Количественные меры экологической опасности и риска, методология оценки их уровней. Индивидуальный риск и его составляющие. Математическое ожидание ущерба от антропогенного воздействия.

Техногенный риск связан главным образом с искусственной средой обитания и антропогенным воздействием на человека и ОС факторов техногенной природы. Риск в данном случае – вероятностная мера возникновения события или явления на экологический объект и нанесенного при этом ущерба в социально-экономической и экологической сферах. Под ЭУ в социальной сфере понимают заболевания, ухудшение здоровья, смертность людей, их вынужденная эвакуация, переселение и т.д.

При рассмотрении и оценке техногенного риска обычно исходят из дифференциации и целесообразности отдельного рассмотрения для здоровья человека и ОС, рисков для профессионалов, занятых деятельностью на ЭО, риск для населения, риск при нормальном режиме работе объектов, при авариях и происшествиях.

В риске для здоровья выделяют индивидуальный и социальный риск. Индивидуальный риск состоит из трех компонентов:

1. Возможность возникновения события или явления, обуславливающего формирование и действие техногенных факторов. (R₁)

2. Возможность формирования дозовых нагрузок определенного уровня, падающих на людей и другие объекты биосферы (R₂).

3. Вероятность того, что указанные дозовые нагрузки приведут к значительному ухудшению здоровья индивидуума и другим последствиям, в том числе гибелью популяции, нарушения экологического равновесия (R₃).

Уровень техногенного риска:

Для определения R₁ используют различные методы, основанные на логико-вероятностном подходе к анализу дерева событий, опасных состояний, ведущих к выбросу вредных веществ. Величина R₁ при детерминированном характере исходных событий, обуславливающих формирования экологической обстановки близка к 1. При определении уровня техногенных аварий и катастроф, радиационного риска должна рассматриваться возможность возникновения всех возможный событий и явлений, обуславливающих формирование и действие тех или иных неблагоприятных для ОС факторов. В число этих событий и явлений включается все типы происшествий, катастроф, в том числе проектные аварии, максимальные гипотетические запроектные аварии.

R₂ находится с учетом всех возможных путей распространения ЗВ в ОС и вкладов в формирование дозовой нагрузки, вносимых различными неблагоприятными экологическими факторами. При этом внешняя среда рассматривается как система, состоящая из ряда звеньев, через которые и происходит перенос загрязняющих веществ. Под звеньями понимаются различные среды и объекты ОС.

Математический аппарат, моделирующий динамику поведения ЗВ в этой системе разрабатывается с учетом стохастической природы процесса распространения ЗВ в объектах ОС. Динамику перехода ЗВ от одного звена внешней среды к другому и обмена между звеньями моделируют дифференциальные уравнения первого порядка:

,

где - содержание вещества в i -ом звене ОС;

- скорость поступления ЗВ в i -е звено из внешней среды;

- константа поступления загрязнителя из n-ого звена в i -е звено;

- константа переноса загрязняющего вещества из i -ого звена в j -е звено.

При решении подобных дифференциальных уравнений находят соотношение, позволяющее определить концентрацию загрязнения в этой или иной среде, в любой момент времени.

С помощью полученных можно найти и дозовую нагрузку в элементах ОС. Значительную сложность в эти расчеты приносит стохастический характер процессов переноса ЗВ, учитываемых с помощью . Эта величина и должна определяться с учетом вероятностной природы этих процессов.

Существуют и другие подходы к расчету миграции ЗВ. В качестве одного из них метод, основанный на численном моделировании с использованием функции переноса ЗВ между звеньями.

R3 выражает вероятность нарушения здоровья у индивидуума или у критической группы людей, их гибели, вероятность тех или иных изменений у других объектов биосферы от полученной дозы ЗВ или другого вредного фактора. Поэтому R3 называют биологическим риском. Для дозового облучения, приводящего к стохастическому эффекту, при оценке которого можно использовать эффективную эквивалентную дозу, величина биологического риска определяется по формуле

,

где - суммарный коэффициент соматических и генетических повреждений,

- эффективная эквивалентная доза облучения – сумма средних эквивалентных доз () взвешенных с коэффициентом .

– характеризует отношение риска стохастических эффектов облучения того или иного органа к суммарному риску стохастических эффектов при равномерном облучении всего тела.

Величину суммарного коэффициента риска обычно принимают равной . Это и было сделано при составлении таблицы величин риска облучения населения Земли и бывшего СССР от различных источников (разделенных материками).

Приведенная величина коэффициентов равна сумме коэффициентов различных раковых заболеваний, вызванных облучением () и наследственных эффектов, проявляющихся у первых поколений ().

Количественная мера риска может выражаться не только вероятностью. В последние 5 лет количественный риск интерпретируют как математическое ожидание ущерба, связанное с возникновением техногенных аварий, катастроф и других событий. Такая количественная интерпретация экологического риска используется в инженерной практике. Математическое ожидание ущерба рекомендуется определять как произведение вероятности события на степень его тяжести:

.

При этом степень тяжести (Y) может выражаться различными видами ущерба (социальный, экологический, экономический). При определении математического ожидания ущерба необходимо учитывать все возможные аварии и катастрофы на рассматриваемом объекте ( и ):

,

где

– вероятность возникновения опасного события i -ого вида.

– величина ущерба при событии i -ого вида.

Оценка риска с помощью математического ожидания ущерба носит условный характер. При этой оценке условно полагают, что величина ущерба носит детерминированный характер, вероятностная величина ущерба от возможного неблагоприятного события не учитывается.

Понятие коллективного риска введено для оценки риска определенных категорий населения, персонала радиационного и экологически опасного объектов, а также в целом населения отдельных регионов, стран и планеты. Величина коллективного риска представляет собой сумму уровней индивидуальных рисков. При определении этой величины учитывается, что различные категории людей/объектов биосферы обладают различной восприимчивостью к воздействию неблагоприятных факторов. Поэтому этот вид риска носит социальную окраску (разделяют материальный допустимый/недопустимый риск).

Социальный экологический риск, так же как и коллективный может быть рассчитан количеством людей, которые могут оказаться подвержены экологическому ущербу. Сходство этих понятий формально ( и ). Социальный риск вытекает из того, что приемлемые уровни этого вида риска определяются с учетом отношения общества к экологическим и другим опасностям, обусловленным наличием в районе опасного объекта. Количественно он выражает вероятность того, что при экологической/радиационной опасной аварии или другом событии общее число людей, подвергшихся ущербу будет больше или равно определенной величины. Численное значение социального риска относится к единичному событию (1) или к совокупности такого рода событий, которые развиваются по различным сценариям (2).

(2) в число учитываемых при оценке социального риска включены лишь те, при которых экологический ущерб будет больше либо равен определенного уровня.

(1) приводят расчет усредненного количества людей, подвергающихся рассматриваемому виду экологического ущерба в случае возникновения экологической опасности аварии (катастрофы), происшествия:

где

– вероятность формирования дозовых нагрузок определенного уровня;

– вероятность того, что дозовые нагрузки вызовут рассматриваемый ущерб;

– вероятность того, что в том месте, где появляется вредное воздействие окажется группа людей с одинаковыми условиями по его восприятию;

– количество людей в группе;

– момент времени;

k – количество расчетных групп.

Суммирование производится по всем группам людей, характеризующихся в среднем, одинаковыми условиями восприятия. В расчетах применяются средние для каждой группы нагрузки.

Логиковероятностным или иным методом находится вероятность опасного события. Полученная величина () интерпретируется как вероятность того, что определенное количество людей, большее или равное N, может быть подвержено экологическому ущербу:

, где

– численное значение социального риска при рассматриваемом опасном событии.

– вероятность (частота) возникновения этого события.

В этом случае, когда при определенном уровне социального риска целесообразно учесть ряд событий, развивающихся по различным сценариям и влекущих за собой различные экологические потери. Проводятся расчеты по данной схеме для каждого события по указанной схеме. Затем проанализировав полученный результат обосновывают социальную значимость, экологический ущерб которой выражается N. Далее проводят ранжирование всех опасных событий при которых n > N, сумму для этих событий вероятности и, исходя из этого, находят:

где

m – число, учитываемое при расчете неблагоприятных событий.

Расчеты социального риска могут быть проведены по другой схеме. Если ввести в рассмотрение некую случайную величину , включающую в себя все параметры стохастической природы, от которой зависит количество людей, подвергшихся экологическому ущербу, в том числе изменчивость скорости и направления ветра, других метеорологических факторов. При этом условии другое содержание и значение приобретают и .

Величина социального риска может быть рассчитана:

, где

– функция распределения случайной величины .

Количественная мера риска может быть выражена через математическое ожидание ущерба. Величину социального риска также можно определить вот по этой формуле:

где

– показатели, отображающие отношение общества к различным видам вероятности и ущерба. Когда при оценке социального риска принимают во внимание все возможные варианты развития аварий и катастроф, эта формула приобретает вид:

.

6. Методы прогнозирования экологической обстановки. Понятие и риск применения стратегии. Выбор оптимальной стратегии, матрицы выигрышей, полезности и эффек­тивности стратегии.

Прогнозирование ЭС как при заблаговременном, так и при оперативном ее выявлении и оценке.

Целью прогнозирования является выработка необходимых данных для оценки уровней техногенного риска (ТР), подготовке и обосновании решений о заблаговременных и оперативных действий по снижению или предотвращению персонала, а так же ОС.

Существует много методов прогнозирования, основанных на эвристическом и математических подходах, их сочетаний. Однако прогнозирование ЭС осуществляется главным образом мат методами, предусматривающими широкое применение модели процесса распространения ЗВ в ОС.

Метода прогнозирования ЭС.

1) детерминированные;

2) вероятностные.

Третий метод базируется на теории игр и стат. решений.

1)детерминированные методы основываются на определении уровней полей концентраций и построения временных параметров зон загрязнения с помощью функциональных зависимостей, связывающих эти величины с исходными данными детерминированного хар-ра. При этом указываемые зависимости указываются в аналитических, граф-х или табл-х формах.

2)вероятностные методы основаны на вероятностном подходе к задаче исходных данных для получения прогнозируемой информ-и. В этом методе по возможности в полной мере учитывается вероятностная природа параметров, а также процессов формирования и распространения ЗВ и уровней полей излучения.

3)прогнозирование ЭС с использованием теории игр со случайными ходами.

Прогнозирование в данном случае сочетается с оценкой ОС и выбором наиболее приемлемых мер и средств по обеспечению благоприятной ЭС.

Теорию игр составляет мат. теория конфликтных ситуаций. Ее задачей является выработка рекомендаций по рациональному образу действий в условиях неопределенности. При прогнозировании ЭС неопределенность проявляется в неоднозначности метеоусловий, в исходных данных по хар-ру выбросов ЗВ и возможных аварийных ситуационных выбросов ЗВ.

Прогнозирование в данном случае сочетается с оценкой ОС и выбором наиболее приемлемых мер и средств по обеспечению благоприятной ЭС.

Теорию игр составляет мат. теория конфликтных ситуаций. Ее задачей является выработка рекомендаций по рациональному образу действий в условиях неопределенности. При прогнозировании ЭС неопределенность проявляется в неоднозначности метеоусловий, в исходных данных по хар-ру выбросов ЗВ и возможных аварийных ситуационных выбросов ЗВ. Ситуации, возникающие в процессе прогнозирования экол. обстановки условно можно отнести к конфликтной. Формирование тех или иных условий обстановки связанных с несознательной деятельностью противостоящей стороны, а связанна с некоторыми факторами. Поэтому в играх такого рода вместе с личными ходами имеют место случайные ходы. Для каждого случайного хода правила игры определяются распределением вероятности возможных исходов. Вариант действий той или оной стороны, выбор которого определяется совокупностью правил, носит название стратегии. Принятие решений о выборе стратегии зависит от обстоятельств, связанных с недостаточностью инф-ии о погодных и других условий. Подобная ситуация возникает при выборе стратегии определяющей формирование экологической обстановки. Такого рода стратегии называются стратегиями природы. Выбор такой стратегии определяется к.п. исходя из известных величин реализации условий. Стратегии природы принимаются в качестве стратегий противоборствующей стороны. Наши стратегии – это варианты мер и действий по обеспечению ЭБ.

Каждая из стратегий природы содержит набор метеопараметров, принимаемых во внимание при прогнозировании ЭО и характеризуется вероятностью реализации.

Наши стратегии, соответствующие различным вариантам мер и действий по обеспечению ЭБ определяется совокупностью и результативностью этих мер и действий. Причем все стратегии, относящиеся к нашей стороне, рассматриваются при одной и той же системе. Т.О. каждая из этих стратегий хар-ся набором вариантов экологической обстановки по числу принятых для анализа вариантов метеоусловий.

Для решения задачи выбора оптимальных решений разрабатывается матрица, элементами которой являются показатели, хар-ие качество выигрыша, т.е. полезность и эффективность стратегии.

Качество выигрыша определяется набором параметров ЭО, от которых зависит степень ее опасности, выраженная через интегральный показатель. Как правило, этот показатель интегрируется как уровень ТР. Наиболее простым случаем выбора подходящей стратегии является тот, когда какая-либо стратегия по всем показателям лучше других, т.е. матрица содержит доминирующую стратегию.

В общем случае когда нет доминирующей проводится анализ матрицы выигрышей. Для облегчения анализа необходимо преобразование матрицы с введением понятия риска применения стратегии. Под риском применения стратегии понимается разность м/д максимальным для данной стратегии природы значения показателя качества выигрыша и его величиной при рассматриваемой стратегии обеспечения ЭБ.

r_ij=β_i-a_ij

β_i=max a_ij

при использовании матрицы как с элементами a_ij, так и с r_ij выбор оптимальной стратегии проводится по максимальному значению мат. ожидания выигрыша. Величина этого мат ожидания м/б рассчитано:

A_i=P_1*a_i1+ P_2*a_i2 +…+ P_n*a_in

A_i=P_1*r_i1+ P_2*r_i2 +…+ P_n*r_in,

Р- это вероятность реализации стратегии природы. Имеется ввиду что Р заранее известно исходя из многолетнего опыта по определению метеопараметров в рассматриваемом районе.

В качестве стратегии противостоящей стороны м/.б приняты не только метеоусловия распространения ЗВ в ОС, а совокупности исходных событий, возникновение и хар-х особенностей развития аварий, т.е. различные аварийные ситуации,тогда элементы матрицы будут хар-ть эффективность стратегии ч/з интегральный показатель техногенного воздействия.

Выбор такого рода стратегии противоположной стороной осуществляется случайным ходом. Для каждого случайного хода правила игры определяются вероятностью распространения возможных исходов, т.е. выбором той или иной стратегии. При разработке множества стратегий учитываются все возможные происшедшие аварии и катастрофы для каждого опасного объекта. Наши стратегии будут выражаться различными вариантами мер и действий по обеспечению ЭБ. Фиксированными являются метеоусловия.

Каждая из стратегий будет хар-ся набором вариантов экологической обстановки по числу принимаемых вариантов аварий и катастроф. Элементы матрицы будут хар-ть эффективность стратегии ч/з интегральный показатель техногенного воздействия.

Выбор оптимальной стратегии м/б проведен как по приведенным формулам, так и по мат. ожиданию выигрыша.

где

W – чистая польза от функционирования объекта

V – общая польза, приносимая объектом

B – уровень ТР

G – затраты на предотвращение или снижение ТР

Рассмотренные задачи являются по существу вариантами или частями одной сложной задачи, суть которой заключается в обосновании мер по обеспечению ЭБ с учетом стохастической природы факторов, определяющей формирование и степень опасности экологической обстановки.