ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОПАСНЫХ ЯВЛЕНИЙ

Данные мониторинга, системная информация об опасных природных, техногенных и социальных явлениях, данные анализа риска служат основой для оценок и прогнозов ЧС.

Для управления безопасностью населения и территорий необходимы оценки прогнозы риска ЧС. К настоящему времени создан обширный арсенал методов прогноза (оценки на определенный момент или интервал времени в будущем) рисков, в том числе связанных с ЧС природного и техногенного ха­рактера. По назначению их логично разделить на два вида (рис. 9.1):

-методы прогнозирования возникновения ЧС;

-методы прогнозирования последствий ЧС.

Рис. 9.1. Методический аппарат прогноза риска
.

Методы прогнозирования возникновения ЧС наиболее развиты при­менительно к ЧС природного характера, точнее к вызывающим их опасным природным явлениям. Для своевременного прогнозирования и обнаружения опасного природного явления на стадии его зарождения необходима хорошо отлаженная общегосударственная система мониторинга за предвестниками стихийных бедствий и катастроф. По информации, полученной от этой сис­темы, территориальные органы власти принимают заблаговременные либо оперативные решения на осуществление мер защиты с целью предупрежде­ния и/или смягчения последствий чрезвычайных ситуаций. В указанную сис­тему должны входить, в частности, подсистемы прогнозирования и обнару­жения опасных природных явлений для потенциально опасных объектов (ядерно- и радиационно опасных объектов, химических производств, гидро­технических сооружений) - охранные и наблюдательные сети объектов Ми­натома РФ, региональные сейсмические сети для обеспечения работ по крат­косрочному прогнозу землетрясений и др.

Методы прогнозирования возникновения ЧС по прогнозируемым па­раметрам делятся на методы прогноза места, силы, времени наступления и частоты (повторяемости). Применительно к различным опасным природным явлениям эта задача решается в различной степени.

Конечно, экономически более выгодно предвидеть опасные природные явления и готовиться к ним в месте их проявления. А те мероприятия, кото­рые не могут быть проведены за имеющееся время упреждения об опасном природном явлении, осуществляются на всей территории возможного их про­явления заблаговременно (превентивные меры защиты) на основе прогноза их частоты (повторяемости).

По времени упреждения методы прогноза времени возникновения ЧС можно разделить на несколько видов. В целях заблаговременного или опера­тивного принятия управленческих решений по предупреждению ЧС и свое­временному реагированию на них целесообразно получение следующих про­гнозов:

-долгосрочный (на 10-5 лет) прогноз кризисных явлений в различных сферах на основе научного мониторинга стратегических рисков;

-среднесрочный (на 5-2 года) прогноз опасностей в природно-техногенной сфере и на год - прогноз угроз от реализации природных и тех­ногенных опасностей;

-краткосрочный (месяцы-недели) прогноз возможности возникновения опасных природных и техногенных явлений;

-оперативный (дни) прогноз наступления опасных природных явлений; предупреждение (часы) о надвигающемся опасном природном, техногенном или социальном явлении; экстренный (1-2 часа) прогноз последствий уже произошедших ЧС.

Для принятия решений на осуществление превентивных мер защиты не­обходимы также прогнозы времени возникновения и (или) повторяемости стихийных бедствий, а также аварий и катастроф на потенциально опасных объектах.

Например, во Всероссийском центре мониторинга и прогнозирования ЧС природного и техногенного характера осуществляется подготовка долгосроч­ных прогнозов: стратегического планирования (на год); циклических ЧС на осенне-зимний период; циклических ЧС, обусловленных весенним снеготая­нием и природными пожарами; среднесрочных прогнозов ЧС на месяц; крат­косрочных декадных прогнозов ЧС; оперативных ежедневных прогнозов; экстренных предупреждений. При составлении прогнозов используются дан­ные Росгидромета, Авиалесоохраны, Минздрава, Минсельхозпрода России, ИЗМИР АН.

Прогноз возникновения ЧС основывается на прогнозе возможности воз­никновения инициирующих их событий и уязвимости рассматриваемой тер­ритории. Инициирующими событиями для возникновения ЧС являются проявления характерных для рассматриваемой территории источников опас­ности (опасные явления):

-опасные природные явления - землетрясения, ураганы, наводнения и т.д.,

-опасные техногенные явления - аварийные ситуации на объектах тех­носферы (пожары, взрывы, падения, отказы составных частей, важных для безопасности),

-опасные социальные явления - несанкционированные действия с по­тенциально опасными объектами, нападения на них и другие события.

Изучение этих редких, но опасных по последствиям событий является одной из важнейших задач в анализе и управлении риском, которые должны прийти на смену применявшемуся человечеством до сих пор методу проб и ошибок.

Различают ряд подходов к прогнозированию инициирующих событий для ЧС (применительно к опасным природным явлениям приведены в табл. 9.1).

Таблица 9.1

Подходы к прогнозированию инициирующих событий

Подход	Интервал упреждения, Исходная информа­ция	Аппрокси- мация Модели	Прогнозируемый показатель	Меры по снижению рисков и смягчению последствий ЧС
Вероят- ностно статисти- ческий	Оценка частоты по данным многолетних наблюдений	Пуас- соновский поток,	на рас- сматри ваемой тер- ри тории	Меры по ограничению антропогенной деятельности (налоги на выбросы в атмосферу) для сдерживания роста частоты и силы опасных природных явлений;предупреждение (снижение силы) некоторых природных явле­ний; регулирование за­стройки на основе рай­онирования террито­рии; строительство со­оружений инженерной защиты; повышение устойчивости (сейсмо­стойкое строительство); ужесточение строи­тельных нормативов; перенос потенциально опасных объектов, пе­реселение
Вероят- ностно- детерми- нирован- ный	Долго- срочный (годы) прогноз времени наступ- ления по данным многолетних на­блюдений	Цикличность, унимодаль- ные распре- деления .	на рассматри- ваемой терри- тории
Среднесроч-ный прогноз места и времени (месяцы, недели) наступления по данным мониторинга	Модели воз- никновения и развития опасных при- родных явле- ний, погрей ности мето- дик		Повышение защищен- ности территорий (укрепление сооружений инженерной защиты); обучение населения и аварийно-спасательных формирований дейст- виям в условиях ЧС
Детерминиро   Детерминиро- ванно-вероят- ностный	Краткосроч-ный прогноз места, силы и времени наступления (дни, часы) по предвестникам и оперативной ин­формации
	Смягчение последствий (оповещение; эвакуа- ция; своевременное на- чало аварийно-спасательных работ)

Возможность использования того или иного подходов зависит от соот­ношения случайности и предсказуемости опасных явлений. Когда о меха­низме формирования (возникновения, распространения) сопровождающих некоторый природный процесс опасных явлений ничего неизвестно, оно рас­сматривается как случайное явление. Случайность или неопределенность времени, места и силы опасных явлений обусловлена двумя основными при­чинами:

- отсутствием или недостаточностью наших знаний о закономерностях формирования в определенных месте и времени опасного природного явле­ния;

- стохастическим характером влияющих на развитие процесса факторов.

Напомним, что по определению неопределенность - это понятие, отра­жающее отсутствие однозначности. Неопределенность обусловлена внутрен­ними свойствами объектов и неполнотой сведений об объектах. Различают неопределенность стохастическую и детерминированную.

Чем больше на развитие природного процесса непредсказуемо (случай­ным образом) влияет факторов, тем меньше теоретически возможное время упреждения (рис. 9.2, t₀ - текущий момент времени) о развитии опасного

природного явления. В предельном случае это время равно нулю.

От этих же факторов зависит и точность прогноза. Чем меньше случай­ных факторов и глубже изучены физические процессы, приводящие к опас­ным явлениям, тем выше точность прогноза, а время упреждения t_ynp, опреде­ляемое с достаточной точностью, больше может быть приближено к .

Стимулом к изучению эпизодически происходящих на рассматриваемой территории опасных природных явлений являются вызываемые ими эконо­мические потери, требующие значительньж затрат на защиту территории от происходящих в случайный момент времени и в произвольном месте опасных явлений. Чем чаще происходят опасные природные явления, тем больше вни­мания уделяется их изучению и тем сильнее по прошествии некоторого вре­мени в результате целенаправленного выделения ресурсов на принятие мер защиты территория защищена от них. Это приводит к снижению потерь. Оче­видно, что экономически выгоднее предпринимать меры защиты на локаль­ных территориях (по отношению к конкретным объектам) в течение Фикси­рованного интервала времени. Это стимулирует разработку методов прогноза места, силы и времени опасных природных явлений. Недаром говорят: «Знал бы, где (и когда) упадешь, соломку б постелил». Чем больше знаний, тем меньше неопределенность и больше предотвращаемый на основе предприни­маемых в соответствии с имеющимися знаниями мер защиты ущерб. Другими словами, чем больше знаний, тем выше эффективность мер защиты (больше предотвращенный ущерб на единицу затрат). Таким образом, наука яв-яется значимым фактором экономии ресурсов государства и, в итоге, его устойчи­вого развития.

В табл. 9.2 приведены три уровня наших знаний о времени, месте и силе опасных природных явлений. Если время наступления природного явления с некоторой силой в конкретном пункте на основе имеющихся знаний может быть предсказано с интервалом упреждения, отличным от нуля, то говорят о предсказуемых явлениях.

Таблица 9.2

Уровни определенности (неопределенности) и определяемые на их основе ха­рактеристики опасных природных явлений

	Уровень
Распределение	Полная неопределен­ность	Частичная опреде­ленность (неопре­деленность)	Полная опре­деленность
Временное	Частота , 1/год -повторяемость	Цикличность явле­ний; вероятность возникновения за заданный интервал времени в рассмат­риваемом пункте опасных явлений с силой, не менее за­данной	Время воз­никновения
Энергетическое	Распределение по си­ле - встречаемость	Сила
Пространственное	Область возможного возникновения - опасная территория	Место

В случае полной неопределенности механизмов возникновения и разви­тия (распространения) опасных природных явлений их пространственное, временное и энергетическое распределения определяются по статистическим данным, полученным в ходе многолетних наблюдений, в виде характеристик повторяемости и встречаемости в областях возможного возникновения.

При частичной определенности механизмов возникновения и развития опасных природных явлений или наличии статистических данных, указы­вающих на некоторые закономерности их наступления (например, циклич­ность во времени) опасное явление может быть предсказано, хотя и со значи­тельной погрешностью (например, в форме вероятности возникновения при­родного явления с силой, не менее заданной, на рассматриваемой территории или в определенном пункте за заданный интервал времени в будущем).

При полной определенности все три параметра опасного явления могут
быть предсказаны с приемлемой точностью для своевременного принятия
адекватных мер защиты, объем которых зависит от имеющихся материальных
«и временных (времени упреждения) ресурсов.

С увеличением интервала наблюдения за развитием опасных природ­ных процессов и явлений точность оденки повторяемости, встречаемости и областей возможного возникновения опасных явлений возрастает. При про­гнозе времени, места и силы опасного явления с увеличением интервала уп­реждения точность наоборот падает (рис. 9.2). Поэтому те меры защиты, которые не могут быть реализованы за время упреждения, определенное с приемлемой точностью, планируются на основе информации о повторяемо­сти опасного явления.

Рис. 9.2. Зависимость точности прогноза повторяемости от интервала наблю­
дения (слева) и времени наступления опасного явления от времени упреж­
дения (справа): (—) хуже и () лучше изученный механизм форми­
рования природного явления

Время определяется интервалом корреляции значений совокупности информативных параметров в момент времени t₀ и текущий момент t. Чем больше случайных факторов влияет на развитие природного явления (описы­вающих этот процесс информативных параметров во времени и пространст­ве), тем меньше интервал корреляции.

Изучение механизмов возникновения и развития опасных природных яв­лений сопровождается повышением точности прогноза их времени, силы и места, т.е. переходом от их описания как случайного явления к описанию как закономерного явления. Решение этой задачи проводится в рамках фундамен­тальных исследований в соответствующих областях знаний. Па основе этой информации разрабатывается методический аппарат прогнозирования, в ча­стности, использующий идеи обучения (теория распознавания образов, ис­кусственный нейроинтеллект и др.).

Вероятностно-статистический подход основан на представлении при­родных явлений на рассматриваемой территории или аварийных ситуаций на совокупности однотипных объектов пуассоновским потоком случайных со­бытий. Он используется для оценивания частот опасных явлений с силой не менее заданной и аварийных ситуаций определенного вида. В предположении стационарности, ординарности и отсутствия последействия, поток инициирующих событий характеризуется параметром - средним числом событий за интервал времени (обычно за год). Частота (интенсивность) инициирующих событий рассчитывается по их статист-же:

,

где - число инициирующих событий (опасных явлений) за интервал вре­мени .

Повторяемость инициирующих событий (средний интервал времени между ними) определяется по формуле , лет.

При оценивании возможности наступления сравнительно редких собы­тий (при ) интерес представляет вероятность хотя бы одного инициирующего события за предстоящий интервал времени . В общем слу­чае

,

где - случайная величина продолжительности интервала между со­бытиями, - момент начала рассматриваемого интервала времени после реализации последнего инициирующего события.

Если инициирующее событие не произошло до момента времени то его вероятность за последующий интервал времени рассчитывается по услов­ному (усеченному) распределению. Для пуассоновского потока время между событиями подчиняется экспоненциальному закону. С учетом свойства от­сутствия последействия

.

Для редких событий, когда ,

.

По многолетним наблюдениям за природными явлениями на определен­ной территории определяется также их распределение по силе , где U- случайная по совокупности произошедших природных явле­ний величина уровней создаваемых ими поражающих факторов для объектов техносферы основан на установлении законов и закономерностей.

Вероятностно-детерминированный подход развития природных про­цессов во времени и пространстве, цикличности природных явлений, что можно использовать для целей их долго- и среднесрочного прогнозирования. Если имеется циклически действующий фактор, то свойство отсутствия по­следействия нарушается и поток природных явлений не подчиняется закону Пуассона. Например, если выявлена цикличность землетрясений, то время до очередного землетрясения подчиняется некоторому унимодальному распре­делению. При повторяемости (в отличие от пуассоновского потока здесь можно применять более узкий термин - периодичности) землетрясений t_cp с дисперсией , т.е. при нормальном распределении времени между землетря­сениями

где Ф() - функция Лапласа.

Так, сильные землетрясения в Алма-Ате случались в 1887 и 1911 годах. По оценкам специалистов, их цикличность составляет 100+15 лет. Исходя из этого, с 1980 года алматинцы живут в период сейсмической активности. В течение 20-25 лет на территории города возможны сильные подземные катак­лизмы.

Применительно к объектам техносферы вероятностно-детерминированный подход основан на установлении закономерностей раз­вития деградационных процессов, накопления повреждений, образования и распространения трещин, приводящих к авариям, и состоит в прогнозирова­нии срока службы их критичных по безопасности составных частей, ограни­чиваемого параметрическими отказами вследствие процессов старения, из­нашивания, разрегулирования. На основе оценки вероятности параметриче­ских отказов определяется необходимость профилактических замен состав­ных частей с истекшим сроком службы.

При среднесрочном (месяцы, недели) прогнозировании на основе этой информации кроме вероятности может быть уточнено также наиболее веро­ятное время наступления инициирующего события

,

где - плотность распределения вероятности условного времени до очередного инициирующего события при условии, что до момен­та времени t* оно не произошло.

С помощью методик прогнозирования, базирующихся на знании законо­мерностей формирования инициирующих событий, прогнозируется время и место х_оя природных явлений с силой, превышающей заданную величину' и_н, время наступления на конкретных объектах техносферы аварийных ситуа­ций определенного вида.

Для краткосрочного (дни, часы) прогнозирования используется детер-минированно-вероятностный подход, опирающийся главным образом на оперативную информацию, получаемую от сетей мониторинга - о предвест­никах, о приближающемся опасном природном явлении, с учетом неопреде­ленностей методик прогноза их развития и перемещения. При этом кроме времени наступления природного явления t_оя прогнозируются его место хо#и сила и_оя - Подход применим и для прогнозов аварийных ситуаций на техниче­ских объектах с непрерывным контролем технического состояния.

Показатели эффективности прогнозов. Относительно ЧС на рассмат­риваемом интервале времени могут быть высказаны две гипотезы: наступит или не наступит. Если ЧС предсказана и наступила (или не предсказана и не наступила), то это достоверный прогноз. Количественно степень достоверно­сти прогноза ЧС на рассматриваемом интервале времени характеризуется по­казателями оправдываемости О и предсказуемости П (табл. 9.3).

Таблица 9.3

Показатели достоверности прогнозов возникновения ЧС

Прогноз ЧС	Предсказана	Не предсказана
Наступление ЧС	Не наступила	Наступила	Не наступила	Наступила
Показатели достоверно­сти прогноза		О	-

Пусть - число наступивших ЧС из

числа предсказанных или предсказанных ЧС из числа наступивших. Оно оп­ределяется как пересечение двух подмножеств (рис. 9.3):

,

где - число наступивших на рассматриваемом интервале времени ЧС, - число ЧС, наступление которых на рассматриваемом интер­вале времени предсказано. Тогда оправдываемостъ прогнозов ЧС на рас­сматриваемой территории, происходящих за интервал времени , определя­ется по формуле

а предупрежденностъ произошедших ЧС

Рис. 9.3. Оправдываемостъ прогнозов и предупрежденностъ ЧС

Если ЧС предсказана, но не наступила, то имеет место ошибка 1-го рода, которая характеризуется вероятностью а, оценка которой определяется по формуле

.

Ошибка 2-го рода состоит в том, что ЧС не предсказана, но наступила. Она характеризуется вероятностью оцениваемой по формуле

.

Поиск по сайту: