Опасные природные процессы и явления

Источниками природной опасности для людей, объектов экономики, челове­чества в целом на рассматриваемой территории являются части литосферы, гидросферы, атмосферы и космического пространства, в которых протекают различные природные процессы и возможно возникновение опасных природ­ных явлений [3].

Природное явление — это результат протекания природных процессов. Опасное природное явление — это событие природного происхождения или состояние элементов природной среды, которое по силе, масштабу распространения и продолжительности может оказать негативное воздействие на жизне­деятельность людей и объекты экономики. На территории России, обладаю­щей чрезвычайно большим разнообразием геологических, климатических и ландшафтных особенностей, встречается более 30 видов опасных природных явлений, среди которых наиболее разрушительными (приводящими к наибо­льшим последствиям в порядке их убывания) являются: землетрясения, цуна­ми, наводнения, оползни и обвалы, лавины, природные пожары, сели, карст и суффозия, переработка берегов морей и водохранилищ, сильные морозы и метели, ураганы и смерчи. Ежегодно в России происходит 200—500 природ­ных чрезвычайных ситуаций, из которых 35 % вызываются наводнениями, 19 % - ураганами, бурями, штормами, смерчами, 14 % - сильными и особо длительными дождями, 8 % - землетрясениями и 21 % - оползнями, обвала­ми, селями и сильными снегопадами. За последние 15 лет от опасных природ­ных явлений в России погибло 3,5 тыс. человек, пострадали свыше 500 тыс. человек.

Территория и многочисленные объекты хозяйства России подвержены раз­рушительным воздействиям практически всех известных типов опасных при­родных процессов. Из них наибольшую площадь распространения имеют гео­криологические опасности (пучение, термокарст, термоэрозия, солифлюкция), приуроченные к зоне развития многолетнемерзлых пород, занимающей около 65 % территории страны. Почти на 45 % территории России периодиче­ски происходят лесные и другие природные пожары, а на 34 % — землетрясе­ния силой в 6 и более баллов, приводя к значительным социально-экономиче­ским потерям при поражении ими городов и других поселений. Значительную и увеличивающуюся во времени и пространстве опасность для социально-эко­номического развития России представляют также наводнения, оползни и об­валы, техногенное подтопление территорий, карстово-суффозионные и неко­торые другие опасные природные и техноприродные (обусловленные деятель­ностью человека) процессы. Число пострадавших от природных явлений увеличива­ется ежегодно примерно на 6 %.

 

2.4.2. Классификация опасных природных явлений

Опасные природные явления можно классифицировать по многим призна­кам [4], в частности (рис. 2.4) по происхождению, продолжительности и ре­гулярности (по времени и месту) действия, механизмам возникновения и не­гативного влияния на территориальные комплексы населения и хозяйства (ТКНХ), а также по энергии порождающего их процесса, виду рабочего тела (воздух, вода, горная порода), характеру оказываемого воздействия (механическое, тепловое, химическим агентом), объектам воздействия и другим при­знакам.

Рис. 2.4. Классификация опасных природных явлений

 

Виды различных по происхождению опасных природных явлений:

- Геологические: землетрясения оползни и обвалы, лавины, сели, про­садки лессов, подтопление территорий, карст, суффозия, речная эрозия, плоско­стная и овражная эрозия, переработка берегов морей и водохранилищ;

- Геокриологические: пучение, термокарст, термоэрозия, солифлюкция;

- геолого-гидрологические - цунами;

- гидрологические: наводнения и наледеобразование;

- метеорологические: сильные морозы, метели, засухи, ураганы, смерчи;

- биологические: природные пожары, массовое размножение сельскохозяй­ственных вредителей, болезни растений и домашних животных, эпидемии среди животных и людей, нападения на территории и акватории привнесенных видов, нападения кровососущих, хищных и ядовитых животных, биопомехи - транспорту, управляющим и распределяющим системам.

- космические: выпадение метеоритов, столкновение Земли с более крупны­ми космическими образованиями — астероидами, кометами и т.п. К солнеч­но-космическим опасным явлениям относятся аномально большие магнитные вариации и изменяющаяся солнечная активность.

По механизму негативного влияния на ТКНХ опасные природные явления могут быть: разруши­тельными, парализующими (останавливающими движение транспорта и т. д.) и истощающими (снижающими урожай, плодородие почв, запасы лесных и других природных ресурсов).

По механизму возникновения различают опасные природные явления тренда, экстремума и срыва.

По продолжительности развития и действия различают:

- быстро развивающиеся и кратковременно действующие природные явле­ния, которые сопровождаются формированием поражающих факторов для объ­ектов, сооружений, оборудования, коммуникаций и т. д., т. е. оказывают преиму­щественно разрушительное действие на объекты воздействия - экстремальные природные явления. К экстремальным природным явле­ниям относятся: падение метеоритов, ураганы, тайфуны, смерчи, шквалы, землетрясения, наводнения, цунами, извержения вулканов, обвалы, камнепады, опол­зни, сели, лавины;

- медленно развивающиеся и продолжительно действующие неблагоприят­ные природные явления оказывают преимущественно парализующее или исто­щающее воздействие. К ним относятся: сильные морозы, засухи, эрозия почв, абразия берегов и др.

Опасные природные явления можно классифицировать по регулярности действия во времени, в пространстве, по силе и по возможности предсказания соответствующих параметров.

По регулярности действия во времени опасные природные явления можно разделить на:

- регулярно (периодически) действующие. Например, наводнения происхо­дят практически в одни и те же сроки, а их сила может быть заблаговременно предсказана. Поэтому степень приспособленности к ним населения достаточно высокая;

- нерегулярно действующие, т. е. возникающие в случайный момент времени. Время наступления таких природных явлений, как правило, заблаговременно не предсказывается, и потому они являются чрезвы­чайно опасными, например, землетрясения.

Место возникновения опасного природного явления также может быть либо известным, либо случайным или неизвестным. При этом необходимо иметь в виду условность такого деления. Так, если падение метеоритов на поверхность Земли возможно повсюду с примерно равной вероятностью, то выход тайфуна на побережье случаен лишь в пределах определенного района (например, Приморского края).

Места возникновения и границы зон поражения других опасных природных явлений практически известны - наводнения, цунами, потоки вулканических лав и пепла, обвалы, камнепады, оползни, сели, лавины. Так, зоны возможных затоплений при наводнениях известны точно, а их размеры зависят только от силы наводнения.

Вариации мощности природных явлений имеют место всегда. Чем больше сила при­родного явления, тем реже оно наблюдается. Классификация опасных при­родных явлений по силе проводится с помощью специальных шкал, разраба­тываемых применительно к каждому опасному природному явлению. С точки зрения оповещения важное значение имеет информация о возможном распространении опасных природных явлений по поверхности Земли. Для опасных природных явлений, возникающих в случайный момент и неизвестном месте, но распространяющихся по повер­хности Земли с конечной скоростью, возможно прогнозирование времени прихода в конкретные пункты и своевременное оповещение о их начале (цунами, ураганы, тайфуны и др.).

 

2.5. Источники опасности и опасные явления в техносфере

2.5.1. Характеристика техногенных опасностей

В России в зонах непосредственной угрозы жизни и здоровью в случае ЧС проживает более половины ее населения. При этом доля ЧС техногенного ха­рактера растет из-за общего снижения уровня техники безопасности и физического старения опасных объектов эта тенденция может усиливаться.

Техногенный риск для жизнедеятельности является естественной платой человечества за высокий уровень цивилизации. На основе анализа риска не­обходимо предусматривать меры для сведения его к минимуму, т. е. к обеспе­чению техногенной безопасности. Первый шаг в таком процессе — это анализ опасности объектов техносферы.

Опасность объекта — это его свойство причинять ущерб челове­ку, организациям и окружающей природной среде. Технический объект, от которого исходит опасность, есть источник опасности. В соответствии с акси­омами техногенного риска любое техническое устройство является источни­ком техногенной опасности. Если территориальное расположение источника опасности может быть установлено, то может быть определена зона опасно­сти. Размер ущерба, который может быть причинен техническим объектом, обозначается как потенциал угрозы в условиях нормальной эк­сплуатации или в результате аварии объекта. Верхний предел потенциала угрозы обозначает­ся как потенциал опасности технического объекта.

Промышленные объекты по потенциалу опасности (количеству накопленных опасных веществ, запасенной энергии) условно делятся на:

- неопасные;

- опасные, подлежащие регистрации в государственном реестре, требующие декларирования безопасности, обязательного страхования ответственности за ущерб третьим лицам и др. процедур государственного регулирования техно­генной безопасности.

Ниже приведены предельные количества опасных веществ, наличие которых на промышленном объекте является основанием для обязательной разра­ботки декларации промышленной безопасности [5]: аммиак - 500 т; нитрат аммония - 2500 т; нитрат аммония в форме удобрений - 10 ООО т; хлор - 25 т; цианистый водород - 20 т; фтористый водород - 50 т; фосген - 0,75 т; серни­стый водород - 50 т; диоксид серы - 250 т; воспламеняющиеся газы - 200 т; горючие жидкости, находящиеся на складах - 50 000 т; токсичные вещества - 200 т; высокотоксичные вещества - 20 т; окисляющие вещества - 200 т; взрывчатые вещества - 50 т; вещества, представляющие опасность для окру­жающей среды - 200 т.

Классификация опасных промышленных объектов может быть проведена по следующим признакам (рис. 2.5): механизму причинения ущерба в про­цессе нормальной эксплуатации или в случае аварий; виду опасности; харак­теру возможных ЧС.

Рис. 2.5. Классификация опасных промышленных объектов

 

Потенциальная возможность причинения ущерба является ключевой в трактовке термина потенциально опасный объект. Техническая система, неблагоприятные воздействия которой на персонал и окружающую среду в процессе эксплуатации полностью определены, считается вредной. Поэтому по механизму причинения ущерба объекты техносферы могут быть:

- вредными для здоровья в процессе нормальной эксплуатации. Проявления­ми такой опасности обычно являются уровни вредных факторов, сопровождающих эксплуатацию объекта, площади и степень загрязнения прилегающих к объекту территорий в результате выбросов и сбросов. В зависимости от назначения пред­приятия и его мощности объекту присваивается один из пяти классов вредности, в зависи­мости от которого устанавливается ширина санитарно-защитной зоны: от 1000 м (I класс) до 50 м (V класс);

- потенциально опасными, ущерб от которых наступает в случае аварий. Про­явлениями их опасности являются уровни поражающих факторов, формирующихся в случае аварий, площади и степени загрязнения прилегающих к объекту территорий.

Главными источниками загрязнения являются:

- для атмосферы — тепловые электростанции и теплоцентрали, сжигающие органическое топливо; транспорт; черная и цветная металлургия; машинострое­ние; химическое производство; добыча и переработка минерального сырья;

- для водных объектов — сточные воды, среди которых различают хозяй­ственно-бытовые; промышленные; поверхностные стоки предприятий и населен­ных пунктов; сельскохозяйственные; рудничные и шахтные воды.

Источниками загрязнения окружающей среды являются также: шум и виб­рация; электромагнитное из­лучение, возникающее при генерации, передаче и использовании электриче­ской энергии; ионизирующее излучение, возникающее при делении делящих­ся материалов и распаде радиоактивных веществ. Другими источниками за­грязнения являются аварии.

По виду опасности различают пять групп объектов [5], на ко­торых:

- получаются, используются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются опасные вещества:

- используется оборудование, работающее под давлением более 0,07 МПа или при температуре нагрева воды более 115 °С;

- используются стационарно установленные грузоподъемные механизмы, эскалаторы, канатные дороги, фуникулеры;

- плавятся и находятся в жидком состоянии их черные и цветные металлы и сплавы;

- ведутся горные работы, работы по обогащению полезных ископаемых, а также работы в подземных условиях.

По природе основных опасных факторов, образующихся в результате аварий, обычно выделяют 6 групп потенциально опасных объектов: ядерно- и радиационно, химически, пожаровзрыво-, биологически, гидродинамически опасные объекты и объекты жизнеобеспечения. В России порядка 45 тыс. опасных объектов, при этом уровень критического износа в 2003 г. составил: химически опасные объекты - 70 %, взрывоопасные объекты - 60 %, радиационно опасные объекты - 40 %. Потенциально опасным объектам, с точки зрения негативного влияния на окружающую среду, часто присущи эмерджентные свойства (новые свойства, не присущие их элементам). Например, взрывчатые и делящиеся вещества представляют особую опасность только в рамках единой системы - ядерного заряда, так как в случае аварийных воздействий возможен взрыв заряда взрывчатого вещества, приводящий к диспергирова­нию радиотоксичного плутония и радиоактивному загрязнению обширных территорий.

 

2.5.2. Опасные техногенные явления, их негативные факторы и последствия

Опасные техногенные явления на объектах техносферы вызываются внеш­ними и внутренними причинами, а также их неблагоприятным сочетанием. Внутренние причины связаны с протекающими в объектах техносферы опас­ными техногенными процессами: старением, деградацией параметров, разре­гулированием, которые приводят к отказам технических устройств, аварий­ным ситуациям и авариям. Внешние причины обусловлены взаимодействием с объектами техносферы и окружающей средой.

К опасным техногенным явлениям относятся:

- транспортные аварии (катастрофы);

- пожары, взрывы в зданиях, на коммуникациях, технологическом обору­довании промышленных объектов, в зданиях и сооружениях жилого, социаль­но-бытового и культурного назначения;

- аварии с выбросом или угрозой выброса аварийно химически опасных веществ;

- аварии с выбросом или угрозой выброса радиоактивных веществ;

- аварии с выбросом или угрозой выброса опасных биологических веществ;

- внезапное обрушение зданий, сооружений различного назначения или пород;

- аварии на электроэнергетических системах;

- аварии на коммунальных системах жизнеобеспечения;

- аварии на очистных сооружениях;

- гидродинамические аварии.

Негативные факторы и последствия опасных техногенных явлений приве­дены в табл.2.1.

К транспортным авариям (катастрофам) относятся крушения, аварии, схо­ды грузовых и пассажирских поездов; аварии грузовых и пассажирских судов; авиационные катастрофы; дорожно-транспортные происшествия и автомоби­льные катастрофы; аварии на магистральных и внутрипромысловых трубопроводах.

Таблица 2.1

Негативные факторы и последствия опасных техногенных явлений

Вид опасного техногенного явления	Негативные факторы	Виды поражающего действия на объекты	Параметры, характеризующие поражающее действие	Последствия
Транспортная авария	Удар	Механическое	Перегрузки, деформа­ции	Ранение и гибель людей, по­вреждение транспортного средства и перевозимого груза
Пожар	Непосредственное дейст­вие огня на горящий предмет (горение)	Тепловое	Температура Тп, про­должительность нагрева τn и его интенсивность I, К/мин.	Гибель (термические повреж­дения различных степеней — ожоги тела, верхних дыхатель­ных путей) людей, домашних и сельскохозяйственных живот­ных. Сгорание предметов, объек­тов, оборудования, их обугли­вание, разрушение. Социально-экономические последствия: - прекращение выполнения объектами своих функций
Дистанционное воздейст­вие высоких температур за счет излучения	Тепловой поток, Вт
Задымление	Удушающее, токсическое	Концентрация опасных веществ
Вторичные явления и негативные факторы: взрывы; утечка ядовитых или загрязняющих веществ в окружающую среду; вода, используемая для туше­ния пожара
Взрыв: ядерный; хими­ческих ВВ; объ­емный облаков топливно-воздуш-ных смесей; ре­зервуаров с пере­гретой жидкостью и резервуаров под давлением и др.	Воздушная ударная волна	Механическое	Избыточное давление во фронте, длительность фазы сжатия	Гибель (ранение — термиче­ские и механические повреж­дения) людей. Разрушение (повреждение) зданий, сооружений, техноло­гического оборудования, транспортных средств, эле­ментов коммуникаций. Вторичные последствия: по­ражение людей, обломками обрушенных конструкций, их погребение под обломками
Осколочное поле	Количество осколков, их пространственное рас­пределение, кинетиче­ская энергия и радиус разлета
Вторичные явления и негативные факторы: пожары; поле образующихся токсичных веществ

 

Продолжение таблицы 2.1

Вид опасного техногенного явления	Негативные факторы	Виды поражающего действия на объекты	Параметры, характеризующие поражающее действие	Последствия
Химическая ава­рия	Химическое заражение окружающей среды (при-зем­ного слоя атмосферы - обла­ко зараженного воз-духа; во­дных источников; продуктов питания; почвы)	Токсическое: респираторное (основное); пи­щевое; поверх­ностное	Концентрация сильно­действующих ядовитых веществ, токсодоза	Химическое поражение лю­дей и животных
Вторичные негативные факторы: взрыва, пожара	Механическое, тепловое
Радиационная авария	Дымовое (пылевое) облако выброса при взрыве (сгора­нии) - газоаэрозольная смесь радионуклидов, кото­рая распространяется на сот­ни км и испускает ионизиру­ющее излучение; Радиоактивное загряз-нение местности в результате осаж­дения радиоактивных частиц из газоаэрозольного облака	Ионизирующее	Мощность дозы, эф­фективная доза	Лучевая болезнь, стохасти­ческие эффекты облучения
Гидродинамиче­ская авария	Волна прорыва	Механическое	Высота волны, скорость ее движения,Скоростной напор, давление	Гибель людей, разрушение элементов инфраструктуры. Смыв плодородных почв или отложение наносов на об­ширных территориях
Стремительное затопление местности волной прорыва	Длительность затопле­ния
Разрушение зданий	Обломки	Механическое	Объем завалов	Гибель (ранение) людей
Изоляция в завалах

Пожаром называется неконтролируемое горение, причиняющее ущерб фи­зическим и юридическим лицам, элементам антропосферы. Горение — это фи­зико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в про­дукты сгорания, сопровождаемый интенсивным выделением тепла, дыма и световым излучением. В основе этого процесса лежат быстротекущие химические реакции окисления в атмосфере кислорода воздуха. Особенностями го­рения на пожаре, в отличие от других видов горения, являются склонность к самопроизвольному распространению огня, сравнительно невысокая пол­нота сгорания, интенсивное выделение дыма, содержащего продукты полного и неполного окисления.

Взрывы. Взрывчатым превращением называют процесс быстрого физиче­ского или химического преобразования вещества, сопровождающийся пере­ходом потенциальной энергии этого вещества в механическую энергию дви­жения или разрушения. Взрыв сопровождается освобождением значительного количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого в окружаю­щем пространстве образуется и распространяется ударная волна. Согласно од­ному из определений, взрыв — это процесс выделения энергии за короткий промежуток времени, связанный с быстрым физико-химическим изменением состояния вещества, приводящим к возникновению скачка давления или ударной волны, сопровождающийся образованием сжатых газов или паров, способных производить работу. Он приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, который при быстром расширении оказывает ударное механическое воздействие на окружающие тела. Взрыв в твердой среде сопровождается ее разрушением и дроблением, в воздушной или водной — вызывает образование воздушной или гидравлической ударных волн, которые оказывают разрушающее воздействие на помещенные в них объекты.

Взрывы можно классифицировать по виду высвобождаемой энергии: хими­ческой (чаще всего взрывчатых веществ); внутриядерной (ядерный взрыв), электромагнитной (искровой разряд, лазерная искра и др.), механической (при высокоскоростном соударении астероидов и комет с Землей и др.), сжа­тых газов (при превышении давлением предела прочности сосуда — баллона, трубопровода и т. п.). Таким образом, взрывчатые превращения могут иметь в своей основе процессы либо физического, либо химического характера.

Применительно к взрывоопасным объектам различают три типа аварийных взрывов:

- химические взрывы, сопровождающиеся химическими превращениями с выделением тепла и продуктов горения (взрывы газовоздушных облаков, кон­денсированных ВВ, пылевые взрывы);

- физические взрывы, которые не сопровождаются химическими превраще­ниями с выделением тепла и образованием продуктов сгорания (разрыв трубо­проводов, сосудов, находящихся под высоким давлением, наполненных негорю­чими газами, паром или многофазными сжимаемыми системами — пыль, пена);

- BLEVE (взрыв паров вскипающей жидкости) — особый тип физико-хими­ческого взрыва, характерного для емкостей под давлением, наполненных легко-кипящей жидкостью (чаще всего — сжиженным горючим газом) и подвергаемых внешнему нагреву. В процессе нагрева происходит быстрый рост внутреннего давления, разрыв емкости с малым фугасным эффектом, выброс горючего в ат­мосферу с последующим воспламенением и образованием огненного шара. Основные поражающие факторы при BLEVE — мощное импульсное тепловое излучение и осколочное поле, образующееся при разрыве емкости.

Гидродинамические аварии — это прорывы гидротехнических сооружений, являющихся гидродинамически опасными объектами (плотин, запруд, дамб, шлюзов, перемычек и др.) с образованием волн прорыва и катастрофических затоплений. От размеров прорана зависит объем и скорость падения вод верх­него бьефа в нижний бьеф'сооружения и параметры волны прорыва. Волна прорыва образуется также при недостаточном водосбросе (перелив воды через гребень плотины).

Разрушение зданий. Процесс и результат разрушения зданий имеют свои особенности в зависимости от причин разрушения: сейсмического воздейст­вия, оползания грунта, воздействия селевого потока, внутреннего взрыва газа или попадания извне артиллерийского снаряда, падения воздушного судна, воздействие воздушной ударной волны ядерного взрыва и др.

При землетрясениях принято рассматривать пять степеней разрушения зданий: слабые, умеренные, тяжелые повреждения, частичные разрушения и обвалы.

Характер разрушения зданий в значительной степени зависит от их конст­руктивной схемы.

Разрушение происходит при превышении уровнями поражающих факторов различных опасных природных и техногенных явлений стойкости зданий. При разрушении зданий образуются вторичные поражающие факторы для на­ходящихся в них людей, а также образуются завалы, представляющие собой хаотическое нагромождение крупных и мелких обломков строительных конст­рукций, санитарно-технических устройств, мебели, технологического обору­дования и т. п.

Характерным для завалов является нагромождение обрушившихся строите­льных конструкций, их отдельных обломков, а также обломков бетонных, же­лезобетонных конструкций, кирпичной кладки и строительного мусора.

Разрушение зданий сопровождается поражением людей и их блокировани­ем в завалах. Число безвозвратных потерь в момент разрушения зданий и соо­ружений в среднем может составлять 10—20 % от общего числа пострадавших Поражение при катастрофах сопровождается, как правило, механическими! травмами: 40 % пораженных обычно имеют легкую степень поражения; 20 % — среднюю; 20 % — тяжелую; 20 % — крайне тяжелую. Спасение блоки­рованных в завалах людей зависит от своевременности проведения аварийно-спасательных работ.