27. Модели "доза эффект"

При количественном определении риска и анализе различных видов воздействий широко используются следующие основные закономерности, принятые в теории опасности и риска: индексный подход при оценке опасности, аддитивность опасности и рисков, пороговый принцип, зависимость “доза-эффект”.

Базовым понятием в теории опасности и риска является зависимость “доза-эффект”, которая отражает количественную характеристику токсикологического (эпидемиологического, поражающего, техногенного) воздействия и определяет связь между влияющим фактором (например, дозой или концентрацией загрязняющего вещества, силой взрыва) и случаями вредных или опасных эффектов в экспонируемой популяции. Существуют различные виды этих зависимостей. Среди них можно выделить так называемые зависимости “доза-эффект” с беспороговым механизмом действия, у которых связь между дозой (интенсивностью фактора) и обусловленным ею воздействием наблюдается при любых дозах, вплоть до ничтожно малых. К таким опасностям можно отнести канцерогенное воздействие вредных веществ, развитие мутагенных эффектов и генетических дефектов при химических (радиационных) воздействиях, биологические последствия ионизирующих излучений, нарушение среды в заповедных зонах.

Зависимость “доза-эффект” для большинства опасностей представляется в виде S-образной кривой с явно выраженной неопределенностью, что определяется вариабельностью (изменчивостью) данных, несовершенствованием методов и недостаточностью знаний об исследуемом опасном процессе. В теории безопасности S-образными функциями описывают эмпирически установленный факт, что с ростом уровня воздействия любой опасности вероятность её возникновения резко уменьшается, стремясь к нулю.

Чаще всего зависимости “доза-эффект” характеризуются S-образными функциями следующих видов распределений: логарифмически-нормальным, логистическим, двойным показательным; распределениями Пуассона, Вейбулла, Парето; гамма-распределением; экспоненциальным распределением.

При количественной оценке риска обычно для описания рисков в области сильных и слабых воздействий используют разные математические модели. Такой подход позволяет получить близкие к фактическим данным результаты, используя условное разделение уровня воздействий. При этом чаще всего при слабых воздействиях применяют линейные зависимости “доза-эффект”, а при сильных – S-образные.

28. Население занимает особое место среди объектов риск-анализа по многим причинам. Во-первых, согласно концепции устойчивого развития, одобренной на Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.) 179 государствами мира, состояние здоровья и продолжительность жизни рассматриваются в качестве важнейших критериев общественного процесса. Во-вторых, рост заболеваемости и увеличение смертности населения, особенно находящегося в трудоспособном возрасте, объективно ведут к возрастанию экономических потерь государства в целом, предприятий и организаций, снижению уровня благосостояния семей, их экономического потенциала, необходимого для полноценного воспроизводства будущих поколений. В третьих, население и показатели его здоровья сами являются индикаторами качества окружающей среды, поэтому на них ориентированы многочисленные экологические стандарты (ПДК, допустимые уровни шумового и электромагнитного воздействия и т.п.).

29.Основными факторами, определяющими величину ущерба, наносимого окружающей природной среде при авариях на нефтепроводах, являются:

- количество вылившейся из нефтепровода нефти и распределение ее по компонентам окружающей среды;

- площадь и степень загрязнения земель;

- площадь и степень загрязнения водных объектов;

- количество углеводородов, выделившихся в атмосферу.

Объем V₁ нефти, вытекшей из нефтепровода с момента T_а возникновения аварии до момента T_о остановки перекачки, определяется соотношением

 

V₁=Q₁T₁=Q₁(T_o-T_а).                           (2.1)

 

Время повреждения T_а и остановки T_о насосов фиксируется системой автоматического контроля режимов перекачки.

Расход нефти через место повреждения Q₁ (рисунок) определяется из выражения [1]:

 

Q₁=Q'-Q_o{1/(l-x*)[Z₁-Z₂+(P'-P")/pg-i_ox*(Q'/Q_o)(2-m_o)]/i_o}(1/2-m_o).                                 (2.2)

 

Расход нефти в исправном нефтепроводе при работающих насосных станциях Q_o определяется режимом загрузки нефтепровода и фиксируется по показаниям приборов на нефтеперекачивающих станциях (НПС).

Протяженность поврежденного участка нефтепровода l, заключенного между 2-мя НПС, протяженность участка нефтепровода от НПС до места повреждения х*, геодезические отметки начала Z₁ и конца Z₂ участка l определяются по профилю трассы нефтепровода.

Расход Q', давление в начале Р' и в конце Р" участка l в поврежденном нефтепроводе при работающих НПС определяются по показаниям приборов на НПС на момент аварии.

В соответствии с рекомендациями [2], показатель режима движения нефти по нефтепроводу m_о равен 0,25.

Частные случаи определения Q₁:

а) при Q'=~Q_o (когда величина утечки настолько мала, что не фиксируется приборами на НПС)

 

(2.3.)

 

 

Площадь дефектного отверстия w в зависимости от формы разрыва стенки нефтепровода определяется по формулам, приведенным в приложении 2.

Коэффициент расхода m через дефектное отверстие диаметром d_отв. определяется в зависимости от числа Рейнольдса R_e в соответствии с табл. 2.1.

 

Число Рейнольдса R_e рассчитывается по формуле:

 

(2.4)

 

Для определения коэффициента расхода m отверстий, форма которых отличается от круглой, рассчитывается эквивалентный диаметр

 

(2.5)

 

В этом случае в формулу (2.4) подставляем d_отв.=d_экв.

Перепад напора h* в точке истечения зависит от давления Р' в начале участка l, гидравлического уклона i', удаленности места повреждения от НПС, глубины hТ заложения нефтепровода, напора hв, создаваемого атмосферным давлением, и определяется из выражения

 

h*=ро'/pg-i'x*-hТ;                              (2.6)

 

б) если Р"=0

или P"<(Z_n-Z₂)р_оg,

или P"<(Z_м-Z₂)р_оg,

то Q₁=Q'.                                (2.7)

 

2.1.3. После отключения насосных станций происходит опорожнение расположенных между двумя ближайшими насосными станциями возвышенных и прилегающих к месту повреждения участков, за исключением понижений между ними. Истечение нефти определяется переменным во времени напором, уменьшающимся вследствие опорожнения нефтепровода.

Для выполнения расчетов продолжительность истечения нефти T₂ с момента остановки перекачки T_о до закрытия задвижек T_з разбивается на элементарные интервалы T_i, внутри которых режим истечения (напор и расход) принимается неизменным.

Для практического применения обычно достаточна точность расчетов, получаемая при T_i равном 0,25 ч, для более точных расчетов значения T_i можно уменьшить (T_i=0,01...0,1 ч).

Общий объем выхода нефти из нефтепровода за время T₂=(T_о-T_з) определяется как сумма объемов V_i нефти, вытекших за элементарные промежутки времени T_i:

 

(2.8)

 

Для каждого i-го элементарного интервала времени определяется соответствующий расход Q_i нефти через дефектное отверстие:

 

(2.9)

Напор в отверстии, соответствующий i-му элементарному интервалу времени, рассчитывается по формуле

 

h_i=Z_i-Z_м-hT-h_в                        (2.10)

 

Величина Z_i является геодезической отметкой самой высокой точки профиля рассматриваемого участка нефтепровода, заполненного нефтью на i-й момент времени.

За элементарный промежуток времени T_i освобождается объем нефтепровода V_i, что соответствует освобождению l_iучастка нефтепровода:

 

(2.11)

 

Освобожденному участку l_i соответствуют значения х_i и Z_i, определяющие статический напор в нефтепроводе в следующий расчетный интервал времени T_i+1.

Значение Z_i подставляется в формулу (2.10) и далее расчет повторяется полностью для интервала времени T_i+1. Операция расчета повторяется до истечения времени T₂=T_о-T_з.

 

2.1.4. Истечение нефти из нефтепровода с момента закрытия задвижек до прекращения утечки.

Основной объем вытекающей после закрытия задвижек нефти V'₃ определяется по формуле

 

(2.12)

 

Значение l' находится как сумма длин участков нефтепровода между перевальными точками или 2-мя смежными с местом повреждения задвижками, возвышенных относительно места повреждения М (х*, Z_м) и обращенных к месту повреждения, за исключением участков, геодезические отметки которых ниже отметки места повреждения.

В зависимости от положения нижней точки контура повреждения относительно поверхности трубы и профиля участков нефтепровода, примыкающих к месту повреждения, возможно и частичное их опорожнение. Дополнительный сток DV₃, определяемый объемом участка нефтепровода с частичным опорожнением, для различных условий в зависимости от диаметра нефтепровода определяется в соответствии с данными, приведенными в табл. 2.2.

 

2.1.5. Объем стока нефти из нефтепровода с момента закрытия задвижек равен

 

(2.13)

 

2.1.6. Общий объем (общая масса М) вылившейся при аварии нефти определяется суммой объемов истечения нефти с момента возникновения аварии до прекращения утечки:

 

V=V₁+V₂+V₃

или М=р_оV.                           (2.14)