москвамонография. Сулайманов С. С
 Скачать 3.35 Mb.
|
|
Рис. 2.3. Законы разрушения сооружений: а- вероятность возникновения не менее определенных степеней разрушения сооружений разрушения. По результатам исследования получены законы разрушения зданий различной сейсмостойкости при землетрясениях. Законы разрушения сооружения получены на основе анализа и обобщения статистических сведений о разрушении жилых, общественных и промышленных зданий в результате воздействия поражающих факторов. Предложена [120] оценка ущерба в виде матриц вероятности ущерба для 10 состояний ущерба (10 уровней) и 10 градаций интенсивности сейсмических воздействий (3-12 баллов). 106 Уровни ущерба для различных состояний ущерба названы центрированными факторами ущерба и определены в соответствии с диапазонами фактора ущерба для разных типов зданий как уровень ущерба: 1 – близкий к нулевому, 2 – ничтожный, 3 – незначительный, 4 – очень малый, 5 – малый, 6 – умеренный, 7 – средний, 8 – большой, 9 – громадный, 10 – катастрофический. При этом для каждого уровня ущерба автором работы [120] определены диапазоны факторов ущерба, значения центрированных факторов ущерба, матрицы вероятности ущерба для объектов различного типа при сейсмических воздействиях в пределах от 3-х баллов, при котором начинается повреждение зданий, до 12 баллов, при котором наступает его полное разрушение. По результатам автора работы [120] авторами получен график вероятностей разрушения зданий при различной интенсивности землетрясения. Из графика видно ( рис.2.4),что десятибалльный уровень сейсмического риска приводит к полному разрушению зданий и сооружений. 1-верхний и 2-нижний пределы Рис.2.4.Вероятность разрушения зданий и сооружений Под законом поражения людей понимается зависимость вероятности поражения людей от интенсивности поражающего 107 фактора. Параметрические законы поражения людей, находящихся в зданиях, получили на основании экстремальных данных, подтверждающих теорему полной вероятности. В расчетах учитывали, что события С j (общие, безвозвратные, санитарные потери) может произойти при получении сооружением одной из степеней повреждения (при одной из гипотез В i ), образующих полную группу несовместимых событий. Расчеты проводятся по формуле: ) / ( ) ( ) ( 1 i j n i bi j B C P Ф P Ф P ⋅ = ∑ = , (2.2) где ) (Ф P j –вероятность j-го поражения людей от воздействия поражающего фактора Ф; ) (Ф P bi -вероятность наступления i -й степени повреждения сооружения при заданном значении поражающего фактора; ) / ( i j B C P - вероятность получения людьми j-й степени поражения при условии того, что наступила i-я степень повреждения здания; n- рассматриваемое число степеней повреждения здания. Значения получают на основе обработки материалов о последствиях землетрясений. На рис. 2.5. приведен общий вид законов поражения населения находящихся в зданиях, подвергшихся сейсмическому воздействию землетрясений [75]. Как приведено выше, в основу теории прогнозирование последствий реализации сейсмического риска положены законы, теоремы и правила математической статистики. Перечень поражающих факторов в случае реализации сейсмического риска в городских условиях, угрожающих жизни и здоровья личности весьма широк и непрерывно нарастает. В условиях реализации сейсмического риска на человека воздействует одновременно, как правило, несколько негативных факторов, действующие в пространстве в конкретный момент, зависит от текущего состояния системы «человек-среда обитания» и образует так называемое «поле 108 1- общие потери; 2- безвозвратные потери Рис. 2.5. Законы поражения населения опасностей» Поле воздействия опасностей на жизнь и здоровья человека в условиях землетрясения формирует совокупность факторов первого, второго, третьего и иных кругов, возникающие и расположенные вокруг человека, людей и целого населения в момент реализации сейсмического риска, т.е. суммы реализованной угрозы и степени уязвимости. При этом основное влияние на организм человека оказывает поражающие факторы первого круга, а факторы второго, третьего и иных кругов влияют на факторы предыдущих кругов и могут катализировать начало процессов с синергетическим эффектом. Построение причинно-следственного поля опасностей в техносфере предложено автором работы [76,77]. На основании методологического подхода автора работы [76], нами разработана схема причинно-следственного поле в котором находятся организм человека, группы людей, населения в момент возможной реализации сейсмического риска[170]. Она приведена на рис 2.6. В состав первого круга поражающих факторов, непосредственно действующих на человека, группу людей, населения, входят опасные и вредные факторы: - разрушения зданий (1.1); 109 - падающие предметы (осколки элементов конструкции, люстры, Рис 2.6. Схема причинно-следственного поля, в котором находятся организм человека, группы людей, населения мебель, производственное, бытовые, учебное оборудования) (1.2); - пожары, связанные с коротким замыканием электропроводок и нарушениями герметичности системы газоснабжения (1.3); - загромождение, захламление аварийных выходов жилых зданий и зданий учреждений, школ, больниц и т. д. (1.4); - опасности, связанные с климатическими и погодными условиями в атмосфере и гидросфере (1.5); - опасности, возникающие из-за недостаточной подготовки населения по вопросам безопасности в момент реализации сейсмического риска - низкий уровень потенциала населения (1.6); - опасности, обусловленные с психофизиологическими особенностями человека (1.7); 110 - опасности, возникающие из-за несоблюдения норм и правил организации местожительства, рабочего место и пользования технологическими и техническими средствами быта, инфраструктуры (1.8). Основными причинами возникновения опасностей второго круга обусловлены наличием нарушений эксплуатации жилых, производственных, административных зданий, недостаточным вниманием общественных организаций к требованиям сейсмостойкости, при разработке технических средств коммуникационных сетей, при проектировании и строительстве жилых, производственных, административных зданий, гидросооружений, социально-культурно-бытовых объектов; слабой подготовкой руководителей, населения в вопросах действия в условиях реализации сейсмического риска. Второй круг опасностей воздействует непосредственно на источник поражающих факторов первого круга и в него входят: - объекты экономики и быта, непосредственно воздействующие на компоненты природной среды и элементы техносферы (2.1), (2.2), (2.3); -здания, сооружения технические средства инфраструктуры, обладающие недостаточным уровнем безопасности в условиях землетрясения (2.4), (2.5): -недостаточная подготовка различных слоев населения и руководителей организаций к действиям в случае сейсмического риска (2.6), (2.7), (2.8) К опасностям третьего круга следует отнести: • низкая квалификация разработчиков проектов зданий, сооружений, технических систем инфраструктуры; • отсутствие эффективной системы по вопросам сейсмической безопасности в масштабах отрасли экономики всей страны; 111 • недостаточное развитие системы подготовки научных и руководящих кадров в области сейсмической безопасности; • отсутствие системы мониторинга по выполнению требований СНиП по сейсмостойкости объектов экономики и быта; • отсутствие целевых программ по повышению потенциала населения к сейсмическому риску; • неэффективное использование возможностей и резервов общественных организаций страны. Комплексная оценка реальных ситуаций в случае реализации сейсмического риска в условиях крупного города с использованием представлений о причинно-следственном поле опасностей землетрясения, действующих на жизнь и здоровье населения и промышленных объектов, обусловлена разработкой математической модели путей реализации комплекс мер и потенциал общественных организаций по снижению сейсмического риска. 2.2.Разработка математической модели путей реализации комплекс мер по снижению сейсмического риска Сейсмический риск является произведением угрозы (землетрясения) и уязвимости, подверженных сейсмическому риску элементов системы (человек, люди, население, среда обитания) на основании физических и социальных условий. Оценка угрозы землетрясения заключается в определении вероятности реализации сейсмического риска в заданной период времени, его интенсивности и зоны воздействия. Оценка уязвимости системы “человек- среды обитания» при реализации сейсмического риска определяется , как опасность, коренящаяся в физической подверженности землетрясению, которой нужно постоянно управлять. Она использует формальные процедуры, включающие сбор данных, мониторинг угрозы факторов уязвимости, обработку данных, и проведение социологических исследований. Для оценки уязвимости системы 112 «человек - среда обитания» и уменьшении масштабов отрицательных последствий реализации сейсмического риска необходимо разработать математическую модель риска с учетом вероятностной природы угрозы землетрясения и его поражающих факторов [78]. Разработанная математическая модель должна представляет собой формулу расчета количественной характеристики действия, поражающих факторов реализованного сейсмического риска с определенной интенсивностью и на конкретной зоне. Использование сейсмического риска в качестве единого индекса по оценке потенциала населения позволит научно обосновать пути реализации роли общественных организаций по снижению последнего. Количественное установление сейсмического риска для конкретного района крупного города с учетом структуры производственных, бытовых объектов и уровня подготовленности различных поражающих факторов могла быть должным образом оценена в части перспективы риска вообще, его изменения и сокращения при реализации роли общественных организаций в повышении потенциала населения. Ожидаемый (прогнозируемый) сейсмический риск R, это произведение частоты реализации поражающих факторов землетрясения f на вероятности нахождения человека (людей, населения) в поле действия поражающих факторов, предотвращения отрицательных последствий землетрясения в различной обстановке и в различных условиях, успешно совершая определенные шаги по спасению жизни самого себя и людей находящихся в зоне бедствия. Данная математическая модель позволяет количественно и качественно оценить эффективность комплекс мер в повышении потенциала населения по снижению сейсмического риска. Математическая модель риска наглядно покажет пути реализации комплекс мер по снижению сейсмического 113 риска управляя уязвимостью системы «человек (группа людей, население) – среда обитания» [76, 170]. С учетом вышеизложенных предпосылок, математическую модель в общем виде можно представить следующей формулой: ∏ = ⋅ = n i i P f R 1 , (2.3) R – гибель или потери здоровья людей, населения от воздействия поражающих факторов в случае реализации сейсмического риска (реализации угрозы землетрясения в заданной период времени, определенной интенсивности, зоны действия и определенного уровня потенциала населения конкретного района города, конкретной категории и структурного слоя); f - частота гибели (смерти) людей от поражающих факторов сейсмического риска района города в конкретной ситуации и потенциала населения; она определяется по статистическим данным мировой практики, это отношение числа гибели, смертельных случаев или иных последствий к их возможному числу за определенный период от воздействия поражающих факторов, т.е. частота реализации поражающих факторов. Ее можно определить следующей формулой: N n f = , (2.4) где n–числа погибших при реализации поражающих факторов сейсмического риска, чел.; N – численность населения района, города в зоне реализации сейсмического риска, чел.; n т ш i P P P P P ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ∏ = 3 2 1 1 , (2.5) – вероятность совмещения событий А 1 , А 2 , … А n независимых в совокупности; Р 1 [A 1 ] – вероятность землетрясений за определенный период времени в конкретном районе крупного города; 114 Р 2 [A 2 ] – вероятность разрушения зданий и сооружений различных типов от воздействии колебаний вызванных землетрясениями; Р 3 [A 3 ] – вероятность возникновения вторичных поражающих факторов в районе крупного города при реализации сейсмического риска; Р 4 [A 4 ] – вероятность не соблюдения обществом требований безопасности по снижению сейсмического риска; Р 5 [A 5 ] – вероятность нахождения человека, людей, населения в районе землетрясения в течение периода реализации сейсмической угрозы; Р 6 [A 6 ] - вероятность нахождения человека, людей в момент землетрясения дома; Р 7 [A 7 ] – вероятность не нахождения человека, людей во время землетрясения на улице; Р 8 [A 8 ]-вероятность нахождения человека, людей в момент землетрясения на работе (в детском саде, школе, лицей, колледж, вузе); Р 9 [A 9 ] - вероятность не нахождения аварийно-спасательной службы МЧС в готовом состояния; Р 10 [A 10 ] - вероятность отсутствия знаний, навыков и умений человека, людей, различных слоев населения города по снижению сейсмического риска, т.е. вероятность осуществления события из-за низкого уровня ситуационной готовностью сейсмического риска; Р 11 [A 11 ] - вероятность выполнения ошибочных, необдуманных действий, или бедствий человека, людей в момент землетрясения; Р 12 [A 12 ] - вероятность не соответствия скорости выполнения действий временным характеристикам воздействия поражающих факторов сейсмического риска; 115 На рис. 2.7 приведена закономерность изменения индивидуального сейсмического риска населения в зависимости от уровня сейсмического риска. Анализ графиков показывает, что индивидуальный сейсмический риск при минимальных значениях уровня сейсмического риска не превышает допустимый уровень. Максимальный индивидуальный сейсмический риск 1-максимальный;2-минимальный; 3-допустимый Рис.2.7.Индивидуальный сейсмический риск в значительной степени выше допустимого уровня риска. Значение индивидуального сейсмического риска определяется потенциалом населения. Повышение потенциала населения разработкой комплекс мер по ликвидации поражающих факторов сейсмического риска является мощным средством управления значением допустимого уровня индивидуального риска. Исходя из данных об уровне индивидуального сейсмического риска и имеющегося опыта оценки такого вида риска, в развитых и развивающихся странах мира, предлагается установить предельно допустимый уровень по индивидуальным значениям сейсмического риска. В настоящее время его величина не должна превышать 5·10 -5 чел./чел.·год, а в 116 перспективе - 1.28·10 -5 чел./чел.·год [72,79]. Эти предельно допустимые уровни должны быть регламентированы специальным нормативным документом и рекомендованы для всех видов нового массового промышленного и гражданского строительства. Это позволит в будущем избежать больших людских потерь при крупных разрушительных землетрясениях. Величину риска можно определить с учетом вероятностей каждого отдельного взятого собития в каждом состоянии системы «человек- среда обитания» представляется в виде ветви дерева вероятности. Полная вероятность отсутствия или приемлемости риска, а также максимальная величина риска жизнедеятельностью системы «человек-среда обитания» определяется произведением соответствующих вероятностей различных исходов в конечной точке дерева вероятностей. На рис.2.8 показано дерево вероятностей процесса выхода из «поля поражающих» факторов во время Рис. 2. 8. Схема дерева вероятностей землетрясения, в котором человек выполняет последовательно три действия – сначала X , затем Y , потом Z . Действия, выполненные с ошибкой обозначены o X , o Y , o Z . Без ошибки ,соответственно, X , Y , Z . Вероятность выполнения действия с ошибкой - P , без 117 ошибки – P , с соответствующим индексом. Как видно (рис.2.8) только в одном случае человек успешно может снизить вероятность воздействия поражающих факторов реализованной угрозы землетрясения.Вероятность выхода из «поля поражающих факторов» землетрясения Р определяется по выражению: z y x P P P P ⋅ ⋅ = , (2.5) Вероятность того, что он успешно не может покинуть «поле поражающих факторов» полностью определяется по выражению: z y x P P P P ⋅ ⋅ − = 1 . (2.6) Вероятность промежуточных, т.е смешенных вариантов выполнения действий при выходе из «поля поражающих факторов» землетрясения z y x P P P P ⋅ ⋅ = , z y x P P P P ⋅ ⋅ − = 1 , (2.7) z y x P P P P ⋅ ⋅ = , z y x P P P P ⋅ ⋅ − = 1 , (2.8) z y x P P P P ⋅ ⋅ = , z y x P P P P ⋅ ⋅ − = 1 (2.9) z y x P P P P ⋅ ⋅ = , z y x P P P P ⋅ ⋅ − = 1 (2.10) z y x P P P P ⋅ ⋅ = , z y x P P P P ⋅ ⋅ − = 1 (2.11) z y x P P P P ⋅ ⋅ = , z y x P P P P ⋅ ⋅ − = 1 (2.12) Таким же образом можно определить вероятность всех событий, входящих в формулу определения величины риска. Эта модель обеспечивает хорошую наглядность, может указать пути реализации комплекс мер и роли общественности по снижению сейсмического риска. Анализ математической модели, показывает, что основными путями реализации комплекс мер и роли общественности по снижению сейсмического риска являются: - организация общественного наблюдения и экспертизы законодательно- правовых, нормативно-технических документов по обеспечению сейсмостойкости зданий, сооружений, объектов экономики в стадиях разработки, принятия и ведения в действия; 118 - вести постоянную работу по повышению информированности населения, по вопросам возникновения вторичных поражающих факторов в районах крупного города при реализации сейсмического риска, в условиях несоблюдении требований строительства, эксплуатации жилых домов и коммунально-энергетической сети (системы снабжения электрической энергией, природным газом и водой); -разработка технических решений по предотвращению возникновения вторичных поражающих факторов, связанных с авариями коммуникационной системы электро-газо-водо- теплоснабжения, пожарами и взрывами в районах крупного города при реализации сейсмического риска; -организация общественного контроля и надзора за соблюдением людьми, населением требований безопасности по снижению сейсмического риска; -инсценировка контроля состояния готовности аварийно- спасательных служб МЧС, в случаях реализации сейсмического риска в районах крупного города; -организация и проведение мероприятий по повышению готовности населения к встрече реализованного сейсмического риска с учетом внезапности, масштабности, непредотвратимости воздействия поражающих факторов; Для оценки значимости роли комплекс мер и роли общественных организаций по снижению сейсмического риска необходимо провести прогнозирование последствий разрушительных землетрясений в городском районе. По результатам прогноза последствий разрушительных землетрясений наглядно можно оценить значимость и эффективность комплекса мер по снижению сейсмического риска. Путем реализации их в области снижения |