ВАК 05.17.00 Химическая технология
ВАК 05.23.00 Строительство и архитектура
УДК 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
В России вопросу гидрометеорологической безопасности придается исключительное значение. Можно взять любое направление в отрасли и увидеть, что везде большую роль играет климатический погодный фактор. Роль экстремальных природных явлений в оценке риска эксплуатации морских терминалов нельзя не учитывать, так как частота и последствия бедствий, вызываемых экстремальными природными явлениями, резко увеличились за последнее столетие. В то же время увеличивается и воздействие бедствий, вызываемых техногенными угрозами. Такие события могут нарушать социальное, экономическое и экологическое равновесие в обществе на разных его уровнях. Проблема безопасности эксплуатации морских терминалов сложна в силу ее различных аспектов, одним из которых является тот факт, что морские терминалы, расположенные в смерчеопасных районах, таких, как Сочи, Туапсе и Новороссийск, могут быть подвержены их разрушительному действию.
экстремальные явления, смерчи, прогноз, безопасность, мониторинг
Над Черным морем ежегодно и неоднократно формируются смерчи. За последние 5 лет над морем в 3–5 км от берега отмечалось 15 случаев с одним или несколькими смерчами, продолжительностью существования от нескольких минут до получаса.
Прогноз смерчей – это даже не методологическая проблема, а технологическая. Система мониторинга смерчей базируется на системе визуальных наблюдений сетью станций и постов, что практически позволяет определить только азимут перемещения смерча. На Черноморском побережье подготовку прогнозов о смерчевой опасности осуществляют Гидрометбюро Новороссийска. Специалистами накоплен значительный практический опыт, позволяющий прогнозировать условия, благоприятные для образования смерчей. Однако существующие подходы к прогнозу смерчей не позволяют определить время и место выхода их на сушу. Такой уровень прогнозирования смерчей не отвечает требованиям обеспечения гидрометеорологической безопасности населения и инфраструктуры города и порта Новороссийск. Оправдываемость штормовых предупреждений о смерчах составляет лишь 58%, а предупрежденность смерчей – 30-40 %. В связи с этим необходима разработка не только автоматизированной модели прогноза формирования микровихрей, в том числе смерчей, но и создание системы дистанционного мониторинга. Основными причинами недостаточной предупрежденности опасных явлений конвективного характера является дефицит исходной информации, а также недостаточность традиционных подходов для прогнозирования быстроразвивающихся локальных процессов. Повышение предупрежденности этих явлений может быть осуществимо в первую очередь путем развития систем инструментальных непрерывных (или учащенных) наблюдений за зонами активной конвекции, их перемещением и эволюцией. Детализация прогноза с указанием времени и места выхода смерча возможна только при наличии доплеровских локаторов.
По основным сведениям наблюдений за погодой и смерчами, в частности, оценивается сложившаяся обстановка и принимается решение, направленное на обеспечение безопасности объектов водного транспорта, которые могут стать потенциальными жертвами смерча и как следствие потенциальными источниками экологических катастроф [1].
К основным сведениям мониторинга смерчей относятся:
- наличие и количество в зоне катастрофического воздействия объектов водного транспорта, их состояние, местоположение и возможность оказания помощи в случае катастрофических воздействий;
- данные инженерного наблюдения в зоне катастрофического воздействия;
- метеорологическая обстановка в зоне катастрофического действия смерча и возможность ее изменения в ходе мониторинга;
- максимально допустимая длительность проведения спасательных работ для наиболее эффективной защиты объектов водного транспорта.
Для выработки эффективных и своевременных мероприятий по снижению вредного воздействия смерчей и других экстремальных природных явлений на морские терминалы необходимо обладать объективной качественной и количественной информацией о текущем состоянии окружающей среды и динамике его изменения. Такую информацию могут дать дистанционные методы контроля и особенно метод лазерного зондирования.
Мониторинг смерчей путем дистанционного лазерного зондирования дает возможность анализа и прогноза развития этих опасных явлений. Однако когда речь идет о морских терминалах, важен не только анализ и прогноз развития смерчей, но и их учет при эксплуатации. В связи с этим, встает вопрос о разработке рекомендаций по учету смерчей при эксплуатации морских терминалов, расположенных в смерчеопасных районах [2].
Смерчеопасность следует оценивать на основе данных о наличии предпосылок возникновения смерчей и об интенсивности выявленных их в районе расположения промышленного предприятия, определяемой с помощью лазерного зондирования. Выявленный смерч необходимо классифицировать по интенсивности, т.к. класс интенсивности определяет основные динамические параметры смерчевого вихря. Он устанавливается по F-шкале Фуджиты (таблица 1) на основе количественных и качественных описаний последствий прохождения смерча. [4].
На основании класса интенсивности определяются производные характеристики
смерчей – таблица 2.
Таблица 1
Классификация интенсивности смерча по F-шкале Фуджиты
|
Класс интенсивности смерча |
Диапазон максимальных горизонтальных скоростей вращательного движения стенки смерча, м/с |
Характер разрушений |
|
0 |
До 33 |
Слабые повреждения. Некоторые повреждения труб и телевизионных антенн; сломанные ветки деревьев; поваленные деревья с неглубоко залегающими корнями. |
|
1 |
33–49 |
Средние повреждения. Сорваны крыши; разбиты окна; перевернуты или передвинуты легкие автоприцепы; некоторые деревья вырваны с корнем или унесены; движущиеся автомобили снесены с дороги. |
|
2 |
50–69 |
Значительные повреждения. Сорваны крыши каркасов домов (прочные вертикальные стены не разрушены); разрушены неустойчивые здания в сельских районах; разрушения жилые автоприцепы; крупные деревья вырваны с корнем или унесены; опрокинуты железнодорожные товарные вагоны; подняты в воздух легкие предметы; снесены автомобили с шоссе. |
|
3 |
70–92 |
Серьезные повреждения. Сорваны крыши с каркасов домов и разрушена часть вертикальных стен; здания в сельской местности полностью разрушены; опрокинуты поезда; разорваны конструкции со стальной оболочкой типа ангаров или пакгаузов; автомобили отрывались от земли и подбрасывались в воздух; большинство деревьев в лесу вырваны с корнем, унесены или повалены на землю. |
|
4 |
93–116 |
Опустошительные разрушения. Каркасы повалены на землю целиком, остались лишь груды обломков; стальные конструкции сильно разрушены, кора с деревьев содрана небольшими летящими обломками; автомобили или поезда отброшены на значительное расстояние; крупные летящие предметы в воздухе. |
|
5 |
117–140 |
Потрясающие повреждения. Каркасы домов полностью сорваны с фундаментов; железобетонные конструкции сильно повреждены; в воздухе летящие предметы размером с автомобиль, могут возникать чрезвычайные явления. |
|
6 |
141–330 (до скорости звука) |
Невообразимые разрушения. Если случится смерч с максимальной скоростью ветра, превышающей класс 6, то степень и тип повреждений трудно предположить. Ряд летящих предметов, таких, как холодильники, водонагреватели, цистерны и автомобили, могут нанести серьезные вторичные повреждения конструкциям. |
Таблица 2
Диапазоны изменения основных характеристик смерчей
|
Класс интенсивности k |
Максимальная горизонтальная скорость вращательного движения стенки смерча V, м/с |
Поступательная скорость движения смерча U, м/с |
Длина пути смерча L, км |
Ширина пути смерча W, м |
Перепад давления между периферией и центром воронки смерча Dp, ГПа |
|
0 |
до 33 |
до 8 |
до 1,6 |
до 16 |
до 13 |
|
1 |
33 – 49 |
8 – 12 |
1,6 – 5 |
16 – 50 |
14 – 31 |
|
2 |
50 – 69 |
13 –17 |
5,1 – 16 |
51 – 160 |
32 – 60 |
|
3 |
70 – 92 |
18 – 23 |
16,1 – 50,9 |
161 – 509 |
61 - 104 |
|
4 |
93 – 116 |
24 – 29 |
51 – 160 |
510 – 1609 |
105 – 166 |
|
5 |
117 – 140 |
30 – 35 |
161 – 507 |
1610 – 5070 |
167 – 249 |
Далее определяется классификация по степени опасности. Предельные границы параметров, согласно которым осуществляется классификация по степени опасности:
I степень опасности – скорость ветра больше или равна 50 м/с; перепад давления больше или равен 3 кП; класс по шкале интенсивности соответствует F2 и выше; длина пути равна или более
II степень опасности – скорость ветра менее 50 м/с; перепад давления меньше 3 кПа; класс по шкале интенсивности соответствует F1; длина пути менее
III степень опасности – скорость ветра меньше 35 м/с; перепад давления равен или меньше 1 кПа; класс по шкале интенсивности соответствует F0 и меньше F0; длина пути равна или меньше
После оценки производных характеристик смерчей необходимо приступить к оценке безопасности территории нефтяного терминала.
При наличии параметров смерча следует выполнять оценку безопасности территории промышленного сооружения для оценки достаточности проектно-конструкторских решений и организационно-технических мероприятий на площадке промышленного сооружения.
При оценке смерчеопасности территории морского терминала следует учитывать:
– давление ветра, вызываемое прямым воздействием воздушного потока;
– давление, связанное с изменением поля атмосферного давления по мере прохождения смерча;
– ударные силы, вызываемые летящими предметами при прохождении смерча.
Максимальное расчетное значение ветрового давления при воздействии смерчей следует учитывать в виде векторной суммы максимальной горизонтальной скорости вращательного движения стенки смерча V и поступательной скорости движения смерча U. Определение ветрового давления при воздействии смерча проводится в соответствии с рекомендациями [6].
Для закрытых сооружений, где внутреннее давление остается равным атмосферному до прихода смерча, максимальное давление на сооружение в результате перепада давления при
r = 0 становится равным.
Для полностью открытых сооружений нагрузка от перепада давления принимается равной нулю. Для сооружений с проемами избыточное давление, действующее на наружные стены, определяется с учетом перепада давлений во внутренних помещениях сооружений при прохождении смерча.
При анализе параметров смерчеопасности территории промышленного сооружения следует учитывать, начиная с 3 класса интенсивности смерча, предметы, переносимые смерчем, в соответствии с рекомендациями МАГАТЭ [5]:
– автомобиль массой
–
– сплошная стальная сфера диаметром
Площадь действия нагрузки принимается равной площади поперечного сечения предмета. Направление движения предмета при соударении с сооружением принимается наиболее неблагоприятным, т.е. перпендикулярным к наружной поверхности сооружения. Место соударения может быть произвольным, т.е. в любой точке на наружной поверхности сооружения.
В качестве ударной скорости при переносе смерчем предметов следует брать 35 % максимальной горизонтальной скорости вращательного движения стенки смерча V .
Максимальная суммарная нагрузка от смерча оценивается как сумма максимальных воздействий от давления ветра и от удара летящего предмета и половины максимального воздействия от перепада атмосферного давления [6].
Для выработки эффективных и своевременных мероприятий по учету при строительстве и безопасной эксплуатации морских терминалов необходим постоянный мониторинг смерчей. Он должен включать в себя объективную качественную и количественную информацию о текущем состоянии окружающей среды и динамике ее изменения, которую могут дать дистанционные методы контроля и особенно метод лазерного зондирования.
1. Наливкин Д.В. Смерчи. М.: Наука, 1984. 112 с.
2. Туркин В.А. Туркин А.В.. Шеманин В.Г. Экологический Мониторинг припортовых акваторий с использованием лазерной системы. - Транспортное образование и наука. Опыт, проблемы, перспективы // Труды Научно-практической конференции. М: МИИТ, 2009. С. 6-8.
3. Гражданкин А.И., Лисанов М.В., Печеркин А.С., Сидоров В.И. Показатели и критерии опасности промышленных аварий//Безопасность труда в промышленности. 2003. №3. С.30-32
4. Переходцева Э.В. Объективный физико-статистический метод прогноза шквалов (20 м/с и более) на текущий день для европейской территории. Методические указания. - Москва, 1992.]. (Переходцева Э.В., Золин Л.В. Гидродинамико-cтатистический прогноз и экспертная система прогноза смерчей на Европейской территории России // Труды Гидрометцентра России. 2008. Вып. 342. С. 45-54
5. 50-SG-S11А. Учет экстремальных метеорологических явлений при выборе площадок АЭС (без учета тропических циклонов). Серия изданий по безопасности МАГАТЭ. № 50-SG-S11А. Вена, 1983.
6. Э. Симиу, Р. Сканлан. Воздействие ветра на здания и сооружения. М.: Стройиздат, 1984.
