплуатационных режимах функционирования радиационноопасных объектов, когда уровни радиационных полей и концентраций РВ регламентированы и постоянно контролируются системой радиационного мониторинга. В отличие от контролируемого, под неконтролируемым облучением имеется в виду облучение в аварийных условиях, когда уровни полей и концентраций выходят из-под контроля, что влечет за собой возможность существенного изменения радиационной обстановки. В аварийных случаях на уровни доз облучения и радиационного риска значительное влияние оказывает стохастический характер многих факторов развития аварии, а также параметров метеообстановки, определяющих закономерности распространения радиоактивных веществ в окружающей среде. Фактические величины уровней риска могут быть оценены только с определенными, иногда достаточно большими, ошибками. В связи с этим, при анализе и оценке риска представляется целесообразным, наряду с пределом риска, пользоваться еще одной величиной риска, при совпадении с которой расчетное значение риска для аварийных условий с определенной гарантированной вероятностью не превышало бы предела риска. Эту величину назовем условным пределом риска. При известном законе распределения плотности вероятности случайной величины риска в зависимости от изменения факторов аварии, условный предел риска может быть легко найден. Однако, указанный закон распределения неизвестен. Во всяком случае, данные по этому поводу в доступных нам публикациях отсутствуют. В связи с этим в большинстве государств, занимающихся использованием ядерной энергии, наряду с пределом риска устанавливается некая величина уровня риска, называемая целью риска. Смысл этой величины практически совпадает с введенным выше понятием – условным пределом риска. Определение же

величины цели риска предусматривается, главным образом, на основе опытных данных и интуиции методом экспертных оценок. Как уже отмечалось, уровень предельного риска не должен превышаться ни при каких обстоятельствах. Превышение же цели риска допускается. При этом риск, превышающий цель риска, считается приемлемым, если он мал настолько, насколько это достижимо. Расчет и установление пределов и целей риска обычно проводится для определенных категорий персонала радиационно-опасных объектов и населения. В соответствии с рекомендациями МКРЗ, при анализе и оценке радиационной опасности вводится понятие о "критической группе" облучения. В качестве "критической группы" облучения рассматриваются лица из населения, находящегося у границ площадки объекта. По принятой у нас терминологии это ограниченная часть населения, принадлежащая к категории Б облучаемых лиц, которые находятся на внутренней границе наблюдаемой зоны. Выбор этой части населения в качестве критической группы облучения обусловлен тем, что она (после персонала объекта) испытывает наибольшую радиационную нагрузку как при контролируемом, так и неконтролируемом облучении. В таблице 3.2.2 приведены значения предела и цели индивидуального риска ранних и отдаленных смертей, принятые МКРЗ и органами надзора за безопасностью ряда стран. Данные, приведенные в таблице 3.2.2, свидетельствуют о неоднозначности взглядов специалистов различных стран на уровни предела и цели риска. Тем не менее, на основе этих данных сформулированы рекомендации по уровням индивидуального риска смерти, связанного с функционированием АЭС. В частности, уровень предела риска считается целесообразным принимать равным 10-5 на человека в год. Значительное превышение этого предела недопустимо. Отмечается, что из-за присущих показателю риска неопределенностей использование указанного предела имеет некоторые ограничения. Уровень цели риска рекомендуется принимать равным 10–6 на человека в год. Смертельные риски, которые имеют значения ниже этого уровня, считаются несущественными. Как известно, аварии, происходящие на радиационно-опасных объектах, различаются по своему характеру и степени возникающей радиационной опасности. В связи с этим полный уровень риска при такого рода авариях целесообразно расчленять на отдельные риски, обусловленные различными путями развития аварии (ПРА), характеризующимися определенными вероятностями реализации. Полный (общий) уровень риска при таком условии может быть вычислен как сумма произведений вероятностей реализации принимаемых во внимание путей развития аварий на соответствующие вероятности нанесения ущерба со смертельным исходом. Таблица 3.2.2. Критерии для оценки индивидуального риска смерти от аварий на границе площадки АЭС, 1/чел. Год Ранние смерти Отдаленные смерти Источник Предел Цель Предел Цель МКРЗ 10-5 10-5 Аргентина (критерий для ядерного 10 -6 10 -6 регулирования) Австралия (правила для новых промышленных установок):

-Управление планирования Нового Южного Уэльса -Управление по защите окружающей среды Западной Австралии Нидерланды Великобритания: -Управление по надзору за ядерными установками Исследовательская группа Королевского общества США (комиссия по ядерному регулированию)

10 -6 10-5

10 -6

10 -6

10 -8

10 -4

10 -6

10 -4

10 -6 5 10 -7

10 -6

5 10-5

Понятие риска от аварии определенного типа (пути развития аварии) оказывается не только полезным, но и необходимым при оценке безопасности тех или иных технических систем радиационно-опасных объектов. Изложенные выше соображения принимаются во внимание при установлении критериальных уровней риска. При этом считается весьма полезным учитывать возможные типы аварий (пути развития аварии) и выражать количественной мерой их вклад в уровень предела и цели риска. При отсутствии необходимой информации для проведения расчетов предел и цель для определенного ПРА могут быть приняты равными 10 % от их полного значения. В соответствии с этим уровень цели риска в расчете на отдельный путь развития аварии рекомендуется принимать равным 10 -7 на человека в год. Обоснование приемлемого уровня радиационного риска, на наш взгляд, может проводиться на основе представлений, развитых Ю.А. Израэлем при рассмотрении вопроса о регулировании качества окружающей среды, а также рекомендаций МКРЗ по оптимизации радиационной защиты. Для проведения анализа и обоснований целесообразно использовать графические зависимости, приведенные на рис. 3.2.1.

Рис.3.2.1.Графики для обоснования уровня приемлемого радиационного риска Обозначения на рисунке: В – уровень радиационного риска в стоимостном выражении (в переводе на денежный эквивалент); G - затраты на предотвращение или снижение уровня радиационного

риска; σ – ожидаемый уровень радиационного воздействия (ожидаемые дозы облучения, число радиационных поражений со смертельным исходом); σэ0 – точка экономического оптиума; σT1 σT2 - границы интервала уровней радиационного воздействия, соответственно, при принятых и реально достижимых перспективных ядерных технологиях и эффективных мерах предотвращения радиационных поражений; σg1 - нижний допустимый пр“дел безопасности, т.е. уровень радиационного воздействия, соответствующий уровню предела риска; σg2 - уровень радиационного воздействия, соответствующий уровню цели риска. Наиболее благоприятным случаем для выбора уровня приемлемого риска является соблюдение условия

σэ0 = σg2

(3.2.7.)

либо максимальное сближение этих величин путем выбора соответствующей безопасной технологии и экономических мер и средств радиационной защиты. Обоснование уровней риска могут проводиться и в соответствии с методологией, основывающейся на концепции "польза – вред" ("оправданность деятельности"), которая рекомендована Международной комиссией по радиологической защите и нашла отражение в наших национальных нормах радиационной безопасности НРБ-96 [10]. Суть этого подхода состоит в следующем: В формализованном виде записываются решения по основным принципам ограничения облучения персонала радиационно-опасных объектов и населения: оправданность деятельности; оптимизация защиты; непревышение дозовых пределов. W = V - (G + B) > 0;

(3.2.8.)

W → m ax; (G+B) → min D < DДОП

(3.2.9.) (3.2.10.)

Здесь W– чистая польза (доход), приносимая функционированием радиационного опасного объекта; V – общая польза, приносимая объек_0я объек_eeп - доза облучения и дозовый предел, соответственно; G, В – в прежних обозначениях и стоимостном выражении. Условие социально-экономической оправданности той или иной технологии и приемлемости радиационного риска вытекает из соотношения (3.2.8), когда W = 0, и записывается в виде (3.2.11.) B