МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ для самостійного вивчення дисципліни та виконання контрольної роботи для слухачів заочної форми навчання

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ для самостійного вивчення дисципліни та виконання контрольної роботи для слухачів заочної форми навчання 06.03.2014 02:22

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

для самостійного вивчення дисципліни та виконання контрольної роботи для слухачів заочної форми навчання

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Харків 2013

 

Друкується за рішенням кафедри управління та організації діяльності в сфері цивільного захисту
Протокол від 28 серпня 2013 р. №1

 

 

 

Рецензент:

 

Писклакова О.О.
Природні та техногенні загрози, оцінювання небезпек. Методичні рекомендації для самостійного вивчення дисципліни та виконання контрольної для слухачів заочної форми навчання. – Харків, 2013. – 141 с.

 

 

 

 

 

 

Методичні рекомендації для самостійного вивчення дисципліни та виконання контрольної роботи для слухачів заочної форми навчання з дисципліни «Природні та техногенні загрози, оцінювання небезпек» складено відповідно до освітньо-професійної програми підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр.

Відповідальний за випуск О.О. Писклакова

 

Природні та техногенні загрози, оцінювання небезпек – нормативна дисципліна циклу природничо-наукової, професійної та практичної підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр галузі знань 1702 "Цивільна безпека" у відповідності з Галузевим стандартом вищої освіти України (ГСВОУ), затверджений і введений в дію Наказом Міністра освіти і науки України № 320 від 10.04.2009 р. Ця дисципліна вивчається з метою формування у майбутніх фахівців необхідного в їхній подальшій професійній діяльності рівня знань та умінь з питань запобігання виникнення надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру; практичного застосування методів прогнозування наслідків надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру.
У результаті вивчення дисципліни слухачі повинні:
Знати:
– законодавчу основу запобігання і реагування на надзвичайні ситуації техногенного та природного характеру в Україні;
– законодавство про захист населення і територій від надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру;
– державну політику України у сфері захисту населення і територій від надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру, запобігання та оперативного реагування на них;
– державну програму забезпечення технологічної безпеки в основних галузях економіки;
– об'єкти підвищеної небезпеки;
– існуючи загрози природного характеру
– існуючи загрози техногенного характеру
– концепцію системи інтегральної безпеки від надзвичайних ситуацій;
– моделі впливу надзвичайних ситуацій;
– закони руйнування споруд та ураження людей;
Вміти:
– застосовувати сингулярні методи прогнозування;
– визначати математичне очікування обсягів руйнувань та ураження людей;
– прогнозувати наслідки паводкової повені;
– визначати інженерну обстановку при катастрофічному затопленні від руйнування гідротехнічних споруд;
– прогнозувати процесу руху і трансформації селевого потоку;
– визначати обстановку в районах руйнівних землетрусів;
– прогнозувати наслідки вибуху газоповітряних сумішей у відкритому просторі та у виробничих приміщеннях;
– прогнозувати наслідки вибухів при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу;
– прогнозувати обстановку при аваріях з вибухом на пожежовибухонебезпечних об’єктах;
– прогнозувати обсяги та терміни проведення інженерно-технічних заходів при ліквідації наслідків аварій на АЕС.
Мета вивчення курсу природні та техногенні загрози, оцінювання небезпек при підготовці бакалаврів полягає в тому, щоб сформувати у слухачів теоретичних знань, практичних навиків по питаннях, що стосуються запобігання виникнення надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру; практичного застосування методів прогнозування наслідків надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру.

ЗМІСТ ДИСЦИПЛІНИ

Змістовий модуль 1. Природні та техногенні загрози.
Тема 1.1. Сучасний стан з надзвичайними ситуаціями в Україні.
Основні програми Кабінету Міністрів України, центральних і місцевих органів виконавчої влади щодо проведення відповідних заходів цивільного захисту населення для забезпечення конституційного права громадян України на захист життя і здоров'я. Надзвичайні ситуації, що відбулись в Україні протягом 2013 року. Основні проблеми у сфері цивільного захисту. Основні причини виникнення НС. Аналіз небезпечних подій, що відбулись в Україні протягом 2013 року. Основні причини нещасних випадків.
Тема 1.2. Огляд існуючих загроз природного характеру.
Огляд зареєстрованих у Україні за 2013 р. НС природного характеру. Основні причини виникнення НС природного характеру. Основні загрози геологічного характеру. Заходи із запобігання виникненню надзвичайних ситуацій геологічного характеру. Загрози гідрометеорологічного характеру. Стан системи гідрометеорологічних спостережень і прогнозування в Україні. Пожежі у природних екосистемах.
Тема 1.3. Огляд існуючих загроз техногенного характеру.
Огляд зареєстрованих у Україні за 2013 р. НС техногенного характеру. Основні причини виникнення НС техногенного характеру.
Змістовий модуль 2. Теоретичні основи прогнозування надзвичайних ситуацій
Тема 2.1. Сингулярні методи прогнозування.
Основи прогнозування. Загальні положення. Принципи прогнозування. Стадії наукового аналізу прогнозу. Класифікація методів прогнозування. Методи інтерполяції і екстраполяції.
Тема 2.2. Математичні методи прогнозування.
Ряди динаміки. Метод найменших квадратів. Рівняння регресійної моделі. Парний регресійний аналіз. Коефіцієнт кореляції. Множинний регресійний аналіз.
Тема 2.3. Комплексні системи прогнозування.
Тема 2.4. Моделі впливу надзвичайних ситуацій. Закони руйнування споруд та ураження людей.
Основні фактори, що впливають на наслідки НС. Моделі впливу вражаючих факторів НС. Закони руйнування споруд. Закони ураження людей.
Тема 2.5. Математичне очікування обсягів руйнувань та ураження людей.
Показники, що характеризують ушкодження і ураження в осередку аварії або катастрофи. Математичне очікування кількості зруйнованих будівель. Математичне очікування об'єму завалів. Математичне очікування ураження людей.
Змістовий модуль 3. Прогнозування надзвичайних ситуацій природного характеру.
Тема 3.1. Прогнозування наслідків паводкової повені.
Методика прогнозування паводкової повені. Розрахунок сил аварійно-рятувальних робіт при повенях: рятувальні роботи, аварійно-відновлювальні роботи.
Тема 3.2. Інженерна обстановка при катастрофічному затопленні від руйнування гідротехнічних споруд.
Оцінка можливих наслідків затоплення і підготовка початкових даних для планування заходів ЦЗ по захисту населення. Побудова графіка руху хвилі прориву. Оцінка руйнувань в зонах затоплення.
Тема 3.3. Прогнозування процесу руху і трансформації селевого потоку.
Проривний сель. Сель від дощового паводку. Методика можливого прориву моренних озер.
Тема 3.4. Обстановка в районах руйнівних землетрусів.
Інтенсивність сейсмічної дії при землетрусах. Класифікація будівель і характеристика їх руйнування. Характеристика руйнування будівель. Прогнозування обстановки в районі руйнівних землетрусів.
Змістовий модуль 4. Прогнозування надзвичайних ситуацій техногенного характеру.
Тема 4.1. Завали, що утворюються при руйнуванні будівель в осередках ураження.
Показники, що безпосередньо характеризують завал. Показники, що характеризують уламки завалу. Розрахункові схеми завалів. Дальність розльоту уламків. Дальність розльоту уламків при землетрусах. Висота завалів. Висота завалів при землетрусах. Структура і об'ємно-масові характеристики завалів. Об'ємно-масові характеристики завалів.
Тема 4.2. Прогнозування наслідків вибуху газоповітряних сумішей у відкритому просторі та у виробничих приміщеннях.
Обстановка при виробничих аваріях з вибухом. Вибух газоповітряних сумішей у відкритому просторі. Вибухи газоповітряних і пилоповітряних сумішей у виробничих приміщеннях. Вибухи газопароповітряних сумішей. Вибухи пилоповітряних сумішей.
Тема 4.3. Прогнозування наслідків вибухів при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу.
Тема 4.4. Прогнозування обстановки при аваріях з вибухом на пожежовибухонебезпечних об’єктах.
Тема 4.5. Прогнозування обсягів та термінів проведення інженерно-технічних заходів при ліквідації наслідків аварій на АЕС.
Методика прогнозування об'ємів робіт по очищенню території промплощадки АЕС від радіоактивно забруднених уламків і грунту. Поховання радіоактивно забруднених уламків і ґрунту у заглиблених могильниках. Водозахисні заходи на водостоках при аваріях на АЕС. Прогнозування об'ємів і термінів виконання інженерно-технічних заходів щодо консервації радіоактивно забруднених ділянок лісу при аварії на АЕС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП
У 2013 році Кабінетом Міністрів України, центральними і місцевими органами виконавчої влади, органами місцевого самоврядування, підприємствами, установами і організаціями шляхом проведення відповідних заходів цивільного захисту забезпечувалось конституційне право громадян України на захист життя і здоров'я.
Завдання та основні напрямки роботи у сфері природної та техногенної безпеки і цивільного захисту населення і територій від надзвичайних ситуацій у цілому визначались актами законодавства, іншими нормативно-правовими документами з питань цивільного захисту, промислової безпеки та охорони праці, охорони навколишнього природного середовища, охорони здоров'я, заходами Державної цільової соціальної програми розвитку цивільного захисту на 2009-2013 роки та Плану основних заходів цивільного захисту на 2013 рік.
Верховною Радою України був прийнят Кодекс цивільного захисту України (1 липня 2013).
У 2013 році об'єкти господарювання та територія України продовжували перебувати під значним негативним впливом уражаючих чинників природного та техногенного походження, що призводили до виникнення надзвичайних ситуацій і небезпечних подій, загибелі людей на виробництві і в побуті, погіршення умов життєдіяльності населення, забруднення навколишнього природного середовища, економічних збитків.
1 НАДЗВИЧАЙНІ СИТУАЦІЇ В УКРАЇНІ
У законодавстві України надзвичайною ситуацією (НС) вважають порушення нормальних умов життя й діяльності людей на об'єкті або території, спричинене аварією, катастрофою, стихійним лихом, епідемією, епізоотією, епіфітотією, великою пожежею, застосуванням засобів ураження, що призвели або можуть призвести до людських і матеріальних втрат.
Можна виділити п'ять стадій (періодів) розвитку НС:
- Накопичення негативних ефектів, що призводять до аварії;
- Період розвитку катастрофи;
- Екстремальний період, при якому виділяється основна частка енергії;
- Період загасання;
- Період ліквідації наслідків.
Рівні НС:
• загальнодержавний;
• регіональний;
• місцевий;
• об'єктовий.
Від кількості людей, які загинули, розрізняють чотири рівні надзвичайних ситуацій.
Надзвичайна ситуація загальнодержавного рівня — це надзвичайна ситуація, яка розвивається на території двох та більше областей (Автономної Республіки Крий, міст Києва та Севастополя) або загрожує транскордонним перенесенням, а також у разі, коли для її ліквідації необхідні матеріали і технічні ресурси в обсягах, що перевищують власні можливості окремої області (Автономної Республіки Крим, міст Києва та Севастополя), але не менше одного відсотка обсягу видатків відповідного бюджету.
Надзвичайна ситуація регіонального рівня — це надзвичайна ситуація, яка розвивається на території двох або більше адміністративних районів (міст обласного значення) Автономної Республіки Крим, областей, міст Києва та Севастополя або загрожує перенесенням на територію суміжної області України, а також у разі, коли для її ліквідації необхідні матеріальні і технічні ресурси в обсягах, що перевищують власні можливості окремого району, але не менше одного відсотка обсягу видатків відповідного бюджету.
Надзвичайна ситуація місцевого рівня — це надзвичайна ситуація, яка виходить за межі потенційно-небезпечного об'єкта, загрожує поширенням самої ситуації або її вторинних наслідків на довкілля, сусідні населені пункти, інженерні споруди, а також у разі, коли для її ліквідації необхідні матеріальні і технічні ресурси в обсягах, що перевищують власні можливості потенційно-небезпечного об'єкта, але не менше одного відсотка обсягу видатків відповідного бюджету. До місцевого рівня також належать всі надзвичайні ситуації, які виникають на об'єктах житлово-комунальної сфери та інших, що не входять до затверджених переліків потенційно небезпечних об'єктів.
Надзвичайна ситуація об'єктового рівня — це надзвичайна ситуація, яка не підпадає під зазначені вище визначення, тобто така, що розгортається на території об'єкта або на самому об'єкті і наслідки якої не виходять за межі об'єкта або його санітарно-захисної зони.
У процесі визначення рівня надзвичайної ситуації (НС) послідовно розглядаються три групи факторів:
• територіальне поширення;
• розмір заподіяних (очікуваних) економічних збитків та людських втрат;
• класифікаційні ознаки надзвичайних ситуацій.
Основними причинами виникнення надзвичайних ситуацій в Україні є:
— надзвичайне техногенне навантаження території;
— значний моральний та фізичний знос основних виробничих фондів більшості підприємств України;
— погіршення матеріально-технічного забезпечення, зниження виробничої і технологічної дисципліни;
— незадовільний стан збереження, утилізації та захоронення високотоксичних, радіоактивних та побутових відходів;
— ігнорування економічних факторів, вимог, стандартів;
— низький рівень застосування прогресивних ресурсозберігаючих і екологобезпечних технологій.
Аналіз стану техногенної та природної безпеки в Україні у 2013 році та виконання комплексу запобіжних заходів показав, що основні проблеми у сфері цивільного захисту з року в рік залишаються одними й тими ж, а саме:
високий показник зношеності основних виробничих фондів на об'єктах господарювання;
свідоме ігнорування вимог безпеки життєдіяльності;
недостатній рівень організації та проведення запобіжних заходів;
невідповідність фінансового і матеріально-технічного забезпечення реальній потребі здійснення заходів цивільного захисту;
виснаженість і недостатність технічного оснащення сил цивільного захисту;
Вирішення зазначених та інших проблемних питань, а також реалізація державної політики у сфері запобігання надзвичайним ситуаціям техногенного та природного характеру мають бути одним з пріоритетних напрямків роботи центральних і місцевих органів виконавчої влади.
2 СИНГУЛЯРНІ МЕТОДИ ПРОГНОЗУВАННЯ
1 ОСНОВИ ПРОГНОЗУВАННЯ
У загальному вигляді під прогнозуванням розуміють процес наукових досліджень якісного і кількісного характеру, направлений на з'ясування тенденцій розвитку явищ, а також пошук оптимальних шляхів досягнення цілей цього розвитку.
Завдання прогнозу – дати об'єктивне, достовірне уявлення про те, що буде за тих або інших умов. Для вирішення цього завдання розробляється пошуковий прогноз, завданням якого є показати, яким чином буде розвиватись об'єкт за умови незмінного характеру зовнішнього впливу. В результаті з'явиться відповідь на питання: «що буде», якщо не вживати ніяких регулюючих дій. Таким чином, пошуковий прогноз визначає сфери, що вимагають пріоритетного втручання для подолання небажаних процесів.
Прогнозування не зводиться лише до пасивної ролі передбачення того, що може відбутися в майбутньому, розробляються і цільові прогнози, які визначають цілі, поставлені державою перед МНС, і можливі шляхи їх досягнення.
При цьому в рівній мірі небезпечно як приземляти цілі, посилаючись на дефіцит ресурсів, так і ставити нереальні цілі, яким би необхідним не було їх досягнення. Окрім цього, необхідно враховувати існування суперечностей між довго- і короткостроковими цілями. Віддання переваги сьогоденним вигодам, як правило, ускладнює рух у стратегічному напрямі. Тому необхідна наявність певного балансу між ними.
Прогнозування застосовується на передплановій стадії розробки управлінських рішень і сприяє виробленню концепції розвитку на перспективу.
Прогнозування тісно пов'язане з плануванням і є необхідною передумовою планових розрахунків .
Одне з важливих завдань прогнозування – прогноз так званих критичних величин процесів розвитку, виявлення можливих термінів крупних зрушень, що знаменують якісну зміну процесів, що вивчаються. Наприклад, у прогнозуванні рівня пожежної безпеки підґрунтям таких зрушень може стати поява і розповсюдження якісно нових способів і засобів попередження і ліквідації надзвичайних ситуацій.
У процесі прогнозування використовуються наступні два підходи.
Суть першого – прогнозувати, починаючи від моменту складання прогнозу, поступово використовуючи ретроспективні данні процесу дослідження визначати можливий стан об’єкту дослідження в майбутньому.
Суть другого – визначити майбутні цілі та орієнтири, а вже від них поступово рухатися до сьогодення.
У першому випадку маємо пошукове (генетичне) прогнозування, у другому – нормативно-цільове прогнозування. З подовженням періоду прогнозування, як правило, нормативний його характер посилюється, оскільки на розвиток у більш віддалені терміни менше впливають умови, що склалися на сьогодні.
Прогнозування спирається на математико-статистичний інструментарій і використання обчислювальної техніки. Мета прогнозування полягає в створенні наукових передумов, що включають науковий аналіз тенденцій розвитку процесів і явищ, варіантне передбачення майбутнього розвитку сил і засобів МНС, який враховує як тенденції, що склалися, так і намічені цілі, для ухвалення управлінського рішення.
Залежно від мети прогнозування прогнози поділяються на:
- пізнавальні – опис можливих або бажаних перспектив, станів, майбутнього;
- управлінські – які передбачають використання інформації про майбутнє при ухваленні рішень.
Процес розробки прогнозів ґрунтується на наукових методах пізнання соціально-економічних явищ і використанні сукупності методів, засобів і способів науки прогностики.
За часом випередження прогнози підрозділяються на:
- наддовгострокові (період випередження – понад 20 років).
- довгострокові (період випередження – від 5 до 20 років)
- середньострокові (період випередження – від 1 року до 5 років);
- короткострокові (період випередження – від 1 місяця до 1 року);
- оперативні (період випередження – до одного місяця);
Під періодом випередження розуміється відрізок часу від моменту, для якого є останні статистичні дані про об'єкт прогнозування, до моменту, до якого стосується прогноз.
Розробка прогнозу – це пошук можливого реалістичного розвитку об'єкта або явища. Будь-який прогноз має варіанти розвитку з певним ступенем вірогідності і містить дані, необхідні для розробки й ухвалення обґрунтованих управлінських рішень.
Прогнозування базується на певних принципах (рис.1.)

 

Рис.1 – Принципи прогнозування
Принцип системності – передбачає розгляд об'єкта в його зв'язку і залежності з іншими процесами і явищами, дослідження кількісних і якісних закономірностей, побудову такого логічного ланцюга дослідження, згідно якого процес вироблення й обґрунтування будь-якого рішення відштовхується від визначення загальної мети системи і підпорядкування досягненню цієї мети діяльності всіх вхідних в неї підсистем.
Принцип наукової обґрунтованості – базується на: урахуванні вимог об'єктивних законів, застосуванні наукового інструментарію, вивченні досягнень вітчизняного і зарубіжного досвіду формування прогнозів, використанні методик і моделей як умови наукового формування системи прогнозів, їх обґрунтованості, дієвості і своєчасності.
Принцип цілеспрямованості – передбачає цілеспрямований характер прогнозування, тобто зміст прогнозу не треба зводити тільки до передбачення, а включати і цілі, яких бажано досягти.
Принцип адекватності прогнозу об'єктивним закономірностям – характеризує не тільки процес виявлення тенденцій розвитку, але й оцінку стійкості тенденцій і взаємозв'язків, а також створення теоретичного аналога реальних процесів.
Реалізація принципу адекватності передбачає врахування імовірнісного характеру процесів. Це означає необхідність оцінки як домінуючих тенденцій, так і відхилень, що склалися, визначення можливої області їх розбіжності, а також оцінку ймовірності їх реалізації в майбутньому.
Принцип альтернативності – передбачає вибір варіантів розвитку в різних траєкторіях, при різних взаємозв'язках і структурних співвідношеннях. Перехід від імітації процесів і тенденцій, що склалися, до передбачення їх майбутнього розвитку, що базується на побудові альтернатив, тобто визначення декількох можливих, а часто і протилежних, взаємовиключних шляхів розвитку.
Принцип історичності – полягає у розгляді прогнозованих явищ і процесів у взаємозв'язку їх історичних форм. Іншими словами, у процесі прогнозування необхідно виходити з того, що стан досліджуваного об'єкта є закономірним результатом його попереднього розвитку, а майбутнє – закономірним результатом його розвитку у минулому і сьогоденні.
Основними завданнями прогнозування є:
- накопичення наукового матеріалу для обґрунтованого вибору прогнозних рішень;
- оцінка стану об'єкта прогнозування;
- науковий аналіз тенденцій розвитку;
- дослідження об'єктивних взаємозв'язків процесів і явищ в конкретних умовах місця і часу;
- виявлення альтернатив еволюції об'єкта прогнозування;
- вибір і обґрунтування варіанта прогнозу.
Оцінка стану об'єкта прогнозування базується на поєднанні імовірнісного і детермінованого підходів.
Суть імовірнісного підходу базується на визнанні неможливості в соціально-економічних системах отримати абсолютно точні відомості про всі процеси, які в даний момент відбуваються, а тим більше в деталях передбачити майбутнє.
Детермінований підхід базується на визнанні соціально-економічної системи не імовірнісною, а детермінованою. Це означає, що кожне рішення викликає чітко певний результат. Випадковими діями, не передбаченими заздалегідь, при цьому нехтують. Цей підхід припускає спрощення реальної дійсності, що носить насправді імовірнісний характер. За абсолютної детермінізмі зникає можливість альтернативного вибору рішень. За абсолютної невизначеності конкретне представлення майбутнього не можливе, і в цих випадках прогнозування втрачає сенс.
Науковий аналіз прогнозів здійснюється у три стадії: ретроспекція, діагноз, проспекція.
Під ретроспекцією розуміють етап прогнозування, на якому досліджується історія розвитку об'єкта для отримання його систематизованого опису. На цій стадії здійснюється збір і обробка інформації, оптимізація складу джерел, уточнення й остаточне формування структури і складу характеристик об'єкта прогнозування.
Діагноз – етап прогнозування, на якому досліджується систематизований опис об'єкта прогнозування, з метою виявлення тенденції його розвитку і вибору моделей, методів прогнозування. На стадії діагнозу проводиться аналіз об'єкта прогнозування. Аналіз закінчується вибором і обґрунтуванням моделі, а також методу прогнозування.
Проспекція – етап прогнозування, на якому за даними діагнозу розробляються прогнози майбутнього розвитку об'єкта і проводиться оцінка достовірності, точності, обґрунтованості прогнозу. На стадії проспекції виявляється недостатність інформації про об'єкт прогнозування, уточнюється раніше отримана інформація, вносяться корективи в модель прогнозованого об'єкта відповідно до інформації, що знов надійшла.
Дослідження об'єктивних зв'язків процесів і явищ здійснюється у процесі розробки механізму використання об'єктивних законів, істотних причинно-наслідкових зв'язків явищ, що виражають їх повторюваність у певних умовах, та є віддзеркаленням. При прогнозуванні необхідно враховувати невизначеність, обумовлену стохастичною природою явищ, неповнотою їх пізнання, наявністю суб'єктивного чинника при ухваленні планових рішень, недосконалістю і недостатньою надійністю інформації.
Виявлення об'єктивних альтернатив досліджуваного процесу і тенденцій його розвитку на перспективу припускає необхідність вибору між взаємовиключними можливостями.
Вибір і обґрунтування варіанта прогнозу здійснюється на основі генетичного (дослідницького, пошукового) і нормативного (цільового) підходу.
При генетичному підході визначається можливий стан об'єкта прогнозування в перспективі, з урахуванням збереження існуючих тенденцій розвитку цього об'єкта. При цьому не враховуються умови, які можуть змінити ці тенденції.
При нормативному підході визначається можливий стан об'єкта, виходячи з висунутих рекомендацій щодо бажаної поведінки об'єкта. Обидва підходи пов'язані між собою, взаємно доповнюють один одного і, як правило, використовуються в сукупності, забезпечуючи комплексне вивчення прогнозованого явища або процесу.
Прогнозування є складним процесом діяльності в рамках підготовки та обґрунтування управлінського рішення, яке потребує ретельного наукового підходу, з урахуванням специфіки методології прогнозування.
2. Методи прогнозування та їх класифікація
Під методами прогнозування розуміють сукупність прийомів і способів мислення, що дозволяють на основі аналізу зовнішніх і внутрішніх зв'язків об'єкта прогнозування розробити прогноз, з певною мірою достовірності, щодо майбутнього розвитку об'єкта.
Вся сукупність методів прогнозування групується за наступними ознаками:
– за способом отримання й обробки інформації розрізняють:
a) статистичні методи;
b) методи аналогій;
c) випереджальні методи;
– за ступенем формалізації методи розподіляються:
a) формалізовані;
b) Інтуїтивні.
Статистичні методи – система прийомів, способів обробки інформації, направлених на отримання кількісних закономірностей, що виявляються у структурі, динаміці і взаємозв'язках прогнозованих масових соціально-економічних явищ.
Методи аналогій – отримання прогнозів, побудованих на логічному зв’язку та схожості закономірностей розвитку одних процесів з іншими, що дозволяє після дослідження робити висновки, хоча і не остаточні, і не доказові в повному розумінні цього слова.
Випереджальні методи прогнозування базуються на певних принципах спеціальної обробки науково-технічної інформації, що дозволяє реалізувати у прогнозі її властивість відображати нові тенденції та закономірності розвитку об'єкта прогнозування.
У свою чергу їх можна розділити на методи дослідження динаміки розвитку об'єкта і методи дослідження й оцінки рівня розвитку об'єкта.
Інтуїтивні методи прогнозування – це методи вирішення складних проблем, що не формалізуються, за допомогою отримання прогнозних оцінок стану розвитку об'єкта в майбутньому, незалежно від інформаційної забезпеченості, методом експертних оцінок. На рис. 2 представлено класифікаційну схему методів прогнозування.

 

Рис. 2 – Класифікація методів прогнозування

Треба також підкреслити, що представлена класифікація не є вичерпною і може змінюватись разом з розвитком науки прогностики.

3. Формалізовані методи прогнозування
Формалізовані методи прогнозування базуються на побудові прогнозів формальними засобами математичної теорії, які дозволяють підвищити достовірність і точність прогнозів, значно скоротити терміни їх виконання, полегшити обробку інформації й оцінку результатів.
До складу формалізованих методів прогнозування входять [1, 5]: методи інтерполяції й екстраполяції, метод математичного моделювання, методи теорії ймовірності і математичної статистики.
Методи інтерполяції і екстраполяції
Сутність методу інтерполяції полягає у знаходженні прогнозних значень функцій об'єкта , де , у точках усередині відрізку за відомими значеннями параметрів у точках .
Основними умовами, що пред'являються до функцій при інтерполяції, є:
- функція повинна бути безперервною й аналітичною;
- функція повинна бути достатньою мірою гладкою, тобто вона має володіти достатнім числом не дуже швидко зростаючих похідних.
У прогнозуванні найчастіше застосовуються інтерполяційні формули Лагранжа, Ньютона, Стірлінга, Беселя.
Метод екстраполяції – це метод наукового дослідження, що полягає в застосуванні тенденцій, встановлених у минулому, у майбутньому.
Математичні методи екстраполяції зводяться до визначення того, які значення прийматиме та або інша змінна величина , якщо відомий ряд її значень в попередні моменти часу .
У вузькому розумінні слова екстраполяція – це знаходження за рядом ретроспективних даних функціональної залежності інших її значень, що знаходяться поза цим рядом. Екстраполяція полягає у вивченні стійких тенденцій розвитку явища, що склалися у минулому і сьогоденні, і перенесення їх на майбутнє. У прогнозуванні екстраполяція застосовується при вивченні рядів динаміки і є знаходженням значень функції за межами області її визначення з використанням інформації про поведінку даної функції в деяких точках, що належать області її визначення.
Розрізняють перспективну і ретроспективну екстраполяцію.
Перспективна екстраполяція припускає продовження рівнів ряду динаміки на майбутнє на основі виявленої закономірності зміни рівнів у відрізку часу, що вивчається.
Ретроспективна екстраполяція характеризується продовженням рівнів ряду динаміки в минуле.
Існує формальна і прогнозна екстраполяція.
Формальна екстраполяція базується на припущенні збереження в майбутньому минулих і сучасних тенденцій розвитку об'єкта. Прогнозна екстраполяція пов'язує фактичний стан досліджуваного об'єкта з гіпотезою про динаміку його розвитку. Вона припускає необхідність урахування в перспективі альтернативних змін самого об'єкта, його суті.
При розробці прогнозів за допомогою екстраполяції виходять з тенденцій зміни тих або інших кількісних статистичних характеристик об'єкта. Екстраполюються функціональні, системні і структурні характеристики. Ступінь реальності таких прогнозів значною мірою зумовлюється обґрунтованістю вибору меж екстраполяції і відповідністю вибраних показників суті даного явища або процесу.
Послідовність дій при статистичному аналізі тенденцій та екстраполяції полягає в наступному:
1. Формулювання завдання, висування гіпотез про можливий розвиток прогнозованого об'єкта, обговорення чинників, які стимулюють або перешкоджають розвитку об'єкта, визначення екстраполяції та її допустимої дальності.
2. Вибір системи параметрів, уніфікація різних одиниць вимірювання, що відносяться до кожного параметра окремо.
3. Збір і систематизація даних, перевірка однорідності даних та їх порівнянність.
4. Виявлення тенденцій зміни величин статистичного аналізу і безпосередньої екстраполяції даних, що вивчаються.
В екстраполяційних прогнозах прогноз конкретних кількісних показників об'єкта, що вивчається, або параметрів не є основним результатом. Важливішим є своєчасне виявлення зрушень закономірних тенденцій розвитку явища або процесу, що об'єктивно намічаються. Під тенденцією розвитку розуміють деякий його загальний напрям, довготривалу еволюцію. Зазвичай тенденцію прагнуть представити у вигляді більш-менш гладкої траєкторії. Для підвищення точності екстраполяції тренд явища, що екстраполюється, коректується з урахуванням досвіду функціонування об'єкта – аналога досліджень або об'єкта, що випереджає у своєму розвитку прогнозований об'єкт. Залежно від того, які принципи і які початкові дані покладені в основу прогнозу, можуть застосовуватись наступні методи екстраполяції: середнього абсолютного приросту, середнього темпу зростання і екстраполяція на основі вирівнювання рядів за якою-небудь аналітичною формулою.
Прогнозування за середнім абсолютним приростом може бути виконане в тому випадку, якщо є упевненість в тому, що загальна тенденція є лінійною, тобто метод базується на припущенні про рівномірну зміну рівня (під рівномірністю розуміється стабільність абсолютних приростів). Для знаходження аналітичного виразу тенденції на будь-яку дату визначається середній абсолютний приріст і послідовно додається до останнього рівня ряду стільки разів, на скільки періодів екстраполюється ряд.
Аналітичний вираз цього методу виглядає таким чином:

, (3.1)

де – рівень, що екстраполюється;
(і+t) – номер рівня (роки);
– середній абсолютний приріст;
i – номер останнього рівня досліджуваного періоду, за який розраховано ;
t – термін прогнозу (період випередження).

Прогнозування за середнім темпом зростання можна здійснювати у разі, коли є підстава вважати, що загальна тенденція ряду характеризується показовою (експоненціальною) кривою. Для знаходження тенденції в цьому випадку необхідно визначити середній коефіцієнт зростання, зведений у ступінь, відповідний періоду екстраполяції, тобто за формулою:

, (3.2)

де – останній рівень ряду динаміки;
t – термін прогнозу;
– середній коефіцієнт зростання.
Якщо ж ряду динаміки властива інша закономірність, то дані, отримані при екстраполяції на основі середнього темпу зростання, відрізнятимуться від даних, отриманих іншими способами екстраполяції.
Розглянуті методи екстраполяції тренда, будучи простими, в той же час є і найменш адекватними. Тому найбільш поширеним способом є аналітичний вираз тренда.
Тренд явища – це тривала тенденція зміни показників явища або процесу, тобто зміна, що визначає загальний напрям розвитку, основну тенденцію зміни рівнів ряду ретроспективних даних. Тренд характеризує основні закономірності руху в часі, в деякій мірі вільні від випадкових коливань.
Розробка прогнозу полягає у визначенні виду екстраполяційної функції на основі вихідних ретроспективних даних і параметрів. Першим етапом є вибір оптимального виду функції, що дає якнайкращий опис тренда. Наступним етапом є розрахунок параметрів вибраної екстраполяційної функції.
Основу екстраполяційних методів прогнозування складає вивчення рядів динаміки, що є впорядкованими в часі наборами вимірювань тих або інших характеристик досліджуваного об'єкта, процесу.
Найбільш поширеними методами оцінки параметрів залежностей є: метод найменших квадратів та його модифікації, метод експоненціального вирівнювання, метод імовірнісного моделювання і метод адаптивного вирівнювання.
Метод найменших квадратів полягає у знаходженні параметрів моделі тренда, що мінімізують її відхилення від точок ретроспективного ряду. Важливим моментом отримання прогнозу за допомогою цього методу є оцінка достовірності отриманого результату.
Метод експоненціального вирівнювання є ефективним і надійним методом прогнозування. Основні переваги методу полягають у можливості ранжування важливості початкової інформації, в простоті обчислювальних операцій, у гнучкості опису динаміки процесів. Цей метод дає можливість отримати оцінку параметрів тренда, що характеризують не середній рівень процесу, а тенденцію, що склалася до моменту спостереження. Метод найчастіше застосовується як метод для реалізації середньострокових прогнозів.
Метод імовірнісного моделювання базується на методі експоненціального вирівнювання. за достатньої кількості початкової інформації ймовірнісна модель може дати цілком надійний прогноз. Ця модель відрізняється простотою і наочністю. Оцінки, що отримані за допомогою цієї моделі, мають цілком конкретне значення. Недоліком моделі є вимога щодо великої кількості спостережень і вивчення початкового розподілу, що може призвести до помилкових оцінок.
Метод адекватного вирівнювання є узагальненням звичайного експоненціального вирівнювання. За наявності достатньої інформації можна отримати надійний прогноз, на інтервал більший, ніж при звичайному експоненціальному вирівнюванні. Але це лише при дуже довгих рядах, інакше існує ризик отримати недостовірний прогноз. Цим і визначаються можливості його використання в реальній практиці. Пізніше ми розглянемо більш докладно застосування методу найменших квадратів як одного з найбільш поширених методів.
Метод математичного моделювання базується на можливості встановлення певної відповідності між знанням про об'єкт пізнання і самим об'єктом. Людські знання про об'єкт є більш-менш адекватним його відображенням, а матеріалізована форма знання є моделлю об'єкта. Таким чином, методом моделювання називається спосіб дослідження, при якому вивчаються не самі об'єкти, а їх моделі, і результати такого дослідження переносяться з моделі на об'єкт.
У прогнозуванні соціально-економічних процесів засобом вивчення їх закономірностей розвитку є математична модель, тобто формалізована система, що описує основні взаємозв'язки її елементів.
Математична модель є математичним описом об'єкта, проведеним в цілях дослідження й управління.
Широкий вибір формалізованих методів дає можливість здійснювати прогнозування, відповідно до заздалегідь встановлених вимог, для широкого спектра задач.

4. Інтуїтивні методи прогнозування
Суть методу експертних оцінок полягає у проведенні експертами інтуїтивно-логічного аналізу проблеми з кількісною оцінкою думок і формальною обробкою результатів. При цьому узагальнена думка експертів приймається як вирішення проблеми. Використання інтуїції, логічного мислення і кількісних оцінок з формальною обробкою дозволяє отримати ефективне вирішення проблеми. Особливостями методу експертних оцінок є, по-перше, науково обґрунтована організація проведення всіх етапів експертизи, що забезпечує найбільшу ефективність роботи на кожному з етапів; по-друге, застосування кількісних методів як при організації експертизи, так і при оцінці думок експертів і формальній груповій обробці результатів. Найчастіше ці методи використовуються при розгляді соціально-економічних проблем, де неможливо виробити формалізовану прогностичну модель.
Методи індивідуальних експертних оцінок включають: методи анкетування й інтерв'ювання, аналітичний метод, метод написання сценарію.
Метод анкетування полягає в наданні експертам листів опитування, анкет, на які вони повинні дати відповіді у письмовій формі.
Інтерв'юванням є усне опитування експертів членами групи управління інтерв’юєрами.
Недоліками інтерв'ю є можливість сильного впливу інтерв’юєра на відповіді експерта, відсутність часу для глибокого продумування відповідей, а також високі вимоги до того, хто опитує, і великий час, що витрачається на опитування всього складу експертів.
Отримання прогнозних оцінок аналітичним методом здійснюється за допомогою логічного аналізу якої-небудь прогнозованої ситуації. Він припускає самостійну роботу експерта над аналізом тенденції, оцінкою стану і шляхів розвитку прогнозованого об'єкта.
Метод написання сценарію базується на визначенні логіки процесу або явища в часі за різних умов. Основне призначення сценарію — визначення генеральної мети розвитку об'єкта прогнозування, виявлення основних чинників фону і формулювання критеріїв для оцінки верхніх рівнів дерева цілей. Цінність сценарію тим вище, чим менше ступінь невизначеності, тобто чим вище ступінь узгодженості думок експертів у здійсненності подій, в розвитку процесу і так далі.
Основною перевагою розглянутого методу є можливість максимального використання індивідуальних здібностей експертів і відсутність значного психологічного тиску.
Методи колективних експертних оцінок – група методів колективних експертних оцінок, що базується на тому, що при колективному мисленні, по-перше, вище точність результату і, по-друге, при обробці індивідуальних незалежних оцінок, що виносяться експертами, можуть виникнути продуктивні ідеї. Існують наступні різновиди методів колективних експертних оцінок: метод «комісій», «метод Дельфі», метод «колективної генерації ідей» («мозкова атака»), метод морфологічного аналізу тощо.
Метод «комісій» передбачає створення робочої групи, у функції якої входять: призначення експертів, проведення опитування, обробка матеріалів, аналіз результатів колективної експертної оцінки. В ході роботи уточнюються основні напрями розвитку об'єкта, а також складається матриця, що відображає генеральну мету, підцілі і засоби їх досягнення, тобто напрями наукових досліджень і розробок, результати яких можуть бути використані для досягнення мети.
Потім розробляються питання для експертів. Далі слідує проведення опитувань експертів і статистична обробка матеріалів, які характеризують узагальнену думку і ступінь узгодженості індивідуальних оцінок експертів. Вони служать початковою базою для синтезу прогнозних гіпотез і варіантів розвитку досліджуваного явища або процесу. Методика є сукупністю оцінок відносної важливості, призначених експертами кожного з оцінюваних напрямів досліджень і розробок, що виражаються в балах і приймають значення від 0 до 1, від 0 до 10, від 0 до 100 і так далі
«Метод Дельфі» – один з найбільш поширених методів експертних оцінок. Його основними особливостями є: анонімність експертів, повна відмова від особистих контактів експертів і колективних обговорень; багатотурова процедура опитування експертів за допомогою їх анкетування; забезпечення експертів інформацією, включаючи й обмін нею між експертами, після кожного туру опитування при збереженні анонімності оцінок, аргументації і критики; обґрунтування відповідей експертів зо запитом організаторів.
Метод «колективної генерації ідей» включає два елементи: виявлення імовірних варіантів розвитку об'єкта прогнозування та їх оцінка. При «мозковій атаці» спочатку активізується творчий потенціал фахівців, що знаходить відображення в генерації певної ідеї. Потім слідує процес руйнування, критики цієї ідеї і формування контрідеї. Це дозволяє за короткий час шляхом залучення всіх експертів до активного творчого процесу отримати продуктивні результати.
Метод морфологічного аналізу – застосовується при прогнозуванні складних процесів. Цей експертний метод полягає в систематизованому огляді всіх можливих комбінацій розвитку окремих елементів досліджуваної системи. Метод побудований на повних і чітких класифікаціях об'єктів, явищ, властивостей і параметрів системи, що дозволяють будувати й оцінювати можливі сценарії її розвитку в цілому. Цій меті служить прийом систематизованого охоплення інформації з подальшим дослідженням її за методом «морфологічного ящика». Останній будується у вигляді дерева або матриці, в чарунках яких поміщені відповідні характеристики об'єкта. Послідовне з'єднання одного з параметрів першого рівня з одним параметром наступного рівня є одним з можливих станів об'єкта або вирішень проблеми. В результаті створюється нова інформація про об'єкт, що вивчається, і виробляється оцінка всіх можливих альтернатив його стану.
Інтуїтивні методи прогнозування займають своє почесне місце серед методів прогнозування. Розвиток обчислювальної техніки та успіхи у створенні елементів штучного інтелекту відкривають нові можливості для використання інтуїтивних методів прогнозування.

 

 

3 МАТЕМАТИЧНІ МЕТОДИ ПРОГНОЗУВАННЯ

Ряди динаміки

Дуже часто виникає необхідність досліджувати процеси, що динамічно змінюються. Вивчення змін, що відбуваються при цьому, є однією з необхідних умов пізнання закономірностей їх динаміки. Динаміка складних явищ обумовлена взаємодією різноманітних причин та умов. Ретроспективні дані в цьому випадку прийнято представляти у виді рядів динаміки.
Рядами динаміки називаються статистичні дані, які відображають розвиток явища, що вивчається, у часі.
Основна мета вивчення динаміки полягає у виявленні і визначенні закономірностей розвитку в часі. Це досягається за допомогою побудови й аналізу статистичних рядів динаміки.
Кожний ряд динаміки має два основні елементи:
- показники часу – t;
- відповідні рівні розвитку явища (процесу) – .
Рівні рядів динаміки відображають кількісну оцінку (міру) розвитку в часі явища, що вивчається. Вони можуть виражатися абсолютними, відносними або середніми величинами.
Залежно від характеру явища, що вивчається, рівні рядів динаміки можуть відноситися або до певних дат (моментів) часу, або до окремих періодів. Відповідно до цього ряди динаміки підрозділяються на моментні та інтервальні.
Моментні ряди динаміки відображають стан явищ (процесів), що вивчаються, на певний момент, на певну дату. Прикладом моментного ряду динаміки є інформація про облікову чисельність особового складу частини у 2007-2008 рр. Особливістю моментного ряду динаміки є те, що в його рівні можуть входити одні і ті самі одиниці сукупності, що вивчається. Інтервальні ряди динаміки відображають підсумки розвитку (функціонування) процесів, що вивчаються, і явищ за окремі періоди (інтервали) часу. Прикладом інтервального ряду динаміки можуть служити дані про виклики підрозділів оперативно-рятувальної служби за 2002-2008 рр.
Особливістю інтервального ряду динаміки є те, що кожен його рівень складається з даних за коротші інтервали (субперіоди) часу. Наприклад, підсумовуючи кількість викликів оперативно-рятувальних підрозділів за перші три місяці року, отримують кількість викликів за квартал і так далі. Властивість підсумовування рівнів за послідовні інтервали часу дозволяє отримувати ряди динаміки більш укрупнених періодів.
Статистичне відображення розвитку явища, що вивчається, в часі може бути представлене рядами динаміки з наростаючими підсумками. Їх застосування обумовлене потребами відображення результатів розвитку показників, що вивчаються, не тільки за даний звітний період, але і з урахуванням показників попередніх періодів. При складанні таких рядів проводиться послідовне підсумовування суміжних рівнів. Цим досягається сумарне узагальнення результату розвитку показника, що вивчається, з початку звітного періоду (місяця, кварталу, року і т. д.).
За допомогою рядів динаміки вивчення закономірностей розвитку процесів і явищ здійснюється за наступними основними напрямами:
1) характеристика рівнів розвитку явищ і процесів у часі;
2) з’ясування динаміки явищ, процесів за допомогою системи статистичних показників;
3) виявлення і кількісна оцінка основної тенденції розвитку (тренда);
4) вивчення періодичних коливань;
5) екстраполяція і прогнозування.

Основні елементи рядів динаміки
При вивченні динаміки важливими є не тільки числові значення рівнів, але й їх послідовність. Як правило, часові інтервали між рівнями є однаковими (доба, декада, календарний місяць, квартал, рік). Взявши будь-який інтервал за одиницю, послідовність рівнів можна записати наступним чином: .
Залежно від статистичної природи показника, розрізняють динамічні ряди первинні та похідні, ряди абсолютних, середніх і відносних величин. Разом з динамічністю, явищам і процесам властива інерційність: зберігання механізму формування явищ і характеру розвитку (темпи, напрями, коливання). За значної інерційності процесу і незмінності комплексу умов його розвитку правомірно чекати в майбутньому таких само властивостей і характеру розвитку, які були виявлені у минулому.
При вивченні закономірностей розвитку динамічних процесів статистика вирішує ряд завдань: вимірює інтенсивність динаміки, виявляє й описує тенденції, оцінює структурні зрушення, постійність і коливання рядів, виявляє чинники, що справляють вплив на зміни.
Кожний ряд динаміки теоретично може бути представлений у вигляді складових:
- тренд – основна тенденція розвитку динамічного ряду (до збільшення або зниження його рівнів);
- циклічні (періодичні) коливання, зокрема сезонні;
- випадкові коливання.
Вивчення тренда включає два основні етапи:
- ряд динаміки перевіряється на наявність тренда;
- проводиться вирівнювання ряду і безпосереднє виділення тренда з екстраполяцією отриманих результатів.
Перевірка на наявність тренда у ряді динаміки може здійснюватись за декількома критеріями: метода середніх, фазочастотний критерій знаків першої різниці (Валліса і Мура), критерій Кокса і Стюарта, метод серій [8]. Безпосереднє виділення тренда може бути проведене трьома методами: укрупнення інтервалів, ковзаючої середньої, аналітичного вирівнювання.
Необхідною умовою для аналізу будь-якого динамічного ряду є порівнянність його статистичних даних. Непорівнянність даних може бути зумовлена різними причинами: змінами в методології обліку і розрахунку показника, зокрема використання різних одиниць вимірювання; змінами у структурі сукупності, різними критичними моментами реєстрації даних або тривалістю періодів, до яких вони відносяться та ін.
Метод середніх. Ряд динаміки, що вивчається, розбивається на декілька інтервалів (зазвичай на два), для кожного з яких визначається середня величина ( ). Висувається гіпотеза про істотну відмінність середніх. Якщо ця гіпотеза приймається, то визнається наявність тренда.
Фазочастотний критерій знаків першої різниці (Валліса і Мура). Суть його полягає в наступному: наявність тренда в динамічному ряду приймається в тому випадку, якщо цей ряд не містить або містить у прийнятній кількості фази – зміни знаку різниці першого порядку (абсолютного ланцюгового приросту).
Критерій Кокса і Стюарта. Весь ряд динаміки, що аналізується, розбивають на три рівні за числом рівнів групи (в тому випадку, якщо кількість рівнів ряду динаміки не ділиться на три, недостатні рівні потрібно додати) і порівнюють між собою рівні першої й останньої груп.
Метод серій. За цим методом кожен конкретний рівень ряду вважається таким, що належить до одного з двох типів: наприклад, якщо рівень ряду менше медіанного значення, то вважається, що він має тип А, інакше – тип В. Тепер послідовність рівнів ряду виступає як послідовність типів. У послідовності типів, що утворилися, визначається число серій.
Серією називається будь-яка послідовність елементів однакового типу, що граничить з елементами іншого типу. Якщо в ряді загальна тенденція до зростання або зниження відсутня, то кількість серій є випадковою величиною, розподіленою приблизно за нормальним законом.
Безпосередньо виділення тренда може бути проведене трьома методами:
1. Укрупнення інтервалів. Ряд динаміки поділяють на деяку достатньо велику кількість рівних інтервалів. Якщо середні рівні за інтервалами не дозволяють побачити тенденцію розвитку явища, переходять до розрахунку рівнів за більші проміжки часу, збільшуючи довжину кожного інтервалу (одночасно зменшується кількість інтервалів).
2. Метод ковзаючої середньої. У цьому методі початкові рівні ряду замінюються середніми величинами, які отримують з даного рівня і декількох, що симетрично його оточують. Ціле число рівнів, за якими розраховується середнє значення, називають інтервалом вирівнювання. Інтервал може бути непарним (3, 5, 7 і так далі) або парним (2, 4, 6 … ).
При непарному вирівнюванні отримане середнє арифметичне значення закріплюють за серединою розрахункового інтервалу, при парному цього робити не можна. Тому при обробці ряду парними інтервалами їх штучно роблять непарними, для чого утворюють найближчий більший непарний інтервал, але з крайніх його рівнів беруть тільки 50%. Недолік методики вирівнювання ковзаючими середніми полягає в умовності визначення вирівнюваних рівнів для значень на початку і кінці ряду.
3. Аналітичне вирівнювання. Під цим розуміють визначення основної тенденції розвитку явища в часі. У результаті вирівнювання ряду отримують найбільш загальний, сумарний результат дії всіх причинних чинників. Метою аналітичного вирівнювання динамічного ряду є визначення аналітичної або графічної залежності .
На практиці за наявним рядом задають вид і знаходять параметри функції , а потім аналізують поведінку відхилень від тенденції.

Основні і додаткові показники рядів динаміки.
При вивченні явища в часі перед дослідником постає проблема опису інтенсивності змін і розрахунку середніх показників динаміки. Вирішується вона шляхом визначення відповідних показників:
- абсолютного приросту;
- коефіцієнта зростання;
- темпу зростання;
- коефіцієнта приросту;
- темпу приросту.
У разі, коли порівняння проводиться з одним і тим самим періодом (моментом) часу (найчастіше початковим у ряді динаміки), отримують базисні показники.
Якщо ж порівняння проводиться з попереднім періодом або моментом часу, то говорять про ланцюгові показники. У табл. 3.1 представлені співвідношення для визначення показників динаміки.
Таблиця 3.1

Показник Базисний Ланцюговий
Абсолютний приріст



Коефіцієнт зростання ( )



Темп зростання ( )


Коефіцієнт приросту ( )
;
;

;
;

Темп приросту ( )
;

Між ланцюговими і базисними темпами зростання існує чітко визначений зв'язок: множення відповідних ланцюгових темпів зростання дорівнює базисному останнього періоду; відношення двох базисних темпів зростання наступного і попереднього періодів є ланцюговий темп зростання наступного періоду. Знаючи базисні темпи зростання, можна обчислити ланцюгові діленням кожного наступного темпу зростання на кожний попередній.
Система середніх показників динаміки включає: середній рівень ряду, середній абсолютний приріст, середній темп зростання.
Середній рівень ряду – це показник, узагальнюючий підсумок розвитку явища за одиничний інтервал або момент наявної часової послідовності.
Розрахунок середнього рівня ряду динаміки визначається видом цього ряду і величиною інтервалу, відповідного кожному рівню.
Для інтервальних рядів з рівними періодами часу середній рівень розраховується таким чином:
. (3.3)

Якщо в інтервальному ряді відрізки мають нерівну тривалість, то середній рівень розраховується за формулою середньої арифметичної зваженої:

. (3.4)

Середній абсолютний приріст розраховується за наступною формулою:

. (3.5)

Середній темп зростання дорівнює:

, (3.6)

де — середній коефіцієнт зростання, розрахований як

. (3.7)
2 Метод найменших квадратів
Метод найменших квадратів для випадку лінійної функції однієї змінної було розроблено К. Гаусом в 1794-1795 роках.
Завжди можна підібрати функцію , яка для кожного значення (i=1,2 …n) давала б значення, достатньо близькі до відповідних заданим значенням (i=1, 2,…n) (рис.3.3).

Рис. 3.3 – Статистичні дані розвитку явища

Перепишемо рівняння підставивши замість та значення, які нам відомі ( , ; … , .), та отримаємо наступні рівняння:

. (3.8)

Числа будемо називати відхиленнями.
Найбільш точною вважається формула , для якої сума квадратів відхилень буде мати найменше значення, ніж у інших функцій.

 

Розглянемо у загальному виді процес визначення параметрів емпіричної формули за способом найменших квадратів. Нехай підібрано емпіричну формулу виду

, (3.9)

де – незалежна змінна;
– параметри (постійні коефіцієнти, що входять у формулу), які потрібно визначити.
Запишемо рівняння наступним чином ; підставляючи в ліву частину рівняння відомі значення та , отримаємо наступну систему рівнянь:

. (3.10)

Відповідно до способу найменших квадратів підберемо такі значення параметрів щоб сума квадратів відхилень була мінімальною. Складемо суму квадратів відхилень:

.
Оскільки змінні є числами постійними, то параметри , що входять в рівняння (3.11)

(3.11)

слід розглядати як невідомі величини, які необхідно визначити. Таким чином, представлене рівняння ми можемо розглядати як функцію m незалежних змінних :

. (3.12)

Необхідно визначити, за яких функція має мінімальне значення, для чого необхідно дослідити її на екстремум. З курсу математичного аналізу відомо, що функція, яка може бути продиференційована, має екстремум в точках, в яких всі частинні похідні першого порядку дорівнюють нулю. Для функції необхідні умови мінімуму мають наступний вид:

 

Розв’язання системи рівнянь (2.13) дозволить визначити параметри :
. (3.13)
Використання процедури оцінки, що базується на методі найменших квадратів, вимагає обов'язкового задоволення цілого ряду передумов, невиконання яких може призвести до значних помилок.
Випадкові помилки мають нульову середню, кінцеві дисперсії.
Кожне вимірювання випадкової похибки характеризується нульовим середнім, не залежним від значень спостережуваних змінних.
Дисперсії кожної випадкової помилки є однаковими, їх величини не залежні від значень спостережуваних змінних.
Значення похибок різних спостережень незалежні одна від одної.
Випадкові помилки мають нормальний розподіл.
Значення ендогенної змінної х є вільними від помилок вимірювання і мають кінцеві середні значення і дисперсії.
У практичних дослідженнях як модель тренда в основному використовують наступні функції:
– лінійну

(3.14)
– квадратичну

; (3.15)

–степеневу
; (3.16)

– показову

; (3.17)

– експоненціальну

; (3.18)

– логістичну

. (3.19)

Вибір моделі у кожному конкретному випадку здійснюється за цілим рядом статистичних критеріїв, наприклад за дисперсією, кореляційним відношенням та ін. Слід зазначити, що названі критерії є критеріями апроксимації, а не прогнозу. Проте, зважаючи на прийняту гіпотезу про стійкість процесу в майбутньому, можна припускати, що в цих умовах модель, найбільш вдала для апроксимації, буде якнайкращою і для прогнозу.
У ряді випадків для вибору виду функціональної залежності використовують прийом, що базується на тому, що певні співвідношення між змінами вхідної і вихідної величини припускають ту або іншу функціональну залежність. Дійсно, якщо виконується умова , приймається лінійна модель , де , – коефіцієнти, що визначаються за методом найменших квадратів;
, – прирости залежної і незалежної змінних, тобто ; .
Якщо , то приймається модель ; якщо , то ; у разі , то ; у випадку , то .
Аналогічні співвідношення можна визначити і для інших залежностей.
Розглянемо приклад лінійної екстраполяції. Нехай статистичні дані розподілені так, як це показано на рис. 3.4.

 

Рис. 3.4 – Графік розподілення статистичних даних

Визначимо параметри та функції . Для цього випишемо n відхилень наступним чином:

. (3.20)

Відповідно до методу найменших квадратів параметри та функції повинні бути вибрані такими, щоб сума квадратів відхилень була мінімальною

(3.21)

Відповідно це рівняння розпишемо наступним чином:

. (3.22)

Знайдемо частинні похідні від отриманої функції U:

(3.23)

Прирівнявши отримані частинні похідні нулю та поділивши отримані рівняння на 2, отримаємо наступну лінійну систему рівнянь:

(3.24)

Виконавши нескладні алгебраїчні перетворення, отримаємо наступну систему нормальних рівнянь:

. (3.25)

Розв’язок системи нормальних рівнянь (3.25) має наступний вид:

(3.26)

Важливим моментом отримання прогнозу за допомогою методу найменших квадратів є оцінка достовірності отриманого результату. З цією метою використовується цілий ряд статистичних характеристик:
1. Оцінка стандартної помилки:

, (3.27)

де – число спостережень; – число коефіцієнтів, що визначаються в моделі.
2. Середня відносна помилка оцінки:

. (3.28)

Наведені критерії (1, 2) показують ступінь наближення моделі до реальних спостережень за процесом. Важливим критерієм оцінки надійності моделі є кореляційне відношення

, (3.29)

де – повна дисперсія залежної змінної, яка обчислюється за формулою:

, (3.30)

де – середня арифметична залежної змінної, обчислена за емпіричними даними ряду.
Оскільки , то наближення коефіцієнта множинної кореляції до одиниці дозволяє судити одночасно про надійність моделі й істотність зв’язку між змінними.
Загальну помилку розраховують за наступним рівнянням:

. (3.31)

Довірчий інтервал прогнозного значення визначається таким чином:

, (3.32)

де - значення t - статистики Стьюдента;
- оцінка залежної змінної.

Величину вибирають з таблиць залежно від Р – заданої імовірності здійснення прогнозу та ( , де – кількість рівнів ряду динаміки, – кількість параметрів рівняння тренда; для лінійного тренда m = 2).

4 КОМПЛЕКСНІ СИСТЕМИ ПРОГНОЗУВАННЯ

Кореляційно-регресійний аналіз
Явища, які у випадку подій масового характеру відрізняються певною закономірністю, проте не виявляються на основі одиничного спостереження, називаються масовими явищами. Саме така закономірність називається статистичною закономірністю.
Статистична закономірність спостерігається в тих випадках, коли:
а) у досліджуваному процесі діє один загальний комплекс причин;
б) разом з цим, у кожному окремому випадку діють особливі додаткові причини, кожний раз інші.
При цьому самі причини, які визначають масові процеси, прийнято ділити на дві категорії:
− основні причини, які діють у всіх випадках;
− побічні (вторинні) причини, які виявляються тільки в окремих випадках.
Статистична закономірність має місце тоді, коли існує поєднання основних та побічних причин. Основні причини обумовлюють саме існування такої закономірності, а побічні причини визначають її відносну приблизність. Іншими словами, закономірність проявляється тільки в загальній масі випадків, а окремий випадок може відхилитись від загалу.
З наведеного вище стає зрозумілим, що статистичний аналіз виявляється корисним в тих випадках, коли доводиться аналізувати процеси, які при масовому спостереженні здатні проявляти очевидну закономірність. Якби діяли тільки головні причини, без накладення другорядних, то всі окремі випадки були б абсолютно однакові, і не виникло б потреби аналізувати всю їх масу. Досить було б досліджувати один з випадків і на його основі зробити висновки, що відносяться вже до всієї досліджуваної сукупності.
Там, де закономірність пробивається через результати дії побічних причин, доводиться вивчати вже цілу масу випадків, щоб мати можливість виявити закономірність. У такій ситуації дослідження одиничного прикладу може привести до помилкових висновків.
У масових процесах зазвичай розрізняють два елементи: систематичний (постійний) і випадковий (побічний). Систематичний елемент є результатом дії основних причин, випадковий елемент - наслідок дії побічних причин (їх поєднання і дія виявляються по-різному у кожному окремому випадку). Статистична закономірність виявляється виразніше у разі дії закону великих чисел. Цей закон відображає закономірності, властиві випадковим подіям масового характеру. При великій кількості спостережень вплив випадкових чинників взаємно врівноважується, і вступають в дію головні причини, які відбиваються в деякій постійності середніх чисел.
Для виконання закону великих чисел важливо дотримати певні умови:
а) досліджуваний масив повинен бути однорідним, бути однакової якості. Це означає, що всі елементи масиву потрапляють під дію одних і тих же основних причин. Інакше можуть виникнути інші основні чинники, і тоді виявити загальну картину виявиться неможливим.
Однорідність даної статистичної маси не можна встановити на основі статистичного дослідження. Для цього потрібний якісний аналіз, який проводиться методами, що використовуються у відповідних областях науки (фізиці, економіці та ін.);
б) побічні причини, що впливають на різні елементи масиву, повинні бути незалежними або мало залежними один від одного. Таким чином, не може бути коректної статистики там, де немає достатньо:
- багаточисельних;
- однорідних;
- незалежних даних.
Якщо ця умова не дотримана, то відсутня і коректна статистика.
Знання статистики допомагає нам прийняти оптимальні рішення. При цьому статистика зовсім не відкидає досвід і інтуїцію дослідника. Її можна розглядати як один з компонентів процесу прийняття рішення, але зовсім не як весь процес. Тому є підстави вважати, що статистика доповнює, але не замінює діловий досвід, здоровий глузд і інтуїцію людини.
Залежність однієї випадкової величини від значень, які приймає інша випадкова величина (фізична характеристика), в статистиці називається регресією. Якщо цій залежності надано аналітичного вигляду, то таку форму уявлення зображають рівнянням регресії.
Процедура пошуку передбачуваної залежності між різними числовими сукупностями зазвичай включає наступні етапи:
- встановлення значущості зв'язку між ними;
- можливість представлення цієї залежності у формі математичного виразу (рівняння регресії).
Перший етап у вказаному статистичному аналізі стосується виявлення так званої кореляції, або кореляційної залежності. Кореляція розглядається як ознака, що вказує на взаємозв'язок ряду числових послідовностей. Інакше кажучи, кореляція характеризує силу взаємозв'язку в даних. Якщо це стосується взаємозв'язку двох числових масивів і , то таку кореляцію називають парною. При пошуку кореляційної залежності зазвичай виявляється ймовірний зв'язок однієї величини (для якогось обмеженого діапазону її зміни, наприклад від до ) з іншою величиною , що також змінюється в деякому інтервалі . У такому разі ми матимемо справу з двома числовими послідовностями, між якими і належить встановити наявність статистичного (кореляційного) зв'язку. На цьому етапі поки не ставиться завдання визначити, чи є одна з цих випадкових величин функцією, а інша – аргументом. Відшукання кількісної залежності між ними у формі конкретного аналітичного виразу – це завдання вже іншого аналізу, регресійного.
Таким чином, кореляційний аналіз дозволяє зробити висновок про силу взаємозв'язку між парами даних і , а регресійний аналіз використовується для прогнозування однієї змінної ( ) на підставі іншої ( ).
Іншими словами, в цьому випадку намагаються виявити причинно-наслідковий зв'язок між аналізованими сукупностями.
Прийнято розрізняти два види зв'язку між числовими сукупностями – це може бути функціональна залежність або ж статистична (випадкова). За наявності функціонального зв'язку кожному значенню чинника, що впливає (аргументу), відповідає певна величина іншого показника (функції), тобто зміна результативної ознаки цілком обумовлена дією факторної ознаки.
Аналітично функціональна залежність представляється в наступному вигляді: .
У разі статистичного зв'язку значенню одного чинника відповідає деяке наближене значення досліджуваного параметра, його точна величина є непередбачуваною, не прогнозованою, тому отримувані показники виявляються випадковими величинами. Це означає, що зміна результативної ознаки обумовлена впливом факторної ознаки лише частково, оскільки можлива дія і інших чинників, внесок яких позначений як : .
За своїм характером кореляційні зв'язки – це співвідносні зв'язки.
Для кількісної оцінки існування зв'язку між сукупностями випадкових величин, що вивчаються, використовується спеціальний статистичний показник – коефіцієнт кореляції .
Якщо передбачається, що цей зв'язок можна описати лінійним рівнянням типу (де і – константи), то прийнято говорити про існування лінійної кореляції.
Коефіцієнт - це безрозмірна величина, вона може змінюватися від 0 до ±1. Чим ближче значення коефіцієнта до одиниці (неважливо, з яким знаком), тим з більшою упевненістю можна стверджувати, що між двома даними сукупностями змінних існує лінійний зв'язок. Іншими словами, значення однієї з цих випадкових величин ( ) істотним чином залежить від того, яке значення приймає інша ( ). Випадок, коли , свідчить про те, що має місце класичний випадок чисто функціональної залежності (тобто реалізується ідеальний взаємозв'язок).
Якщо між парами сукупностей є цілком очевидний зв'язок, то, не розглядаючи стадію кореляції, можна відразу приступати до пошуку рівняння регресії.
Якщо ж дослідження стосуються якогось нового процесу, що раніше не вивчався, то наявність зв'язку між сукупностями є предметом спеціального пошуку.
При цьому умовно можна виділити методи, які дозволяють оцінити наявність зв'язку якісно, і методи, що дають кількісні оцінки. Щоб виявити наявність якісного кореляційного зв'язку між двома досліджуваними числовими наборами експериментальних даних, існують різні методи, які прийнято називати елементарними.
Ними можуть бути прийоми, засновані на наступних операціях:
− паралельному зіставленні рядів;
− побудові кореляційної і групової таблиць;
− графічному зображенні за допомогою поля кореляції.

Рівняння регресійної моделі
Нехай існує незалежних змінних і залежна змінна . Оскільки змінна є випадковою величиною, то при заданих значеннях факторів вона має деякий розподіл. Якщо випадкова величина неперервна, то можна вважати, що її розподіл при кожному припустимому наборі значень факторів має умовну щільність розподілу . Найчастіше передбачається, що умовний розподіл для кожного припустимого набору значень факторів – нормальний. Пояснюючі змінні можуть розглядатися як випадкові, так і детерміновані, тобто такі, що приймають певні значення. В класичній прогнозній моделі вони вважаються детермінованими.
Пояснена частина являє собою функцію від значень факторів. Таким чином, прогнозна модель має вигляд:
.
Найбільш природним вибором поясненої частини випадкової величини є її середнє значення – умовне математичне очікування , що визначається при даному наборі пояснюючих змінних. Рівняння називається рівнянням регресії. У цьому випадку прогнозна модель має вигляд
, (3.33)
де – випадкова величина, що називається похибкою або помилкою. Рівняння (3.33) називається рівнянням регресійної моделі.
Відзначимо деякі властивості регресійної моделі. Знайдемо математичне очікування від обох частин виразу (3.33):
(3.34)
Отже, у регресійній моделі очікуване значення випадкової помилки дорівнює нулю. Звідси витікає вимога некорельованості випадкових помилок і пояснюючих змінних.
Для того щоб знайти пояснену частину , необхідно знати умовні розподіли випадкової величини . Але слід зауважити, що на практиці знайти точне значення поясненої частини неможливо.
У таких випадках застосовується стандартна процедура згладжування експериментальних даних. Вона складається із двох етапів:
1) визначається тип функції (лінійна, показова і т.д.):
2) знаходять оцінки параметрів цієї функції за допомогою одного з методів математичної статистики.
Формально жодних способів вибору типу функції не існує. Однак у більшості випадків прогнозні моделі є лінійними. Крім простоти, для такого вибору існують дві причини.
По-перше, якщо випадкова величина має спільний нормальний розподіл, то її рівняння регресії є лінійним. По-друге, лінійна регресійна модель має менший ризик значної помилки прогнозу.
Надалі ми будемо розглядати лінійні регресійні моделі. Найбільш вивченими є такі лінійні регресійні моделі, у яких виконується умова (3.34). Вони називаються класичними моделями.

Парний регресійний аналіз
Як було показано в п. 3.3.1, задача прогнозу пов'язана з розглядом регресійної моделі . Однак, оскільки одержання рівняння регресії потребує досить значної вибірки як пояснюючих, так і залежних змінних (що практично неможливо), то намагаються визначити криву або поверхню, яка зв'язуює вхідні та вихідні змінні, наближеними методами. Ці методи одержали назву регресійного аналізу.
Таким чином, задачею регресійного аналізу є встановлення форми залежності між змінними, оцінка функції регресії, прогноз невідомих значень залежної змінної.
Природно, що кількість факторних змінних може бути довільною. Чим їх більше, тим складніше проведення регресійного аналізу. Тому спочатку розглянемо випадок, коли вхідна змінна або фактор один. У цьому випадку говорять про парний регресійний аналіз або однофакторну модель.
З курсу математичного аналізу відомо, що в цьому випадку мова йде про функціональну залежність, тобто коли кожному значенню однієї або декількох незалежних змінних (аргументів) ставлять у відповідність одне й тільки одне значення функції.
Необхідно відзначити, що в більшості випадків кожному значенню вхідної або факторної змінної відповідає множина можливих значень залежної змінної. З точки зору математичної статистики, кожному значенню вхідної змінної відповідає певний розподіл результативної змінної. Така залежність одержала назву статистичної або стохастичної.
Поява статистичного зв'язку пояснюється наявністю в будь-якій задачі прогнозування цілого ряду неврахованих або неконтрольованих факторів, які неминуче приводять до наявності помилок. Тому, при розв’язанні задачі прогнозування розглядають усереднення залежної змінної по фактору . Інакше кажучи, знаходять умовне математичне очікування , тобто математичне очікування результативної змінної за умови, що фактор прийняв конкретне значення .
Якщо кожному значенню факторної змінної відповідає умовне математичне очікування залежної змінної, то така статистична залежність називається кореляційною.
Оскільки для кожного значення умовне математичне очікування буде приймати нове значення, тобто буде залежати від величини , то, як відомо з математичної статистики, кореляційна залежність може бути представлена у вигляді
, (3.35)
де .
Рівняння (3.35) називається модельним рівнянням регресії, функція – модельною функцією регресії, а її графік – модельною лінією регресії.
Для одержання точного модельного рівняння регресії необхідно для кожного значення параметра знати умовний закон розподілу вихідної змінної . На практиці така інформація, як правило, відсутня. Найчастіше дослідник має лише вибірку пар значень обмеженого об'єму . У цьому випадку мова може йти лише про оцінку або наближене значення функції регресії. Такою оцінкою є вибіркова лінія регресії
, (3.36)
де – вибіркова умовна середня результативної змінної при фіксованому значенні фактору , – параметри кривої. На відміну від (3.35) рівняння (3.36) називається вибірковим рівнянням регресії. Якщо наближене значення функції обрано правильно, то зі збільшенням об'єму вибірки воно повинно наближатися до модельної функції регресії .
У якості приклада розглянемо статистичну залежність, що представлена в табл. 3.2.
Таблиця 3.2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

8 11 12 9 8 8 9 9 8 12

5 10 10 7 5 6 6 5 6 8

Графічна інтерпретація даної залежності наведена на рис. 3.5.

Рис. 3.5

Точки, що зображують статистичну залежність вихідної змінної від факторів, називаються полем кореляції. По розташуванню емпіричних точок можна припустити наявність лінійної кореляційної залежності між змінними та . Тому вибіркове рівняння регресії будемо шукати у вигляді лінійного рівняння
. (3.37)
Оскільки, незалежно від конкретної задачі прогнозування, загальний вид рівняння лінійної регресії є незмінним, то з'ясуємо, яким чином можна знаходити невідомі параметри рівняння та .

Коефіцієнт кореляції.
Розглянемо, яким чином можна оцінювати тісноту кореляційної залежності між і . Коефіцієнт регресії для цієї мети є непридатним. Незважаючи на те, що він показує, на скільки одиниць у середньому зміниться при збільшенні на одну одиницю, у цього коефіцієнта є істотний недолік: він залежить від одиниць виміру. Тому для оцінки тісноти кореляційної залежності між і використовують наступний підхід.
Перетворимо рівняння (3.41) наступним чином:
. (3.44)
У даному виразі величина
(3.45)
показує, на скільки одиниць зміниться в середньому , якщо зміниться на одне . Величина є показником тісноти зв'язку між змінними і називається вибірковим коефіцієнтом кореляції.
На рис. 3.6 а) та рис. 3.6 б) наведені дві кореляційні залежності від . Очевидно, що в першому випадку кореляційна залежність сильніше і коефіцієнт кореляції більше. Якщо , то кореляційний зв'язок є прямим, якщо – зворотнім.

Рис. 3.6 а) Рис. 3.6 б)

(3.48)

Формула (3.48) найбільш зручна для практичних цілей, тому що по ній коефіцієнт обчислюється безпосередньо з даних спостережень без додаткових обчислень середніх значень змінних величин і відхилень від них.
Коефіцієнт кореляції має наступні властивості:
1) коефіцієнт кореляції змінюється в межах , чим ближче до одиниці, тим тісніше зв'язок;
2) при кореляційний зв'язок являє собою лінійну функціональну залежність;
3) при лінійний кореляційний зв'язок відсутній.
Зокрема, у вищенаведеному прикладі (табл. 3.2) коефіцієнт кореляції, обчислений по формулі (3.48), дорівнює . Іншими словами, кореляційний зв'язок у цьому випадку досить тісний, а сама кореляційна функція близька до лінійної.

Теоретичні основи прогнозування наслідків надзвичайних ситуацій
В основу математичних моделей прогнозування наслідків надзвичайних ситуацій техногенного і природного характеру покладений причинно-наслідковий зв'язок двох процесів: дії вражаючих чинників на об'єкт і опір самого об'єкту цій дії. Обидва процеси носять чітко виражений випадковий характер.
Наприклад, внаслідок того, що неможливо заздалегідь достовірно визначити, яка інтенсивність коливання земної кори діятиме в районі розташування будівлі або яка величина тиску у фронті повітряної ударної хвилі діятиме на споруду. Ці вражаючі чинники з різною ймовірністю можуть приймати різні значення.
Крім того, навіть при однаковому впливі вражаючого фактору на будівлі, існуватиме деяка ймовірність їх руйнування. На ймовірність руйнування будівель впливає неоднорідність міцності матеріалів, відхилення будівельних елементів від проектних розмірів, відмінність умов виготовлення елементів та інші чинники.
Ураження людей залежатиме як від перерахованих чинників, так і від ряду інших випадкових подій. Зокрема, від ймовірності розміщення людей в зоні риску, щільності розселення в межах населеного пункту і ймовірності ураження людей уламками при отриманні будівлями певного ступеня ушкодження.
Отже, можна зробити висновок про те, що для оцінки наслідків надзвичайних ситуацій техногенного і природного характеру, необхідно застосовувати імовірнісний підхід.
Назвемо основні фактори, що впливають на наслідки надзвичайних ситуацій:
- інтенсивність дії вражаючих факторів;
- розміщення населеного пункту відносно осередку надзвичайної ситуації;
- характеристика ґрунтів;
- конструктивні рішення та міцністні властивості будівель і споруд;
- щільність забудови і розселення людей в межах населеного пункту;
- розміщення людей в будівлях протягом доби та в зоні риску протягом року.
Перераховані характеристики коротко називають просторово-часовими факторами.
У якості вражаючого фактора при розрахунку наслідків НС приймають той фактор, що викликає основні руйнування та ураження.
Вражаючі фактори НС техногенного і природного характеру і їх основні параметри наведено в табл.3.3.

Таблиця 3.3
Вражаючі фактори і їх основні параметри

Вид НС Вражаючий чинник Параметр
Землетрус Уламки будівель і споруд Інтенсивність землетрусу
Вибухи Повітряна ударна хвиля Надмірний тиск у фронті повітряної ударної хвилі
Пожежі Теплове випромінювання Щільність теплового потоку
Прорив дамб Хвиля цунамі; хвиля прориву Висота хвилі; максимальна швидкість хвилі; площа і тривалість затоплення; тиск гідравлічного потоку
Радіаційні аварії Радіаційне зараження Дози опромінювання
Хімічні аварії Токсичні навантаження Гранично допустима концентрація, токсична доза
3.4.1. Моделі впливу вражаючих факторів НС
Вплив, пов'язаний з надзвичайними ситуаціями (НС) техногенного і природного характеру описується у вигляді аналітичних, табличних або графічних залежностей. Ці залежності дозволяють визначити інтенсивність вражаючих факторів тієї або іншої надзвичайної ситуації в заданій точці. Залежності, що визначають поля вражаючих факторів при прогнозуванні наслідків НС, називають моделями впливу, маючи на увазі те, що вони характеризують інтенсивність і масштаб впливу.
Розрахункові випадки можна звести до наступних типів моделей впливу:
1. Детермінована модель (базується на інформації про НС, що відбулася. Характерними параметрами цієї моделі є координати осередку НС, інтенсивність або потужність дії, час).
2. Ймовірнісна модель (в даному випадку є заданою функція - функція розподілу випадкової величини , що являє собою інтенсивність вражаючого фактору, характерного для даної надзвичайної ситуації (рис. 3.7, а), або функція , - щільність розподілу випадкової величини , рис. 3.7, б. Тут - координати заданої точки).
3. Вплив може характеризуватися статистичним матеріалом за даними натурних спостережень в регіоні. Ці моделі характерні, наприклад, для повеней. Зазвичай ці моделі приводяться у вигляді таблиці.
4. Інтенсивність дії може бути задана на підставі спостережень і завчасно проведених розрахунків (карта сейсмічного районування території). Для сейсмонебезпечних регіонів складені карти детального сейсмічного районування, а для міст проведене мікросейсморайонування. При мікросейсморайонування визначається сейсмічність окремих майданчиків (кварталів) в межах міста. Зазвичай ці моделі приводяться в графічному вигляді (у формі ізоліній на картах) або в табличному вигляді.

а) б)
Рис. 3.7. Закони розподілу вражаючих факторів
Необхідно зазначити, що надалі будемо розглядати ймовірнісні моделі впливу вражаючих факторів надзвичайних ситуацій. Функція розподілу випадкової величини, характерної для деякої НС, являє собою ймовірність того, що випадкова величина в точці з координатами прийматиме значення не вище заданої величини :
.
У якості випадкової величини розглядають параметри чинників ураження (табл. 3.3).
Функція розподілу має наступні властивості:
- є зростаючою функцією;
- ;
- .
Щільність ймовірності дорівнює похідній від функції розподілу :
, (3.63)
і навпаки, виражається через щільність інтегралом вигляду:
, (3.64)
де - змінна інтегрування.
Основна властивість щільності ймовірності - це рівність 1 площі, яка обмежена функцією і віссю (рис. 3.7, б).
Функції розподілу чинників ураження і щільності розподілу визначають на основі статистичної обробки результатів спостережень або розрахунковим шляхом.

Закони руйнування споруд і ураження людей

Закони руйнування споруд
Процес опору впливу описується законами руйнування і ураження .
Закони руйнування характеризують уразливість споруд, а закони ураження - уразливість людей в зонах НС. Ці терміни є основними при прогнозуванні наслідків НС.
Під законами руйнування споруди розуміють залежність між ймовірністю її ушкодження і відстанню до споруди або інтенсивністю прояву чинника ураження.
Якщо ця залежність від відстані, то закон називають координатним законом руйнування (рис. 3.8, а). У випадку, коли залежність отримують від фактора ураження, закон називають параметричним законом руйнування (рис. 3.8, б). При оцінці наслідків НС в системі цивільного захисту найбільше розповсюдження отримали параметричні закони руйнування.

а) б)

Рис. 3.8. Координатний (а) і параметричний (б)
закони руйнування (ураження):
Р – ймовірність руйнування; R – відстань від осередку НС до об'єкта;
– інтенсивність чинника ураження

Закони руйнування споруд отримують на основі аналізу і узагальнення статистичних матеріалів по руйнуванню житлових і промислових будівель від дій чинників ураження. Якщо статистичні матеріали по руйнуванню окремих типів споруд відсутні, то закони руйнування можуть бути отримані розрахунковими методами.
Знаходять застосування параметричні закони руйнування двох типів:
- ймовірність настання не менш певного ступеня руйнування (ушкодження) споруд - ;
- ймовірність настання певного ступеня руйнування (ушкодження) споруд - .
Для побудови кривої, що апроксимує ймовірність настання не менш певного ступеня руйнування (ушкодження) споруд, зазвичай використовується нормальний закон. При цьому враховується, що для однієї і тієї ж споруди може розглядатися не один, а декілька ступенів руйнування.
Обчислення значень ймовірності найчастіше проводиться по формулі нормального закону:
, (3.65)
де - змінна інтегрування випадкової величини;
, - математичне очікування і середньоквадратичне відхилення випадкової величини для -го ступеню руйнування споруд, визначені на підставі статистичної обробки результатів експериментів або розрахунковим шляхом.

При визначенні ймовірності настання певного ступеня руйнування (ушкодження) споруд враховують теорему про повну групу подій

, (3.66)

де - кількість даних подій.

Вважається, що після дії чинника ураження споруда може бути віднесена до однієї з несумісних подій:
- виявитися неушкодженою (подія );
- отримати -ту ступені руйнування (ушкодження) .
Ймовірність настання певного ступеню руйнування (ушкодження) будівель може бути визначено безпосередньо з наступних залежностей:

(3.67)

де - ймовірність настання не менше -го ступеню руйнування (ушкодження) споруд;
- кількість ступенів руйнування (ушкодження) споруд.

а)

б)

Рис. 3.9. Закони руйнування споруд
а) - ймовірність виникнення не менш певних ступенів руйнування споруд;
б) - ймовірність виникнення певних ступенів руйнування споруд;
- ступені руйнування (ушкодження) споруд.

В даний час закони руйнування отримані для захисних споруд і будівель різних типів на випадок впливу факторів ураження ядерної зброї, вибухів техногенного характеру, а також для будівель різної сейсмостійкості на дію землетрусу.

Закони ураження людей
Під законом ураження людей будемо розуміти залежність між ймовірністю ураження людей та інтенсивністю чинника ураження.
Параметричні закони ураження людей, розміщених в будинках, отримані на підставі теореми повної ймовірності. Вважається, що подія (загальні, незворотні, санітарні втрати) може відбутися при отриманні будинком одного із ступенів ушкодження (при одній з гіпотез ), які утворюють повну групу несумісних подій. Розрахунки проводяться по формулі

, (3.68)

де – ймовірність ураження людей від дії вражаючого чинника ; - ймовірність настання -го ступеня ушкодження будинку при заданому значенні вражаючого чинника (закон руйнування); - ймовірність ураження людей за умови того, що будинок отримав -ту ступінь ушкодження; - кількість ступенів ушкодження будинку.
Значення отримують на основі обробки матеріалів про наслідки аварій і стихійних лих.

 

Рис. 3.10. Закони ураження захищеного населення
1 - загальні втрати; 2 - незворотні втрати; , - тиск у фронті повітряної ударної хвилі ; - ступінь захисту тих, хто вкривається

На рис. 3.10 у якості приклада наведені закони ураження захищеного населення від дії повітряної ударної хвилі. Аналогічні закони ураження отримані для людей, що знаходяться в будинках під час землетрусів, а також на випадок хімічних і радіаційних аварій.

Математичне очікування об'ємів руйнувань і уражень людей
Задача по прогнозуванню наслідків крупних аварій і катастроф у великих населених пунктах розв’язується наступним чином.
Місто (населений пункт) розбивається на елементарні майданчики, а їх координати представляються точками, розташованими в центрах майданчиків. Крок сітки призначається залежно від точки розрахунку.
Точність розрахунку визначається таким чином. Прогнозуються втрати населення при першій підготовці початкових даних. Потім кількість елементарних майданчиків збільшують і проводять повторне обчислення. Якщо виконується умова

, (3.69)

то обчислення закінчують.
У формулі (3.69) прийняті наступні позначення: - похибка розрахунків; , - математичне очікування втрат населення, відповідно, при першому і другому розрахунках; - припустима похибка.
Для кожного елементарного майданчика готують початкові дані, що включають:
- конструкцію будівель;
- характеристику забудови;
- чисельність людей.
Задача щодо визначення наслідків надзвичайних ситуацій в малих населених пунктах регіону вирішується аналогічно. При цьому населений пункт в цілому розглядається у вигляді одного елементарного майданчика, а його координати представляються точкою в центрі населеного пункту.
Початок координат розрахункової схеми вибирається довільно на плані або приймається в системі координат карти, на якій показаний регіон.
При прогнозуванні зазвичай визначають математичні очікування показників, що характеризують ушкодження і ураження в осередку аварії або катастрофи. Такими показниками є:
- кількість будівель, що отримали той або інший ступінь ушкодження;
- об'єм завалів;
- кількість потерпілих.

 

Математичне очікування кількості зруйнованих будівель
При прогнозуванні можуть зустрітися два розрахункові випадки:
випадок 1 - якщо інтенсивність і координати місця аварії або катастрофи завчасно задані або приймаються за фактичними даними;
випадок 2 - коли дія розглядається у вигляді ймовірнісної моделі.
При заданому значенні вражаючого чинника (випадок 1) дана задача вирішується наступним чином. Приймається, що, в межах даного майданчика будівлі розміщуються з щільністю (кількість будівель на одиницю майданчика з координатами центру ). Тоді кількість будівель в межах майданчика визначається наступним чином:

,

де , - розміри елементарного майданчика.
Математичне очікування кількості будівель, що отримали ступінь ушкодження в межах майданчика при заданій інтенсивності вражаючого чинника, буде дорівнювати

, (3.70)

де - ймовірність отримання будівлями ступеня ушкодження d при інтенсивності вражаючого чинника . Ймовірність визначається із законів руйнування (п.3.4.2.1).
Підсумовуючи кількість ушкоджених будівель по кожному майданчику і переходячи до межі, отримаємо математичне очікування кількості будівель із ступенем ушкодження в межах всього міста

, (3.71)
де - площа міста.
При ймовірнісній моделі дії (випадок 2) весь можливий діапазон інтенсивності дії вражаючого чинника ділиться на інтервали . Потім для кожного інтервалу розв’язується задача з урахуванням одночасного настання двох подій: події, яка полягає в тому, що будівлі отримають ступінь ушкодження при значенні вражаючого чинника з цього інтервалу, і події, яка полягає в тому, що в межах даного майданчика міста діятиме вражаючий чинник з інтенсивністю з даного інтервалу. Ймовірність одночасного настання двох подій дорівнює

, (3.72)

де - ймовірність отримання будівлями ступеня ушкодження при заданій інтенсивності вражаючого чинника (із закону руйнування будівель); - величина, що визначає ймовірність того, що інтенсивність вражаючого чинника буде знаходитись в межах інтервалу .
Ймовірність отримання будівлями ступеня ушкодження в межах даного майданчика, з урахуванням можливої дії вражаючого чинника різної інтенсивності, буде дорівнювати

, (3.73)

де , - відповідно, мінімально і максимально можливе значення вражаючого чинника для даної НС.
Математичне очікування кількості будівель із ступенем ушкодження в межах майданчика з координатами при ймовірнісній моделі дії визначається по формулі

, (3.74)

де - щільність забудови в межах майданчика.
Підсумовуючи математичне очікування кількості ушкоджених будівель по кожному майданчику і переходячи до межі, отримаємо математичне очікування кількості ушкоджених будівель із ступенем в цілому по місту:

(3.75).

Якщо населений пункт невеликих розмірів, то його можна розглядати як один елементарний майданчик.

Математичне очікування об'єму завалів
Об'єм завалів в осередку аварії, катастрофи або іншої НС є основним показником, що впливає на масштабність рятувальних робіт. В зв’язку з цим, розглянемо методику визначення об'єму завалів.
Нехай певний тип забудови в межах даного майданчика розміщується з щільністю забудови у відносних одиницях . Таку інформацію можна отримати з карти або плану. Тоді площа, що безпосередньо зайнята забудовою (площа забудови), для майданчика з координатами складе
, (3.76)

а об'єм забудови можна визначити з виразу

, (3.77)

де – середня висота будівель даного майданчика.
Аналіз натурної інформації стосовно характеру руйнування забудови в населених пунктах показав, що при повному руйнуванні будівлі практично повністю перетворюються на уламки, утворюючи завали у вигляді обелісків. При руйнуванні будівель на ступінь нижче від повного ступеню руйнування в розрахунках можна прийняти, що об'єми завалів складають приблизно 50% від об'ємів завалів у разі повного руйнування будівель [8]. Тоді об'єми завалів в межах -го елементарного майданчика, при заданому значенні вражаючого чинника (розрахунковий випадок 1), можна обчислити за формулою

(3.78)

де і - ймовірність отримання будівлями і ступеню руйнування при дії вражаючого чинника інтенсивністю , що визначаються із законів руйнування; - частка завалу в 1 м3 будівельного об'єму будівель, характерних для майданчиків (питомий об'єм завалу).
Для орієнтовних розрахунків питомий об'єм завалу можна прийняти:
- для промислових будівель ;
- для житлових будівель .
Підсумовуючи об'єми завалів по кожному майданчику і, переходячи до межі, отримаємо об'єм завалів в межах всього населеного пункту при заданій інтенсивності землетрусу:

(3.79)

Якщо інформація стосовно будівельного об’єму будівель в межах майданчика відома (наприклад, за даними бюро технічної інвентаризації), то об'єм завалів в межах елементарного майданчика можна обчислити за формулою:

, (3.80)

де - будівельний об'єм будівель в межах майданчика.
Об'єм завалів в межах всього населеного пункту в цьому випадку визначається по формулі:

, (3.81)

де - кількість елементарних майданчиків в межах населеного пункту.
Якщо дія вражаючого чинника розглядається у вигляді ймовірнісної моделі (розрахунковий випадок 2), то математичне очікування об'єму завалу в межах елементарного майданчика визначається по формулі

(3.82)

Об'єм завалів в межах всього міста в цьому випадку розраховується по формулі:

(3.83)

Коли будівельні об'єми будівель в межах майданчиків відомі, об'єми завалів в межах цих майданчиків при ймовірнісній моделі впливу обчислюються за формулою:

(3.84)

Об'єм завалів в межах всього населеного пункту в цьому випадку визначається за формулою (3.81).

Математичне очікування ураження людей
Розглянемо задачу визначення ймовірності ураження людей, що знаходяться в місті в межах невеликого майданчика з координатами . При цьому вихідними даними є параметричний закон ураження людей і функція щільності розподілу інтенсивності вражаючого чинника (випадок, коли вплив розглядається у вигляді ймовірнісної моделі).
Нехай в межах елементарного майданчика з координатами діє вражаючий чинник з інтенсивністю . Тоді ймовірність виконання двох подій: події, яка полягає в тому, що люди будуть уражені при заданій інтенсивності вражаючого чинника, і події, яка полягає в тому, що в межах даного майданчика діятиме вражаючий чинник із заданою інтенсивністю, буде дорівнювати:

, (3.85)

де - ймовірність ураження людей при дії вражаючого чинника з інтенсивністю ; - ймовірність потрапляння значення вражаючого фактора на інтервал .
Ймовірність ураження населення в межах даного майданчика з урахуванням можливої дії вражаючого чинника різної інтенсивності буде дорівнювати:

, (3.86)

де , - відповідно, мінімально і максимально можливе значення вражаючого чинника даної НС; - параметричний закон ураження людей; - функція щільності розподілу інтенсивності вражаючого чинника в межах майданчика з координатами .
Математичне очікування втрат людей в межах всього міста визначається по формулі:

, (3.87)

де - площа міста; - щільність населення в межах елементарного майданчика.
Математичне очікування втрат людей (загальних, незворотних, санітарних) і структура по тяжкості ураження можуть бути визначені з урахуванням ймовірності розміщення людей в зоні ризику по формулі:

, (3.88)

де - функція щільності розподілу ймовірності, яка характеризує розміщення людей в будівлях залежно від часу доби.
Функцію отримують на основі статистичного аналізу матеріалів по міграції населення в місті протягом доби.

6 МЕТОДИКА ПРОГНОЗУВАННЯ ПАВОДКОВОЇ ПОВЕНІ

Під повінню розуміється затоплення водою прилеглою до річки, озера або водосховища місцевості, яка заподіює матеріальний збиток, наносить втрату здоров'ю населення або приводить до загибелі людей. Затопленням місцевості вважається розлив річки, озера або водосховища, що не супроводжується матеріальними збитками.
По повторюваності, площі розповсюдження і середньорічному матеріальному збитку в масштабах наший країни, повінь займає перше місце серед стихійних лих. Особливістю повеней, як і деяких інших надзвичайних ситуацій природного характеру, є те, що запобігти їх виникненню майже неможливо. Для вирішення проблем пов’язаних з повенями, можна, використовувати різні організаційно-технічні рішення, реалізація яких може тільки знизити можливі наслідки. Причому величина збитку від повені значною мірою залежить від ступеня заселеності і забудови міст і населених пунктів. Тому повенями є не тільки явища природи, але і явище соціального порядку.
Основними природно-географічними умовами виникнення повеней є: випадання опадів у вигляді дощу, танення снігу і льоду, спорожнення водосховищ. Найбільш часті повені виникають при активному випаданні опадів у вигляді дощу, швидкому таненні снігу та при заторах льоду на річках. Вельми небезпечні повені пов'язані з руйнуванням гідротехнічних споруд (ГЕС, греблі, дамби).
Залежно від причин виникнення, повені розподіляють на п'ять груп:
1-а група - повені зв'язані, в основному, з максимальним стоком від весняного танення снігу. Такі повені відрізняються значним і досить тривалим підйомом рівня води в річках і називаються, зазвичай, повінню.
2-а група - повені сформовані інтенсивними дощами, іноді таненням снігу при зимовій відлизі. Вони характеризуються інтенсивними, порівняно короткочасними підйомами рівня води і називаються паводками.
3-а група - повені що викликаються, в основному, великим опором, який водний потік зустрічає в річці. Це зазвичай відбувається на початку і в кінці зими при заторах і зажорах льоду.
4-а група - повені створювані вітровими наганяннями води на крупних озерах і водосховищах, а також в морських гирлах річок.
5-а група - повені створювані при прориві або руйнуванні гідровузлів.
По розмірах збитку та масштабності повені розподіляються на чотири групи:
низькі (малі) повені, які спостерігаються, в основному, на рівнинних річках, завдають незначного матеріального збитку і майже не порушують ритму життя населення;
високі повені, що супроводжуються значним затопленням, охоплюють порівняно великі ділянки річкових долин і іноді істотно порушують господарський і побутовий устрій населення. У густонаселених районах високі повені приводять до часткової евакуації населення;
потужні повені, що охоплюють цілі річкові басейни . Вони паралізують господарську діяльність, завдають великого матеріального збитку, приводять до масової евакуації населення і матеріальних цінностей;
катастрофічні повені, затоплення величезних територій в межах однієї або декількох річкових систем. Такі повені приводять до величезних матеріальних збитків та загибелі людей.
Для зниження матеріального збитку і підвищення безпеки населення проводиться завчасне короткострокове прогнозування можливих наслідків повені.
Під короткостроковим прогнозуванням слід розуміти складання гідрологічного прогнозу характеру і наслідків повені не більше ніж за 12-15 днів.
Під паводковою повінню слід розуміти інтенсивний, порівняно короткочасний, підйом рівня води, що формується сильними дощами.
Для короткострокового прогнозування паводкової повені необхідно завчасно провести зйомку мережі гідрографії території, мати відомості щодо характеристик річок в їх природному стані, виявити чинники і явища, які можуть внести зміни в режим водних перешкод.
Ці дані можуть бути отримані з наступних джерел: карт, описів, довідкової і спеціальної літератури. Різноманітні по характеру і ступеню деталізації дані про водні перешкоди містять великомасштабні (1:25000; 1:50000) топографічні карти, лоцманські карти, лоції, перспективні карти річок, карти умов прохідності місцевості, геологічні, гідрогеологічні, кліматологічні карти і тому подібне.
З довідкової і спеціальної літератури можуть бути використані довідники по кліматології, гідрографії, водному господарству і водним ресурсам, атласи фізико-географічних даних, гідрологічні щорічники і тому подібне.
На етапі складання короткострокового прогнозу паводкової повені необхідно спрогнозувати:
- гідрологічні і морфологічні характеристики річок;
- можлива обстановка при затопленні місцевості паводковими водами;
- сили і засоби ліквідації наслідків паводкової повені.
При прогнозуванні гідрологічних і морфологічних характеристик повинна бути розроблена розрахункова схема і визначені:
об'єми стоку дощових вод (Wо);
максимальні глибини затоплення (Н);
швидкості руху хвилі (V);
часові параметри хвилі (Тхв);
максимальні витрати потоку в природному стані і в період паводкової повені (Q);
максимальна ширина затоплень (В);
часові параметри затоплень (Т).
На підставі вищезгаданих характеристик повинен бути побудований графік руху паводкової хвилі, який дозволить визначити гідрологічні характеристики водного потоку в будь-якому змінному створі знаходження між двома постійними.
При розробці розрахункової схеми основним джерелом відомостей про щільність, склад і будову мережі гідрографії басейну є топографічні карти, доповнені матеріалами великомасштабних аерофотознімків. На основі аналізу цих відомостей басейн річки розбивається на ділянки, на межах яких позначаються постійні створи. Ділянки визначаються по усереднених гідравлічних і морфологічних характеристиках річки. За нульовий створ береться найближчий до витоку річки (сформованого потоку). Площа водозбору (F) визначається шляхом зняття з топографічної карти горизонталей поверхневого стоку, що передує кожному постійному створу.
При складанні прогнозу про можливу обстановку повинні бути визначені наступні показники: площа затоплення; кількість населених пунктів, що потрапили в зону затоплення; ступені та якісні характеристики пошкоджень будівель житлового фонду (до ступенів пошкоджень будівель слід відносити важкі пошкодження, помірні і слабкі); чисельність населення і його втрати; протяжність пошкоджених комунально-енергетичних мереж; протяжність пошкоджених мостів; протяжність пошкоджених захисних гребель; кількість худоби та її втрати; площі посівних площ, що прийшли в непридатність, у наслідок затоплення; об'єми і трудомісткість необхідних аварійно-рятівних робіт.
На основі даних можливої обстановки в зоні затоплення необхідно створювати угрупування сил ліквідації наслідків повені здатних: провести розвідку зони затоплення; провести порятунок постраждалого населення; організувати будівництво пунктів посадки і висадки постраждалого населення зі всіх видів транспорту; організувати відновлення автомобільних доріг і залізничних магістралей; організувати відновлення пошкоджених і будівництво нових мостів; організувати відновлення пошкоджених і будівництво нових захисних гребель; організувати відновлення комунально-енергетичних мереж і ліній зв'язку; організувати порятунок і поховання загиблої худоби.
Для виконання вищевикладених завдань в зонах затоплень доцільно створювати наступні формування:
для організації розвідки - групи загальної розвідки; групи інженерної розвідки; ланки повітряної розвідки; ланки річкової розвідки; ланки розвідки на залізничному транспорті;
для проведення рятувальних робіт - рятувальні команди (групи) на плавзасобах; санітарні дружини;
для відновлення зруйнованих і будівництва нових гребель створювати команди по захисту гребель (КЗГ) в складі: особовий склад - 35 осіб; екскаватор 1; бульдозер - 1; каток - 1; автосамоскиди - 2; автомашини – 2;
для відновлення пошкоджених доріг створювати команди відновлення шляхів (КВШ) в складі: особовий склад - 35 осіб; екскаватор - 1; бульдозери - 2; грейдер -1; автосамоскиди - 2; автомашини –2;
для ремонту і відновлення зруйнованих мостів і будівництва причалів створювати команди по захисту мостів (КЗМ) в складі: особовий склад – 25 осіб; автокран - 1; бульдозер - 1; екскаватор - 1; копер - 1; автомобілі - 2; мотопили – 2;
для ліквідації наслідків на КЕС і лініях зв'язку створювати аварійно-технічні команди по видах комунікацій;
для поховання загиблої худоби створювати бригади по захисту тварин в складі: особовий склад - 10 осіб; екскаватор - 1; бульдозер - 1; автомобіль - 1.
Формування створюються на базі об'єктів економіки, спеціалізованих підприємств і підрозділів ЦЗ. Кількісний склад визначається виходячи з об'ємів і можливостей формувань.
При прогнозуванні гідрологічних і морфологічних характеристик, опади (Х, мм) розподіляються за площею водозбору з урахуванням коефіцієнта поглинання (n) і створюють шар стоку (Y, мм), рівномірно розподілений по площі водозбору - об'єм стоку. Тому розрахункове русло річок, в якому розповсюджуються потоки хвиль паводку, схематизувалися у вигляді складених русел, що складаються з окремих призматичних розрахункових ділянок узагальненого профілю з усередненими гідравлічними і морфологічними характеристиками.
Відстань між однозначними горизонталями місцевості розташованими по обох сторонах річок по всій довжині ділянок приймається для складання оперативних розрахунків у середньому однаковою.
За нульові створи береться перший (найближчий до потоку) з намічених постійних створів.
Для розрахунків приймається розрахунковий багатоводний рік з вибраною відсотковою забезпеченістю ( Р % ).
Вибір розрахункових постійних створів здійснюється по карті області.
Гідрологічні і морфологічні характеристики постійних створів річок визначаються за даними геолого-географічного опису місцевості і топографічної карти області, до яких відносяться:
Fi - площа водозбору i-го постійного створу, км2;
Hiб - глибина побутового потоку, м;
Viб - швидкість течії побутового потоку, м/с;
Biб - ширина побутового потоку, м;
L0- віддаленість 0 - створу від джерела річки, км.;
Li-0 - віддаленість i - створу від 0 - створу, км.;
Li-1 - віддаленість попереднього створу від 0 - створу, км.;
Ziб - відмітка урізання води побутового потоку, м;
k - показник форми долини річок;
n - коефіцієнт поглинання (стоку) дощових вод;
X - максимальні добові опади, що спостерігаються в басейні річки, - за даними багаторічних спостережень.

Визначення гідрологічних і морфологічних характеристик річок.

Для 0 - створу.
Визначення об'єму стоку дощових вод (W0)

W0 = X  F0  n, м3. (4.1)

Визначення максимальної глибини затоплення (Н)

, м (4.2)

де  - коефіцієнт шорсткості русла при виході води у пойму.

Визначення висоти хвиль паводку (Нот)

Нот = Нom - Ноб, м. (4.3)

Визначення часу добігання фронту хвилі до 0- створу (Тоф)

Тоф = 0, (4.4)

оскільки розрахунок руху хвилі рахуємо від 0- створу.
Визначення швидкості руху гребеня хвилі (V)

м/с. (4.5)

Визначення часу добігання гребеня хвилі до 0- створу (Тor)

, г. (4.6)

Визначення часу добігання хвоста хвилі до 0- створу (Тох)

, г. (4.7)

Визначення максимальної швидкості течії потоку в 0-му створі (Vom)

, м/с. (4.8)

Визначення максимальної ширини потоку в створі (Вom)

, м. (4.9)

Для i-го створу
Визначення витрати побутового потоку в створі (Qiб)

, м3/с. (4.10)

Визначення довжини j-ої ділянки річки (L j)

L j = Li-0 - Li-1, км. (4.11)

Визначення швидкості руху фронту хвилі на j-ій ділянці (Сiф) до i-го створу

м/с. (4.12)

Визначення часу добігання фронту хвилі до i-го створу (Тiф)

, г. (4.13)

Визначення часу добігання хвоста хвилі (Tix)

, г. (4.14)

Визначення тривалості затоплення в i-ом створі ( Ti )

Ti = Tiм - Tiф , г. (4.15)

Визначення об'єму стоку в i-ом створі з площі водозбору (Wi)

, м3. (4.16)

Визначення максимальної витрати в i-ом створі

м3/с. (4.17)

Визначення максимальної глибини затоплення в i-ом створі

м. (4.18)

Визначення висоти хвиль паводку в створі

Hir = Him - Hiб , м. (4.19)

Визначення швидкості руху гребеня хвилі

м/с. (4.20)

Визначення максимальної швидкості течії в створі

м/с. (4.21)

Визначення середньої приведеної ширини побутового потоку на j-ій ділянці

м. (4.22)

Визначення середньої приведеної максимальної ширини на ділянці

м. (4.23)

Визначення площі затоплення на j-ій ділянці

км2. (4.24)

Визначення загальної площі затоплення розглядаємих ділянок річок

км2. (4.25)

Визначення відмітки урізання води в i-ом створі при максимальній глибині затоплення

Zim = Ziб + Hir , м. (4.26)

Для обчислення гідрологічних характеристик паводкової хвилі в будь-якому (змінному) створі, що знаходиться між двома постійними, використовується складений графік руху паводкової хвилі по методу лінійної інтерполяції.
Необхідними умовами складання графіка є:
наявність даних не менше ніж по чотирьом постійним створам середніх і великих річок і двом постійним створам малих річок;
проведення розрахунку гідрологічних характеристик (по графіках номограмам довгострокових прогнозів);
перший створ вибирати на видаленні не менш 4-х годинного добігання від 0-го створу.
Порядок побудови і користування графіком руху паводкової хвилі аналогічний графіку руху хвилі прориву, який розглядається нижче.

Розрахунок сил аварійно-рятувальних робіт при повенях

А. Рятувальні роботи

1. Визначення сил розвідки (кількості ланок річкової розвідки)

Nзрр = Nзрржз + Nзрррн, ланок (4.27)

де Nзрр - загальна кількість ланок річкової розвідки;
Nзрржз - кількість ланок річкової розвідки для організації розвідки затопленої міської житлової зони;
Nзрррн - кількість ланок річкової розвідки для організації розвідки річкових напрямів;

Nзрржз = , ланок (4.28)

де 8,4 - трудомісткість по розвідці 1 км2 затопленої міської житлової зони, осіб г/км2;
SZATГZ - площа затопленої міської житлової зони, км2;
n - кількість змін (n = 2);
Т - тривалість ведення розвідки, годин;
nЛС - чисельність особового складу ланки річкової розвідки, осіб; nлс = 4 особи;
kс - коефіцієнт часу доби (kс = 1,5);
kп - коефіцієнт підводних умов (kп = 1,25);

Nзрррн = , ланок (4.29)

де 0,28 - трудомісткість розвідки 1 км. річкового напряму, осіб. г/км;
- протяжність затоплення, км.

Для ведення повітряної розвідки (на базі розрахунку вертольота)

Nзрвр = , ланок (4.30)

де 0,013 - трудомісткість розвідки екіпажем вертольота 1 км2 затопленої території осіб г/км2 .

2. Сили охорони громадського порядку (на плавзасобах)

Nгооп = 0,0033Nzatг , груп ОГП (4.31)

де 0,0033 - кількість ГОГП необхідних для однієї людини, що потрапила в зону затоплення, шт/особу;
Nzatг - чисельність міського населення, що потрапило в зону повені, осіб.

3. Сили безпосереднього порятунку міського населення, що потрапило в зону повені (на плавзасобах)

Nсгг = 0,0033 Nzatг, (4.32)

де Nсгг - кількість рятувальних груп;
0,0033- кількості рятувальних груп на одного врятованого, шт/особа;
Nzatг - чисельність міського населення, що потрапило в зону повені, осіб.

4. Сили надання першої медичної допомоги

Nсд = 0,0033Nсанг (4.33)

де Nсд - кількість санітарних дружин;
0,0033* - кількість санітарних дружин на одну людину санітарних втрат;
Nсанг - санітарні втрати міського населення, осіб.

Nсанг = 0,05 Nzatг , (4.34)

* - коефіцієнти отримані з розрахунку (см п.п. 2, 3, 4) одне формування на 300 людей.
Формування виразів ((4.27), (4.31), (4.32) і (4.34)) для сільської місцевості приймати по одинці на один затоплений населений пункт.

5. Розрахунок потрібної кількості плавзасобів для евакуації населення із зони затоплення (з пунктів збору потерпілих)

, (4.35)

де kпс - кількість плавзасобів необхідних для евакуації;
- чисельність населення, евакуйованого i-им видом плавзасобу, осіб;
m - кількість видів плавзасобів;
- місткість i-го виду плавзасобу, осіб;
Riпс- тривалість рейсу i-го виду плавзасобу.

Riпс = , хв. (4.36)

де Lмэ - протяжність маршруту евакуації, м;
Viпс - швидкість руху i-того плавзасобу по воді, м/хв;
Vвп - швидкість перебігу водного потоку, м/с;
- час, необхідний на вантаження і вивантаження i-того плавзасобу, хв;
Т - тривалість евакуації (рятувальних робіт), хв;
kт - коефіцієнт використання плавзасобів; kт = 1,2.

При розрахунку потрібної кількості плавзасобів для евакуації тварин із зони затоплення необхідно використовувати цю ж залежність, приймаючи відношення Nzat.i/Nвм.i для тварин.

6. Розрахунок потрібної кількості автомобільного транспорту для перевезення постраждалого населення від урізання (межі) затоплення в райони розселення

, (4.37)

де -количество автотранспорту, необхідного для перевезення постраждалого населення;
- кількість постраждалого населення, що перевозиться i-им видом автотранспорту, осіб;
- місткість i-го виду автотранспорту, осіб;
- тривалість рейсу i-го автотранспорту, г.

ПРИМІТКА: У виразах (4.35) і (4.37)  Nzat.iпс и  Nэн.iam повинні бути рівні загальній чисельності населення (тварин), що потрапили в зону повені.
Для реалізації положень викладених в пунктах 1-6 необхідно підготувати дані:
чисельності міського населення, що потрапило в зону затоплення;
площі затоплення міської забудови;
кількості населених пунктів сільської місцевості, що потрапили в зону затоплення;
чисельності тварин, що потрапили в зону затоплення.
Чисельність міського населення, що потрапило в зону затоплення Nzatг

Nzatг = Szatжз  qг , люд. (4.38)

де qг - щільність населення міської забудови, осіб/км2 (за статистичними даними);

Szatжз = bzatжз  lzatжз, км2 ( 4.39)

де lzatжз - протяжність затопленої міської забудови (для прогнозу можна приймати рівній протяжності міста уздовж річки), км.;
bzatжз - ширина затоплення житлової зони, км.

bzatжз = , (4.40)

де НГ - максимальна висота паводку в створі міста;
h1b - висота берега від урізання води;
 - кут ухилу місцевості в створі міста;
l1 - горизонтальна відстань від берега до міської забудови, км.

Вираз (4.40) справедливий при розташуванні міста на одному березі річки.
При bzatжз  1 місто не затоплюється.
При розташуванні міста по обох берегах ширина затоплення визначається

bzatжз = + , (4.41)

де h2b - висота другого берега від урізання води;
2 - кут ухилу місцевості другого берега;
l2 - горизонтальна відстань від берега до міської забудови на другому березі, км.

Значення показників h, l і  у виразах (4.40) і (4.41) визначаються за планом місцевості або безпосереднім виміром.
Кількість населених пунктів сільської місцевості визначається по топографічній карті після нанесення на неї межі затоплення. При попаданні населеного пункту на межі затоплення, визначення характеру і площі затоплення цього населеного пункту можна провести за методологією міста, по виразах (4.38 - 4.41).
Чисельність населення сільської місцевості, що потрапила в зону затоплення, визначається за статистичними даними чисельності населення, що проживає в затоплених населених пунктах.
Чисельність сільськогосподарських тварин, що потрапили в зону затоплення, визначається так само, як і населення.
Втрати сільськогосподарських тварин, що потрапили в зону затоплення, можуть скласти:
Велико рогатої худоби Ркрс = 0,02Nкрс, голів;
Дрібно рогатої худоби Рмрс = 0,05Nмрс, голів;
свиней Рсв = 0,005Nсв, голів

де Nкрс, Nмрс, Nсв - відповідно, чисельність тварин, що потрапили в зону затоплення.

Б. Аварійно-відновлювальні роботи

1. Визначення сил відновлення магістральних ліній електропередачі

Nатклэп = , (4.42)

де Nатклэп - кількість аварійно-технічних команд відновлення ЛЕП;
375 – трудомісткість відновлення 1 км. зруйнованої ЛЕП, люд.г;
lrazлэп - протяжність зруйнованих ЛЕП, що доводяться на один затоплений населений пункт (lrazлэп 1,5 - 2,5 км/зат.н.п.);
nлс - чисельність однієї аварійно-технічної команди ( 25 чоловік).

2. Визначення сил відновлення магістральних кабельних ліній зв'язку

Nкс = , (4.43)

де Nкс - кількість команд зв'язку;
lrazcv - протяжність зруйнованих кабельних ліній зв'язку, що доводяться на один затоплений населений пункт ( 1,2-1,8 км.);
100 - трудомісткість відновлення 1 км. кабельних ліній зв'язку, люд.г.

3. Визначення сил ліквідації аварій на комунально-енергетичних мережах затопленої території міста

Nаткэс = , (4.44)

де Nаvэс - кількість аварій на електромережах

Nаvэс = 1,75Szatг, (4.45)

де 1,75 - кількість аварій на електромережах, що доводяться на 1 км2 затопленої частини міста, ав/км2;
Nаткэс - кількість аварійно-технічних команд для ліквідації аварії на електромережах (nлс = 24 людини)

Nатквод = , (4.46)

де Nатквод - кількість аварійно-технічних команд для ліквідації аварії на водопровідних мережах (nлс = 25 чоловік);
- кількість аварій на водопровідних мережах.

Nаvvod = 1,25Szatг (4.47)

де 1,25 - кількість аварій на водопровідних мережах, що доводяться на 1 км2 затопленої частини міста, ав/км2;

Nатккан = , (4.48)

де Nатккан - кількість аварійно-технічних команд для ліквідації аварій на каналізаційних мережах (nлс = 25 чоловік);
Nаvkan - кількість аварій на каналізаційних мережах

Nаvkan = 1,25Szatг (4.49)

де 1,25 - кількість аварій на каналізаційних мережах, що доводяться на 1 км2 затопленої частини міста, ав/км2;

Nатктс = , (4.50)

де Nатктс - кількість аварійно-технічних команд для ліквідації аварій на каналізаційних мережах (nлс = 25 чоловік);
Nаvtc - кількість аварій на каналізаційних мережах

Nаvtc = 0,75Szatг (4.51)

де 0,75 - кількість аварій на тепломережах, що доводяться на 1 км2 затопленої частини міста, ав/км2.
У виразах (4.44), (4.46), (4.48) і (4.50) коефіцієнт 30 - трудомісткість ліквідації однієї аварії в люд.г.

4. Визначення сил улаштування пунктів посадки (висадки):
а) для улаштування сходнів (завдовжки 20 м) на території міста

Nкзмсх = , (4.52)

де Nкзмсх - кількість команд захисту мостів для улаштування сходнів (nлс = 25 осіб);
300 - чисельність населення на затопленій території міста, на якій повинна бути обладнана одна сходня, осіб;
10 - трудомісткість виготовлення однієї сходні, люд. г;

б) для улаштування причалів (у вигляді берегової частини низководного моста на дерев'яних опорах) 20 х 6 м

Nкзмпр = , (4.53)

де Nкзмпр - кількість команд по захисту мостів для улаштування причалів з розрахунку один причал на один затоплений населений пункт (nлс = 25 чоловік)
100 - трудомісткість устаткування одного причалу, люд. г.

5. Визначення сил на відновлення і будівництво захисних гребель

Nдвкдамб = , (4.54)

де Nдвкдамб - кількість шляхо-відновлювальних команд (nлс = 35 чоловік);
2,5 - трудомісткість зведення 1 п.м. греблі, люд. ч;
Lrazd - протяжність відновлених (зведення нових) гребель, п.м.

6. Визначення сил на відновлення зруйнованих доріг

Nдвкдор = , (4.55)

де Nдвкдор - кількість шляхо-відновлювальних команд (nлс = 35 чоловік);
Lrazdor - протяжність зруйнованих доріг, км.

Lrazdor = 5Nzatнп , км. (4.56)

де 300 - трудомісткість відновлення 1 п.км дорогі, люд.г.

7. Визначення сил поховання загиблої худоби

Nбрзж,крс = , (4.57)

де Nбрзж,крс - кількість бригад захисту тварин для поховання великорогатої худоби (nлс = 10 осіб);
0,4 - трудомісткість поховання однієї тварини великорогатої худоби, люд.г;

Nбрзж,мрс = , (4.58)

де Nбрзж,мрс - кількість бригад захисту тварин для поховання дрібно-рогатої худоби і свиней;
0,13 - трудомісткість поховання однієї тварини дрібно-рогатої худоби, , люд.г;

8. Визначення сил відновлення зруйнованих мостів

Nквз = , (3.59)

де Nквз - кількість команд по захисту мостів для відновлення зруйнованих мостів;
12 - трудомісткість відновлення одного погонного метра моста, , люд.г;
Lмс - середня довжина мостів, що потрапили в зону затоплення (загальна довжина зруйнованих мостів приймається з розрахунку 1 міст на один затоплений населений пункт).

Інженерна обстановка при катастрофічному затопленні від руйнувань гідротехнічних споруд
До основних гідротехнічних споруд, руйнування яких приводить до гідродинамічних аварій, відносяться дамби, водозабірні і водозбірні споруди (шлюзи). Катастрофічне затоплення, що є наслідком гідродинамічної аварії, полягає в стрімкому затопленні місцевості хвилею прориву. Масштаби наслідків гідродинамічних аварій залежать від параметрів і технічного стану гідровузла, характеру і ступеня руйнування дамби, об'ємів запасів води у водосховищі, характеристик хвилі прориву і катастрофічної повені, рельєфу місцевості, сезону і часу доби події і багатьох інших чинників.
Основними чинниками ураження катастрофічного затоплення є: хвиля прориву (висота хвилі, швидкість руху) і тривалість затоплення.
Хвиля прориву – хвиля, що утворюється у фронті потоку води, що спрямовується в пролом, має, як правило, значну висоту гребеня і швидкість руху та володіє великою руйнівною силою.
Хвиля прориву, з гідравлічної точки зору, є хвилею переміщення, яка, на відміну від вітрових хвиль, що виникають на поверхнях великих водоймищ, володіє здатністю переносити у напрямі свого руху значні маси води. Тому хвилю прориву слід розглядати як певну масу води, що рухається у вниз по річці та безперервно змінює свою форму, розміри і швидкість.
Схематично повздовжній переріз сформованої хвилі показано на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схематичний подовжній переріз хвилі прориву
де h - побутовий рівень води в річці; HB - висота хвилі; Н - висота потоку
Початок хвилі називається фронтом хвилі, який, переміщаючись з великою швидкістю, висувається вперед. Фронт хвилі може бути дуже крутим при переміщенні великих хвиль на ділянках, близьких до зруйнованого гідровузла і відносно пологим на великих видаленнях від гідровузла.
Зона найбільшої висоти хвилі називається гребенем хвилі, який рухається, як правило, повільніше, ніж її фронт. Ще повільніше рухається кінець хвилі - хвіст хвилі. Унаслідок відмінності швидкостей цих трьох характерних точок хвиля поступово розтягується по довжині річки, відповідно зменшуючи свою висоту і збільшуючи тривалість проходження. При цьому, залежно від висоти хвилі і ухилів річки на різних ділянках, а також неоднакової форми і шорсткості русла, може спостерігатися деяке тимчасове прискорення руху гребеня, з «перекосом» хвилі, тобто з відносним укороченням зони підйому в порівнянні із зоною спаду.
Оскільки хвиля прориву є основним чинником ураження при руйнуванні гідротехнічної споруди, то для визначення інженерної обстановки необхідно визначити її параметри: висоту хвилі - (Нв), глибину потоку - (Н), швидкість руху і час добігання різних характерних точок хвилі (фронту, гребеня, хвоста) до розрахункових створів, розташованих на річці нижче гідровузла (Vфр, Vгр, Vхв и tфр, tгр, tхв), а також тривалість проходження хвилі через вказані створи - (Т), яка дорівнює сумі часу підйому рівнів - (Тпод) і часу спаду - (Тсп) або різниці між (tхв і tгр).
Початковими даними для розрахунків параметрів хвилі прориву є:
об'єм водосховища (Wв)

млн. м3 (3.60)

де Нв - глибина водосховища у дамби в м;
Sв - площа дзеркала водосховища (площа затоплення), в м2.
ширина водосховища перед дамбою - Вw, м;
глибина водосховища перед дамбою - Нв, м;
глибина річки нижча за дамбу - hб, м;
відмітка рівня води водосховища перед дамбою - Ув, м;
відмітка рівня води в річці нижча за дамбу - Ур, м;
ухил дна річки - i

, (4.61)

де W - об'єм водосховища;
hб - глибина річки нижча за дамбу;
М - параметр, що характеризує форму поперечного перетину річки, який приймається по рисунку 4.2;
Вср - середня ширина річки на висоті hб.
ширина пролому - Вi, м;
коефіцієнт шорсткості річки h, який приймається по табл. 4.1.

Таблиця 4.1 - Коефіцієнти шорсткості природних водотоків

№
п/п Характеристика русла і заплави h
1 2 3
1. Природні русла в сприятливих умовах. 0,025
2. Порівняно чисті русла постійних рівнинних потоків в звичайних умовах. Земляні русла періодичних потоків в сприятливих умовах.
0,040
3. Русла великих і середніх річок, значно засмічені. Періодичні потоки з великою кількістю наносів. Заплави великих і середніх річок порівняно розроблені, покриті нормальною кількістю трави і чагарнику.
0,050
4. Русла періодичних водотоків, сильно засмічені і звивисті. Погано розроблені зарослі заплави річок, русла гірського типу.
0,067
5. Неправильні поперечні перетини русла, нерівна поверхня русла, широкі заплави. 0,100
6. Широкі заплави з дуже великими мертвими просторами, з місцевими поглибленнями - озерами і ін. 0,150
7. Потоки типу селевих (грязь - камінь), глухі заплави зарослі лісом. 0,2

ПРИМІТКА: 1. Із збільшенням глибини води в річці, при заплавах середньої ширини, коефіцієнт шорсткості «h», як правило, зменшується.
2. У зимових умовах за наявності льоду коефіцієнт шорсткості «h» буває дещо більше, ніж в літніх.
При розрахунку параметрів хвилі прориву приймаються наступні допущення:
руйнування гідровузла, або його частини, відбувається миттєво;
ступінь руйнування напірного фронту (лінії споруд), що підтримують натиск гідровузла, приймається у відсотках (або в долях) від його довжини по урізанню води у водосховищі. При часткових руйнуваннях вважається, що пролом утворюється один і знаходиться в найглибшому місці;
глибина пролому вважається такою, що доходить до дна водосховища;
зміна пролому в часі не враховується, його форма і розміри вважаються постійними;
інерційні сили, при визначенні часу спорожнення водосховища, не враховуються, тобто вважається, що рівень води у водосховищі при його спорожненні, весь час залишається горизонтальним;
русло річки і долина річки, затоплювані при проходженні хвилі прориву, схематизуються;
річка по довжині вважається такою, що складається з ділянок з однорідною шириною, глибинами, ухилами і шорсткостями (розрахункових ділянок);
шорсткість русла і заплави приймаються середніми для всього перетину розрахункової ділянки і не залежно від глибини та наповнення долини річки;
розрахунок основних параметрів хвилі прориву проводиться по динамічній осі потоку.

ПОРЯДОК РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТРІВ ХВИЛІ ПРОРИВУ
1. Визначення висоти хвилі прориву

НВI = 0,6Н - hб , м, (3.62)

де Н - глибина водосховища у дамби, м;
hб - глибина річки типу дамби, м.

2. Визначення часу проходження хвилі прориву через створ зруйнованої дамби (час повного спорожнення водосховища)

, ч, (3.63)

де WB - об'єм водосховища;
А - коефіцієнт кривизни водосховища, для орієнтовного розрахунку приймається рівний - 2;
 - параметр, що характеризує форму русла річки;
Вi - ширина прориву, м;
Н - глибина водосховища перед гідровузлом.

3. Визначення часу добігання хвилі прориву до I - го створу

г (3.64)

де L1 - довжина I-ої ділянки річки;
V1 - швидкість руху хвилі прориву на I-ій ділянці, визначається по
таблиці 4.3.

4. Визначення часу добігання хвилі прориву до 2-го створу

,

де L2 - довжина другої ділянки, км. (тобто від першого до другого створу);
V2 - швидкість руху хвилі прориву на 2-ій ділянці, км/ч.

Для отримання параметрів хвилі прориву в подальших створах поступають аналогічним чином з урахуванням примітки до таблиці 4.3.
За отриманими даними про хвилю прориву у всіх створах будується графік руху хвилі прориву.
Розглянемо послідовність побудови графіка руху хвилі прориву і оцінки можливої обстановки в зоні катастрофічного затоплення при руйнуванні гідротехнічної споруди на наступному прикладі.

Обстановка в районах руйнівних землетрусів

Інтенсивність сейсмічної дії при землетрусах.
До найбільш небезпечних стихійних лих належать землетруси.
Раптовість у поєднанні з величезною руйнівною силою коливань земної поверхні часто приводять до великого числа людських жертв і значного матеріального збитку.
При цьому необхідно відзначити, що важливий внесок в кількість врятованих людей несуть гранично стислі терміни виконання рятувальних робіт, оскільки через добу після землетрусу 40 % кількості постраждалих, що отримали важкі травматичні пошкодження, відносяться до загиблих, через 3 доби - 60 %, а через 6 діб - 95 %. Дана статистика свідчить про необхідність проведення рятувальних робіт по витягуванню людей із завалів щонайшвидше. Навіть при масових руйнуваннях рятувальні роботи необхідно завершити протягом 5 діб.
Виходячи з вищесказаного, для ефективної організації аварійно-рятувальних робіт необхідно відразу після дії землетрусу оцінити об'єм можливих руйнувань, визначити склад сил і засобів, необхідних для проведення рятувальних робіт в нормативно відведені терміни, приступити до їх введення в райони виконання завдань. Потім, у за надходженням даних розвідки, уточнити потрібну кількість сил і засобів.
Зупинимося на деяких основних поняттях, необхідних для вирішення завдання оцінки обстановки в районах дії руйнівних землетрусів.
Землетрус виявляється у формі коливання ґрунту і активність його впливу на зовнішнє середовище, зокрема на будівлі кількісно оцінюється інтенсивністю (J) за двонадцятибальною шкалою. В Україні і низці європейських країн використовується Міжнародна модифікована сейсмічна шкала Ммsk - 86. Інтенсивність землетрусу не вимірюється приладами. Для її визначення необхідно досліджувати постраждалий район - виявити ступінь пошкодження будівель, шляхів, гірських схилів, зміни земній поверхні - всього того, що могло випробувати на собі дію землетрусу, включаючи реакцію людей і тварин. Існують спеціальні бланки, які розсилаються в райони землетрусів для збору даних. Картки із занесеними даними про землетрус обробляються і на основі цього, використовуючи шкалу Ммsk - 86, оцінюється значення інтенсивності підземних поштовхів в різних пунктах району лиха.
Таким чином, інтенсивність землетрусів є величиною відносною і залежить від эпицентральної відстані (чим ближче до епіцентру, тим вище інтенсивність), глибини епіцентру (менше глибина - більша інтенсивність), а також від інших умов (високе залягання ґрунтових вод і рихлих порід сприяє посиленню бальності).
Існує об'єктивна міра величини землетрусу – магнітуда. Чим сильніше амплітуда сейсмічної хвилі, тим більше магнітуда землетрусу. Ідею магнітуди запропонував професор Каліфорнійського технологічного інституту Ріхтер. Шкала магнітуд Ріхтера заснована на інструментальних даних, тобто на записах землетрусів сейсмографами, здатними уловити дуже слабкі струси ґрунту з амплітудами всього декілька мікрон.
Згідно Ріхтеру, магнітуда поштовху є логарифм вираженої в мікронах максимальної амплітуди запису цього поштовху, зробленого стандартним короткоперіодним крутильним сейсмометром на відстані 100 км. від епіцентра. Оскільки сейсмометри можуть розміщуватися на різній відстані від епіцентра землетрусу, то для кожної сейсмостанції є відповідні методики розрахунку. Найпотужний землетрус із зареєстрованих мав магнітуду 8,9.
Між магнітудою М і інтенсивністю землетрусів J в балах існує аналітична залежність, яка в літературі відома як формула макросейсмічного поля землі

J = В ∙ М – С ∙ lg + Е (4.89)

де Д – епіцентральна відстань, км.;
Н - глибина епіцентру, км.;
М - магнітуда землетрусів;
В, С, Е – регіональні константи.
Значення коефіцієнтів В, С, Е в рівнянні (4.89) можуть бути різними для конкретних регіонів. Якщо значення констант невідомі, вони можуть бути прийняті рівними В=1,5; С=3,5; Е=3,0. Цією формулою користуються при прогнозуванні наслідків землетрусу.
Для завчасного прогнозування використовується, як правило, карта загального сейсмічного районування території України. Індекси 1, 2, і 3 біля номіналів в зонах бальності відображають повторюваність сейсмічних землетрусів можливої інтенсивності один раз в 100, 1000 і 10000 років (71, 72, 73, 81, 82, 83, 91, 92, 93).
.
Класифікація будівель і характеристика їх руйнування
При проведенні розрахунків за визначенням наслідків землетрусу доцільно користуватися класифікацією будівель, приведеною в сейсмічній шкалі Ммsк, - 86.
Відповідно до цієї шкали будівлі розділяються на дві групи:
будівлі і типові споруди без антисейсмічних заходів;
будівлі і типові споруди з антисейсмічними заходами.
Будівлі і типові споруди без антисейсмічних заходів розділяють на типи:
А 1 - Місцеві будівлі. Будівлі із стінами з місцевих будівельних матеріалів: глиняні без каркаса; саманові або з сирцевої цеглини без фундаменту; виконані з окатаного або рваного каменя на глиняному розчині і без регулярної (з цеглини або каменя правильної форми) кладки в кутах і тому подібне
А 2 - Місцеві будівлі. Будівлі з саману або сирцевої цеглини, з кам'яними, цегляними або бетонними фундаментами; виконані з рваного каменя на вапняному, цементному або складному розчині з регулярною кладкою в кутах; виконані з каменя пласта на вапняному, цементному або складному розчині; виконані з кладки типу “мідис“; будівлі з дерев'яним каркасом із заповненням саману або глини, з важкими земляними або глиняними дахами; суцільні масивні огорожі з саману або сирцевої цеглини і тому подібне
Б - Місцеві будівлі. Будівлі з дерев'яними каркасами із заповнювачами з саману або глини і легкими перекриттями.
Б 1 - Типові будівлі. Будівлі з паленої цеглини, тесаного каменя або бетонних блоків на вапняному, цементному або складному розчині; дерев'яні щитові будинки.
Б 2 - Споруди з паленої цеглини, тесаного каменя або бетонних блоків на вапняному, цементному або складному розчині: суцільні огорожі і стінки, трансформаторні кіоски, силосні і водонапірні башти.
В - Місцеві будівлі. Дерев'яні будинки, що рубаються в “лапу“ або в “обло“.
В 1 - Типові будівлі. Залізобетонні, каркасні великопанельні і армовані великоблочні будинки.
В 2 - Споруди. Залізобетонні споруди: силосні і водонапірні башти, маяки, підпірні стінки, басейни і тому подібне
Будівлі і типові споруди з антисейсмічними заходами розділяються на типи:
С 7 - Типові будівлі і споруди всіх видів (цегляні, блокові, панельні, бетонні, дерев'яні, щитові і ін.) з антисейсмічними заходами для розрахункової сейсмічності 7 балів.
С 8 - Типові будівлі і споруди всіх видів з антисейсмічними заходами для розрахункової сейсмічності 8 балів.
С 9 - Типові будівлі і споруди всіх видів з антисейсмічними заходами для розрахункової сейсмічності 9 балів.
При поєднанні в одній будівлі двох або трьох типів будівлю в цілому слід відносити до слабкого з них.
ХАРАКТЕРИСТИКА РУЙНУВАННЯ БУДІВЕЛЬ
При проведенні розрахунків по прогнозуванню руйнувань і людських втрат при дії вибухових навантажень зазвичай розглядаються чотири ступені руйнувань будівель - слабку, середню, сильну і повну. При землетрусах прийнято розглядати п'ять ступенів руйнування будівель. У міжнародній модифікованій сейсмічній шкалі MMSK - 86 пропонується наступна класифікація ступенів руйнування будівель:
d=1 - слабкі пошкодження. Слабкі пошкодження матеріалу і неконструктивних елементів будівлі: тонкі тріщини в штукатурці; відколювання невеликих шматків штукатурки; тонкі тріщини в сполученнях перекриттів із стінами і стінного заповнення з елементами каркаса, між панелями, в обробленні печей і дверних коробок; тонкі тріщини в перегородках, карнизах, фронтонах, трубах. Видимі пошкодження конструктивних елементів відсутні. Для ліквідації пошкоджень достатньо поточного ремонту будівель.
d=2 - помірні пошкодження. Значні пошкодження матеріалу і неконструктивних елементів будівлі, падіння пластів штукатурки, крізні тріщини в перегородках, глибокі тріщини в карнизах і фронтонах, випадання цегли з труб, падіння окремої черепиці. Слабкі пошкодження несучих конструкцій: тонкі тріщини в несучих стінах, незначні деформації і невеликі відколи бетону або розчину у вузлах каркаса і в стиках панелей. Для ліквідації пошкоджень необхідний капітальний ремонт будівель.
d=3 - важкі пошкодження. Руйнування неконструктивних елементів будівлі: обвали частин перегородок, карнизів, фронтонів, димарів. Значні пошкодження несучих конструкцій: крізні тріщини в несучих стінах, значні деформації каркаса, помітні зрушення панелей, викрошуваня бетону у вузлах каркаса. Можливий відновний ремонт будівлі.
d = 4 - часткові руйнування несучих конструкцій: проломи і вивали в несучих стінах; розвали стиків і вузлів каркаса; порушення зв'язків між частинами будівлі; обвалення окремих панелей перекриття; обвалення крупних частин будівлі. Будівля підлягає зносу.
d = 5 - обвали. Обвалення несучих стін, і перекриттів, повне обвалення будівлі з втратою її форми.
Характер руйнування будівель в значній мірі залежить від конструктивної схеми цих будівель.
У каркасних будівлях переважно руйнуються вузли каркаса, унаслідок виникнення в цих місцях значних вигинаючих моментів, і поперечних сил. Особливо сильні пошкодження отримують основи стійок і вузли з'єднання ригелів із стійками каркаса.
У богатопанельних і великоблочних будівлях найчастіше руйнуються стикові з'єднання панелей і блоків між собою і з перекриттями. При цьому спостерігається взаємний зсув панелей, розкриття вертикальних стиків, відхилення панелей від первинного положення, а в деяких випадках обвалення панелей.
Для будівель із несучими стінами, з місцевих матеріалів (сирцева цеглина, самані блоки, туфові блоки і ін.) характерні наступні пошкодження:
поява тріщин в стінах;
обвалення торцевих стін;
зрушення, а іноді і обвалення перекриттів;
обвалення окремо стоячих стійок, особливо печей і димарів.
Найбільш стійкими до сейсмічної дії є дерев'яні рубані і каркасні будинки. Як правило, такі будівлі зберігаються і лише при інтенсивності 8 балів і більш спостерігається зміна геометрії будівлі, а в деяких випадках обвалення дахів.
Руйнування будівель повною мірою характеризують закони руйнування. Під законами руйнування будівлі розуміється залежність між вірогідністю його пошкодження і інтенсивністю прояву землетрусу в балах. Закони руйнування будівель отримані на основі аналізу статистичних матеріалів по руйнуванню житлових, суспільних і промислових будівель від дії землетрусів різної інтенсивності.
Для побудови апроксимуючої кривої вірогідність настання не менш певного ступеня пошкодження будівель, використовується нормальний закон. При цьому враховується, що для однієї і тієї ж будівлі може розглядатися не одна, а п'ять ступенів руйнування, тобто після руйнування наступає одна з п'яти несумісних подій. Значення математичного очікування М інтенсивності землетрусу в балах, що викликає не менш певних ступенів руйнування будівель, наведені в таблиці 4.7.

Таблиця 4.7 - Математичні очікування М законів руйнування будівель
Ступені руйнування будівель
Класи
будівель
по MMSK-86 Легка
d=1 Помірна
d=2 Важка
d=3 Часткове руйнування
d=4 Обвал
d=5
Математичні очікування М законів руйнування
А1, А2 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0
Б1, Б2 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5
В1, В2 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0
С7 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5
С8 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0
С9 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5
Середні квадратичні відхилення інтенсивності землетрусу для законів руйнування приймаються рівними 0,4.

Прогнозування обстановки в районі руйнівних землетрусів
Обстановку в районах руйнівних землетрусів прийнято оцінювати показниками, що характеризують інженерну обстановку, а також об'ємами аварійно-рятівних робіт і заходів щодо життєзабезпечення населення.
Для оцінки інженерної обстановки великі населені пункти (міста) розбиваються на декілька майданчиків. Значення координат майданчиків приймаються рівними значенням координат їх центрів. Малі населені пункти розглядаються у вигляді одного елементарного майданчика (його координати визначаються як координати центру населеного пункту). Потім визначаються відстані від епіцентрів землетрусів до центру майданчиків, і розраховується інтенсивність землетрусу для кожного майданчика по формулі (4.89).
При завчасному прогнозуванні можлива інтенсивність землетрусу приймається по картах загального сейсмічного районування території України.
Основними показниками інженерної обстановки в районі руйнівних землетрусів є:
кількість будівель, що отримали обвали, часткові руйнування, важкі, помірні і легкі пошкодження, од.;
площа зруйнованої частини міста, в межах якої забудова отримала важкі пошкодження, часткові руйнування і обвали (3, 4, і 5 ступенів руйнування), км2;
об'єм завалів, м3;
кількість ділянок, що вимагають зміцнення (обвалення) пошкоджених або частково зруйнованих конструкцій, од.;
протяжність завалених вулиць і проїздів, м.
Окрім основних показників, при оцінці інженерної обстановки можуть визначатися допоміжні показники, що характеризують завали.
Кількість будівель Рj, що отримали, j– у ступінь руйнувань, визначається по формулі

Рj= j, од. (4.90)

де Кi – кількість будівель i-го типу в місті;
Сij – вірогідність отримання будівлею i-ого типу j-ого ступеня руйнування, що приймається по табл. 4.8;
n – число типів даних будівель (максимальна кількість типів n=6 – А, Б, В, С7, С8, С9).
Площа руйнувань частини міста, в межах якої забудова отримала важкі, часткові руйнування і обвали, визначається по формулі

Sразр= , км2 (4.91)

де Рj – кількість будівель, що отримали 3, 4 і 5 ступень пошкодження (4.91);
Ф – щільність забудови в місті, буд./км2.

Загальний об'єм завалів визначається з умови, що при частковому руйнуванні будівель об'єм завалів складає приблизно 50 % від об'єму завалу при його повному руйнуванні:

W=(0.5С4+С5) , м3 (4.92)

де С4 С5 - вірогідність отримання будівлею 4-го і 5-го ступеня руйнування;
Н - середня висота забудови, м;
d - частка забудови на даній площі (щільність забудови);
 - коефіцієнт об'єму, що приймається для промислових будівель рівним 20, для житлових - 40.
Якщо місто велике з нерівномірною щільністю і поверховістю забудови, то розрахунки слід проводити по ділянках (майданчикам), на які заздалегідь розбивається місто. Потім результати обчислень підсумовуються.
Досвід ліквідації наслідків руйнівних землетрусів показав, що при проведенні рятувальних робіт розбирається приблизно 15% завалів від їх загального об'єму.
Структура завалу, вага і розмір уламків при руйнуванні будівель в зоні землетрусів може прийматися за даними розділу 3
Кількість ділянок, що вимагають зміцнення (обвалення) пошкоджених або частково зруйнованих конструкцій, приймаються рівними числу будівель, що отримали часткові руйнування (4 ступінь руйнування).
Протяжність завалених проїздів визначається з умови, що на 1 км2 зруйнованої частини міста в середньому доводиться 0,6 км. завалених маршрутів (дані отримані на основі аналізу наслідків руйнівних землетрусів)

Lnn = 0,6 Sразр, км. (4.93)

де Sразр визначається по формулі (4.91).

Як показує досвід, винесення завалу за контури будівель при повному руйнуванні невелике і складає, наприклад, для 9-ти поверхових будівель 7 - 9 метрів. Тому проїзди в зонах землетрусів опиняються практично не заваленими. На проїжджій частині можуть опинитися окремі уламки конструкцій будівель, що відлетіли. Це підтверджує і досвід землетрусу у Вірменії. Наприклад, в місті Ленінакан в старій частині міста, де ширина вулиць не перевищувала 10 метрів, при руйнуванні 1-2 поверхових будівель на проїжджій частині утворилися невеликі завали з туфових блоків.
Проте, все вищесказане справедливо тільки для випадків руйнування будівель без перекидання. У районах із зниженою несучою здатністю, і великою деформованістю ґрунтів, можливі випадки руйнувань висотних будівель з їх перекиданням. Висота і довжина завалу в цьому випадку залежатиме від розмірів будівлі.
Найбільш характерними пошкодженнями шляхів в зонах руйнувань при землетрусах є:
руйнування ділянок шляхів унаслідок обвалів; утворення тріщин в дорожньому полотні у декілька десятків сантиметрів, а також руйнування дорожнього покриття (у дев'ятибальній зоні).
У гірській місцевості можливе утворення кам'яних і сніжних завалів, руйнування мостів, шляхопроводів, тунелів.
Слід зазначити, що при землетрусі 9 балів і більш можуть бути зруйновані аеродромні покриття.
Дальність розльоту уламків l і висота завалів h при землетрусі визначається відповідно до методик, приведених в розділі 3. Узагальнені залежності мають вигляд
l=Н/С, м ; h= , м, (4.94)
де Н - висота будівлі, м;
 - об'єм завалу на 100 м3 будівельного об'єму не зруйнованої будівлі.

Кількість аварій на КЕС визначаються з умови, що на 1км2 зруйнованій частині міста доводиться 6-8 аварій

Ккэс= 8 Sразр,

де Sразр визначається по формулі (4.91).
Ці дані отримані на підставі аналізу наслідків руйнівних землетрусів.
Причини, що викликають пошкодження КЕС, можна розділити на 2 групи. До першої групи відносяться причини пов'язані з хвилевим рухом ґрунту, унаслідок чого в елементах КЕС з'являються розтягуючи і зрушуючи зусилля, які викликають рух підземних комунікацій і споруд КЕС, - колекторів, трубопроводів, колодязів, кабельних ліній.
До другої групи відносяться причини пов'язані з руйнуванням введень в наземні будівлі і споруди, а також пошкодження елементів КЕС уламками будівель.
Наслідки від аварії КЕС можуть здійснювати негативний вплив на людей: ураження електричним струмом при дотику до обірваних проводів; отруєння газом; виникнення пожеж унаслідок коротких замикань і спалаху газу.
Крім того, можливо затоплення території унаслідок руйнування водопровідних труб і каналізаційних коректорів, опіки людей при руйнуванні елементів системи паро- і теплопостачання.
Аварії на КЕС можуть привести до припинення постачання водою, електроенергією і теплом будівель і споруд.
До показників, що впливають на об'єми аварійно-рятівних робіт і вирішення завдань життєзабезпечення населення в зонах руйнівних землетрусів, відносять:
чисельність постраждалих людей, структуру втрат; чисельність людей, що опинилися під завалами і опинилися без даху; потреба в тимчасовому житлі (наметах, будинках); пожежну обстановку; радіаційну і хімічну обстановку в зоні руйнувань.
Узагальнену залежність за визначенням втрат при руйнівних землетрусах можна представити у вигляді

M (N)= , люд., (4.95)
де R – вірогідність розміщення людей в зоні риску в будівлях (в середньому R= 0.83);
Ni – чисельність людей в будівлях i - ой групи, чіл;
Сi – вірогідність поразки людей в будівлях i-ой групи, визначається по таблиці 4.9.

Таблиця 4.9 - Вірогідність Ci загальних і безповоротних втрат людей в різних типах будівель (по класифікації MMSK-86) при землетрусах

Типи будівель Ступінь ураження людей Вірогідність втрат людей в різних типах будівель при інтенсивності землетрусу в балах
6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4 5 6 7 8 9
А Загальні 0,004 0,14 0,70 0,96 0,97 0,97 0,97
Безповоротні 0 0,05 0,38 0,59 0,6 0,6 0,6
Би Загальні 0 0,03 0,39 0,90 0,97 0,97 0,97
Безповоротні 0 0,01 0,18 0,53 0,6 0,6 0,6
У Загальні 0 0 0,14 0,70 0,96 0,97 0,97
Безповоротні 0 0 0,05 0,38 0,59 0,6 0,6

С7 Загальні 0 0 0,03 0,39 0,90 0,97 0,97
Безповоротні 0 0 0,01 0,18 0,53 0,6 0,6
С8 Загальні 0 0 0,004 0,14 0,70 0,96 0,97
Безповоротні 0 0 0 0,05 0,38 0,59 0,6
С9 Загальні 0 0 0 0,03 0,39 0,90 0,97
Безповоротні 0 0 0 0,01 0,18 0,53 0,6

Точніше значення R для формули (4.95) приймаються рівними:
з 23.00 до 7 годин R=1;
з 7.00 до 9 годин R=0.6;
з 9.00 до 18часов R=0.7;
з 18.00 до 20часов R=0.65;
з 20.00 до 23часов R=0.9.

Кількість людей, що опинилися без даху, приймається рівним чисельності людей, що проживали в будівлях, що отримали важкі пошкодження, часткові руйнування і обвали.
Кількість людей, що опинилися в завалах, визначається так само, як і при аваріях на пожеже небезпечних об'єктах.
Аналіз наслідків землетрусів показує, що в середньому в половині числа будівель, що отримали часткові руйнування і обвали, можливе виникнення пожеж.
Викладені рекомендації дозволяють визначити основні показники, що характеризують обстановку в районах руйнівних землетрусів.
Отримані показники дозволять посадовим особам, організуючим рятувальні роботи, визначити склад сил і засобів і розробити ефективні варіанти їх застосування для проведення аварійно-рятувальних робіт.

ЗАВАЛИ, ЩО УТВОРЮЮТЬСЯ ПРИ РУЙНУВАННІ БУДІВЕЛЬ У ЗОНАХ УРАЖЕННЯ

При дії вражаючих чинників вибухів, землетрусів, при руйнуванні дамб будівлі можуть отримати той або інший ступінь руйнування. Аналіз характеру руйнувань будівель при надзвичайних ситуаціях показав, що будівлі при повному руйнуванні практично повністю перетворюються на уламки, утворюючи завали. При руйнуванні будівель на ступінь нижче від повної в розрахунках можна прийняти, що об'єм завалів складає приблизно 50% від об'ємів завалів будівель у разі їх повного руйнування.
Завали різних типів будівель характеризуються відповідними показниками. Показники завалів будівель є визначальними параметрами при виборі технології рятувальних робіт. Дані показники можна звести до двох груп:
- показники, що безпосередньо характеризують завал;
- показники, що характеризують уламки завалу.
До показників, що безпосередньо характеризують завал, можна віднести:
- дальність розльоту уламків;
- висоту завалу;
- об'ємно-масові характеристики завалів;
- структуру завалів по вазі уламків, складу будівельних елементів і арматури.
До показників, що характеризують уламки завалу, відносять:
- вагу уламків;
- геометричні розміри уламків;
- структуру і вміст арматури.
Розрахункові схеми завалів
На підставі аналізу матеріалів натурних завалів будівель встановлено, що завали будівель можна спрощено представити як обеліски – геометричні фігури з прямокутними основами, розташованими в паралельних площинах. Протилежні бічні грані обеліска нахилені до основи. Основними даними для побудови цієї фігури є розміри основи будівлі і , висота завалу і дальність розльоту уламків . Характерними геометричними показниками завалу також є довжина і ширина завалу.
Довжина завалу – геометричний розмір завалу у напрямку найбільшого розміру будівлі:

. (5.1)

Ширина завалу – геометричний розмір завалу у напрямку найменшого розміру будівлі:
. (5.2)

Розрахункові схеми завалів залежать від дії вражаючого чинника. Приймається, що при аварії з вибухом усередині будівлі, уламки розлітаються в сторони рівномірно, а при вибуху поза будівлею уламки зміщуються за напрямком дії повітряної ударної хвилі.
Характерний розмір завалу за напрямком дії повітряної ударної хвилі дорівнює:

або . (5.3)

Верхня грань розрахункового обеліска при аваріях з вибухом приймається рівній площі основи будівлі. При землетрусах площа верхньої грані обеліска по розмірах менше площі основи будівлі. Довжина і ширина верхньої грані обеліска для цього випадку дорівнює:

; . (5.4)

5.1.2. Дальність розльоту уламків

5.1.2.1. Дальність розльоту уламків при вибухах
Розглянемо методику визначення дальності розльоту уламків при вибухах, прийнявши наступні передумови:
- хвиля миттєво обтікає уламки внаслідок їх невеликих розмірів;
- обертання уламків при розльоті і зміни за рахунок цього лобової площі не відбувається.
Дальність розльоту уламків - це відстань від контуру будівлі до основної маси уламків.
Зсув уламків можна описати рівняннями руху в горизонтальному і вертикальному напрямах. Розглянемо спочатку горизонтальний рух уламків з урахуванням опору повітря.
Силу, що створюється швидкісним натиском повітряної ударної хвилі, яка діє на уламок, обчислюють за формулою:

, (5.5)

де - коефіцієнт лобового опору, який для уламків приймають рівним 1.5; і - щільність і швидкість повітряного потоку у момент часу ; - площа лобового перерізу уламків.
При збільшенні швидкості уламків зростає опір повітряного потоку горизонтальному руху уламку:

, (5.6)

де - горизонтальна швидкість уламку в момент часу .
Тепер розглянемо вертикальний рух уламків з урахуванням опору повітря. Навантаження, що створюється силою тяжіння, складе:

, (5.7)

де - товщина стіни будівлі; - щільність матеріалу; - прискорення вільного падіння.
Опір повітряного потоку вертикальному руху можна описати залежністю:

, (5.8)

де - коефіцієнт опору ( ); - площа горизонтального перерізу уламку; - вертикальна швидкість уламку в момент часу .
Тоді, рух уламку можна описати наступною системою рівнянь:

(5.9)

де - маса уламку.
Розв’язання системи диференціальних рівнянь (5.9) і дані натурних завалів показують, що дальність розльоту уламків при мінімальному тиску, який викликає повне руйнування стін будівель, приблизно складає , м ( - висота будівлі).
Висота завалів при вибухах
Висота завалу - це відстань від рівня землі до максимального рівня уламків в межах контуру будівлі.
Основними чинниками, що визначають висоту завалу, є поверховість будівлі і величина тиску, що діє у фронті повітряної ударної хвилі. Чим більший тиск, тим далі розлітаються уламки, що приводить до зменшення висоти завалу (рис.5.2). Максимальною по величині висота завалу буде в тому випадку, якщо на будівлю буде діяти мінімальний тиск, який викликає руйнування стін будівлі. За мінімальний тиск зазвичай приймають МПа.
Висоту завалу можна визначити виходячи з умови рівності об'єму завалу, що утворився

, (5.12)

і об'єму обеліска

, (5.13)

де , , - довжина, ширина і висота будівлі; - об'єм завалу на 100 м3 об'єму будівлі; - висота завалу; - дальність розльоту уламків; , - довжина і ширина завалу:

; (при вибуху всередині будівлі);
; (при вибуху поза будівлею). (5.14)

При розрахунку висоти завалу по формулі (5.13) дальність розльоту уламків для аварій з вибухом рекомендується приймати рівною половині висоти будівлі ( ).
Висота завалу на різних відстанях від будівлі залежить від висоти завалу в межах контуру будівлі і дальності розльоту уламків:

.

Показник у формулі (5.12) при орієнтовних розрахунках рекомендується приймати рівним:
- для промислових будівель =20 м3;
- для житлових будівель =40 м3.
Більш точні значення показників, з урахуванням різних типів і конструктивних рішень будівель, приведені в таблиці 5.1. Ці дані отримані на основі статистичної обробки відповідних показників натурних завалів [6].
На підставі узагальнення розрахунків отримана формула для визначення висоти завалу при оперативному прогнозуванні:

м, (5.15)

де - висота будівлі в м; - об'єм завалу на 100 м3 об'єму будівлі; - показник, що приймається рівним:
- для вибуху поза будівлею =2;
- для вибуху усередині будівлі =2,5.
Таблиця 5.1 - Об'ємно-масові характеристики завалу

Тип будівлі Порожнистість
(), м3 Питомий об'єм
(), м3 Об'ємна вага
(), т/м3
Виробничі будівлі:
одноповерхова легкого типу 40 14 1.5
одноповерхова середнього типу 50 16 1.2
одноповерхова важкого типу 60 20 1
багатоповерхова 40 21 1.5
змішаного типу 45 22 1.4
Житлові будинки безкаркасні:
цегляні 30 36 1.2
дрібноблочні 30 36 1.2
великоблочні 30 36 1.2
великопанельні 40 42 1.1
Житлові будинки каркасні:
із стінами з навісних панелей 40 42 1.1
із стінами з кам'яних матеріалів 40 42 1.1

Примітки: 1. Порожнистість завалу () - об'єм порожнеч на 100 м3 завалу.
2. Питомий об'єм завалу ( ) - об'єм завалу на 100 м3 будівельного
об'єму.
3. Об'ємна вага завалу () - вага в тонах 1 м3 завалу.

ОБ'ЄМНО-МАСОВІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАВАЛІВ
Об'ємно-масові характеристики завалів використовуються для обґрунтування складу транспортної і вантажопідйомної інженерної техніки. До цих характеристик віднесені: питомий об'єм завалу, об'єм завалу від зруйнованої будівлі, об'ємна вага завалу і порожнистість.
Питомий об'єм завалу ( ) – об'єм завалу на 100 м3 - визначається по таблиці 5.1. Цей показник використовується при визначенні висоти завалу і об'єму завалу.
Об'єм завалу від обрушеної будівлі розраховується по формулі (5.12).
Об'ємна вага завалу () – вага в тоннах 1 м3 завалу – визначається по таблиці 5.1. Останні два показники використовуються при плануванні транспортних засобів для розбирання завалів.
Показник порожнистості завалу () – використовується при підготовці пропозицій щодо технології рятувальних робіт, зокрема, при проходці галерей в завалах. Аналіз інформації по руйнуванню будівель показав, що порожнистість завалів промислових будівель може бути майже в два рази більше житлових. Показники порожнистості завалів наведені в таблиці 5.1.

5.1.5. Показники уламків
До показників, що характеризують крупні уламки завалів, віднесені максимальна вага, розміри і структура уламку по складу арматури. Максимальну вагу уламків необхідно знати для підбору вантажопідйомності крана, а їх розміри – для підбору транспортних засобів. Ці показники отримані на основі аналізу проектів виробничих і житлових будівель і можуть бути прийняті для виробничих будівель по таблиці 5.5, для житлових – по таблиці 5.6 [6].
Як видно з таблиць, для виконання рятувальних робіт при розбиранні завалів виробничих будівель може виникнути потреба в кранах вантажопідйомністю понад 30 тонн. При веденні робіт в районах розміщення житлових будинків достатньо мати вантажопідйомні засоби до 4-х тонн.

Таблиця 5.5 - Вага основних конструктивних елементів виробничих будівель і вміст арматури

Тип будівлі Конструктивні елементи і їх розміри, м Вага,
т Вміст арматури, кг
Одноповерхова Н = 3.6 1 80
легкого типу Н = 7.2 4 300
Балки покриття: 1 = 6 3 200
1 = 12 5 300
1 = 18 12 1200
Плити покриття: 6 х 1.5 1 130
6 х 3 2 250
12 х 1.5 3.5 200
12 х 3 7 400
Смугові панелі
зовнішніх стін:
6 х 1.2
2
60
6 х 1.8 3 100
Одноповерхова Колони: Н = 8.4 5 300
середнього типу Н = 10.8 12 600
Ферми покриття: l = 18 8 500
l = 24 20 1500
Одноповерхова Колони: Н = 10.8 10 600
важкого типу Н = 18 20 1500
Ферми покриття: 1 = 24 20 1200
1 = 36 35 2500
Плити покриття: 12 х 3 7 300
Багатоповерхова Колони: Н = 6.2 3 660
Н = 10 5 1200
Н = 14.8 10 1500
Балки перекриттів:
1 = 5
4
400
1 = 9 7 700
Плити перекриттів:
6 х 0.75
0.5
65
6 х 2.5 1 130
Змішаного типу Будівельна система включає елементи багатоповерхової будівлі і будівлі середнього типу

Таблиця 5.6 - Вага основних конструктивних елементів житлових будинків і вміст арматури

Тип будинку Конструктивні елементи Вага,
т Вміст арматури, кг
1 2 3 4
Безкаркасний
Цегляний Максимальна вага уламків стін 1,5 -
Дрібноблочний Максимальна вага уламків стін 1 -
Крупноблочний Максимальна вага уламків стін 2 -
Продовження таблиці 5.6

1 2 3 4
Крупнопанельний Панелі зовнішніх стін 4 140
Каркасний
Із стінами з
навісних панелей Панелі зовнішніх стін 3 100
Із стінами з
кам'яних матеріалів Максимальна вага уламків стін 1 -
Колони: Н = 8 м
перерізом 30 х 30 см (до 5 поверхів) 2 150
Н = 8 м
перерізом 40 х 40 см (5-12 поверхів) 2.5 200
Ригелі каркасу 40 х 45 см 2 150
Плити перекриттів 6 х 1 м 2.5 150

Наведені показники завалів використовуються при оцінці інженерної обстановки в зонах руйнувань, а також при плануванні заходів щодо ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій.

ОБСТАНОВКА ПРИ ВИРОБНИЧИХ АВАРІЯХ З ВИБУХОМ
В результаті руйнування резервуарів, трубопроводів і технологічного устаткування з горючими речовинами існує можливість їх викиду всередину будівлі або на відкритий майданчик з утворенням газопароповітряної суміші (ГППС). Серйозну небезпеку для персоналу, будівель, споруд і технологічного устаткування представляє вибух утвореної ГППС.
Особливо велика ймовірність вибуху ГППС на об'єктах нафтохімічної і хімічної промисловості, де зберігаються і використовуються значні об'єми горючих газів (ГГ) і легкозаймистих рідин (ЛЗР) [6]. В зв'язку з цим, необхідно розглянути механізм вибухового горіння і викласти методику прогнозування параметрів вибухового горіння ГППС.
Перш ніж приступити до викладу основного матеріалу і методик, доцільно уточнити основні поняття і визначення.
Процес горіння із стрімким вивільненням енергії і утворенням при цьому надмірного тиску (більше 5 кПа) називається вибуховим горінням.
Розрізняють два принципово різних режимів вибухового горіння: дефлаграційний і детонаційний.
При дефлаграційному горінні розповсюдження полум'я відбувається зі швидкостями значно нижчими за швидкість звуку, при цьому тиск незначно зростає.
При детонаційному горінні (детонація) розповсюдження полум'я відбувається зі швидкістю, що є близькою до швидкості звуку або перевищує її.
Ініціація (запалення) газоповітряної суміші з утворенням осередку горіння можливо за наступних умов:
- концентрація горючого газу в газоповітряній суміші повинна бути в діапазоні між нижньою і верхньою концентраційними межами розповсюдження полум'я;
- енергія запалення від іскри гарячої поверхні повинна бути не нижче мінімальної. Для більшості вибухових сумішей енергія запалення не перевищує 30 Дж.
Нижня концентраційна межа ( ) розповсюдження полум'я – це така концентрація горючого газу в суміші з окислювальним середовищем, нижче за яку суміш стає нездібною до розповсюдження полум'я.
Верхня концентраційна межа ( ) розповсюдження полум'я – це така концентрація горючого газу в суміші з окислювальним середовищем, вище за яку суміш стає нездібною до розповсюдження полум'я.
Мінімальна енергія ініціації (запалення) ( ) – найменше значення енергії електричного розряду, здатне запалити суміш стехіометричного складу.
Концентрація газу стехіометричного складу ( ) – концентрація горючого газу в суміші з окислювальним середовищем, при якому забезпечується повна без залишку хімічна взаємодія горючого і окислювача суміші.
При згоранні газоповітряної суміші стехіометричного складу утворюються тільки кінцеві продукти реакції горіння і, при цьому, теплота їх згорання не витрачається на нагрівання не згорілих окислювача або горючого, які не утворюються. З цієї причини продукти згорання нагріваються до максимальної температури.
У разі дефлаграційного горіння такої суміші в замкнутому герметичному і теплоізольованому об'ємі утворюються максимальна температура і тиск. Величина максимального тиску є характеристикою відповідної газоповітряної суміші.
Режим дефлаграційного горіння може переходити в режим детонаційного горіння (при швидкому зростанні швидкості розповсюдження полум'я). Такому переходу сприяє турбулізація процесу горіння при зустрічі фронту полум'я з перешкодами. При цьому поверхня фронту полум'я стає нерівною, а товщина полум'я збільшується – все це викликає зростання швидкості розповсюдження полум'я.
У режимі детонаційного горіння навантаження значно зростають. Тому режим детонаційного горіння прийнятий за розрахунковий випадок для прогнозування інженерної обстановки при аваріях з вибухом.
До основних чинників, що впливають на параметри вибуху, відносяться: маса і тип вибухонебезпечної речовини, її параметри і умови зберігання або використання в технологічному процесі, місце виникнення вибуху, об'ємно-планувальні рішення в місці вибуху.
Вибухи на промислових підприємствах і базах зберігання можна розділити на дві групи - у відкритому просторі та у виробничих приміщеннях.
У відкритому просторі на промислових підприємствах і базах зберігання можливі вибухи газоповітряних сумішей (ГПС), що утворюються при руйнуванні резервуарів із стислими і зрідженими під тиском або охолоджуванням (у ізотермічних резервуарах) газами, а також при аварійному розливі легкозаймистих рідин.
У виробничих приміщеннях, разом з вибухом ГПС, можливі також вибухи пилоповітряних сумішей (ППС), що утворюються при роботі технологічних установок.

Вибух газоповітряних сумішей у відкритому просторі
З метою проведення розрахунків з гарантованим запасом по обсягу інженерно-рятувальних робіт, під час обґрунтування початкових даних приймають такий випадок руйнування резервуару, при якому вибух газоповітряної суміші призводить до максимальної вражаючої дії. Цей випадок відповідає руйнуванню того резервуару, в якому зберігається максимальна кількість горючої речовини на даному об'єкті.
Коротко розглянемо моделі дії, що визначають поля вражаючих чинників (тисків) при прогнозуванні наслідків вибухів газоповітряних сумішей.
При вибуху газоповітряних сумішей розрізняють дві зони дії: детонаційної хвилі – в межах хмари ГПС, і повітряної ударної хвилі – за межами хмари ГПС. У зоні хмари діє детонаційна хвиля, надмірний тиск у фронті якої приймається постійним в межах хмари ГПС і приблизно рівним = 17 кгс/см2 (1,7 МПа).
У розрахунках приймають, що зона дії детонаційної хвилі обмежена радіусом , який визначається з припущення, що ГПС після руйнування ємності утворює у відкритому просторі півсферичну хмару.
Об'єм півсферичної хмари може бути визначений по формулі:

, м3.

Враховуючи, що кіломоль ідеального газу за нормальних умов займає 22,4 м3, об'єм утвореної ГПС при аварійній ситуації складе:

, м3,

де - коефіцієнт, що враховує частку активного газу (частку продукту, що бере участь у вибуху); - кількість зріджених вуглеводневих газів у сховищі до вибуху, кг; - стехіометрична концентрація газу в % за об'ємом (таблиця 5.8); - молярна маса газу, кг/кмоль.
Виходячи з умови рівності півсфери і об'єму утвореної суміші, радіус зони дії детонаційної хвилі можна обчислити за наступною формулою:
, м. (5.17)

При підстановці значень для метану і (див. табл. 5.8), отримаємо формулу:

, м, (5.18)

де - кількість метану до вибуху в тоннах.
Дана формула набула широкого поширення при проведенні розрахунків щодо визначення наслідків вибухів для вуглеводневих газів.
Значення коефіцієнта приймають в залежності від способу зберігання продукту:
- для резервуарів з газоподібною речовиною;
- для газів, зріджених під тиском;
- для газів, зріджених охолоджуванням (що зберігаються в ізотермічних ємностях);
- при аварійному розливі легкозаймистих рідин.
Зона дії повітряної ударної хвилі починається відразу за зовнішньою межею хмари ГПС. Тиск у фронті повітряної ударної хвилі залежить від відстані до центру вибуху і визначається по рис. 5.3 або по таблиці 5.7, виходячи із співвідношення:

, (5.19)

де - відстань від центру вибуху до точки, що розглядається.

Таблиця 5.7

r/r0 0 - 1 1,01 1,04 1,08 1,2 1,4 1,8 2,7
Рф, кПа 1700 1232 814 568 400 300 200 100

r/r0 3 4 5 6 8 12 20
Рф, кПа 80 50 40 30 20 10 5

Таблиця 5.7 і рис. 5.3 апроксимують відомі формули [6], що характеризують залежність тиску від відстані до центру вибуху.

Рис. 5.3. Зміни значень (кгс/см2) при вибуху пропанобутанових ГПС залежно від маси зрідженого газу (т) і відстані (м)

Приклад:
1. Визначити і значення на відстані 100 м при розлитті і вибуху ГПС Q=1000 кг. На перетині вертикальної лінії м з горизонтальною Q=1000 кг (1 т) отримаємо точку , що відповідає кгс/см2; м.
2. Визначити значення , при якому об'єкт, що витримує навантаження кгс/см2 і розташований на відстані 60 м від центру вибуху, не буде зруйнований. На перетині вертикальної лінії м з похилою кгс/см2 отримаємо точку , якій відповідає кг.

Приклад розрахунку
Нехай відбувся вибух хмари ГПС, утвореної при руйнуванні резервуару з 106 кг зрідженого пропану.
Початкові дані: кг; ; ; %.
Необхідно визначити тиск повітряної ударної хвилі на відстані м від центру вибуху.
Розрахунок:
1. м.
2. .
3. При по табл. 5.7 кПа (3,5 кгс/см2).

Вибухи газоповітряних і пилоповітряних сумішей у виробничих приміщеннях
Аварії з вибухом виникають, як правило, на пожежовибухонебезпечних об'єктах. До пожежовибухонебезпечних об'єктів відносяться об'єкти, на території або в приміщеннях яких знаходяться (обертаються) горючі гази, легкозаймисті рідини і горючий пил в такій кількості, що можуть утворювати вибухонебезпечні горючі суміші, при горінні яких надлишковий тиск в приміщенні може перевищити 5 кПа.
Наслідки вибуху на пожежовибухонебезпечних підприємствах визначаються залежно від умови розміщення вибухонебезпечних продуктів. Якщо продукти розміщуються поза приміщеннями, то приймається, що аварія розвивається за сценарієм вибуху у відкритому просторі.
Якщо технологічний апарат з вибухонебезпечними продуктами розміщений в будівлях, то аварія розвивається за сценарієм вибуху в замкнутому об'ємі.
Коротко розглянемо моделі дії, що дозволяють визначити поля тисків при прогнозуванні наслідків вибухів у виробничих приміщеннях.
Найбільш типовими аварійними ситуаціями в цьому випадку вважаються:
- руйнування апарату або трубопроводу із змішаними газами або рідинами;
- втрата герметичності трубопроводів (розрив зварного шва, прокладки, відрив штуцера);
- розлив рідин по підлозі приміщення або по рельєфу місцевості;
- утворення або викид горючого пилу.
В цьому випадку газо-, паро-, пилоповітряна суміш займе частково або повністю весь об'єм приміщення. Потім цей об'єм замінюється розрахунковою сферою (у відмінності від півсфери у відкритому просторі), радіус якої визначається з урахуванням об'єму приміщення, типу і маси небезпечної суміші. При прогнозуванні наслідків вважають, що процес в приміщенні розвивається в режимі детонації.

. Вибухи газопароповітряних сумішей
При вибуху газопароповітряних сумішей (ГППС) зону детонаційної хвилі, обмежену радіусом , можна визначити по формулі:

, м, (5.20)

де 1/24 - коефіцієнт, м/кДж1/3; - енергія вибуху суміші, що визначається з наступного виразу:

, кДж, (5.21)

де - об'єм суміші, який дорівнює

, (5.22)

де - об'єм газу в приміщенні; - стехіометрична концентрація горючого по об'єму в % (табл. 5.8); - щільність суміші стехіометричного складу, кг/м3 (табл. 5.8); - енергія вибухового перетворення одиниці маси суміші стехіометричного складу, кДж/кг; - вільний об'єм приміщення, що дорівнює , м3; - об'єм приміщення; при об'єм суміші приймають рівним .
У нормативній літературі по вибухозахисту будівель вибухобезпечних виробництв існують спеціальні методики по визначенню маси і об'єму газу, що розповсюджується в приміщенні при аварійній ситуації. Ці методики передбачають ретельне вивчення технологічного процесу. Для оперативного прогнозування наслідків вибуху у виробничих приміщеннях розрахунки доцільно проводити для випадку, при якому будуть максимальні руйнування, тобто коли вільний об'єм приміщення, де розташовані ємності з газом, буде повністю заповнений вибухонебезпечною сумішшю стехіометричного складу.
Тоді рівняння (5.21) для визначення енергії вибуху можна записати у вигляді:

, кДж. (5.23)

Далі приймається, що за зоною детонаційної хвилі з тиском 17 кгс/см2, діє повітряна ударна хвиля. Тиск у фронті повітряної ударної хвилі визначається з використанням даних таблиці 5.7 або рис. 5.3.

Таблиця 5.8 - Характеристики газопароповітряних сумішей

Речовина, що характеризує суміш Формула речовини, створюючої суміш Характеристики суміші
,
кг/кмоль ,
кг/м3 ,
МДж/кг ,
об. %
Газоповітряні суміші
Аміак CH3 15 1,180 2,370 19,72
Ацетилен C2H2 26 1,278 3,387 7,75
Бутан C4H10 58 1,328 2,776 3,13
Бутилен C4H8 56 1,329 2,892 3,38
Вінілхлорид C2H3Cl 63 1,400 2,483 7,75
Водень H2 2 0,933 3,425 29,59
Дивініл C4H6 54 1,330 2,962 3,68
Метан CH4 16 1,232 2,763 9,45
Окисел вуглецю CO 28 1,280 2,930 29,59
Пропан C3H8 44 1,315 2,801 4,03
Пропілен C3H6 42 3,314 2,922 4,46
Етан C2H6 30 1,250 2,797 5,66
Етилен C2H4 28 1,285 3,010 6,54
Пароповітряні суміші
Ацетон C3H6O 58 1,210 3,112 4,99
Бензин авіаційний 94 1,350 2,973 2,10
Бензол C6H6 78 1,350 2,937 2,84
Гексан C6H14 86 1,340 2,797 2,16
Дихлоретан C2H4Cl2 99 1,49 2,164 6,54
Діетиловий ефір C4H10O 74 1,360 2,840 3,38
Ксилол C6H10 106 1,355 2,830 1,96
Метанол CH4O 32 1,300 2,843 12,30
Пентан C5H12 72 1,340 2,797 2,56
Толуол C7H8 92 1,350 2,843 2,23
Циклогексан C6H12 84 1,340 2,797 2,28
Етанол C2H6O 46 1,340 2,804 6,54

Приклад розрахунку
Нехай відбувся вибух етилено-повітряної суміші при розгерметизації технологічного блоку всередині виробничого приміщення.
Початкові дані: м3; кг/м3; МДж/кг; %.
Необхідно визначити тиск ударної хвилі на відстані 30 м від контуру приміщення при руйнуванні його огороджуючих конструкцій.
Розрахунок:
1. кДж.
2. м.
3. .
4. При по табл. 5.7 кПа (0,93 кгс/см2).

Вибухи пилоповітряних сумішей
При порушенні герметичності технологічних апаратів пил викидається в приміщення, де, разом з пилом, що накопичився, змішується з повітрям, утворюючи пилоповітряну суміш (ППС), здатну горіти. Іскровий розряд приводить до вибухового горіння суміші.
На відміну від газових сумішей утворення вибухонебезпечної хмари пилу в приміщенні може відбуватися в процесі самого горіння. Перед вибухом в більшості випадків трапляються локальні мікровибухи в устаткуванні, резервуарах, і займання в окремих ділянках будівлі, що викликає струшування пилу, який осів на підлозі, стінах та інших будівельних конструкціях і устаткуванні. Це призводить до утворення вибухонебезпечних концентрацій пилу у всьому об'ємі приміщення, вибух якого викликає сильні руйнування.
Вибухове горіння може відбуватися по одному з двох режимів - дефлаграційному або детонаційному.
При оперативному прогнозуванні наслідків приймають, що процес розвивається в детонаційному режимі.
Зону детонаційної хвилі, обмежену радіусом , можна визначити по формулі (5.20), в якій енергія вибуху визначається з виразу:

, кДж, (5.24)

де - питома теплота згорання речовини, що утворила пил, кДж/кг (табл.5.9); - розрахункова маса пилу, кг.
При оперативному прогнозуванні розрахункова маса пилу визначається з урахуванням умови, що вільний об'єм приміщення буде повністю заповнений зваженим дисперсним продуктом, утворюючи при цьому пилоповітряну суміш стехіометричної концентрації:

, кг, (5.25)

де - вільний об'єм приміщення, що дорівнює , м3; - об'єм приміщення, м3; - стехіометрична концентрація пилу, г/м3,

, (5.26)

де – нижня концентраційна межа розповсюдження полум'я (мінімальний вміст пилу в суміші з повітрям, при якому можливий спалах).
Значення для різних речовин знаходиться в наступних межах:
- для неорганічних речовин (сіра, фосфор) г/м3;
- для пластмас г/м3;
- для пестицидів і фарбників г/м3;
- для вовни г/м3.
Значення характеристик деяких аерозолів наведені в таблиці 5.9.

Таблиця 5.9 - Показники вибухових явищ пилу
Речовина , г/м3
, МДж/кг
Полістирол 27,5 39,8
Поліетилен 45,0 47,1
Метилцелюлоза 30,0 11,8
Поліоксадіазол 18,0 18,0
Пігмент зелений (фарбник) 45,0 42,9
Пігмент бордо на поліетилені 39,0 42,9
Нафталін 2,5 39,9
Фталієвий ангідрид 12,6 21,0
Уротропін 15,0 28,1
Адипінова кислота 35,0 19,7
Сіра 2,3 8,2
Алюміній 58,0 30,13

Тиск у фронті повітряної ударної хвилі визначається з використанням даних таблиці 5.7.

Приклад розрахунку
У цеху по переробці поліетилену при розгерметизації технологічного блоку можливе надходження пилу в приміщення.
Початкові дані: м3; г/м3; МДж/кг.
Необхідно визначити тиск ударної хвилі на відстані 30 м від контуру приміщення при руйнуванні його огороджуючих конструкцій.

Розрахунок:
1. г/м3.
2. кг.
3. кДж.
4. м.
5. .
6. При по табл. 5.7 кПа (0,65 кгс/см2).

Вибухи при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу
Розглянемо моделі, що використовуються для визначення параметрів вибуху при аваріях на газопроводах.
Аварії при розгерметизації газопроводів супроводжуються наступними процесами і подіями: виходом газу до спрацьовування відсікаючої арматури (імпульсом на закриття арматури є зниження тиску продукту); закриття відсікаючої арматури; вихід газу з ділянки трубопроводу, відсіченого арматурою.
У місцях пошкодження відбувається вихід газу під високим тиском в навколишнє середовище. На місці руйнування в ґрунті утворюється воронка. Метан піднімається в атмосферу (легший за повітря), а інші гази або їх суміші осідають в приземному шарі. Змішуючись з повітрям гази утворюють хмару вибухонебезпечної суміші.
Статистика показує, що приблизно 80% аварій супроводжується пожежею. Іскри виникають в результаті взаємодії частинок газу з металом і твердими частинками ґрунту. Звичайне горіння може трансформуватися у вибух за рахунок самопришвидшення полум'я при його розповсюдженні по рельєфу і в лісі.
Отже, вибухове горіння при аваріях на газопроводі може відбуватися також по одному з двох режимів - дефлаграційному або детонаційному. При оперативному прогнозуванні приймають, що процес розвивається в детонаційному режимі.
Дальність розповсюдження хмари (рис. 5.4) вибухонебезпечної суміші за напрямом вітру визначається по емпіричній формулі:

, м, (5.27)

де - масова секундна витрата газу, кг/с; 25 - коефіцієнт пропорційності, що має розмірність м3/2/кг1/2; – швидкість вітру, м/с.
Тоді межа зони детонації, обмежена радіусом , в результаті виходу газу внаслідок порушення герметичності газопроводу, може бути визначена по формулі:

, м. (5.28)

Масова секундна витрата газу з газопроводу для критичного режиму виходу, коли основні його параметри (витрата і швидкість виходу) залежать тільки від параметрів розгерметизованого трубопроводу, може бути визначена по формулі:

, кг/с, (5.29)

де  - коефіцієнт, що враховує витрату газу від стану потоку (для звукової швидкості виходу =0,7); - площа отвору виходу, що приймається рівній площі перерізу трубопроводу, м2; - коефіцієнт витрат, що враховує форму отвору ( ), в розрахунках приймається ; - тиск газу в газопроводі, Па; - питомий об'єм газу, що транспортується, при параметрах в газопроводі (визначається по формулі 5.30).

, м3/кг, (5.30)

де - температура газу, що транспортується, К; - питома газова постійна, що визначається за складовими і молярними масами компонентів суміші із співвідношення:

, Дж/(кг К), (5.31)

де 8314 – універсальна газова постійна, Дж/(кмоль К ); - молярна маса компонентів, кг/кмоль; - кількість компонентів газу.
У зоні дії детонаційної хвилі тиск приймається рівним 1,7 МПа. Тиск у фронті повітряної ударної хвилі на різній відстані від газопроводу визначається з використанням даних таблиці 5.7.
При прогнозуванні наслідків аварії на газопроводі зону детонації і зону дії повітряної ударної хвилі приймають з урахуванням напряму вітру. При цьому вважають, що межа зони детонації розповсюджується від трубопроводу за напрямом вітру на відстань (рис. 5.4). У разі завчасного прогнозування, зона детонації визначається у вигляді смуг уздовж всього трубопроводу шириною , розташованих з обох його боків. Це пов'язано з тим, що хмара вибухонебезпечної суміші може розповсюджуватися в будь-яку сторону від трубопроводу, залежно від напряму вітру. За межами зони детонації по обидві сторони від трубопроводу знаходяться зони дії повітряної ударної хвилі. На плані місцевості ці зони також мають вид смугових ділянок уздовж трубопроводу.
Слід зауважити, що на планах місцевості уздовж магістральних нафто- і газопроводів також наносяться зони можливих сильних руйнувань, межі яких визначаються величиною надлишкового тиску 50 кПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.4. Розрахункова схема по визначенню тиску при аварії на газопроводі
- тиск в зоні детонації; - тиск у фронті повітряної ударної хвилі;
- радіус зони детонації; - відстань від розрахункового центру вибуху

При проведенні оперативних розрахунків слід враховувати, що залежно від класу магістрального трубопроводу, робочий тиск газу може складати: для газопроводів високого тиску - 2,5 МПа; середнього тиску - від 1,2 до 2,5 МПа; низького тиску - до 1,2 МПа. Діаметр газопроводу може бути від 150 до 1420 мм.
Температура газу, що транспортується, може бути прийнята в розрахунках = 400С. Склад звичайного газу, за відсутності даних, може бути прийнятий в співвідношенні: метан (СН4) - 90%; Етан (С2Н6) - 4%; пропан (С3Н8) - 2%; Н-бутан (С4Н10) - 2%; ізопентан - (С5Н12) - 2%.

Приклад розрахунку радіусу зони детонації

Початкові дані:
Діаметр трубопроводу м; МПа; = 400С; м/с; .
Розрахунок:
1. Дж/(кг К).
2. м3/кг.
3. кг/с.
4. м.

Вибух конденсованих вибухових речовин
Параметри вибуху конденсованих вибухових речовин (ВР) визначаються залежно від виду ВР, ефективної маси, характеру підстилаючої поверхні і відстані до центру вибуху. Розрахунок проводять в два етапи. Спочатку визначають приведений радіус , а потім надлишковий тиск .
Приведений радіус зони вибуху може бути визначений по формулі:

, м/кг1/3,

де - відстань до центру вибуху ВР, м; - коефіцієнт, що враховує характер підстилаючої поверхні і приймається рівним: для металу - 1; для бетону - 0.95; для ґрунту і дерева - 0.6  0.8; - маса ВР, кг; - коефіцієнт приведення даного виду ВР до тротилу (приймається по таблиці 5.10.).

 

Таблиця 5.10 - Значення коефіцієнта
Вид ВР Тротил Тритонал Гексоген Амонал Порох Тетрил

1 1.53 1.3 0.99 0.66 1.15
Залежно від величини приведеного радіусу надмірний тиск може бути визначений по одній з наступних формул:

, кПа, при ; (5.32)

, кПа, при . (5.32)

Прогнозування обстановки при аваріях з вибухом на пожежовибухонебезпечних об'єктах
Обстановку в зоні руйнувань прийнято оцінювати показниками, які можуть бути розділені на дві групи:
- показники, що безпосередньо характеризують інженерну обстановку;
- показники, що визначають обсяг аварійно-рятувальних робіт і життєзабезпечення населення.
Для прогнозування обстановки на пожежовибухонебезпечних об'єктах рекомендується на план об'єкту нанести зони з радіусами, відповідно, рівними = 100; 50; 30; 20; 10 кПа.
При оперативному прогнозуванні можна виділити чотири зони руйнувань:
- повних руйнувань (  50 кПа);
- сильних руйнувань (30  < 50 кПа);
- середніх руйнувань (20  < 30 кПа);
- слабких руйнувань (10  < 20 кПа).

Показники інженерної обстановки при виробничих аваріях з вибухом

До основних показників інженерної обстановки відносять:
- кількість будівель, що отримали повні, сильні, середні і слабкі руйнування;
- об'єм завалу;
- кількість ділянок, що вимагають зміцнення (обвалення) ушкоджених або зруйнованих конструкцій;
- кількість аварій на комунально-енеретичних мережах (КЕМ);
- довжина завалених проїздів.
Окрім основних показників, при оцінці інженерної обстановки можуть визначатися допоміжні показники, до яких відносяться:
- дальність розльоту уламків від контуру будівлі;
- висота завалу;
- максимальна вага уламків;
- максимальний розмір уламків.
Розглянемо порядок визначення показників, що характеризують інженерну обстановку. Для надзвичайних ситуацій, спричинених вибухами, при оперативному прогнозуванні обстановки прийнято розглядати чотири ступені руйнування будівель - слабкі, середні, сильні і повні (таблиця 5.11).
Кількість будівель, що отримали повні, сильні, середні і слабкі руйнування визначають шляхом зіставлення тиску, який характеризує міцність будівель, і тиску, який характеризує дію вибуху.
У таблиці 5.12 наведені інтервали тиску, що викликає той або інший ступінь руйнування житлових і виробничих будівель при вибухах ВР і горючих сумішей. Дані, наведені в таблиці, являють собою апроксимацію законів певних ступенів руйнування будівель у вигляді ступінчастої функції.

Таблиця 5.11 - Характеристика ступенів руйнування будівель

Ступені
руйнування Характеристика руйнування
1 2
Слабкі Часткове руйнування внутрішніх перегородок, крівлі, дверних і віконних коробок, легких споруд та ін. Основні несучі конструкції зберігаються.
Для повного відновлення потрібний капітальний ремонт.
Середні Руйнування меншої частини несучих конструкцій. Велика частина несучих конструкцій зберігається і лише частково деформується. Може зберігатися частина конструкцій (стін), що захищають, проте при цьому другорядні і несучі конструкції можуть бути частково зруйновані.
Будівля виводиться з ладу, але може бути відновлена.
Сильні Руйнування більшої частини несучих конструкцій. При цьому можуть зберігатися найміцніші елементи будівлі, каркаси, ядра жорсткості, частково стіни і перекриття нижніх поверхів. При сильному руйнуванні утворюється завал.
Відновлення можливе з використанням частин, що збереглися, і конструктивних елементів. В більшості випадків відновлення недоцільне.
Повні Повне обвалення будівлі, від якої можуть зберегтися тільки ушкоджені (або неушкоджені) підвали і незначна частина міцних елементів. При повному руйнуванні утворюється завал.
Будівля відновленню не підлягає.

Таблиця 5.12 - Ступені руйнування будівель від надлишкового тиску при вибухах горючих сумішей

Типи будівель Ступені руйнування і надлишковий тиск, кПа
слабкі середні сильні повні
Цегляні і кам'яні:
малоповерхові
багатоповерхові
8 - 20
8 - 15
20 - 35
15 - 30
35 - 50
30 - 45
50 - 70
45 - 60
Залізобетонні великопанельні:
малоповерхові
багатоповерхові
10 - 30
8 - 25
30 - 45
25 - 40
45 - 70
40 - 60
70 - 90
60 - 80
Залізобетонні монолітні:
багатоповерхові
підвищеної поверховості
25 - 50
25 - 45
50 - 115
45 - 105
115 - 180
105 - 170
180 - 250
170 - 215
Залізобетонні великопанельні
із залізобетонним і металевим каркасом та устаткуванням крана вантажопідйомністю, в тоннах:
до 50
від 50 до 100

 

5 - 30
15 - 45

 

30 - 45
45 - 60

 

45 - 75
60 - 90

 

75 - 120
90 - 135
Будівлі із стінами типу "Сендвіч"
і устаткуванням крана вантажопідйомністю до 20 тонн
10 - 30
30 - 50
50 - 65
65 - 105
Складські приміщення
з металевим каркасом і стінами з листового металу
5 - 10
10 - 20
20 - 35
35 - 45

Вибухи на об'єктах, що містять менше 10 тонн горючих газів, здійснюють вплив на обмеженій площі.
При цьому, в більшості випадків, будівлі повністю не руйнуються. До таких випадків відносяться також вибухи в окремих приміщеннях великих будівель. Оцінку характеру руйнування будівель в цьому випадку можна провести в наступній послідовності:
1. Визначити відстань від передбачуваного місця вибуху до основних елементів будівлі.
2. Обчислити межі зони детонаційної хвилі.
3. Визначити величину надлишкового тиску в місцях розміщення елементів конструкцій.
4. Якщо , то елемент вважається таким, що вийшов з ладу. Значення визначаються по таблиці 5.13.

Таблиця 5.13 - Граничні значення тиску , що викликає різні ступені руйнувань окремих конструктивних елементів будівель

, кПа
Елементи будівлі
0,5 - 3,0 Часткове руйнування скла
3,0 - 7,0 Повне руйнування скла
12 Перегородки, віконні і дверні рами
15 Перекриття
30 Цегляні і блокові стіни
70 Металеві колони
90 Залізобетонні колони

Потім по характеру руйнування окремих елементів будівлі роблять висновок про ступінь руйнування будівлі в цілому. При цьому використовуються відомі описи ступенів руйнування будівлі.
Об'єм завалу повністю зруйнованої будівлі визначають по формулі (5.12).
Об'єм завалу будівлі, що отримала сильну ступінь руйнування, приймають рівним половині від об'єму завалу повністю зруйнованої будівлі.
Кількість ділянок, що вимагають зміцнення (обвалення) пошкоджених або зруйнованих конструкцій, приймають з розрахунку одна ділянка на будівлю, яка отримала сильне руйнування.
Кількість аварій на КЕМ приймають рівним числу зруйнованих введень комунікацій в будівлю (електро-, газо-, тепло- і водопостачання). Крім того, перевіряється можливість руйнування головних елементів комунікацій і ліній постачання. Введення комунікації вважається зруйнованим, якщо будівля отримала повний або сильний ступінь руйнування. За відсутності початкових даних можна прийняти, що кожна будівля має чотири введення комунікацій.
Довжина завалених проїздів оцінюється з урахуванням ширини вулиць і дальності розльоту уламків. За відсутності даних ширина вулиць приймається рівною:
30 м – для магістральних;
18 м – для районних;
10 - 12 м – для проїздів і провулків.
Дальність розльоту уламків зруйнованих будівель визначається для оцінки заваленості під'їздів. Дальність розльоту уламків приймають рівним половині висоти будівлі.
Висота завалу обчислюється для вибору способу проведення рятувальних робіт. Розрахунки висоти завалу проводять по формулі (5.15).
Максимальну вагу і розмір уламків, визначальну вантажопідйомність і виліт стріли кранів може бути прийнятий відповідно до таблиці 5.14.
До основних показників, що впливають на обсяги пошуково-рятувальних робіт і життєзабезпечення населення, відносяться:
- загальна кількість постраждалих людей;
- кількість постраждалих, що опинилися в завалі;
- кількість людей, що опинилися без даху (для житлових районів);
- потреба в тимчасовому житлі;
- пожежна обстановка в зоні руйнувань;
- радіаційна і хімічна обстановка в районі аварії.
Коротко розглянемо рекомендації по прогнозуванню цих показників.
При вибухах на об'єктах люди вражаються безпосередньо повітряною ударною хвилею, осколками скла та уламками будівель, що отримали повні і сильні руйнування, значна частина людей може опинитися в завалах.

Таблиця 5.14 - Максимальна вага і розміри уламків будівель

Тип будівлі Проліт будівлі, м Максимальна вага, т Максимальний розмір, м
Виробниче одноповерхове
легкого типу
6
12
18
3
5
12

Колони до 7,2 т
середнього типу 18
24 8
20 Колони до 10,8 т
важкого типу 24
36 20
35 Колони до 18 т
Виробниче багатоповерхове 6 - 9 10 Колони до 14,8 т
Житлове 6 2,5 Колони до 8 т
Плити - 6

Рекомендації щодо визначення кількості постраждалих в завалах, утворених при вибухах, наведені в роботі [6]. На підставі аналізу матеріалів аварій, що трапилися, основним чинником, який визначає втрати, є ступінь ушкодження будівель. Приймається, що:
- у повністю зруйнованих будівлях є постраждалими 100% людей, що знаходяться в них, при цьому вважають, що всі постраждалі знаходяться в завалах;
- у сильно зруйнованих будівлях є постраждалими до 60% людей, що знаходяться в них, при цьому вважають, що 50% з числа постраждалих можуть опинитися в завалі і можуть бути ураженими уламками, стеклами і тиском в хвилі;
- у будівлях, що отримали середні руйнування, є постраждалими до 10 15% людей, що знаходяться в них.
Тоді максимальна кількість постраждалих людей в будівлях, складе:

, (5.34)

де , , - кількість людей, що знаходяться в будівлях, які отримали, відповідно, повні, сильні і середні руйнування.
Загальну кількість постраждалих людей, розміщених на відкритій місцевості, можна визначити з виразу:

, (5.35)

де - частка людей, які у момент вибуху можуть опинитися в небезпечній зоні поза будівлями (за відсутності даних величина може бути прийнята рівною 0,05); - щільність населення, чол./км2; - площа території об'єкту, де діє повітряна ударна хвиля з тиском ; - ймовірність ушкодження персоналу, що знаходиться в -тій зоні дії ударної хвилі вибуху (таблиця 5.15).
Таблиця 5.15

, кПа
< 13 13 - 35 35 - 65 65 - 120 120 - 400 400

0 0,75 0,35 0,13 0,05 0

Площа обчислюється шляхом почергового віднімання з площі зони ураження з тиском площі зони ураження з тиском .
Загальні втрати людей визначаються шляхом додавання кількості пострадавших в будівлях до кількості постраждалих поза будівлями:

. (5.36)

Незворотні втрати людей на об'єкті складуть

, (5.37)

а санітарні втрати

. (5.38)

Кількість постраждалих, що опинилися в завалах, визначається з виразу:

. (5.39)

Радіуси зон теплового ураження людей, у разі горіння суміші по дефлаграційному режиму, можуть бути визначені з використанням наступних залежностей:

- отримання опіків III ступеня

, м, (5.40)

- отримання опіків II ступеня

, м, (5.41)

де - маса газу в суміші, т.
У останньому випадку втрати людей від руйнування будівель і дії повітряної ударної хвилі не розраховуються.
Число людей, що опинилися без даху, приймається рівним кількості людей, що проживають в будівлях, які отримали середні, сильні і повні руйнування.
Потреба в житловій площі в тимчасових будівлях, будиночках і палаткових городках може бути визначена з розрахунку розміщення:
3 4 людини (або 1 сім'я) в кімнаті збірно-розбірного будиночка, площею 8 10 м2;
4 5 чоловік (або 1 сім'я) в одному табірному наметі;
до 20 чоловік в палатковому гуртожитку УСБ-56 і до 30 ліжок при використанні УСБ-56 для розгортання лікарень і медичних пунктів при двох'ярусному розміщенні хворих.
Радіаційна і хімічна обстановка в районі аварії оцінюється за відповідними відомими методиками. При цьому враховується, що незахищені ємності з СДОР можуть руйнуватися від повітряної ударної хвилі при тиску кПа.
При завчасній оцінці обстановки уздовж траси магістрального газопроводу виділяють, як правило, чотири смугові ділянки, що паралельні газопроводу (з кожного боку). Ці смугові ділянки відповідають характерним зонам руйнувань:
- повних руйнувань (  50 кПа);
- сильних руйнувань (30  < 50 кПа);
- середніх руйнувань (20  < 30 кПа);
- слабких руйнувань (10  < 20 кПа).
Необхідно відзначити, що показники аварійно-рятувальних робіт і життєзабезпечення населення використовуються при визначенні складу сил і засобів, що залучаються для ліквідації наслідків аварій.

Контрольні питання
1.Дайте визначення поняттю “прогноз”?
2. Поясніть та дайте визначення поняттю “прогнозування”?
3. Поясніть, яким чином поділяються методи прогнозування залежно від їх мети?
4. Укажіть, як поділяється прогнозування за періодом випередження.
5. Назвіть основні принципи здійснення прогнозування.
6. Охарактеризуйте наступні принципи прогнозування – принципи "системності" та "наукової обґрунтованості".
7. Охарактеризуйте наступні принципи прогнозування – принципи "цілеспрямованості" та "адекватності".
8. Охарактеризуйте наступні принципи прогнозування – принципи "альтернативності" та "історичності".
9. Назвіть основні завдання прогнозування.
10. Назвіть та охарактеризуйте стадії наукового аналізу прогнозів.
11. Поясніть, що розуміється під методами прогнозування?
12. Поясніть сутність статистичних методів прогнозування.
13. Поясніть сутність методу аналогій та випереджальних методів прогнозування?
14. Розкрийте, у чому полягає сутність формалізованих методів прогнозування?
15. Розкрийте сутність інтуїтивних методів прогнозування.
16. Поясніть сутність інтерполяційних методів прогнозування.
17. Розкрийте сутність екстраполяційних методів прогнозування.
18. Розкрийте сутність методу найменших квадратів.
19. Дайте визначення поняттю "тренд явища".
20. Дайте визначення поняттю "ряди динаміки".
21. Назвіть основні та додаткові показники рядів динаміки.
22. Як отримують систему нормальних рівнянь у методі найменших квадратів?
23. Що являє собою рівняння регресії?
24. Сформулюйте основні задачі регресійного аналізу.
25. Яким чином записується рівняння парної регресії?
26. Дайте визначення коефіцієнту кореляції.
27. Що являє собою класична нормальна лінійна модель множинної регресії?
28. Які процеси покладені в основу математичних моделей прогнозування наслідків надзвичайних ситуацій техногенного і природного характеру?
29. Назвіть основні фактори, що впливають на наслідки надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру?
30. Що таке вражаючий фактор НС?
31. Назвіть основні типи моделей впливу вражаючих факторів НС.
32. Дайте визначення закону руйнування споруд.
33. Назвіть основні типи законів руйнування споруд.
34. Дайте визначення закону ураження людей.
35. Опишіть загальний підхід до визначення математичного очікування об’ємів руйнувань і уражень людей.
36. Основні характеристики хвилі прориву?
37. Основні положення за визначенням параметрів хвилі прориву?
38. Порядок побудови графіка руху хвилі прориву?
39. Основні положення за визначенням показників обстановки з використанням графіка руху хвилі прориву?
40. Основні положення прогнозування паводкової повені?
41. Основні положення розрахунку сил аварійно-рятівних робіт при повенях?
42. Основні положення розрахунку сил аварійно-відновних робіт?
43. Назвіть основні показники, що характеризують землетруси і коротко викладете методи визначення цих показників?
44. З якою метою проводиться класифікація будівель по сейсмостійкості і назвіть класи будівель за сейсмічною шкалою МMSK - 86?
45. Коротко охарактеризуйте ступені руйнування будівель?
46. Перерахуйте основні показники, що характеризують обстановку в районах руйнівних землетрусів?
47. У чому полягає суть методичних підходів при визначенні показників інженерної обстановки в районах руйнівних землетрусів?
48. Назвіть основні показники завалів?
49. Назвіть основні передумови і сили, що враховуються при визначенні дальності розльоту уламків?
50. Назвіть особливості, що враховуються при визначенні параметрів завалів в районах руйнівних землетрусів?
51. У чому полягає суть моделей дії при визначенні параметрів вибуху газоповітряних сумішей у відкритому просторі?
52. Назвіть розрахункові моделі, на основі яких отримані формули для визначення параметрів вибухів газоповітряних сумішей у виробничих приміщеннях?
53. Які особливості мають розрахункові моделі для визначення параметрів вибухів пилоповітряних сумішей в приміщеннях?
54. У чому полягає суть методики визначення зон дії ударної хвилі при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу?
55. Назвіть основні показники, що характеризують інженерну обстановку при аваріях на пожежовибухонебезпечних об'єктах і методичні підходи до їх визначення?

Модуль 1 «Природні та техногенні загрози»

Вариант 1

1. Визначення надзвичайної ситуації.
2. Основні стадії аналізу об’єкта прогнозування.

Задача.

№ з/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18 6,6
3,0
6,5
3,3
0,1
3,6
1,5
5,5
2,4
3,0
4,2
2,7
1,6
2,4
3,3
1,8
2,4
1,6 83,6
6,5
50,4
15,4
29,6
13,3
5,9
27,1
11,2
16,4
32,5
25,4
6,4
12,5
14,3
6,5
22,7
15,8 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 2

1. Визначення надзвичайної події.
2. Основні методичні принципи, які повинні дотримуватися при аналізі об’єкта прогнозування.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18 6,6
3,0
6,5
3,3
0,1
3,6
1,5
5,5
2,4
3,0
4,2
2,7
1,6
2,4
3,3
1,8
2,4
1,6 6,9
18
107,9
16,7
79,6
16,2
5,9
53,1
18,8
35,3
71,9
93,6
10
31,5
36,7
13,8
64,8
30,4 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 3

1. Визначення аварії і катастрофи.
2. Основні тенденції розвитку типових прогнозованих об’єктів.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18 0,9
1,7
0,7
1,7
2,6
1,3
4,1
1,6
6,9
0,4
1,3
1,9
1,9
1,4
0,4
0,8
1,8
0,9 31,3
13,4
4,5
10
20
15
137,1
17,9
165,4
2
6,8
37,1
13,4
9,8
19,5
6,8
27
12,4 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 4

1. Класифікація НС: мета і послідовність.
2. Умови використання прогнозної інформації під час планування. Розв’язок яких задач забезпечує прогнозування в управлінні?

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18 0,9
1,7
0,7
1,7
2,6
1,3
4,1
1,6
6,9
0,4
1,3
1,9
1,9
1,4
0,4
0,8
1,8
0,9 18,9
13,7
18,5
4,8
21,8
5,8
99
20,1
60,6
1,4
8
18,9
13,2
12,6
12,2
3,2
13
6,9 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 5

1. Рівні НС. Критерії для визначення рівня НС.
2. Класифікація об’єктів прогнозування за складністю.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16 13
16,5
17
15
14,2
10,5
23
12
15,6
12,5
11,3
13
21
12
11
11 21,5
27
30
26,2
19
17,5
25,5
17,8
18
17
18
19,6
26
18
17,3
19 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 6

1. Класифікація НС за причинами походження подій, що можуть зумовити виникнення НС на території України (навести приклади).
2. Класифікація об’єктів прогнозування за масштабністю.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16 13
16,5
17
15
14,2
10,5
23
12
15,6
12,5
11,3
13
21
12
11
11 37
60
60
53
35
30,3
43
30
35
32
31
33
53
32,2
31
36 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 7

1. Визначення надзвичайної ситуації.
2. Основні стадії аналізу об’єкта прогнозування.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16 22,5
26
18,5
13,2
25,8
17
18
21
14,5
23
19,5
14,2
13,3
16,1
13,5
16 48
55,5
48
44,1
80
60
50
54,6
43
66
53,5
45
45
50,6
42,5
50,1 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 8

1. Визначення надзвичайної події.
2. Основні методичні принципи, які повинні дотримуватися при аналізі об’єкта прогнозування.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16 22,5
26
18,5
13,2
25,8
17
18
21
14,5
23
19,5
14,2
13,3
16,1
13,5
16 29
35
28
30
51
38
30
32
27
39
29,5
29
30
30,8
28
31 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 9

1. Визначення аварії і катастрофи.
2. Основні тенденції розвитку типових прогнозованих об’єктів.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 5,2
4,41
5,23
6,72
7,14
4,4
3,78
6,83
6,07
6,1
7,1
6,21
3,7
5,55
6,9 7,13
5,41
7,63
10,26
14,62
8,74
5,59
10,21
11,59
9,16
12,5
11,27
7,7
9,38
12,26 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 10

1. Класифікація НС: мета і послідовність.
2. Умови використання прогнозної інформації під час планування. Розв’язок яких задач забезпечує прогнозування в управлінні?

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 5,2
4,41
5,23
6,72
7,14
4,4
3,78
6,83
6,07
6,1
7,1
6,21
3,7
5,55
6,9 149
142
151
165
175
155
144
165
171
161
171
168
150
160
170 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 11

1. Рівні НС. Критерії для визначення рівня НС.
2. Класифікація об’єктів прогнозування за складністю.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 7,13
5,41
7,63
10,26
14,62
8,74
5,59
10,21
11,59
9,16
12,5
11,27
7,7
9,38
12,26 5,2
4,41
5,23
6,72
7,14
4,4
3,78
6,83
6,07
6,1
7,1
6,21
3,7
5,55
6,9 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 12

1. Класифікація НС за причинами походження подій, що можуть зумовити виникнення НС на території України (навести приклади).
2. Класифікація об’єктів прогнозування за масштабністю.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 9,2
14,7
10,3
10
9,9
9,1
9,8
6,4
13
11,8
13,2
11,4
8,1
9
11,1 5,4
10,58
8,68
7,39
3,09
5,14
5,87
4,15
13,18
12,35
13
9,52
4,29
5
7,42 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 13

1. Визначення надзвичайної ситуації.
2. Основні стадії аналізу об’єкта прогнозування.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 24,7
24,9
32,1
37,1
36,9
33,4
31,1
39,3
24,8
20
25,5
26,4
20,3
29,1
27,7 3,84
3,46
3,07
3,01
3,01
3,16
3,3
4,32
2,83
2,56
2,4
3,34
2,23
2,73
2,71 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 14

1. Визначення надзвичайної події.
2. Основні методичні принципи, які повинні дотримуватися при аналізі об’єкта прогнозування.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 10,7
11,3
12,2
12,4
10,9
11,3
11,1
14
6,8
7,1
8,9
4,2
7,4
11,4
4,8 3,74
2,98
3
2,54
2,42
3,05
3
2,89
2,18
2,14
2
1,84
2,03
2,34
1,93 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 15

1. Визначення аварії і катастрофи.
2. Основні тенденції розвитку типових прогнозованих об’єктів.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 2,73
5,41
4,03
4,4
5,53
6,13
2,83
5,51
4,13
4,5
5,71
6,28
3,25
5,61
4,23 25,2
58,2
42,2
46,8
60,5
66,1
26,5
59,9
43,2
47,8
61,8
68,1
32
60,2
44,2 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 16

1. Класифікація НС: мета і послідовність.
2. Умови використання прогнозної інформації під час планування. Розв’язок яких задач забезпечує прогнозування в управлінні?

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 142,2
152,3
154,2
149,9
154,4
149,8
170,1
168,4
193,3
172,7
189,4
187
173,4
187,9
184,2 40
33
37
39
37
41
49
38
55
43
56
47
44
55
54 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 17

1. Рівні НС. Критерії для визначення рівня НС.
2. Класифікація об’єктів прогнозування за складністю.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 4,3
4,15
3
3,42
3,3
3,4
3,42
4,1
3,7
3,5
4
4,45
4,27
3,3
4,5 64
61
47
46
49
54
53
61
57
54
60
67
63
50
67 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 18

1. Класифікація НС за причинами походження подій, що можуть зумовити виникнення НС на території України (навести приклади).
2. Класифікація об’єктів прогнозування за масштабністю.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 149
142
151
165
175
155
144
165
171
161
173
168
150
160
170 5,2
4,41
5,23
6,72
7,14
4,4
3,78
6,83
6,07
6,1
7,1
6,21
3,7
5,55
6,9 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 19

1. Визначення надзвичайної ситуації.
2. Основні стадії аналізу об’єкта прогнозування.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 149
142
151
165
175
155
144
165
171
161
173
168
150
160
170 7,13
5,41
7,63
10,26
14,62
8,74
5,59
10,21
11,59
9,16
12,5
11,27
7,7
9,38
12,26 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Вариант 20

1. Визначення надзвичайної події.
2. Основні методичні принципи, які повинні дотримуватися при аналізі об’єкта прогнозування.

Задача.

№ п/п

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 203
63
45
113
121
88
110
56
80
237
160
75 118
28
17
50
56
102
116
124
114
154
115
98 Необхідно знайти:
а) рівняння лінійної регресії;
б) коефіцієнт кореляції.
Зробити висновок про те, наскільки тісним є зв’язок між пояснюючою змінною та залежною змінною .

Модуль 2 «Теоретичні основи прогнозування надзвичайних ситуацій»
ВАРІАНТ №1

1. Що таке повінь? Класифікація повеней в залежності від причин виникнення.
2. Порядок розрахунку основних параметрів хвилі прориву.

Задача. Дано:
- площа затопленої міської забудови км2;
- тривалість розвідки год.;
- довжина затоплення км;
- чисельність міського населення, що потрапило у район затоплення чол.
Визначити необхідну кількість сил розвідки, сил охорони громадського порядку, сил безпосереднього порятунку міського населення, сил надання першої медичної допомоги.
Визначити наведені вище показники враховуючи те, що у район затоплення потрапило 10 населених пунктів сільської місцевості.

ВАРІАНТ №2

1. Що таке паводкова повінь? Класифікація повеней за їх масштабами.
2. Які вихідні дані необхідно підготувати для розрахунку основних параметрів хвилі прориву?

Задача. Дано:
- кількість видів плавзасобів для евакуації населення ;
- кількість населення, що евакуюється -м видом плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- місткість -го виду плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- довжина маршруту евакуації м;
- швидкість руху -го виду плавзасобів: км/год.; км/год.; км/год.;
- час, необхідний на завантаження та вивантаження -го виду плавзасобів: хв.; хв.; хв.;
- тривалість евакуації годин;
- швидкість водного потоку м/с.
Визначити потрібну кількість плавзасобів для евакуації населення з району затоплення (з пунктів збору потерпілих).
ВАРІАНТ №3

1. Перелік сил та засобів, розрахунок яких здійснюється для проведення аварійно-рятувальних робіт при повенях.
2. Що таке хвиля прориву? Основні параметри хвилі прориву.

Задача. Дано:
- глибина водосховища перед греблею м;
- площа дзеркала водосховища м2;
- глибина річки нижче греблі м;
- ширина водосховища перед греблею м;
- параметр, що характеризує форму русла ріки ;
- довжина 1-ї ділянки ріки км;
- швидкість руху хвилі прориву на 1-й ділянці ріки км/год.;
- довжина 2-ї ділянки ріки км;
- швидкість руху хвилі прориву на 2-й ділянці ріки км/год.
Визначити висоту хвилі прориву, час проходження хвилі прориву через створ зруйнованої греблі, час досягнення хвилею прориву 1-го створу та час досягнення хвилею прориву 2-го створу річки.

ВАРІАНТ №4

1. Які необхідно підготувати дані для розрахунку сил та засобів проведення аварійно-рятувальних робіт при повенях?
2. Що таке катастрофічне затоплення? Основні вражаючі фактори катастрофічного затоплення. Перелік основних гідротехнічних споруд, аварії на яких призводять до катастрофічного затоплення.

Задача. Дано:
- площа затопленої міської забудови км2;
- тривалість розвідки год.;
- довжина затоплення км;
- чисельність міського населення, що потрапило у район затоплення чол.
Визначити необхідну кількість сил розвідки, сил охорони громадського порядку, сил безпосереднього порятунку міського населення, сил надання першої медичної допомоги.
Визначити наведені вище показники враховуючи те, що у район затоплення потрапило 12 населених пунктів сільської місцевості.

ВАРІАНТ №5
1. Порядок визначення основних характеристик процесу руху і трансформації селевого потоку.
2. Основні показники інженерної обстановки в районах руйнівних землетрусів. Визначення кількості будівель, що отримали j-ту ступінь руйнувань. Площа зруйнованої частини міста.
Задача. Дано:
- кількість видів плавзасобів для евакуації населення ;
- кількість населення, що евакуюється -м видом плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- місткість -го виду плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- довжина маршруту евакуації м;
- швидкість руху -го виду плавзасобів: км/год.; км/год.; км/год.;
- час, необхідний на завантаження та вивантаження -го виду плавзасобів: хв.; хв.; хв.;
- тривалість евакуації годин;
- швидкість водного потоку м/с.
Визначити потрібну кількість плавзасобів для евакуації населення з району затоплення (з пунктів збору потерпілих).

ВАРІАНТ №6
1. Що таке повінь? Класифікація повеней в залежності від причин виникнення.
2. Інтенсивність землетрусу. Магнітуда. Формула макросейсмічного поля землі.
Задача. Дано: - глибина водосховища перед греблею м;
- площа дзеркала водосховища м2;
- глибина річки нижче греблі м;
- ширина водосховища перед греблею м;
- параметр, що характеризує форму русла ріки ;
- довжина 1-ї ділянки ріки км;
- швидкість руху хвилі прориву на 1-й ділянці ріки км/год.;
- довжина 2-ї ділянки ріки км;
- швидкість руху хвилі прориву на 2-й ділянці ріки км/год.
Визначити висоту хвилі прориву, час проходження хвилі прориву через створ зруйнованої греблі, час досягнення хвилею прориву 1-го створу та час досягнення хвилею прориву 2-го створу річки.

ВАРІАНТ №7

1. Що таке повінь? Класифікація повеней в залежності від причин виникнення.
2. Порядок розрахунку основних параметрів хвилі прориву.

Задача. Дано:
- площа затопленої міської забудови км2;
- тривалість розвідки год.;
- довжина затоплення км;
- чисельність міського населення, що потрапило у район затоплення чол.
Визначити необхідну кількість сил розвідки, сил охорони громадського порядку, сил безпосереднього порятунку міського населення, сил надання першої медичної допомоги.
Визначити наведені вище показники враховуючи те, що у район затоплення потрапило 16 населених пунктів сільської місцевості.

ВАРІАНТ №8

1. Що таке паводкова повінь? Класифікація повеней за їх масштабами.
2. Які вихідні дані необхідно підготувати для розрахунку основних параметрів хвилі прориву?

Задача. Дано:
- кількість видів плавзасобів для евакуації населення ;
- кількість населення, що евакуюється -м видом плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- місткість -го виду плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- довжина маршруту евакуації м;
- швидкість руху -го виду плавзасобів: км/год.; км/год.; км/год.;
- час, необхідний на завантаження та вивантаження -го виду плавзасобів: хв.; хв.; хв.;
- тривалість евакуації годин;
- швидкість водного потоку м/с.
Визначити потрібну кількість плавзасобів для евакуації населення з району затоплення (з пунктів збору потерпілих).

ВАРІАНТ №9

1. Перелік сил та засобів, розрахунок яких здійснюється для проведення аварійно-рятувальних робіт при повенях.
2. Що таке хвиля прориву? Основні параметри хвилі прориву.

Задача. Дано:
- глибина водосховища перед греблею м;
- площа дзеркала водосховища м2;
- глибина річки нижче греблі м;
- ширина водосховища перед греблею м;
- параметр, що характеризує форму русла ріки ;
- довжина 1-ї ділянки ріки км;
- швидкість руху хвилі прориву на 1-й ділянці ріки км/год.;
- довжина 2-ї ділянки ріки км;
- швидкість руху хвилі прориву на 2-й ділянці ріки км/год.
Визначити висоту хвилі прориву, час проходження хвилі прориву через створ зруйнованої греблі, час досягнення хвилею прориву 1-го створу та час досягнення хвилею прориву 2-го створу річки.

ВАРІАНТ №10

1. Які необхідно підготувати дані для розрахунку сил та засобів проведення аварійно-рятувальних робіт при повенях?
2. Що таке катастрофічне затоплення? Основні вражаючі фактори катастрофічного затоплення. Перелік основних гідротехнічних споруд, аварії на яких призводять до катастрофічного затоплення.

Задача. Дано:
- площа затопленої міської забудови км2;
- тривалість розвідки год.;
- довжина затоплення км;
- чисельність міського населення, що потрапило у район затоплення чол.
Визначити необхідну кількість сил розвідки, сил охорони громадського порядку, сил безпосереднього порятунку міського населення, сил надання першої медичної допомоги.
Визначити наведені вище показники враховуючи те, що у район затоплення потрапило 8 населених пунктів сільської місцевості.

ВАРІАНТ №11
1. Порядок визначення основних характеристик процесу руху і трансформації селевого потоку.
2. Основні показники інженерної обстановки в районах руйнівних землетрусів. Визначення кількості будівель, що отримали j-ту ступінь руйнувань. Площа зруйнованої частини міста.
Задача. Дано:
- кількість видів плавзасобів для евакуації населення ;
- кількість населення, що евакуюється -м видом плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- місткість -го виду плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- довжина маршруту евакуації м;
- швидкість руху -го виду плавзасобів: км/год.; км/год.; км/год.;
- час, необхідний на завантаження та вивантаження -го виду плавзасобів: хв.; хв.; хв.;
- тривалість евакуації годин;
- швидкість водного потоку м/с.
Визначити потрібну кількість плавзасобів для евакуації населення з району затоплення (з пунктів збору потерпілих).

ВАРІАНТ №12
1. Що таке повінь? Класифікація повеней в залежності від причин виникнення.
2. Інтенсивність землетрусу. Магнітуда. Формула макросейсмічного поля землі.
Задача. Дано: - глибина водосховища перед греблею м;
- площа дзеркала водосховища м2;
- глибина річки нижче греблі м;
- ширина водосховища перед греблею м;
- параметр, що характеризує форму русла ріки ;
- довжина 1-ї ділянки ріки км;
- швидкість руху хвилі прориву на 1-й ділянці ріки км/год.;
- довжина 2-ї ділянки ріки км;
- швидкість руху хвилі прориву на 2-й ділянці ріки км/год.
Визначити висоту хвилі прориву, час проходження хвилі прориву через створ зруйнованої греблі, час досягнення хвилею прориву 1-го створу та час досягнення хвилею прориву 2-го створу річки.

ВАРІАНТ №13

1. Що таке повінь? Класифікація повеней в залежності від причин виникнення.
2. Порядок розрахунку основних параметрів хвилі прориву.

Задача. Дано:
- площа затопленої міської забудови км2;
- тривалість розвідки год.;
- довжина затоплення км;
- чисельність міського населення, що потрапило у район затоплення чол.
Визначити необхідну кількість сил розвідки, сил охорони громадського порядку, сил безпосереднього порятунку міського населення, сил надання першої медичної допомоги.
Визначити наведені вище показники враховуючи те, що у район затоплення потрапило 18 населених пунктів сільської місцевості.

ВАРІАНТ №14

1. Що таке паводкова повінь? Класифікація повеней за їх масштабами.
2. Які вихідні дані необхідно підготувати для розрахунку основних параметрів хвилі прориву?

Задача. Дано:
- кількість видів плавзасобів для евакуації населення ;
- кількість населення, що евакуюється -м видом плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- місткість -го виду плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- довжина маршруту евакуації м;
- швидкість руху -го виду плавзасобів: км/год.; км/год.; км/год.;
- час, необхідний на завантаження та вивантаження -го виду плавзасобів: хв.; хв.; хв.;
- тривалість евакуації годин;
- швидкість водного потоку м/с.
Визначити потрібну кількість плавзасобів для евакуації населення з району затоплення (з пунктів збору потерпілих).

ВАРІАНТ №15

1. Перелік сил та засобів, розрахунок яких здійснюється для проведення аварійно-рятувальних робіт при повенях.
2. Що таке хвиля прориву? Основні параметри хвилі прориву.

Задача. Дано:
- глибина водосховища перед греблею м;
- площа дзеркала водосховища м2;
- глибина річки нижче греблі м;
- ширина водосховища перед греблею м;
- параметр, що характеризує форму русла ріки ;
- довжина 1-ї ділянки ріки км;
- швидкість руху хвилі прориву на 1-й ділянці ріки км/год.;
- довжина 2-ї ділянки ріки км;
- швидкість руху хвилі прориву на 2-й ділянці ріки км/год.
Визначити висоту хвилі прориву, час проходження хвилі прориву через створ зруйнованої греблі, час досягнення хвилею прориву 1-го створу та час досягнення хвилею прориву 2-го створу річки.

ВАРІАНТ №16

1. Які необхідно підготувати дані для розрахунку сил та засобів проведення аварійно-рятувальних робіт при повенях?
2. Що таке катастрофічне затоплення? Основні вражаючі фактори катастрофічного затоплення. Перелік основних гідротехнічних споруд, аварії на яких призводять до катастрофічного затоплення.

Задача. Дано:
- площа затопленої міської забудови км2;
- тривалість розвідки год.;
- довжина затоплення км;
- чисельність міського населення, що потрапило у район затоплення чол.
Визначити необхідну кількість сил розвідки, сил охорони громадського порядку, сил безпосереднього порятунку міського населення, сил надання першої медичної допомоги.
Визначити наведені вище показники враховуючи те, що у район затоплення потрапило 14 населених пунктів сільської місцевості.

ВАРІАНТ №17
1. Порядок визначення основних характеристик процесу руху і трансформації селевого потоку.
2. Основні показники інженерної обстановки в районах руйнівних землетрусів. Визначення кількості будівель, що отримали j-ту ступінь руйнувань. Площа зруйнованої частини міста.
Задача. Дано:
- кількість видів плавзасобів для евакуації населення ;
- кількість населення, що евакуюється -м видом плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- місткість -го виду плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- довжина маршруту евакуації м;
- швидкість руху -го виду плавзасобів: км/год.; км/год.; км/год.;
- час, необхідний на завантаження та вивантаження -го виду плавзасобів: хв.; хв.; хв.;
- тривалість евакуації годин;
- швидкість водного потоку м/с.
Визначити потрібну кількість плавзасобів для евакуації населення з району затоплення (з пунктів збору потерпілих).

ВАРІАНТ №18
1. Що таке повінь? Класифікація повеней в залежності від причин виникнення.
2. Інтенсивність землетрусу. Магнітуда. Формула макросейсмічного поля землі.
Задача. Дано: - глибина водосховища перед греблею м;
- площа дзеркала водосховища м2;
- глибина річки нижче греблі м;
- ширина водосховища перед греблею м;
- параметр, що характеризує форму русла ріки ;
- довжина 1-ї ділянки ріки км;
- швидкість руху хвилі прориву на 1-й ділянці ріки км/год.;
- довжина 2-ї ділянки ріки км;
- швидкість руху хвилі прориву на 2-й ділянці ріки км/год.
Визначити висоту хвилі прориву, час проходження хвилі прориву через створ зруйнованої греблі, час досягнення хвилею прориву 1-го створу та час досягнення хвилею прориву 2-го створу річки.

ВАРІАНТ №19

1. Що таке повінь? Класифікація повеней в залежності від причин виникнення.
2. Порядок розрахунку основних параметрів хвилі прориву.

Задача. Дано:
- площа затопленої міської забудови км2;
- тривалість розвідки год.;
- довжина затоплення км;
- чисельність міського населення, що потрапило у район затоплення чол.
Визначити необхідну кількість сил розвідки, сил охорони громадського порядку, сил безпосереднього порятунку міського населення, сил надання першої медичної допомоги.
Визначити наведені вище показники враховуючи те, що у район затоплення потрапило 11 населених пунктів сільської місцевості.

ВАРІАНТ №20

1. Що таке паводкова повінь? Класифікація повеней за їх масштабами.
2. Які вихідні дані необхідно підготувати для розрахунку основних параметрів хвилі прориву?

Задача. Дано:
- кількість видів плавзасобів для евакуації населення ;
- кількість населення, що евакуюється -м видом плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- місткість -го виду плавзасобів: чол.; чол.; чол.;
- довжина маршруту евакуації м;
- швидкість руху -го виду плавзасобів: км/год.; км/год.; км/год.;
- час, необхідний на завантаження та вивантаження -го виду плавзасобів: хв.; хв.; хв.;
- тривалість евакуації годин;
- швидкість водного потоку м/с.
Визначити потрібну кількість плавзасобів для евакуації населення з району затоплення (з пунктів збору потерпілих).

Модуль 3 «Прогнозування надзвичайних ситуацій техногенного характеру»

ВАРІАНТ №1

Задача 1. Відбувся вибух хмари газоповітряної суміші, що утворилася при руйнуванні резервуару з 2*106 кг зрідженого метану.
Визначити тиск ударної хвилі на відстані r=300 м від центру вибуху.

Задача 2. Відбувся вибух метаноло-повітряної суміші при розгерметизації технологічного блоку всередині виробничого приміщення (об’єм приміщення - 1200 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 25 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

ВАРІАНТ №2

Задача 1. В цеху з переробки полістиролу при розгерметизації технологічного блоку можливе надходження пилу у приміщення (об’єм приміщення - 4900 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 20 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

Задача 2. Відбувся вибух хмари газоповітряної суміші, що утворилася при руйнуванні резервуару з 0,5*106 кг пропілену.
Визначити тиск ударної хвилі на відстані r=350 м від центру вибуху.

ВАРІАНТ №3

Задача 1. Відбувся вибух хмари газоповітряної суміші, що утворилася при руйнуванні резервуару з 3*106 кг зрідженого бутану.
Визначити тиск ударної хвилі на відстані r=400 м від центру вибуху.

Задача 2. Визначити значення радіусу зони детонації при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу. Вихідні дані:
- діаметр газопроводу – 0,8 м;
- температура транспортує мого газу - 450С;
- тиск – 2,0 МПа;
- швидкість вітру – 1,5 м/с.
Склад газу: метан - 90 %; етан - 4 %; пропан - 2 %; бутан - 2 %; ізопентан - 2 %.

ВАРІАНТ №4

Задача 1. Відбувся вибух бензоло-повітряної суміші при розгерметизації технологічного блоку всередині виробничого приміщення (об’єм приміщення - 1310 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 20 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

Задача 2. В цеху з переробки метилцелюлози при розгерметизації технологічного блоку можливе надходження пилу у приміщення (об’єм приміщення - 4700 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 25 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

ВАРІАНТ №5

Задача 1. Визначити значення радіусу зони детонації при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу. Вихідні дані:
- діаметр газопроводу – 0,7 м;
- температура транспортує мого газу - 400С;
- тиск – 2,5 МПа;
- швидкість вітру – 2 м/с.
Склад газу: метан - 90 %; етан - 4 %; пропан - 2 %; бутан - 2 %; ізопентан - 2 %.

Задача 2. Відбувся вибух етаноло-повітряної суміші при розгерметизації технологічного блоку всередині виробничого приміщення (об’єм приміщення - 1350 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 35 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

ВАРІАНТ №6

Задача 1. В цеху з переробки поліоксадиазолу при розгерметизації технологічного блоку можливе надходження пилу у приміщення (об’єм приміщення - 4650 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 30 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

Задача 2. Визначити значення радіусу зони детонації при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу. Вихідні дані:
- діаметр газопроводу – 0,95 м;
- температура транспортує мого газу - 420С;
- тиск – 0,8 МПа;
- швидкість вітру – 2,5 м/с.
Склад газу: метан - 90 %; етан - 4 %; пропан - 2 %; бутан - 2 %; ізопентан - 2 %.

ВАРІАНТ №7

Задача 1. Відбувся вибух хмари газоповітряної суміші, що утворилася при руйнуванні резервуару з 1,5*106 кг скрапленого етану.
Визначити тиск ударної хвилі на відстані r=250 м від центру вибуху.

Задача 2. Відбувся вибух пентано-повітряної суміші при розгерметизації технологічного блоку всередині виробничого приміщення (об’єм приміщення - 1400 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 25 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

ВАРІАНТ №8

Задача 1. В цеху з переробки нафталіну при розгерметизації технологічного блоку можливе надходження пилу у приміщення (об’єм приміщення - 4850 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 20 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

Задача 2. Відбувся вибух хмари газоповітряної суміші, що утворилася при руйнуванні резервуару з 106 кг вінілхлориду.
Визначити тиск ударної хвилі на відстані r=450 м від центру вибуху.

 

ВАРІАНТ №9

Задача 1. Визначити значення радіусу зони детонації при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу. Вихідні дані:
- діаметр газопроводу – 0,9 м;
- температура транспортує мого газу - 490С;
- тиск – 1,2 МПа;
- швидкість вітру – 1,7 м/с.
Склад газу: метан - 90 %; етан - 4 %; пропан - 2 %; бутан - 2 %; ізопентан - 2 %.

Задача 2. Відбувся вибух хмари газоповітряної суміші, що утворилася при руйнуванні резервуару з 106 кг вінілхлориду.
Визначити тиск ударної хвилі на відстані r=450 м від центру вибуху.

ВАРІАНТ №10

Задача 1. Відбувся вибух толуоло-повітряної суміші при розгерметизації технологічного блоку всередині виробничого приміщення (об’єм приміщення - 1250 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 30 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

Задача 2. В цеху з переробки пігменту зеленого при розгерметизації технологічного блоку можливе надходження пилу у приміщення (об’єм приміщення - 4750 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 35 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

ВАРІАНТ №11

Задача 1. Відбувся вибух циклогексано-повітряної суміші при розгерметизації технологічного блоку всередині виробничого приміщення (об’єм приміщення - 1280 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 20 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

Задача 2. Визначити значення радіусу зони детонації при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу. Вихідні дані:
- діаметр газопроводу – 1,1 м;
- температура транспортує мого газу - 410С;
- тиск – 2,2 МПа;
- швидкість вітру – 1,0 м/с.
Склад газу: метан - 90 %; етан - 4 %; пропан - 2 %; бутан - 2 %; ізопентан - 2 %.
ВАРІАНТ №12

Задача 1. Визначити значення радіусу зони детонації при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу. Вихідні дані:
- діаметр газопроводу – 1,0 м;
- температура транспортує мого газу - 400С;
- тиск – 1,4 МПа;
- швидкість вітру – 1,8 м/с.
Склад газу: метан - 90 %; етан - 4 %; пропан - 2 %; бутан - 2 %; ізопентан - 2 %.

Задача 2. В цеху з переробки фталієвого ангідриду при розгерметизації технологічного блоку можливе надходження пилу у приміщення (об’єм приміщення - 5000 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 25 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

ВАРІАНТ №13

Задача 1. Відбувся вибух хмари газоповітряної суміші, що утворилася при руйнуванні резервуару з 2,5*106 кг водню.
Визначити тиск ударної хвилі на відстані r=500 м від центру вибуху.

Задача 2. Відбувся вибух ксилоло-повітряної суміші при розгерметизації технологічного блоку всередині виробничого приміщення (об’єм приміщення - 1230 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 35 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

ВАРІАНТ №14

Задача 1. В цеху з переробки уротропіну при розгерметизації технологічного блоку можливе надходження пилу у приміщення (об’єм приміщення - 4950 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 30 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

Задача 2. Відбувся вибух хмари газоповітряної суміші, що утворилася при руйнуванні резервуару з 1,2*106 кг аміаку.
Визначити тиск ударної хвилі на відстані r=320 м від центру вибуху.

ВАРІАНТ №15

Задача 1. Відбувся вибух хмари газоповітряної суміші, що утворилася при руйнуванні резервуару з 1,7*106 кг дивінілу.
Визначити тиск ударної хвилі на відстані r=440 м від центру вибуху.

Задача 2. Визначити значення радіусу зони детонації при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу. Вихідні дані:
- діаметр газопроводу – 1,25 м;
- температура транспортує мого газу - 430С;
- тиск – 2,3 МПа;
- швидкість вітру – 2,4 м/с.
Склад газу: метан - 90 %; етан - 4 %; пропан - 2 %; бутан - 2 %; ізопентан - 2 %.

ВАРІАНТ №16

Задача 1. Відбувся вибух дихлоретано-повітряної суміші при розгерметизації технологічного блоку всередині виробничого приміщення (об’єм приміщення - 1360 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 30 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

Задача 2. В цеху з переробки адипінової кислоти при розгерметизації технологічного блоку можливе надходження пилу у приміщення (об’єм приміщення - 5050 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 35 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

ВАРІАНТ №17

Задача 1. Визначити значення радіусу зони детонації при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу. Вихідні дані:
- діаметр газопроводу – 1,2 м;
- температура транспортує мого газу - 440С;
- тиск – 1,7 МПа;
- швидкість вітру – 2,1 м/с.
Склад газу: метан - 90 %; етан - 4 %; пропан - 2 %; бутан - 2 %; ізопентан - 2 %.

Задача 2. Відбувся вибух ацетоно-повітряної суміші при розгерметизації технологічного блоку всередині виробничого приміщення (об’єм приміщення - 1420 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 25 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.
ВАРІАНТ №18

Задача 1. В цеху з переробки сірки при розгерметизації технологічного блоку можливе надходження пилу у приміщення (об’єм приміщення - 4550 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 20 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

Задача 2. Визначити значення радіусу зони детонації при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу. Вихідні дані:
- діаметр газопроводу – 1,42 м;
- температура транспортує мого газу - 480С;
- тиск – 2,5 МПа;
- швидкість вітру – 1,4 м/с.
Склад газу: метан - 90 %; етан - 4 %; пропан - 2 %; бутан - 2 %; ізопентан - 2 %.

ВАРІАНТ №19

Задача 1. Визначити значення радіусу зони детонації при аварійній розгерметизації магістрального газопроводу. Вихідні дані:
- діаметр газопроводу – 1,3 м;
- температура транспортує мого газу - 470С;
- тиск – 1,9 МПа;
- швидкість вітру – 1,1 м/с.
Склад газу: метан - 90 %; етан - 4 %; пропан - 2 %; бутан - 2 %; ізопентан - 2 %.

Задача 2. Відбувся вибух хмари газоповітряної суміші, що утворилася при руйнуванні резервуару з 2,2*106 кг етилену.
Визначити тиск ударної хвилі на відстані r=370 м від центру вибуху.

ВАРІАНТ №20

Задача 1. Відбувся вибух гексано-повітряної суміші при розгерметизації технологічного блоку всередині виробничого приміщення (об’єм приміщення - 1370 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 20 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

Задача 2. В цеху з переробки алюмінію при розгерметизації технологічного блоку можливе надходження пилу у приміщення (об’єм приміщення - 4880 м3).
Визначити тиск ударної хвилі на відстані 25 м від контуру приміщення при руйнуванні огороджуючих конструкцій.

Рекомендована література
1. Постанова Кабінету Міністрів України від 26.06.2001 р. № 874 “Про удосконалення системи підготовки, перепідготовки та підвищення кваліфікації керівних кадрів і фахівців у сфері цивільного захисту”.
2. Закон Україні про використання ядерної енергії та радіаційну безпеку. м. Київ, 1995 рік. N 39/95-ВР.
3. Закон України «Про об'єкти підвищеної небезпеки» 18.01.2001 р, N 2245-III.
4. Закон України від 8. 06. 2000 р. N 1809-III “Про захист населення і територій від надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру”.
5. Закону України від 17.12.93 р. N 3745-ХІІ “Про пожежну безпеку“.
6. Закон України "Про страхування" (Відомості Верховної Ради України), 1996 р., N 18.
7. Постанова КМ України "Про єдину державну систему запобігання і реагування на надзвичайні ситуації техногенного та природного характеру". від 3.08.98 № 1198.
8. Закон України "Про ліцензування певних видів господарської діяльності".
9. Закон України “Про Цивільну оборону” від 03.02.93 N 2974-XII ( Із змінами, внесеними згідно із Законами N 555-XIV від 24.03.99, №2470-ІІІ від 29.05.01 ).
10. Закон України "Про державний матеріальний резерв" від 24.01.97 N 51/97-ВР (Із змінами і доповненнями, внесеними Законами України від 18.11.97 N 642/97-ВР, від 16.07.99 N988-XIV, від 11.05. 2000 N 1709-III, від 16.02.98 N 174.
11. Типове положення про територіальну підсистему єдиної державної системи запобігання і реагування на надзвичайні ситуації техногенного та природного характеру. Затверджено наказом МНС N 387 від 21 грудня 1998 р.
12. Закон України "Про стандартизацію" від 17.05. 2001 N 2408-III.
13. Закон України "Про правовий режим надзвичайного стану" від 16.03. 2000 N 1550-III від 12.04. 2000 N 638, від 27.07. 2001 N 920 від 5.09. 2000 N 1386.
14. Закон України "Про зону надзвичайної екологічної ситуації" від 13.07. 2000 N08-III.
15. ДСТУ 3891-99 Безпека у надзвичайних ситуаціях. Терміни та визначення основних понять.
16. ДСТУ 2156-93 Безпечність промислових підприємств. Терміни та визначення.
17. ДСТУ 2293-99 Охорона праці. Терміни та визначення основних понять.
18. Методика визначення ризиків та їх прийнятних рівнів для декларування безпеки об’єктів підвищеної небезпеки. Затверджена наказом Мінпраці № 637 на вимогу постанови Кабінету Міністрів №956 від 11.07.02 , “Основи”, Київ, 2003.
19. Постанова Кабінету Міністрів №956 від 11.07.02 «Про ідентифікацію та декларування безпеки об'єктів підвищеної небезпеки».
20. Постанова Кабінету Міністрів України від 11 червня 2003 р. N 351-р “Про схвалення Концепції Державної програми забезпечення технологічної безпеки в основних галузях економіки”.
21. Проект “Основні засади державної політики у сфери безпечної життєдіяльності населення до 2011 року”. Національна рада з питань безпечної життєдіяльності населення. (лист МНС від 25.04.03 № 02-5049/166)
22. Комарницький В.М. Правове регулювання відносин щодо надзвичайних екологічних ситуацій в Україні. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата юридичних наук Спеціальність 12.00.06 – земельне право; аграрне право; екологічне право; природноресурсове право.
23. Бегун В.В., Горбунов О.В., Каденко И.Н. и др. Вероятностный анализ безопасности атомных станций. Киев. 2000 г.
24. Бестужев-Лада И.В., Саркисян С.А.. Минав Э.С. и др. Рабочая книга по прогнозированию.- М.: Мысль, 1982. – 426 с.
25. Природні та техногенні загрози, оцінювання небезпек:навч.посіб. / В.А.Андронов, А.С.Рогозін, О.М.Соболь, Р.І.Шевченко. – Х.: НУЦЗУ, 2011. – 264 с.
26. Михайлюк ОП., Олійник В.В., Михайлюк А.О. Ідентифікація об’єктів підвищеної безпеки: Навчально-методичний посібник. – Х.: УЦЗУ, 2007. – 190 с.
27. Шоботов В.М. Цивільна оборона: Начальний посібник: Вид., 2-ге, перероб. – К.: Центр навчальной літератури, 2006. – 438 с.
28. Захист населення і територій від надзвичайних ситуацій. Т.8. Організація інженерного забезпечення заходів та сил цивільного захисту щодо ліквідації надзвичайних ситуацій та її наслідків. – К.: КІМ, 2011. – 392 с.