Уч. пособие Прогноз стихийных бедствий. Стихийные бедствия и возможности их прогноза
 Скачать 3.58 Mb.
|
|
Нештатный режим функционирования системы, вызванный нарушением нормального хода природных процессов, называется в БЖ природным ЧП, а в том случае, если оно сопровождается потерями людей, оно называется природной катастрофой. Примерами техногенных катастроф являются авиационные катастрофы, связанные с техническими неисправностями или деятельностью людей. Те же авиационные катастрофы, которые часто происходят по причинам воздействия на летательный аппарат погодных условий, относятся к природным катастрофам. Поскольку штатное функционирование систем рассчитывается при их проектировании на нормальные природные условия, тоста bbновится понятным, что природные катастрофы возникают как следствие срывов нормального хода природных процессов. Такие срывы принимают форму значительных отклонений характеристик состояния природной среды от их средних значений - аномалий. Эти аномалии, по предложению Шебалина [2], можно называть экстремальными геофизическими ситуациями. Экстремальные геофизические ситуации возникают каждый годно только изредка они достигают опасных для людей степеней развития. Обычно для идентификации именно таких редких аномальных условий будет использован более распространенный среди метеорологов, гидрологов и океанологов термин "опасные явления природы". Если последствия ЧП сказываются на состоянии внешней по отношению к системе окружающей среды, то уместно считать, что имеет место стихийное бедствие. Примерами стихийных бедствий являются разливы нефти, возникающие вследствие аварий танкеров или газопроводов. К ним же можно отнести лесные или степные пожары, возникающие вследствие пожаров на техногенных объектах или просто по человеческой неосторожности. Масштабы стихийных бедствий бывают разными, и практика использования этого термина в России показывает, что стихийные бедствия, небольшие по размеру материального ущерба и не приведшие к человеческим жертвам, называют чрезвычайными ситуациями (ЧС). Схематически составляющие условий возникновения природных катастроф и стихийных бедствий изображены на рис. Природная катастрофа Поражающие факторы Неблагоприятные Нештатная ситуация условия в районе в системе ЧМ С разрушительная сила ПФ геофизическая интенсивность О Я П Порождающие О ЯП природные процессы Рис. 1. Схема факторов, взаимодействие которых порождает природную катастрофу. Выделены факторы, изучаемые в этом учебном пособии Вклад естественных наук в изучение катастроф состоит, во первых, в углубленном изучении состояния природной среды в географическом районе - этим занимается экология, во-вторых, в установлении механизмов возникновения опасных явлений природы (ОЯП) для их прогноза - этим занимаются соответствующие отрасли геофизики, в-третьих, в оценке возможных негативных эффектов этих ОЯП и их влияния на состояние экономики рассматриваемого географического региона - это, вероятно, является предметом диза- стологии. Предметная область дизастологии показана в виде схемы Ландшафтно-климатические условия Экологические условия- | Социально-политические условия на рис. 1. На ней приведены все основные факторы, способствующие образованию природной катастрофы или стихийного бедствия и выделены те из них, которые затронуты в этой книге. Из сказанного выше понятно, что природные ЧП и катастрофы как и ЧС, и стихийные бедствия, имеют место только при возникновении опасных явлений природы (ОЯП). Так как последние являются аномалиями, то для описания частоты их возникновения удобно пользоваться терминами теории вероятности. С этим связано введение понятия "риск. Риск в широком смысле - это вероятность подвергнуться опасности. Опасность может заключаться в физическом повреждении, в финансовом или экономическом проигрыше или в другой форме причинения вреда [1]. Риск в узком смысле определяется как вероятность неблагоприятного исхода Рассмотрению вопросов оценки риска природных катастроф посвящены специальные разделы этого учебного пособия. Выяснив смысл терминов, описывающих явления, избранные для изучения, можно понять, чем круг вопросов, изучаемых в геофизической дизастологии, отличается от круга вопросов БЖ. Это во-первых, аспекты оценки опасности явлений природы, а во вторых, аппарат для прогнозирования риска их возникновения и оценки масштаба возможных потерь. Нетрудно понять, почему возникла необходимость выделения этих вопросов в самостоятельную область науки. Дело в том, что опасные явления природы происходят во всех геосферах и изучаются самостоятельными областями геофизики. Каждая из этих областей имеет собственный физико математический аппарат итак сложна, что специалисты из разных областей не в состоянии уследить за всеми достижениями даже своих коллег. В тоже время особенно тяжелые условия для жизнедеятельности людей создаются вследствие комбинации нескольких ОЯП водном месте и одновременно или последовательно. Это означает, что "... нужна новая естественнонаучная дисциплина, которая, опираясь на достижения всего комплекса наук о Земле, будет разрабатывать методологию. для своевременного предупреждения людей, проживающих в разных регионах, о грозящих им ОЯП и возможных масштабах бедствий. В роли координатора должна выступить дизастология. 13 2. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА МАСШТАБА КАТАСТРОФ Исследуя разрушительные силы опасных явлений природы (ОЯП), важно иметь единую шкалу для измерения размеров природных катастроф или стихийных бедствий. Это позволило бы сравнивать степень опасности ожидаемых в рассматриваемом районе ОЯП, что необходимо для планирования защитных мероприятий или масштабов необходимой помощи пострадавшим. Известны случаи, когда гуманитарная помощь, нацеленная на компенсацию последствий стихийного бедствия, но продолжавшаяся слишком долгое время приводила к подрыву экономики слаборазвитых стран. Измерением асш т аба природных катастроф К сожалению, единой шкалы для сравнения ЧП во всем мире пока не существует. Обычно для определения размера ЧП используется два показателя число летальных исходов за катастрофу (обозначим его через С единица измерения - ЛИ, а также размер материального ущерба за катастрофу, обозначим его через М (единица измерения - млн. дол. США. Эти показатели имеют различную размерность, что затрудняет сравнение масштабов ЧП. Чтобы избежать этого, можно, как предложил Шебалин, воспользоваться индексами. С математической точки зрения, размер катастроф следует считать векторной величиной, так как величины Си М являются независимыми. Компоненты вектора удобно измерять в единой системе единиц. Чтобы получить ее, следует число летальных исходов вовремя катастрофы и материальные потери выразить в экономической мере. Это можно сделать, считая, что один человек ежегодно производит материальных ценностей на сумму глобального валового продукта надушу населения. За базисный период примем середину х гг. XX в, когда значение глобального валового продукта надушу населения составляло примерно 5500 дол. (Переход к любому другому периоду несложно произвести, воспользовавшись каким либо индексом цен, например, ценой унции золота.) Величину материальных потерь (А, которые понесет общество от гибели одного человека, можно получить, умножив значение глобального валового продукта надушу населения в выбранный год далее взят 1984 г) на среднюю продолжительность трудовой жизни. Поскольку эта последняя величина в значительной степени является абстракцией, ес значение можно оценить, разделив характерную величину материальных потерь на одного погибшего в конкретной стране (в базисный период в США эта величина составляла 850 ООО дол) на величину национального валового продукта надушу населения в этой стране (в США в этот период она составляла примерно 18 300 дол. По этим числам условная средняя продолжительность трудовой жизни США составит 46 лет. Приняв это число за основу, легко определить, что материальные потери человечества при гибели одного человека К составляют примерно 253 тыс. дол. на одного погибшего (0,253 млн. дол.). Можно получить единую оценку потерь в виде модуля вектора СМ который вычисляется по формуле , скт = [(Л-С)2 + Мю . Однако, как будет видно из дальнейшего, применение векторной оценки неудобно, так как не позволяет выявить в аддитивной форме все факторы, влияющие на величину возможных потерь. Учитывая, что величины Си М по смыслу не могут быть отрицательными и изменяются в ограниченном диапазоне значений, можно вместо модуля вектора потерь ввести скалярную величину, которая в дальнейшем будет именоваться приведенными потерями (S ). Она рассчитывается но формуле = KC + M , в которой масштабный коэффициент приведения числа погибших - К - имеет размерность млн дол./ЛИ и при выбранных значениях равен 0,253. Сравнение введенных величин S и S вскт будет сделано ниже. Ввиду того, что значения приведенных потерь S изменяются в широком диапазоне, удобно от самой величины перейти к ее десятичному логарифму. При этом приходится приводить логарифмируемую величину к безразмерному виду, для чего следует выбрать уровень потерь, который можно принять за репер. Представляется, что наиболее известной и навсегда запечатленной в памяти людей является гибель "Титаника". Эта катастрофа, в которой за несколько часов погибло 1500 человек, настолько потрясла общество, что о размере материального ущерба в прессе того времени почти не было упоминаний Поэтому за единицу приведенных потерь примем значение S0, получающееся по формуле (2.1) при Со = 1500 иМ = 0. Значение этой величины составляет при принятых предположениях 380 млн. дол. На основании указанного выше в качестве индекса величины приведенных потерь при катастрофах и стихийных бедствиях будет использована величина IS, рассчитываемая по формуле = lgfC/Co + МКС. С помощью введенного индекса можно произвести сравнительные оценки наиболее известных катастроф. В табл. 1 помещены наиболее крупные катастрофы поданным работы [3], которые дополнены расчетом индекса приведенных потерь и упорядочены по возрастанию этого индекса. В этой же таблице приведены значения модуля и аргумента векторных потерь СМ для сравнения с величиной приведенных потерь и некоторых выводов. Табл. 1 демонстрирует полезные свойства индекса избранного метода индексации. Во-первых, можно убедиться, что переход от модуля векторной оценки 5вект к скалярной оценке S не искажает порядка расположения катастроф по величине выбранного критерия. Дело в том, что между обеими величинами существует сильная корреляционная зависимость (R 2 = 0,998), те. они вполне взаимозаменяемы. Использование приведенных потерь открывает широкие возможности для постановки задач оптимального планирования и управления в условиях риска катастроф. Во-вторых, аргумент векторной оценки можно в этих условиях рассчитывать без потери корректности оценки. Эта величина, приведенная в табл. 1, позволяет дифференцировать катастрофы по характеру преобладающих потерь. Например, пожары в США или взрыв Чернобыльской АЭС не сопровождались заметными людскими потерями. Напротив, наводнения в Китае или Бангладеш при огромных людских потерях нанесли существенно меньший материальный ущерб. Для отражения этих характеристик катастроф удобен параметр Atg(M/C). Если его выражать в угловых градусах, то можно условиться, что при значениях меньше или равных 30 катастрофа наносит удар по населению, а при значениях больше или равных 60 катастрофа главным образом выразится в материальном ущербе Таблица Наиболее крупные катастрофы за период 1976-1995 гг. Место Катастрофа Год Доход на чел в год С, ЛИ м , млн. дол. с ‘-'ВСКТ Atg МС град S IS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Чили Землетрясение 1985 1500 200 1200 1201 80 1250 0,52 Италия Нефть (трубопровод) 1989 12932 0 1300 1300 90 1300 0,53 Бангла Наводнение 1988 153 2000 1000 1121 30 1510 0,6 деш Италия Засуха 1989 12932 0 1500 1500 90 1500 0,6 Англия Шторма 1990 11370 140 1500 1500 80 1540 0,61 Иран Наводнение 1986 4150 424 1560 1564 70 1670 0,64 Сальва Землетрясение 1986 800 1000 1500 1521 60 1750 0,66 дор Паки Наводнение 1992 343 3000 1000 1255 20 1760 0,67 стан Бангла Наводнение 1987 153 1600 1600 1650 50 2000 0,72 деш Венгрия Засуха 1989 62(Х) 0 2000 2000 90 2000 0,72 США Ураган 1979 18309 1400 2000 2031 60 2350 0,79 Канада Засуха 1984 15744 0 2500 2500 90 2500 0,82 Юго Землетрясение 1979 2223 131 2700 2700 90 2730 0,86 славия Алжир Землетрясение 1980 3230 2590 3000 3071 50 3660 0,98 Италия Землетрясение 1976 12932 978 3600 3608 70 3850 1,01 Мекси ка Гвате Землетрясение 1985 1612 7000 4000 4375 30 5770 1,18 Землетрясение 1976 894 22776 1100 5866 0 6860 1,26 мала США Неф 1 ъ (танкер) 1989 18309 0 7000 7000 90 7000 1,27 США Землетрясение 1989 18309 61 7000 7000 90 7020 1,27 Китай Наводнение 1994 300 1260 7000 7007 80 7320 1,28 Украина Взрыв АЭС 1985 1000 30 8000 8000 90 8010 1,32 США Ураган 1989 18309 100 8200 8200 90 8230 1,34 США Засуха 1988 18309 0 9000 9000 90 9000 1,37 Италия Землетрясение 1980 12932 3114 10000 10031 70 10790 1,45 CIJJA Ураган 1988 18309 1000 11000 11003 80 11250 1,47 США Наводнение 1993 18309 50 12000 12000 90 12010 1,5 Индия Наводнение 1993 318 3000 12600 12623 80 13360 1,55 США Ураган 1992 18309 34 15000 15000 90 15010 1,6 США Землетрясение 1994 18309 56 17000 17000 90 17010 1,65 17 Окончание табл. Армения Землетрясение 1,66 США Пожары 1991 18309 0 25000 25000 90 25000 1,82 Украина Взрыв АЭС* 1985 1000 30 30000 30000 90 30010 1,9 Бангла Наводнение 1991 153 139000 1400 35195 0 36570 1,98 деш Япония Землетрясение 1995 19174 5000 40000 40020 80 41270 2,04 Китай Землетрясение 1976 300 242000 5600 61482 0 66830 2,25 Ирак Война 1991 3928 0 500000 500000 90 500000 Примечание Характеристики войны в Ираке приведены для сравнения. Данные о людских потерях неизвестны [ 3 Логарифмический индекс приведенных потерь IS удобен применительно к анализу масштаба катастроф прежде всего тем, что он изменяется в узких пределах, но дает ясное представление о масштабе катастроф. Значение индекса, равное нулю, по построению равнозначно С = 1500 ЛИ или материальным потерям М = 380 млн дол. Изменение значения этого индекса на единицу равнозначно изменению значения потерь на порядок, те. враз. Например, катастрофа минимального размера, приводящая к гибели хотя бы одного человека, будет иметь значение индекса приведенных потерь равное IS = |