Техносферная безопасность / Akimov - Katastrofi i bezopasnost 2006

Глава 11

производства, и комфортабельность условий жизни людей, их здоровье, да и сама возможность существования человека на Земле.

При установлении целесообразного и 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 к нему обществом.

По современным взглядам, в качестве таких критериев могут рассматриваться [28, 57, 58, 73]:

—валовой национальный продукт (ВНП);

—качество жизни (КЖ);

—средняя ожидаемая продолжительность предстоящей жизни (СОППЖ);

—стоимость увеличения ожидаемой продолжительности жизни (СОПЖ). Валовой национальный продукт — это все материальные ценности, создавае-

мые 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 валового национального продукта 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 жизни 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.

Средняя ожидаемая продолжительность предстоящей жизни в настоящее время считается наиболее приемлемым критерием для оптимизации уровня безопасности. Этот критерий обладает достаточной представительностью, поскольку именно на СОППЖ сказываются техногенные и природные воздействия. С другой стороны, СОППЖ зависит от среднего дохода на душу населения, а следовательно, от ВНП.

Создаваемая человеком инфраструктура вызывает изменение СОППЖ. Строительство жилья, медицинских учреждений, обеспечение населения продуктами и товарами, развитие транспорта, коммунальных объектов, иных услуг, оказываемых населению, обусловливают рост СОППЖ. С другой стороны, создание для этих целей необходимых народно-хозяйственных объектов ведет к загрязнению окружающей среды, авариям, истощению природных ресурсов, деградации природы и, как следствие, к сокращению СОППЖ. При установлении оптимальной величины СОППЖ учитываются указанные тенденции.

Устойчивое развитие общества характеризуется постоянным ростом СОППЖ. При этом оптимизация темпов роста СОППЖ предусматривается, исходя из интересов как настоящего, так и будущего поколений, и проводится с учетом

191

Раздел III

прогнозируемых техногенных, экологических и других нагрузок на объекты биосферы, а также социально-экономических соображений.

Стоимость увеличения продолжительности жизни может использоваться в виде дополнительного критерия при оптимизации уровня безопасности.

СОППЖ 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 явлений на ожидаемую продолжительность жизни.

В первом случае расходы обычно называют «затратами на увеличение СОППЖ»

иобозначают 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 составляют малую долю от валового национального продукта (10–15%) и растут примерно пропорционально увеличению ВНП. В качестве критерия правильного выбора соотношения между затратами принимается непревышение отношения ЗП к величине предотвращаемого сокращения СОППЖ над значением СОПЖ. Указанное выше отношение ЗП к предотвращенному сокращению СОППЖ 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 технологий, являющихся более безопасными, чем прежде, 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.

Для практической реализации принятого в России принципа оценки безопасности необходимы анализ и научное обоснование целесообразных, приемлемых для общества, с учетом социально-экономических, психологических и других факторов, уровней риска.

В программе проведения такого рода анализа и обоснований предусматривается выполнение соответствующих специальных исследований, а также гуманитарная экспертиза социальной приемлемости техногенных и экологических опасностей.

Из всех видов риска, возникающих при техногенных нагрузках на окружающую среду, обычно главное внимание сосредотачивается на риске для здоровья

ижизнедеятельности людей. При этом рассматриваются индивидуальный, коллективный и социальный риски.

Индивидуальный риск, как правило, выражается вероятностью поражений людей, которые влекут за собой ухудшение здоровья, в том числе раковые заболевания, как это имеет место, например, при радиационных воздействиях. При этом чаще всего имеются в виду заболевания со смертельным исходом, то есть гибель людей. Чаще всего определяется вероятность смертельного поражения (гибели) одного человека за определенный срок, например, за год.

192

Глава 11

Понятие коллективного (группового) риска введено для оценки риска определенных категорий населения, персонала опасных объектов, а также в целом населения отдельного региона, страны и даже всей Земли. Величина коллективного риска представляет собой вероятность поражений определенного количества людей. При оценке этой величины учитывается, что различные категории людей обладают неодинаковой восприимчивостью к воздействию тех или иных факторов риска. В этом смысле рассматриваемый вид риска имеет социальную окраску.

Социальный риск, так же как и коллективный, оценивается количеством людей, которые могут оказаться подвержеными тому или иному ущербу от воздействия факторов риска. 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 факторам опасности, обусловленной наличием в данном районе взрыво-, пожаро-, химически или радиационно опасных и иных объектов. Количественно он выражается вероятностью того, что при аварии или другом опасном событии число людей, подвергшихся 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 ущерб будет не ниже определенного значения.

Взгляды на расчет уровней социального риска, нашедшие отражение в работах отечественных и зарубежных авторов, страдают неоднозначностью. Основываясь на анализе этих взглядов [77, 128], представляется возможным высказать следующие соображения по содержанию и порядку расчетов.

При оценке социального риска для единичного события прежде всего необходимо провести расчет усредненного количества людей, подвергающихся рассматриваемому виду воздействия в случае возникновения аварии, катастрофы или происшествия. Для случая радиационной аварии расчет ведется по формуле:

k	(τ )R3 (τ )P0
N = ∑R2		(τ )n(τ ) ,	(3.1)

i =1

где: R2(τ) — вероятность формирования дозовых нагрузок определенного уровня; R3(τ) — вероятность того, что дозовые нагрузки вызовут рассматриваемый ущерб здоровью;

P0(τ) — вероятность того, что в том месте, где проявляется вредное 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 опасного события. Полученная величина интерпретируется, как

193

Раздел III

вероятность того, что определенное количество людей, не меньшее чем N, может быть подвержено радиационному ущербу.

Расчеты уровня социального риска могут быть проведены и иным путем, если ввести в рассмотрение некую случайную величину n′, 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 )R1R2 (τ )R3 (τ ) ∫ f (n′)dn ,	(3.2)

f (n′) N (n′)

где: — функция распределения случайной величины .

Как уже отмечалось ранее, количественная мера риска может быть выражена через математическое ожидание ущерба. Пользуясь такого рода подходом, В.К. Сухоручкин и А.Н. Гавришин [101] величину социального риска предлагают определять по формуле, которая в общем виде выражается:

R	М 0	= Rn Y m ,	(3.3)
		1

где: R1 и Y — в прежних обозначениях; n и m — 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
RМ 0 = ∑R1ni Yi m	(3.4)

i =1

При обосновании уровня приемлемого радиационного риска исходят из целесообразности обеспечения максимально возможной безопасности. Стремятся к тому, чтобы дозы негативного воздействия факторов риска 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 и соответствующие им уровни рисков, которые не должны превышаться ни при каких обстоятельствах.

В аварийных случаях на уровни доз негативного воздействия и 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, наряду с пределом риска, надо пользоваться еще одной величиной риска, при совпадении с которой расчетное значение риска для аварийных условий с определенной гарантированной вероятностью не превышалобыпределариска. Этувеличинуназовем«условнымпределомриска».

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

194

Глава 11

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 опасных объектов и населения.

Кроме рассмотренных выше концепций безопасности и риска после Международной конференции по окружающей среде и развитию, которая, как уже отмечалось, состоялась в Рио-де-Жанейро и провозгласила курс на переход к устойчивому развитию мирового сообщества, в сфере безопасности принято руководствоваться концепцией устойчивого развития, имеющей глобальный характер.

Концепция устойчивого развития в настоящее время все больше приобретает характер основополагающей системы взглядов на пути и способы обеспечения безопасности в широком смысле этого слова.

При этом имеются в виду не только экологические ее аспекты, которые прежде всего учитывались в принятых в Рио-де-Жанейро декларативных документах, но и социально-экономические, политические, военные, информационные и другие.

Учитывается также, что устойчивое развитие в современных условиях невозможно без обеспечения безопасности от опасностей и угроз террористического характера.

Концепции устойчивого развития, в той или иной форме разрабатываемые и принимаемые к руководству в большинстве развитых государств, во многом определяют направления деятельности и меры по обеспечению безопасности. В России и, по-видимому, во многих других государствах эти направления деятельности и меры имеют двуединую задачу: внесение необходимого и согласованного на уровне мирового сообщества вклада в обеспечение глобального устойчивого развития и безопасности; создание базовых предпосылок для обеспечения национальной безопасности государства.

Глобальная концепция безопасности пока не предполагает строгой количественной оценки уровня безопасности. Хотя попытки поиска количественной меры для такой оценки предпринимаются. В частности, по осторожным оценкам ученых, в качестве определенного критерия устойчивого и безопасного развития мировой цивилизации можно считать величину используемой энергии всех видов, включая энергию, потребляемую в процессе хозяйственной и иной деятельности, а также с пищей, которая не превышает определенного уровня (хозяйственной емкости биосферы).

В заключение заметим, что концепции безопасности в большинстве случаев реализуются в рамках определенных социально-экономических или иных систем и объектов с учетом всех существующих и потенциальных опасностей и угроз.

195

Раздел III

Системная безопасность и системный риск

Системная безопасность может быть определена, как защищенность объектов безопасности с учетом полного спектра возможных опасностей и угроз, а также всех мер и действий, снижающих риск реального проявления этих опасностей и угроз до приемлемого уровня. При этом имеется в виду, что исчерпывающая система указанных мер и действий строится на условиях перекрытия всех составляющих возможных ситуаций и включает полную группу событий, касающихся устранения, отклонения или воспринятия тех или иных реализующихся опасностей и угроз.

Системная безопасность организуется и обеспечивается, исходя из весьма важного принципа, состоящего в том, что любая реальная функциональная система, будь то СЭС или ОТС, добиваясь в своей целенаправленной деятельности по прямому назначению максимально возможной эффективности, одновременно стремится к высокому уровню безопасности, при котором риск не превышает приемлемых значений. Более того, современная деятельность в условиях растущего дефицита ресурсов, возрастания нагрузки на природу и развития опасных тенденций в техносфере предполагает ориентацию на первостепенное обеспечение безопасности. Высказывается даже мнение об определении таких вариантов целенаправленной деятельности, которые бы прежде всего обеспечивали безопасность и только после этого — необходимый полезный эффект.

Оценка уровня безопасности той или иной социально-экономической системы, а также различного рода организационно-технических систем может быть проведена на основе данных о системном интегральном риске.

Вобщее понятие риска принято включать два четко различных компонента: частоту ожидаемого деструктивного случайного события и последствия этого события. Риск есть функция двух переменных — частоты и последствий нежелательного события [18, 128].

Исходя из этого понятия в широком междисциплинарном смысле, риск может интерпретироваться, как вероятность (частота) или математическое ожидание числа аварий, опасных природных явлений и других деструктивных случайных событий, умноженные на математическое ожидание возникающего при них ущерба.

Вматематической форме это определение имеет вид:

R = P M [Y ],

(3.5)

где: Р — вероятность возникновения опасного события; M [Y ] — математическое ожидание ущерба.

Риск обычно рассматривается в рамках конкретного временного интервала, в пределах которого частота опасного события может оказаться больше единицы. Тогда приведенная формула утрачивает смысл. С учетом этого формулу для риска

необходимо записать в виде:
R = M [N ] M [Y ],	(3.6)
где: M [Y ] — математическое ожидание числа опасных событий.

196

Глава 11

Математическое ожидание числа однородных опасных событий (например, возникновение техногенных аварий или опасных природных явлений определенного вида) в течение определенного срока может быть определено на основе экспоненциального распределения случайных величин, которое, как известно, определяется одним параметром — интенсивностью или плотностью потока событий.

Поэтому формула для определения математического ожидания числа аварий (катастроф) и опасных природных явлений имеет вид:

M [N ] =ν t ,

(3.7)

где: v — частота (интенсивность) случайных событий;

t — временной интервал, в расчете на который определяется матожидание. Поскольку, как правило, указанный интервал принимается равным одному

году, то

M [N ] =ν .

(3.8)

Математическое ожидание ущерба определенного вида, основываясь на взглядах, развитых в работе [18], может быть определено на основе логарифмически нормального распределения случайных значений ущерба.

Плотность вероятности возникновения той или иной величины ущерба при этом распределении записывается в виде:

f (y ) =	1	e
	2,303 δ y 2π

lg y −lg y0

δ

(3.9)

Параметрами этого распределения являются lg и δ.

Принимая при оценке математического ожидания ущерба логарифмически нормальное распределение для определения искомой величины математического ожидания ущерба, можно воспользоваться соотношением:

M [y] = lg y0 e2,651δ 2 .

(3.10)

Математическое ожидание случайной величины lg y, обозначенное lg y0 и ее срединное квадратическое отклонение δ определяются по формуле для нормального закона распределения. При этом задача облегчается, поскольку нормальное распределение симметрично относительно математического ожидания случайной величины. Здесь медиана и мода совпадают с lg y0.

Задача по определению математических ожиданий числа аварий (катастроф), опасных природных событий и наносимого при них ущерба облегчается, если имеются данные по вероятностям возникновения указанных случайных событий (табл. 3.4, 3.5).

Таблица 3.4

Вероятности возникновения в течение года определенного количества однородных аварий (катастроф), опасных природных явлений

Количество аварий, N	0	1	2	3	n
Вероятность, Р	Р0	Р1	Р2	Р3	Рn

197

Раздел III

Таблица 3.5

Вероятности возникновения определенного объема ущерба при рассматриваемом виде аварии (катастрофы), опасном природном явлении

Объем ущерба, y	y0	y1	y2	y3	ym
Вероятность, P	P0	P1	P2	P3	Pm

Используя данные такого рода таблиц, легко получить:

n	m
M [N ] = ∑Pi Ni ;	M [N ] = ∑PjY j.	(3.11)
i =1	j =1

Рассмотрев соображения общего характера, перейдем к методологии оценки системного и комплексного системного рисков.

Напомним, что под системным риском понимается математическое ожидание определенного вида ущерба, наносимого социально-экономической или иной системе при реализации с определенной вероятностью (частотой) в течение года определенного вида аварий (опасных природных явлений).

Для проведения оценки системного риска необходимо выполнить определенные операции подготовительного характера, касающиеся создания необходимой базы исходных данных. Суть этой подготовительной работы состоит в следующем.

Во-первых, территория исследуемой социально-экономической системы, например определенного административно-хозяйственного образования, разбивается на структурные элементы в полярной или прямоугольной системе координат, в зависимости от характера территории и расположения на ней населения и объектов, которые могут нанести ущерб. В первом случае структурные элементы имеют форму сегментов, во-втором — квадратов или прямоугольников.

Во-вторых, для каждого из структурных элементов составляется информационная справка, включающая: демографические данные (численность населения, его возрастающая и иная структура, степень его защищенности и т.п.); наличие объектов, которые могут понести определенные виды ущерба при рассматриваемом виде аварии (катастрофы), опасного природного явления.

В-третьих, определить степень уязвимости структурных элементов к различным негативным факторам, возникающим при авариях (катастрофах), опасных природных явлениях и составить приоритетные варианты совокупностей структурных элементов для оперативной и сокращенной оценки риска.

Формула для оценки системного риска имеет вид:

n
Rc = M [N ]∑M [Yi ] ,	(3.12)

i =1

где: n — количество структурных элементов, выделенных на территории социаль- но-экономической системы (административно-хозяйственного образования) для оценки математического ожидания ущерба.

Остальные величины — в прежних обозначениях.

Заметим, что при оценке системного риска принимается во внимание лишь один из наиболее значимых видов ущерба, например, утрата здоровья людей и т.п.

Комплексный системный риск оценивается с учетом всех значимых или весьма значимых для данной системы видов ущерба, а также наиболее важных

198

j =1 i =1

Глава 11

источников риска. Выбор видов ущерба и источников риска определяется характером и структурой исследуемой системы, а также целевой установкой оценки риска.

Расчетная формула для оценки комплексного системного риска по наиболее простому варианту, когда учитывается лишь определенное количество видов ущерба, записывается в виде:

Rkc	m n	(3.13)
	= M [N ]∑∑M Yij ,

j =1 i =1

где: m — количество учитываемых видов ущерба. Остальные величины — в прежних обозначениях.

При оценке комплексного системного риска, когда существует не один, а несколько различных источников риска, например, могут происходить аварии (катастрофы) на различных объектах или наряду с возможными авариями есть угроза возникновения опасных природных явлений, расчетная формула приобретает вид:

Rkc	k	m n	(3.14)
	= ∑ M [Nr ]∑∑M Yij ,

r =1

где: k — количество учитываемых источников риска. Остальные величины — в прежних обозначениях.

В этом случае комплексный системный риск с полным основанием может называться «интегральным системным риском», т.е. риском, величины которого в суммарном виде отражают все возможные ущербы для данной социально-эко- номической системы с учетом всех значимых источников опасности.

При анализе и оценке системного и комплексного системного рисков можно воспользоваться несколько иным — графико-аналитическим подходом.

Суть его состоит в следующем.

Для проведения анализа и оценки риска строится специальная диаграмма, в определенной степени аналогичная так называемой (F–N)-диаграмме, обычно используемой при анализе социального риска. В качестве координат при построении диаграммы служат: частота возникновения аварий (катастроф), опасных природных явлений и других негативных событий, при которых математическое ожидание ущерба имеет значение не менее определенной величины Wмз (рис. 3.2).

Необходимо отметить два важных обстоятельства, касающихся построения диаграммы.

Рис. 3.2. Общий вид W—Y диаграммы и графическая интерпретация показателя комплексной системной безопасности

199

Раздел III

Во-первых, по горизонтальной оси диаграммы может откладываться как математическое ожидание определенного вида ущерба, например, ущерба здоровью людей, так и математическое ожидание нескольких наиболее значимых для оценки уровня безопасности системы видов ущерба. Bo-втором случае все виды ущерба выражаются в единых единицах, например, в стоимостных. Для определения величины ущерба могут быть использованы формулы:

в первом случае				n	];
		Y = ∑M [Y
				i
				i −1	(3.15)
	Y		m	n
			∑∑M Yij
во втором случае		=			.

j =1 i =1

Все величины — в прежних обозначениях.

Во-вторых, по вертикальной оси откладывается частота всех видов опасных событий при условии, что при этих событиях Y>Y ′.

Поскольку учитываемые опасные события на территории рассматриваемой социально-экономической или иной системы могут происходить независимо друг от друга в любой комбинации, то построение шкалы W (Y >Y ′) на вертикальной оси несколько усложняется.

Необходимо учитывать вероятность возникновения определенного числа совместных событий, полагая, что вероятности возникновения каждого из них известны. Для расчета этой вероятности может быть использована формула:

			n	− P(Ai ).
P	∑Ai		= 1− П (1		(3.16)
	n		i =1

Далее, полагая, что случайные значения величины ущерба имеют логарифмически нормальное распределение, можно далеко не легким путем определить математическое ожидание ущерба, откладываемое по вертикальной оси диаграммы.

С помощью диаграммы, построенной в расчете на один вид ущерба, представляется возможным определение системного риска. Для этого необходимо проинтегрировать кривую W (Y > Y ′) f (Y > Y ′) в пределах от минимальной значимой для оценки безопасности системы величины Y(Yмз) до ее максимального значения (Ymax ) или от 0 до ∞. Второй вариант применим при отсутствии достоверных дан-

ных о Yмз и Ymax.

Диаграмма, построенная с учетом нескольких видов риска, путем интегрирования кривой W (Y > Y ′) f (Y > Y ′) в указанных выше пределах, позволяет определить комплексный системный риск.

Впервом случае, когда учитывается один вид ущерба, риск можно было бы назвать интегральным системным риском, во втором, с учетом нескольких видов риска, — интегральным комплексным системным риском.

Взаключение следует изложить некоторые соображения, касающиеся решения задач по выходу рассматриваемой социально-экономической или иной системы из проблемной ситуации, если она возникла, восстановлению или повышению уровня безопасности и т.п.

К решению указанных задач представляется целесообразным подход, основанный на графической интерпретации и анализе расхода ресурсов на превентивные

200