Мониторинг и экспертиза. Безопасность технологических процессов и производств и бакалавров направления 280700 Техносферная безопасность Белгород 2013 3
 Скачать 4.49 Mb.
|
|
5. Структура мониторинга промышленной безопасности 5.1. Общая структура мониторинга Структурную схему мониторинга промышленной безопасности можно представить в виде сложной макросистемы, состоящей из нескольких систем различного назначения и функций (рис. 5.2). Структура мониторинга промышленной безопасности априори индивидуальна, подлежит специальной разработке в каждом конкретном случае и пока не поддается жесткой регламентации за исключением отдельных моментов. Создание мониторинга это творческая разработка, основывающаяся на определенных требованиях и использующая весь арсенал имеющихся методических разработок, как общих, таки ведомственных. Рис. 5.2. Общая структура мониторинга промышленной безопасности УРОВЕНЬ МОНИТОРИНГА Детальный Локальный Региональный Национальный ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА Оценка информации Оценка информации Прогнозирование Рекомендации по управлению ОБЪЕКТЫ МОНИТОРИНГА Почвы горные породы искусственные грунты Подземные в оды Ре ль еф Г ео логические и инженерно- геологические процессы Сис тема инженерной защиты ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БАЗА Наблюдения Съемочные работы Лабораторные работы Моделирование СИСТЕМА НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК Методики и проблемы наблюдения Методики оценки Методики прогноза ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА 87 В функциональной структуре мониторинга объединяются объекты наблюдений и объекты изучения мониторинга. Основными среди них являются компоненты окружающей среды, рассмотренные выше почвы, горные породы и искусственные грунты рельеф территории подземные воды геологические и инженерно-геологические процессы и явления, здания и сооружения. В соответствии с этими объектами (элементами) могут выделяться подсистемы, занимающиеся мониторингом лишь данного элемента окружающей среды или его части. Внутри этих подсистем могут выделяться (в зависимости отце- левого назначения) более узкие подподсистемы мониторинга. Например, в подсистеме гидрогеологического мониторинга могут выделяться подподсистемы: 1) загрязнения подземных вод 2) истощения (пополнения) запасов подземных вод 3) подтопления (осушения) территорий 4) фонового режима подземных води т.д. В подсистеме мониторинга экзогенных геологических процессов могут выделяться подподсистемы, направленные на изучение конкретных процессов 1) оползнеобразования; 2) формирования селей; 3) абразии 4) ветровой эрозии 5) заболачивания и др. Важно подчеркнуть, что все элементы окружающей среды взаимосвязаны и вычленять при наблюдениях какой-либо один элемент из этой системы, не рассматривая другие, методически неверно. Поэтому в идеальном варианте мониторинг промышленной безопасности должен быть комплексным, охватывать не отдельные части, а все элементы окружающей среды, все его подсистемы и подподсистемы должны быть связаны.Следующим важным элементом структуры мониторинга промышленной безопасности является система производственных работ (см. рис. 5.2), составляющая производственную базу мониторинга. Данная система объединяет в себе различные источники получения информации об окружающей среде. В нее входят все виды работ, которые используются при организации и проведении мониторинга различные виды инженерно-геологических, гидрогеологических, геокриологических, геофизических и геоморфологических наблюдений (рекогносцировочные, режимные, оценочные и т.д.); все виды съемочных работ, используемые в практике инженерно-геологических, гидрогеологических и геокриологических исследований различные работы по организации систем инженерной защиты всевозможное моделирование окружающей среды, ее элементов и ПТС (натурное, имитационное, математическое и др. Другой важнейший элемент структуры мониторинга промышленной безопасности составляет система научно-методических разработок (см. рис. 5.2). Назначение этой системы разработка всего комплекса методик, используемых при планировании, организации и функционировании мониторинга, при проведении производственных работ, при анализе и оценке результатов наблюдений и, наконец, при прогнозировании и выдаче управляющих решений. Эта система является "мозговым центром" всего мониторинга оттого, насколько правильно будут составлены программы наблюдений, насколько эффективны и корректны используемые методики и отдельные методы, будет зависеть в конечном итоге результат работы всей системы мониторинга. Система научно-методических разработок мониторинга промышленной безопасности составляется специалистами. И наконец, последним элементом структуры мониторинга промышленной безопасности является система технического обеспечения см. рис. 5.2). Эта система представляет собой техническую базу, с помощью которой осуществляется реализация всего мониторинга окружающей среды. В техническое обеспечение входит аппаратура для наблюдений и сбора первичной информации о состоянии окружающей среды и ПТС (всевозможные датчики, индикаторы, приборы для наблюдений технические средства для полевых съемочных инженер- но-геологических, гидрогеологических исследований (буровые установки, передвижные инженерно-геологические и гидрогеологические лаборатории, передвижные геофизические станции, приборы для полевых испытаний и т.д.); автотранспорт лабораторное оборудование для проведения лабораторных инженерно-геологических, гидрогеологических исследований электронно-вычислительные средства (ЭВМ) и средства связи и коммуникаций оргтехника. Техническое обеспечение представляет собой наиболее дорогостоящую часть мониторинга, поэтому оно должно формироваться наиболее оптимальным образом, без излишних затрат и дублирования. Кроме того, следует иметь ввиду, что создание систем мониторинга геологической среды должно опираться на уже сложившуюся в России сеть режимных инженерно-геологических, гидрогеологических и геокриологических наблюдений, на системы инженерной защиты, на имеющуюся техническую базу различных изыскательских и проектных инженерно- геологических организаций и предприятий. 89 6. Методики и методы контроля безопасного состояния природно-технических систем 6.1. Наблюдательные сети и программы наблюдений Основу системы сбора информации о природно-технических системах входе мониторинга составляют наблюдательные сети. Наблюдательные сети мониторинга природно-технических систем призваны обеспечить всесторонний сбор достоверной информации о среде в целом и ее отдельных элементах. К наблюдениям в системе мониторинга предъявляются достаточно высокие требования, а их проведение должно основываться на тщательных методических проработках и научном обосновании. В зависимости от назначения в мониторинге геологической среды используют четыре основные группы наблюдений инвентаризационные, ретроспективные, режимные и методические. Инвентаризационные наблюдения проводятся достаточно редко, через длительный срок, для того чтобы либо оценить начальное состояние геологической среды, либо оценить ее многолетние изменения. Они включают в себя набор трудоемких или дорогостоящих методов наблюдений за объектами геологической среды, которые не могут часто использоваться или входить в состав режимных наблюдений. Эти наблюдения носят характер инвентаризации на определенный период и могут проводиться с очередностью одного раза в год, либо разв года и более. В состав инвентаризационных наблюдений априори включаются наиболее консервативные элементы геологической среды, для которых заведомо можно предположить низкую скорость изменения, в том числе и техногенного. Ретроспективные наблюдения направлены на выявление тенденций развития геологической среды или ее компонентов и установление закономерностей их изменений. Они составляют основу для решения прогнозных задач в мониторинге геологической среды и проводятся по особой программе, составленной с учетом установленных тенденций развития или изменения для данного компонента геологической среды. Главное условие при постановке ретроспективных наблюдений – обеспечение надежной информации, достаточной и необходимой для составления того или иного прогноза. По сроками периодичности проведения ретроспективные наблюдения могут быть различными в зависимости оттого, насколько 90 велика скорость изменения того или иного элемента геологической среды. Режимными стационарными наблюдениями называются наблюдения за динамикой процессов и явлений на наблюдательных стационарах наблюдательных участках, точках, пунктах – в целях выявления их закономерностей и обусловленности. Они отражают определенные (ежегодные, сезонные, ежемесячные, суточные и др) колебания в системе наблюдаемых объектов и процессов. Режимные наблюдения в общей методике инженерно-геологических исследований составляют определенный, самостоятельный и важный вид геологических работ, который входит как часть наблюдений ив мониторинг геологической среды. Режимные наблюдения нацелены на решение прогнозных задач, на то, чтобы получить возможность предвидеть и прогнозировать тенденцию и масштаб развития тех или иных процессов и явлений. При проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений и хозяйственном использовании территорий чаще всего выполняются следующие виды режимных стационарных наблюдений 1) метеорологические и гидрологические 2) гидрогеологические 3) геотермические) за деформациями масс горных пород на склонах, в откосах, на оползневых участках, в подземных выработках и котлованах) за осадками и деформациями сооружений 6) за скоростью и характером развития процессов выветривания, эрозии, абразии, пучения горных пород, за их физическим состоянием и другими процессами и явлениями. Все эти наблюдения также входят в состав мониторинга окружающей среды. Методические наблюдения направлены на совершенствование методов мониторинга или на создание новых. Методические наблюдения часто предшествуют режимным или ретроспективным для корректировки или уточнения программ наблюдений. Сих помощью устанавливаются наиболее оптимальные сроки контроля наблюдаемых систем и их периодичность. Для каждой сети наблюдений при организации функционирующей системы мониторинга разрабатываются программы наблюдений. Программа наблюдений входит как одна из важнейших методических составных частей в общую целевую программу мониторинга геологической среды. По своей форме программа наблюдений составляется в виде практического методического руководства по наблюдениям на данной конкретной территории мониторинга геологической среды. В зависимости от набора компонентов геологической среды выделяют наблюдения за следующими показателями 91 – составом, состоянием и свойствами почв, горных пород, техногенных грунтов – подземными водами (режим, динамика, гидрохимия и т.д.); – рельефом (техногенная нарушенность, изменчивость, расчлененность, динамика и т.д.); – природными геологическими процессами (эндогенными, экзогенными инженерно-геологическими процессами и явлениями – процессами взаимодействия инженерных сооружений и геологической среды (осадками сооружений, устойчивостью, состоянием фундаментов, утечками техногенных води т.п.). Каждый показатель однозначно связан с каким-либо конкретным элементом окружающей среды или его частью. Каждая точка наблюдений представляет собой единичный пункт получения информации, а их комплекс – систему пунктов получения информации. Главное в ее организации – учет характера пространственной изменчивости объектов геологической среды, изменчивости зонально-климатических факторов, а также источников техногенного воздействия. Анализ изменчивости показателей загрязнения геологической среды должен проводиться с учетом возможных миграционных путей загрязнений источника. В настоящее время техническая база наблюдений достаточно широко разработана. В качестве технических средств наблюдений используются различные приборы и оборудование. Главной проблемой при этом является подбор наиболее оптимального комплекса автоматизированных технических средств с учетом их надежности, стоимости, экономичности. Наблюдательные сети в пределах геологической среды формируются в определенном трехмерном пространстве. В зависимости от масштаба исследований или ранга мониторинга геологической среды наблюдательные сети бывают детальные, локальные, региональные или национальные. Они охватывают определенные площади – так называемые наблюдательные полигоны соответствующего уровня. Наблюдательные полигоны могут включать всю исследуемую территорию или только ее часть. В последнем случае наблюдения ведут либо на опытных площадках, оборудованных соответствующим образом, либо на эталонных участках, геологическое строение которых отражает лишь какой-либо один характерный элемент геологической среды. Низшей структурной единицей иерархической системы наблюдений мониторинга геологической среды является точка наблюдения 92 точка отбора проб грунта или почвы, родник, колодец, скважина и т.п.). Следующий уровень – наблюдательный пост (гидрогеологический, геокриологический, инженерно-геологический, геофизический и т.п.), состоящий в случае гидрогеологических наблюдений из группы поэтажно оборудованных наблюдательных скважин. Пост обычно обеспечивает какую-либо одну группу наблюдений, а в случае комплексного применения методов наблюдений (например, гидрогеологических и геофизических) перерастает в наблюдательный полигон. В пределах наблюдательного полигона оборудуется система наблюдательных скважин и экспериментальных площадок, предназначенных для изучения конкретных инженерно-геологических, гидрогеологических и геокриологических явлений и процессов. В зависимости от ранга наблюдательного полигона на них решаются разные задачи. Полигоны низшего ранга – детальные наблюдательные полигоны, предназначенные для решения различных узких задач сбора первичной информации на участках, типовые условия которых соответствуют опорному полигону. Опорный полигон соответствует локальному уровню исследований и оборудуется на типовом (опорном) участке, характеризующем какую-либо таксономическую единицу инженерно-геологического типологического районирования. Совокупность ряда опорных полигонов образует региональный наблюдательный полигон. Такие полигоны позволяют устанавливать наиболее общие региональные закономерности изменения геологической среды на всей территории. Специальные наблюдательные полигоны создаются для наблюдений за какими-либо негативными процессами на различных ответственных или уникальных сооружениях. Сложность таких сооружений например, гидроузла, АЭС и т.п.) обусловливает проведение особых защитных инженерных мероприятий и соответственно особых наблюдений, проводимых по специально составленной программе. Опытно- методический полигон в системе мониторинга геологической среды выполняет роль испытательного. В отличие от опорных участков, на опытно-методических полигонах ведется проверка и отработка всевозможных методов контроля и сбора первичной информации за элементами геологической среды или ПТС, проводятся натурные эксперименты, отрабатываются модели и т.д. Изыскательские полигоны служат для кратковременных (на период изысканий) исследований и режимных наблюдений в системе мониторинга. Исследования на них ведутся в соответствии с действующими нормативными документами. Такие полигоны создаются на начальных стадиях формирования 93 наблюдательной сети мониторинга, на стадиях предварительных исследований и т.п. Основой всякого полигона в системе мониторинга является хорошо и правильно оборудованная наземная наблюдательная сеть, техническую базу которой составляет соответствующая измерительная и регистрирующая аппаратура. Выделяется несколько главных условий ее успешного функционирования – автономность работы приборов (наличие автономных источников питания) с малой потребляемой мощностью – непрерывность работы измерительных средств (датчиков) в течение длительного времени (5 лети более – автоматизация процесса измерений и передачи в АИС или сохранение собранной информации – комплектация средств измерений (использование меньшего числа приборов для фиксации возможно большего числа параметров. Состав наблюдений определяется с учетом различных источников техногенного воздействия на данной территории и может быть площадным (проводиться по всей площади, линейным (например, по линии геофизического или геогидрогеологического профиля) или точечным (редкая наблюдательная сеть, рассредоточенная по площади. 6.2. Дистанционные методы исследований Среди дистанционных методов наблюдений в системе мониторинга геологической среды используются две основные группы способов аэрокосмические и геофизические. Основными видами дистанционных аэрокосмических методов исследования геологической среды, которые могут с успехом использоваться в системах мониторинга, являются фотосъемка, телевизионная, инфракрасная, радиотепловая, радиолокационная радарная и многозональная съемка. Практически все эти методы полезны при оценке техногенных изменений геологической среды, поиске ореолов загрязнений, оценке динамики техногенных изменений геологической среды и т.д. Среди дистанционных в системе мониторинга геологической среды чаще всего используются методы аэрокосмического дешифрирования. При этом в зависимости от масштаба съемки могут применяться снимки различного масштаба. В настоящее время среди дистанционных методов, успешно применяемых при мониторинге природной среды, в том числе геологической, является многозональная аэрофотосъемка и многозональная аэрокосмическая фотосъемка. Снимки выполняют в различных диапазонах спектра ив итоге получают своеобразный спектральный образ того или иного объекта геологической среды (почв, поверхностных грунтов, асфальтовых покрытий, инженерных сооружений, водной поверхности. Среди дистанционных методов контроля большого количества объектов, расположенных на значительных площадях, особое место занимает тепловая съемка, выполняемая в среднем и дальнем диапазонах инфракрасной области электромагнитного спектра. Регистрируется в основном собственное тепловое излучение, интенсивность которого определяется температурой и состоянием излучающей поверхности. Тепловая съемка дает хорошие результаты для обнаружения таких техногенных воздействий, как сбросы загрязнений в поверхностную гидросферу, выбросы загрязнений в атмосферу, утечки из различных накопителей жидких отходов, из оросительных систем, наземных и подземных коммуникаций (в том числе теплосетей, наличие зданий и сооружений в зоне развития многолетнемерзлых пород, очаги самовозгорания в толще накоплений различного горючего материала. Радиолокационная съемка, выполняемая в СВЧ-диапазоне, позволяет получить более обширную информацию, чем тепловая съемка, но основные успехи применения этого метода также связаны с наблюдениями за изменениями влажности поверхностного слоя грунтов и почв и положения уровня грунтовых вод. В связи с этим в системе мониторинга геологической среды метод радиолокационной съемки особенно эффективен для контроля тех техногенных воздействий, которые влияют на режим влажности пород зоны аэрации и на уровень поверхности грунтовых вод. Для наблюдения за процессами, происходящими в толще пород, используются различные дистанционные геофизические методы исследований. Успешное использование геофизических методов наблюдений в системе мониторинга геологической среды обеспечивается тщательным продумыванием и обоснованием схемы измерений, рациональным комплексированием методов, надежными методами обработки информации. Большим преимуществом геофизических методов наблюдений в системе мониторинга является возможность получения непрерывной режимной информации по ряду процессов. Среди основных геофизических методов, применяемых в мониторинге геологической среды, необходимо отметить методы непрерывного сейсмоакустического профилирования, электрических зонди- рований, естественного электрического поля, термометрии. |