автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Оценка риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах

На правах рукописи ^

1/. ЛитА'

НЫЧИК ТАТЬЯНА ЮРЬЕВНА

ОЦЕНКА РИСКА АВАРИЙ И ТРАНСПОРТНЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ В СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗАХ

Специальность 05.22.19— «Эксплуатация водного транспорта, судовой

ждеыие»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 И'ОМ 2014 005549745

Санкт-Петербург — 2014

005549745

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» (ФГБОУ ВПО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»),

Научный руководитель -

Официальные оппоненты -

Колосов Михаил Александрович

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, ФГБОУ ВПО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова», профессор

Рагулин Игорь Анатольевич

доктор технических наук, профессор, ФБОУ ВПО «НГАВТ», зав. кафедрой «Экономики и маркетинга», профессор

Ведущая организация -

Лисин Александр Александрович

кандидат технических наук, Приволжская логистическая ассоциация, исполнительный директор

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования «Саикт-Петербургский государственный политехнический университет»

Защита состоится «24» июня 2014 года в 14 часов в ауд. 231 на заседании диссертационного совета Д 223.001.01 на базе Волжской государственной академии водного транспорта по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, д.5а.

С диссертацией можно ознакомиться в биолиотеке ФБОУ ВПО «ВГАВТ», а также по ссылке

Автореферат разослан «*№ » ьшис 2014 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 223.001.01

Сустретова Н.В.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность настоящего исследования обуславливается №117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений» от 23.07.i997 г., позволяющим регулировать отношения, возникающие при осуществлении деятельности по обеспечению безопасности, и устанавливать обязанности собственников гидротехнических сооружений и эксплуатирующих организаций по обеспечению безопасной эксплуатации.

Исследованию вопросов безопасности сложных гидротехнических систем, в том числе судопропускных гидротехнических сооружений посвящен ряд научных работ. Эксплуатационные параметры работы судоходных шлюзов рассмотрены в работах A.A. Атавина, В.В. Баланина, A.M. Гапеева, Д.А.Зернова, С.С. Кирьякова, М.А. Колосова, В.А. Кривошея, И.В. Липатова, В.И. Похабова, С.М. Пьяных,

H.A. Семаиова, В.А. Седых, A.C. Шестакова, A.A. Шишкина, А.ТТ. Яненко и других, в которых отражаются отдельные аспекты гидродинамического воздействия между судном и судопропускным сооружением.

Методы оценки навигационных рисков плавания целостно рассмотрены в работах С.Н. Некрасова. Однако в этих работах суда рассматриваются условно абстрагированными из общей системы его целевой эксплуатации, т.е. система «судно-шлюз» остается за рамками исследования.

Системному подходу к оценке риска аварий гидротехнических сооружений посвящены работы А.Б. Векслера, Д.А. Иваппгацова, Д.В. Стефанишина, С.Г. Шульмана и других ученых, выполненные в большинстве случаев для грунтовых и бетонных плотин, ограждающих и разделительных дамб золошлакоотвалов, водосбросных, водоспускных и водовыпускных сооружений гидро- и теплоэнергетики.

Вопросы влияния «человеческого фактора» на вероятность возникновения аварийной ситуации при судопропуске всесторонне рассмотрены в работах С.А. Педана, В.В. Егорова, В.И. Дмитриева, А.К. Гусева и других исследователей.

В настоящее время, в декларациях безопасности судоходных шлюзов комплексно разрабатываются разделы, связанные с определением уровня технического состояния и уровня безопасности сооружения. Вопросы, касающиеся анализа риска аварий, не поднимаются.

Однако, в связи с Постановлением РФ №1303 от 06.11.1998 г. «Об утверждении положения о декларировании безопасности гидротехнических сооружений» известно, что процедура анализа риска аварий является составной частью декларирования безопасности гидротехнических сооружений (TTC), экспертизы деклараций безопасности ГТС, критерием при выборе и обосновании эффективных мероприятий по повышению уровня безопасности ГТС и его эксплуатационной надежности, обоснованию страховых тарифов и ставок и.т.д.

В этой связи, научная задача исследования заключается в разработке алгоритма для оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах.

Цель исследования заключается в повышении безопасности судопропуска и эксплуатационной надежности судоходных шлюзов, а также в улучшении методологической базы РФ в вопросах декларирования безопасности судопропускных ГТС.

Объектом исследования являются судопропускные гидротехнические сооружения, где основные аварийные происшествия происходят при навале судов.

Предмет исследования — модели, методы и технические разработки по обеспечению безопасного процесса эксплуатации судопропускных гидротехнических сооружений.

Исследование проводится в грапицах судопропускных систем, расположенных на внутренних водных путях РФ.

Достижение поставленной цели предусматривает решение последовательности следующих задач:

- анализ методологических основ эксплуатации судоходных шлюзов;

- анализ данных об авариях и транснортньгх происшествиях в судоходных шлюзах;

- моделирование вероятности возникновения аварий и транспортных происшествий в шлюзах при пропуске судов различных типов;

- разработку алгоритма для оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах;

11а защиту выпосятся:

- результаты исследования аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах на водных путях России;

- результаты математического моделирования вероятности аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах при пропуске судов различных типов;

- возможность использования предлагаемого алгоритма для опенки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах.

Научная новизна исследования. Научная новизна заключается в следующем:

- установлено, что на вероятность возникновения аварий или транспортных происшествий в судоходных шлюзах главным образом влияет «человеческий фактор»;

- предложен подход к определению вероятности возникновения аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах при пропуске судов различных типов, отличающийся возможностью оптимального учета выделенных нодфакторов в регрессионных моделях: подфактор, учитывающий соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна и подфактор, учитывающий интенсивность судопропуска;

- обоснован и определен алгоритм для оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах.

Практическая значимость исследования состоит в возможности применения разработанного алгоритма для анализа уровня риска аварий и транспортных происшествий, при составлении деклараций безопасности, согласно Ш17-ФЗ от 23.07.1997 г. «О безопасности гидротехнических сооружений» и №225-ФЗ от 27.07.2010 г. «Об обязательном страховании гражданской ответственности собственника опасного объекта, за причинение вреда в результате аварии на опасном объекте», а так же для обоснования эффективных мероприятий по повышению безопасности судопропуска и эксплуатационной надежности судоходных шлюзов.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались на II научно-технической конференции студентов и аспирантов СПГУВК «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России (г. Санкт-Петербург, май 2011 г.), III научно-технической конференции студентов и аспирантов СПГУВК «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» (г. Санкт-Петербург, май, 2012 г.), научно-практической опНпе-конференции пуюв водного транспорта «Актуальные проблемы развития водного транспорта России» (Санкт-Петербург, май, 2012 г), седьмой научно-технической конференции ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева «Гидроэнергетика. Новые разработки н технологии» (г. Санкт-Петербург, октябрь, 2012 г.), расширенном семипаре Новосибирской государственной академии водного транспорта (г. Новосибирск, февраль, 2013 г.), расширенном семипаре Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета «СИБСТРИН» (г. Новосибирск, апрель, 2013 г.), на конференции «Обеспечение безопасности и надежности судоходных гидротехнических сооружений», организованной Федеральным агентством морского и речного флота (г. Петрозаводск, август, 2013 г). Работа заняла Ш место на конкурсе «Молодые ученые отрасли — 2013» в номинации «Транспортная безопасность», организатор конкурса Министерство транспорта РФ.

Предложенный автором алгоритм рекомендован для анализа риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах Волго-Балтинского водного пути, что подтверждено актом о внедрении результатов.

По результатам настоящего исследования опубликовано 9 научных работ общим объемом 1,60 п.л., в том числе четыре, общим объемом 0,75 п.л., — в журналах, рекомендуемых Высшей аттестационной комиссией Минобрнауки России для опубликования научных результатов диссертаций на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук.

Структура диссертации. Структура и логика исследования обусловлены поставленными целью и задачами настоящей работы. Диссертация включает в себя введение, четыре главы, заключение, список

использованных источников и 5 приложений. Основной текст диссертационной работы изложен на 129 страницах, иллюстрирован таблицами и рисунками. Список использованных источников включает 133 наименования.

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цель и задачи, объект и предмет, определена теоретическая основа исследования, раскрыты научная новизна и практическая значимость диссертации.

Первая глава «Анализ состояния и перспектив развития безопасной эксплуатации судоходных шлюзов» посвящена комплексному анализу условий эксплуатации судоходных гидротехнических сооружений. Выполнен статистический анализ данных об авариях и транспортных происшествиях в шлюзах России, который позволил выделить факторы и подфакторы, влияющие на возникновение аварийных ситуаций в шлюзах, исследованы методолопгческяе основы каждого из действующих подфакторов, результаты позволили обосновать цель и задачи исследования.

Вторая глава «Математическое моделирование риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах» посвящена определению последовательности действий для количественной оценки риска аварийных ситуаций. В основу предлагаемого алгоритма положена разработка регрессионных зависимостей для определения и прогнозирования вероятностей аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах при пропуске судов различных типов. С результатами апробации предлагаемого алгоритма на примере шлюза Л°4 Волго-Балтийского водного пути можно ознакомиться в Приложении Г, а с результатами автоматизированного расчета, выполненного в программе RISK, визуализированной средствами прикладного математического пакета Maple 15 — в Приложении Д.

В третьей главе «Управление риском аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах» приводится схема оптимизации риска в интересах снижения выделяемых средств на устранение последствий аварии или транспортного происшествия, предложены основные мероприятия по снижению риска аварий и транспортных происшествий, произведена оценка экономического эффекта от их реализации.

В четвертой главе «Формирование методики для анализа риска аварий и транспортных происшествий в судоходном шлюзе» предложена четырехэтапная методика, в основу которой легли методы качественной и количественной оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах.

В заключении представлены выводы по результатам исследования.

II. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

С точки зрения обеспечения безопасности плавания судов и составов, зоны судоходных гидротехнических сооружений являются одними из наиболее сложных участков водных путей.

Опыт эксплуатации судоходных шлюзов показывает, что именно ворота в головах шлюза имеют наибольшую вероятность разрушения с последующим прорывом напорного фронта гидроузла (круппейшие аварии па Пермском шлюзе 4 ноября 1994 г., на Константнновском шлюзе 1 ноября 2004 г. и др.).

Анализ причин аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах показывает, что наибольшее число происшествий, в том числе и с тяжелыми последствиями, происходит под действием «человеческого фактора». Таким образом, задача обеспечения безопасности плавания судов и составов в районе судопропускных гидротехнических сооружении приобретает в настоящее время весьма актуальное значение. Поэтому, создание методик для анализа и оценки риска аварий в судоходных шлюзах, которые могли бы учитывать всю совокупность воздействующих факторов на безопасность судопропуска по внутренним водным путям, и дающих возможность производить самооценку риска аварий с целью повышения безопасности судоходства, является в настоящее время основной задачей.

Необходимо отметить, что в практике декларирования безопасности судоходных шлюзов, в настоящее время, существует несколько методик, которые на выходе позволяют оценить надежность шлюза. Однако ни одна из них не учитывает воздействия судна на его конструкцию.

В «Методических рекомендациях по оценке технического состояния и уровня безопасности судоходных гидротехнических сооружении (СГТС)», разработанных специалистами ООО «ЭЦБ ГТС «Гидротехэкснертиза», безопасность шлюза оценивается как обычного водоподпорного сооружения (плотина, ГЭС, дамба). Однако статистика аварий и транспортных происшествий показывает, что главным фактором их происхождения является не только техническое состояние шлюза, но и воздействие судна на его конструкцию.

Есть еще одна методика. «Методика оценки уровня безопасности гидротехнических сооружений», разработанная научно-исследовательским институтом энергетических сооружений (НИИЭС). «Методика...» предназначена для детерминированной оценки возможного риска аварий и состояния гидротехнических сооружении в период эксплуатации. Несмотря на то что, предлагаемая в «Методике...» многофакторная модель дает на выходе количественный показатель надежности шлюза, считать его фактическим значением риска аварий нельзя, поскольку он является лишь уровнем технического состояния шлюза, выраженном в балльном эквиваленте.

В основу ранжирования аварийных ситуаций в судоходных шлюзах (по рассмотренным методикам) положены методы экспертной оценки, все этапы которых реализовать на практике представляется сложно, а подчас и невозможно.

Таким образом, очевидно, что для анализа уровня риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах необходимо составление специальной методики с последующим согласованием ее в Ространснадзоре и утверждением в Министерстве транспорта Российской Федерации. Наличие такой методики, составленной по результатам анализа причин аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах, позволит определять эффективные мероприятия по повышению безопасности судопропуска, обосновывать проектные решения, как на ранних стадиях проектирования шлюзов, так и на стадии их модернизации, обосновывать страховые тарифы и ставки и.т.д. Исследованиям в этом направлении и посвящена данная работа.

Анализ аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах

В качестве основных объектов статистического исследования выступили судопропускные сооружения Волго-Балтийского водного пути. При количественном анализе аварии и транспортных происшествий в судоходных шлюзах России, были рассмотрены сооружения других бассейновых управлений внутренних водных путей: Волго-Донского, Камского, Беломорско-Онежского, Волжского, судопропускные сооружения Канала им. Москвы. Анализ статистических данных проводился в период с 1985—2012 гг.

В результате, было установлено, что практически каждый случай, который вызвал повреждение конструкций в шлюзе, а иногда и остановку в шлюзовании связан с судном, при этом наиболее подвержены авариям элементы нижней головы. Кроме того, каждое повреждение приводит к затратам на ремонт, а иногда и к остановке в шлюзовании. Аварии на верхней голове связаны обычно с навалами на опущенные под порог ворота или навалами на пазы и створки открытых ремонтных ворот, происшествия в камере в основном включают навалы на рымы или зависание судна на парапетах.

Анализ аварий и транспортных происшествий в шлюзах Волго-Балта за последние десять лет (2002—2012 гг.) позволил выделить несколько типов судов, многократно инициирующих аварийные ситуации. К таковым относим теплоходы типа «Волго-Дон», «Волго-Нефть», составы типа «ОТ +баржа» и «МБ + ОТ». На рисунке 1 представлена диаграмма, которая демонстрирует частоту транспортных происшествий в судоходных шлюзах Волго-Балта инициирующими судами.

Верхне-Свирский шлюз

- о Нижне-Свирский шлюз

о 5Я s H №6 Пахомовский

ГЗ ш 6 и s H >> с №5 Новинскинская лестница

CQ s о = №4 Новинскинская лестница

« S X о CQ №3 Новинскинская лестница

<D s о. №2 Белоусовский

о о О №1 Вытегорский

■ Пассажирские

• МБ+ОТ

1 ОТ+баржа

• Волго-Нефть

■ Волго-Дон

0 2 4 6

Количество аварий, единицы

Рисунок 1 — Повторяемость транспортных происшествий в шлюзах Волго-Балтийского водного пути за 2002—2012 гг.

Обработка ведомостей, в которых фиксируются данные о количестве, причинах, характере аварий и транспортных происшествий, показала, что на водных путях России в 93% всех случаев причиной происшествий является «человеческий фактор» (см. таблицу 1). При этом в период времени с 1985—2012 гг., 1299 (90%) происшествий произошли по вине судоводителей и лишь 94 случая (7%) произошли из-за технических неисправностей судна (отказ ДАУ), прочие причины, в том числе по вине эксплуатационного персонала шлюза, составляют 37 случаев (3%).

Таблица 1 — Причины аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах России за 1985—2012 гг.

Наименование ФБУ/ФГУ/ФГУП Техническая неисправность судна Просчеты судоводителей Прочие причины,в т.ч. по вине шлюза

1 2 3 4

Канал им. Москвы 28 377 8

Волго-Балтийское 14 262 4

Волго-Донское 16 282 7

Волжское 14 185 4

Камское 9 59 9

Беломорско-Онежское 13 134 5

Итого 94 1299 37

В настоящее время, учет влияния «человеческого фактора» ведется не полноценно, хотя он является систематическим.

Статистический анализ аварий и транспортных происшествий не позволяет оценить влияние опыта судоводителя, усталости, настроения, стресса на возникновение аварий и транспортных происшествий в шлюзах, в то время как именно эти подфакторы являются основными составляющими «человеческого фактора».

Тем не менее, наличие опыта судовождения и шлюзования позволяет судоводителю учитывать ряд косвенных подфакторов, также инициирующих аварийные ситуации в зонах судопропускных ГТС. А именно: интенсивность судопропуска, соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна, гидродинамические явления в камере шлюза, скорость на входе в камеру шлюза и выходе из нее, погодные условия и т.д.

На основании вышесказанного, можно сделать вывод о том, что в настоящее время, оценить влияние «человеческого фактора» на вероятность возникновения аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах возможно учитывая соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна и интенсивность судопропуска (см. рисунок 2).

"Человеческий фактор"

Соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна

Интенсивность судопропуска

Рисунок 2 — Обобщенная схема количественных факторов, влияющих на вероятность возникновения аварийной ситуации в судоходном шлюзе

Алгоритм для оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах

В качестве математического аппарата для моделирования риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах использовался метод построения и анализа уравнений множественной регрессии, т.е. математический аппарат теории вероятностей.

Необходимость использования этого метода моделирования определяется в данном случае тем, что для накопления достаточного массива статистических данных требуется много времени и средств, поэтому факторный анализ предлагается проводить по результатам имеющихся статистических данных.

Через шлюзованные каналы проходят плавающие средства различного типа: суда грузоподъемностью 5000 т, пассажирские суда, сухогрузные, нефтеналивные, поэтому вероятность аварийной ситуации при их шлюзовании различна.

Система «судпо-шлтоз», на которую воздействуют факторы х,ул...п представлен на рисунке 3.

-и- о,

п о,

Система «судно-шлюз» -^^

-

(факторы) (вероятности отказа системы)

т т т т т

(Пропуск судов различных типов)

Рисунок 3 — Мультипликативная модель системы «судно-шлюз»

Вероятность возникновения аварийной ситуации в судоходном шлюзе при пропусхе судов различных типов — зависит от следующих независимых подфакторов, которые отбирались на основе статистического анализа, обусловленного, прежде всего, имеющимися данными об авариях и транспортных происшествиях в шлюзах, и знанием особенностей процесса шлюзования:

гДе (2¡(1) — вероятность возникновения аварии или транспортного происшествия для судна данного типа; Ч— «человеческий фактор»;

С — подфактор, учитывающий соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна;

И— подфактор, учитывающий интенсивность судопропуска. I — навигационный период.

При определенном соотношении размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна наблюдается рост транспортных происшествий в шлюзах. При этом, чем больше размеры судна, тем больше вероятность возникновения аварийной ситуации в шлюзе. Так, на Волго - Доне шлюзы узкие и короткие — транспортных происшествий много, в сравнении, с Волго - Балтийским каналом, где частота аварийных ситуаций меньше, камера шлюза длиннее, а на некоторых шлюзах и шире (см. таблицу 3).

Т1о поводу интенсивности судопропуска, установлено, что наибольшее число транспортных происшествий происходит в шлюзах, где интенсивность судопропуска достигает проектных значений, а иногда и превышает их. Большое число шлюзуемых судов вызывает определенную напряженность как у судоводителя, так и у диспетчеров по движению судов, а это в свою очередь вызывает проявление отдельных ошибок в управлении судном.

Таблица 3 — Частота аварий и транспортных происшествий в шлюзах некоторых ФЕУ, ФГУ, ФГУП (бассейновые управления внутренних водных путей)

Наименование ФБУ/ФГУ/ФГУП Среднее число аварий и транспортных происшествий в навигацию, единицы

1 2

Канал им. Москвы 17,0

Волго-Балтийское 12,0

Волго-Донское 15.0

Волжское 10.0

Камское 4,0

Беломорско-Онежское 9,0

На рис. 4—5 представлены диаграммы иллюстрирующие изменение количества аварий и транспортных происшествии (см. рисунок 5) в зависимости от роста интенсивности судопропуска по годам (см. рисунок 4).

и

55 I 6000 и з

х « 4000

8 §• В I к %

3

2000

0

6993 6766 7294 7212 7]81 Ш6

5039 5097

6562 6329 6496

5787

2377 2259

13 !!

Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь * Интенсивность судопропуска 20! 1 г. * Интенсивность судопропуска 2012 г.

Рисунок 4 — Диаграмма изменения интенсивности судопропуска за 2011—2012 гг. на Волго-Балтийеком водном пути

К

I

Щ

§ * м

В Я и аз а

а ё з

я о, а Й 5 а а

О И Й

к

о &

1-1 3 1

о о

4 А

Г

гЧ^

Г

е Количество аварий 2011 г. ® Количество аварий 2012 г.

Рисунок 5 — Диаграмма изменения количества аварий и транспортных происшествий за 2011—2012 гг. на Волго-Балтийском водном пути

При переходе от мультипликативной формы записи к линейной, зависимость (1) примет вид следующего регрессионного уравнения:

где О] — вероятность возникновения аварии или транспортного происшествия при пропуске судна данного типа;

ач — коэффициент отражающий важность факторов, определяющих безопасность системы «судно-шлюз»;

— статистическая вероятность аварии иди транспортного происшествия, инициированная /-тым фактором для судов /'-того типа. е1 — стохастическая ошибка модели, учитывающая важность неучтенных факторов.

В связи с этим в предполагаемой регрессионной модели будут фигурировать два коэффициента, учитывающие соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судиа и интенсивность судоиропуска через исследуемый шлюз. Модель вида (2) будет ипдивидуатьной для каждого типа судна, пропущенного через шлюз, и позволит оценить риск аварии или транспортного происшествия при пропуске у -того типа судна. В таблице 4. представлены общие виды уравнений регрессии для различных типов судов.

Таблица 4 — Уравнения регрессии для определения вероятностей аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах при пропуске различных типов судов _

Тип судна Индекс, характеризующий "пш судна Общий вид уравнения регрессии

1 2 3

Судно грузоподъемностью 5 тыс. тонн 1 ¡п(0) = < • 1п(0,') + а? ■ !п(<2^ ) +

Сухогрузное судно 2 1п(02 ) = а;- 1п(02г ) + <,?■ нд?) + е,

Нефтеналивное судно 3 1п(а ) = а\ • 1п(0; ) + а? • 1п(03"') +

Состав судов 4 1п(СЛ) = < • 1п(<24* ) + ■ 1п(04"') +

Пассажирское судно 5 1п(&) = а\ • 1п(05* ) + а? ■ 1п((25"' ) + г5

Обозначения, х — индекс, характеризующий подфактор соотношения размеров шлюза ¡1 шлюзуемого судна, у — индекс, характеризующий подфактор интенсивности судопропуска.

Определение статистической вероятности аварийной ситуации в шлюзе £>}при прохождении его судном /-того типа определяется из статистических

баз данных (БД) об авариях п транспортных происшествиях на неследуемом шлюзе (шлюзованном пути).

Эту вероятность можно вычислить с помощью формулы полной вероятности:

0/ = (3)

j=i

где Q(Hj)—вероятность гипотезы (или вероятность безаварийного прохождения судоходного шлюза судном j—того типа), Q(k/ Нj)—условная вероятность события к (авария или транспортное происшествие в шлюзе) при гипотезе Hj, т.е. вероятность наступления аварийной ситуации при

прохождении ГТС судном j—того типа.

Величины Q(Hj), Q(k/Hj) вычисляются из статистических данных.

Вероятность прохождения шлюза судном /—того типа— Q(Hj) оценивается как:

Q(H ,)=— (4)

п

где nj — число судов j—го типа прошедших через ITC за навигацию, п— общее число пропущенных судов.

Отметим, что испытания — шлюзование различных типов судов — являются независимыми по отношению к событию к — авария или транспортное происшествие в каждом испытании, и вероятность аварийной ситуации постоянна, q=const. Поэтому считаем, что происходят они по схеме Бернулли. Вероятности будут определяться формулой Бернулли, а распределение вероятностей называется биномиальным (5).

q{X = k} = Ckn-qk-pn~k (5)

где Ä=0,l,2,...,n;

q — вероятность аварии или транспортного происшествия в каждом испытании (p-const, 0 < q < 1).

Предельным случаем биномиального распределения Бернулли является распределение Пуассона. Распределение Пуассона представляет собой асимптотическую формулу биномиального закона при больших значениях и и малых вероятностях q. и>100; q<0,1; n q> 1.

Формула для определения вероятностей случайной величины X, распределенной по закону Пуассона, имеет вид:

q{X = = (6)

где л. — параметр распределения;

кг 0,1,2,...,если q(k)<0,1 и nq> 1;

q(k) — вероятность аварии или транспортного происшествия в каждом испытании.

Итак, поток аварий и транспортных происшествий при шлюзовании (параметр распределения) моделируется как пуассоновский поток с интенсивностью:

\ = (7)

j

где <7 — вероятность аварии или транспортного происшествия при шлюзовании;

«у — число пропущенных судову-то го типа;

6/ — вероятность возникновения аварийной ситуации для суднау'-того типа (определяется из (2)).

В частности, вероятность безаварийной работы будет равна:

Р = = (8)

Величину Я или, лучше, величину г можно принять за оценку риска аварий в судоходном шлюзе при пропуске судна:

X ^ п, п 1 п

(9)

где X — интенсивность распределения пуассоновского потока;

п — общее число пропущенных через шлюз судов;

'Ь — число судову'-того типа, пропущенных через шлюз;

Qj — вероятность аварии или транспортного происшествия при пропуске судна /-тог о типа.

В основу определения значений коэффициента а* в формуле (2) положено сопоставление вероятностей возникновения аварийных ситуаций по шлюзованным водным путям России с размерами камер шлюзов и шлюзуемых судов, входящих в состав этих же путей. За расчетное судно принято судно типа «Волго-Дон», согласно анализу таблиц П2.1—П2.9, представленных в Приложении Б диссертации.

В таблице 5 приведены значения коэффициента а* для некоторых бассейновых управлений внутренних водных путей России.

Таблица 5 — Значения коэффициента а* для некоторых

ФБУ/ФГУ/ФГУП Значение коэффициента а"

1 2

Беломорско-Онежское 1.05

Волго-Донское 0.95

Камское 0,90

Волго-Балтийское 0,55

Канал им. Москвы 0,50

Волжское 0,45

Вопрос количественной оценки действия подфактора «интенсивность судопропуска» на вероятность возникновения аварийной ситуации в шлюзе при пропуске судна, а также определение номинального значения пропущенных судов, с которого начинает возрастать частота аварий и транспортных происшествий в шлюзе, становится математической задачей на определенном этапе исследований. Решение поставленной задачи

осуществлено с помощью методов теории вероятностей при анализе статистических данных, и реализовано построением эмпирической функции распределения частот аварийных ситуаций в зависимости от интенсивности судопропуска через исследуемый шлюз.

Итак, по. определению, ^ * (п) = -р

где Р*(п) —эмпирическая функция распределения,

п — количество судопропусков в навигацию;

А/ — число аварий (< п)\

к— объем выборки.

Таким образом, для того чтобы найти, например, Р*(п2), надо число вариант, меньших , разделить на объем выборки:

к

Эмпирическая функция распределения позволяет определить количество пропущенных судов, с которых на вероятность возникновения аварии или транспортного происшествия в шлюзе начинает действовать не только подфактор учитывающий соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна, но и подфактор, учитывающий интенсивность судопропуска через исследуемое сооружение (пример построения и работы с эмпирической функцией распределения приводится в тексте диссертационной работы, в п.п. 2.2.1).

Значение коэффициента а" получаем решая уравнение регрессии

вида (2).

После уточнения вида уравнения регрессии приступаем к его анализу, который заключается в необходимости проведения расчета оценки тесноты статистической связи между вероятностью возникновения аварии или транспортного происшествия в шлюзе 2/ и подфакторами математической модели. Для этого использовались известные формулы теории вероятностей (11-16).

На первом этапе расчета, эту оценку можно сделать с помощью коэффициента детерминации. Чем больше г£, тем большая часть дисперсии результативного признака <2, объясняется уравнением регрессии и тем лучше уравнение регрессии описывает исходные данные:

С ЬвгУ? 4 = 1-^=1 --(П)

х^-е,,,)2

и

где Бост — остаточная сумма квадратов отклонений, = -(¡'¡У',

/=1

Яш™. — полная сумма квадратов отклонений, 5"„0„ = Х^/

— статистическая вероятность возникновения аварии или транспортного происшествия в шлюзе при прохождении судна /-того типа;

— вероятность возникновения аварии или транспортного

происшествия в шлюзе при прохождении .¡-того типа судна, полученная при моделировании.

Вывод о статистической значимости уравнения регрессии позволяет сделать критерий Фишера Е„ при этом должно выполняться условие

^ > Р

1 т ^ 1 теор

^ = (12)

ХУ

На втором этапе проводимого расчета тесноты статистической связи между результатом и фактором необходимо определить степень связи объясняющих перемеггпых (У и О** с зависимой переменной £>,, используя коэффициенты эластичности (13) — (14):

О'

'"(Г (13)

О?

(и)

где Эг, Эх„— коэффициенты эластичности для оценки связи между д

и е;.е7;

(?/- — средняя вероятность аварии или транспортного

происшествия в шлюзе при пропуске судна >того типа и влиянии подфактороз, учиплвающих соотношение размеров камеры шлюза и интенсивность судопропуска;

<2, — средняя вероятность аварии или транспортного происшествия в судоходном шлюзе при пропуске судна /-того т ипа;

а)■ а? — коэффициенты, учитывающие важность влияния

подфакторов, учитывающих соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна и интенсивность судопропуска.

Па третьем этапе, необходимо оцепить статистическую значимость коэффициентов регрессии с помощью /-критерия (критерий Стыодента).

Технология оценки статистической значимости коэффициентов регрессии также основывается на проверке нулевой гипотезы о незначимости коэффициентов регрессии. При этом проверяется выполнение условия: если > ¿крнг., ТО нулевая гипотеза отвергается и коэффициент регрессии принимается значимым. Итак, /х определяется выражением (15-16):

а. - л/я-2

-----°х (15)

а -4п-2

г-,,. - —--Об)

сг0

где ах, а^у — коэффициенты регрессионной модели;

п„ — среднее квадратическое отклонение Qj от выровненных значений

т

Сху — среднее квадратическое отклонение факторного признака от

, „ .. -ЯХГ 0Q* -в*?)2

общей средней, = 1-. а -i[----------,

v У п-т \ п-т

п — объем данных выборки;

т — число подфакторов модели.

Апробация описанного выше алгоритма произведена на примере оценки риска аварий и транспортных происшествий в шлюзе №4 Волго-Балтийского водного пути. Расчет автоматизирован с использованием программы RISK., написанной на языке программирования Maple, и визуализированной средствами прикладного математического пакета Maple 15.

Итогом стали следующие данные:

- математические модели для определения и прогнозирования вероятностей аварийных ситуаций в судоходном шлюзе №4 Волго-Балтийского водного пути при пропуске судов различных типов:

Тип судна Общий вид уравнения регрессии

1 3

Судно грузоподъемностью 5 тыс. тонн lnífl) = 0,70 • ln (£,*) + 0,21 • ln {Q?) + f¡

Сухогрузное судно Ш02) = 0,70 • ln(£?j) + 0,22 ■ !n(0f) +

Нефтеналивное судно ln©) = 0.70 • ln(Q¡r) + 0,20 • ln (O?) + /;3

Составы судов ln (Qt) = 0,70 ■ In(ft')+ 0,21 • ln(Of) + s,

Пассажирское судно ln (Q,) = 0,70 • ln {Q¡) + 0,21 • ln(gf) +

- 1гроверка адекватности математических моделей:

Значение коэффициента Сухогрузное судно Нефтеналивное судно Составы судов Пассажирское судно

1 2 3 4 5

t 0,85 0,97 0,92 0,92

22,5 144 46,8 46.8

Эх 0,70 0,70 0,70 0,70

э,, 0,007 0,007 0,007 0,007

'Тх 3,60 8,49 4,98 4,98

tny 0 0 0 0

- значения риска аварий и транспортных происшествий для шлюза Лс4 Волго-Балтийского водного пути при пропуске судов различных типов равны:

Годы Риск, г/ Риск, Г; ' Риск, Г, Риск, Г4 Риск, г< Общий риск, Я

1 2 3 , 4 5 6

2005 0.38-10-1 0,72-10~4 ! 0,Ю -10 5 1,67-10"5 1,67 -10 5 1,44 - Ю-4

2006 0,10 10 5 2,21-10 4 1 0,10-10"' 9,18-10~5 0.46-10"" 3,15-10"

2007 0,10-10 3 0,62-10 4 ; 0,98-10~6 3,80-10'5 0,43 -10 6 1,03-10 4

2008 0,12 -10~7 0,64-10 4 ! 0,91-10 4 1,03-Ю5 0.42-10'' 1.68-10'4

2009 0,39-10~4 0,21-10"5 ! 0,12 -10 5 0,97 -10 5 0,38-Ю"6 0,53-Ю-4

2010 | 4,01-10 0,63-Ю"4 : 0.12-10~5 0,98-10 5 0.36-10 6 0,76 -10 4

- оценка результатов:

На настоящий момент риск аварий для системы «судно-шлюз» не является нормированным, поэтому о достоверности результатов можно судить с той позиции, что полученные значения риска аварийных ситуаций в судоходных шлюзах подтверждаются статистическими данными об авариях и транспортных происшествиях. Математический подход, на котором базируется предлагаемый алгоритм, широко апробирован для оценки риска аварий других технологических комплексов.

Однако если сравнивать полученные значения риска аварий и транспортных происшествш! в судоходном шлюзе №4 Волго-Балтийского водного пути с нормативными значениями рисков аварий для напорных гидротехнических сооружений (СП 58.13330.2012, п.8.22, таблица 1), то можно утверждать о соответствии их нормативному интервалу (для II класса /?=5х 10 ).

Мероприятия для снижения риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах

Весь комплекс мероприятий, рекомендуемых для снижения риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах, предлагается разделить на две основные части:

1. Общие мероприятия, направленные на повышение надежности конструкций судоходных шлюзов:

• проведение постоянного мониторинга оценки технического состояния элементов судопропускных сооружений гидроузлов;

• разработку организационно-технических решений, направленных на повышение надежности работы электрооборудования и систем автоматического управления процессами шлюзования;

• разработку методов оперативного манипулирования режимами открытия затворов с учетом допускаемых усилий и типоразмеров шлюзуемых судов;

• привлечение инвестиций в сферу водного транспорта для возможности реализации мероприятий по повышению безопасности эксплуатации судопропускных гидротехнических сооружений.

2. Специальные мероприятия, направленные на повышение безопасности судопропуска:

• разработку технических решений, обеспечивающих защиту конструкций ворот шлюзов, повреждение которых связано с навалами судов;

• создание различных систем регулирования движения судов, исключающих навалы судов на конструкции сооружения;

• обеспечение квалифицированными кадрами флот России.

Экономический эффект от реализации мероприятий по снижению риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах

Проведенные расчеты (н.п. 3.3) показали, что в случае снижения риска аварийных ситуаций в шлюзах, за счет реализации предлагаемых мероприятий, будет наблюдаться положительный экономический эффект ках для судоходных компаний, так и для бюджета Российской Федерации. При этом экономический эффект для судоходных компаний выразится прибылью, обусловленной ликвидацией дополнительных простоев судов, связанных с устранением последствий аварий или транспортных происшествий, а бюджетный эффект составит величину, соответствующую размеру налога на прибыль (судоходных компаний) по ставке 20%.

Общие выводы

В результате исследования, проведенного с целью совершенствования методологической базы в вопросе эксплуатации судопропускных гидротехнических сооружений, решена научная задача обоснования алгоритма для количественной оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах при пропуске судов различных типов.

При этом получены следующие выводы:

1. Па возникновение аварии или транспортного происшествия в шлюзе главным образом оказывает влияние «человеческий фактор». Его действие представляется возможным оценить количественно, учитывая соотношение размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна и интенсивность судопропуска через исследуемый шлюз.

2. Предложен подход к определению вероятности возникновения аварий и транспортных происшествий в шлюзе при пропуске судов различных типов, отличающийся возможностью оптимального учета выделенных подфакторов в регрессионных моделях. Кроме того, разработанные математические модели могут выполнять и прогнозную функцию, что является ценным, поскольку статистические данные об исследуемом объекте получаем после окончания навигации.

3. Разработан алгоритм для количественной оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах, обусловленный

указанной последовательностью он отличается тем, что позволяет по итогам предварительных расчетов (решение многофакторной параметрической задачи), получать регрессионные зависимости в целях оперативного прогноза риска аварийных ситуаций в шлюзах.

4. Предложены основные мероприятия для снижения риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах

Ш. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Нычик Т.Ю. Анализ аварийных ситуаций при шлюзовании судов/Журнал университета водных коммуникаций №4.— СПб.: СПГУВК

2011 г. —0,27 гг.л.¡издание, рекомендованное ВАК!

2. Нычик Т.Ю. Оценка риска аварий в судоходных шлюзах// Журнал университета водных коммуникаций №2.— СПб.- СПГУВК 2012 г —с. 0,20 п.п.!издание, рекомендованное ВАК7

3. Нычик Т.Ю. Риск аварии судоходного шлюза// Тезисы к седьмой научно-технической конференции «Гидроэнергетика. Новые технологии и разработки». — СПб.: ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 2012 г. — 0,07 пл. /издание, рекомендованное ВАК1

4. Нычик Т.Ю. Обоснование методики оценки риска аварий

судоходного шлюза// Журнал университета водных коммуникаций №1._

СПб.: СПГУВК, 2013 г. — с. 0,20 п.п./издание, рекомендованное ВАК7

5. Нычик Т.Ю. Применение численных методов для создания математической модели измерения рисков аварий в судоходных шлюзах// Труды Ш межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов. — СПб.: ФГОУ ВПО СПГУВК, 2012 г. — 0,17 п.л.

6. Нычик Т.Ю. Мероприятия и программные решения по

улучшению технического состояния судоходных шлюзов//' Великие реки_

2012. Генеральные доклады, тезисы докладов. — Н. Новгород- НГАСУ

2012 г. —0,20 пл.

7. Нычик Т.Ю. Декларирование безопасности судоходных шлюзов/'/Труды II межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов. — СПб.: ФГОУ ВПО СПГУВК, 2010 г. — 0,17 п.л.

8. Нычик Т.Ю. Навалы судов иа ворота шлюзов// Труды П

межвузовской научно-практической конференцшт студентов и аспирантов _

СПб.: ФГОУ ВПО СПГУВК, 2010 г. — 0,20 пл.

9. Колосов М.А., Нычик Т.Ю. Человеческий фактор — основная

причина аварий в шлюзах//Журнал Гидротехника XXI век. — СПб -2013 г__

0,15 пл.

Подписано в печать с оригинал-макета автора 24.04.14 Сдано в производство 24.04.14 Формат 60x84 1/16 Усл.-печ. л. 1,27. Уч.-изд. л. 1,1. _Тираж 100 экз._Заказ № 43_

Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова 198035, Сапкт-Пстербург, ул. Двинская, 5/7

Отпечатано в типографии ФГБОУ ВПО ГУМ РФ имени адмирала С. О. Макарова 198035, Санкт-Петербург, Межевой каиал, 2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С.О. МАКАРОВА

04701458550 На пРавах рукописи

ЛМш/хЦ

НЫЧИК ТАТЬЯНА ЮРЬЕВНА

ОЦЕНКА РИСКА АВАРИЙ И ТРАНСПОРТНЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ В

СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗАХ

Специальность 05.22.19 — «Эксплуатация водного транспорта, судовождение»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель — доктор технических наук профессор М.А. Колосов

Санкт - Петербург — 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................5

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ....................................................9

1.1. Опыт эксплуатации судоходных шлюзов....................................................9

1.2. Аварии в судоходных шлюзах....................................................................13

1.3. Статистика данных об авариях и транспортных происшествиях в судоходных шлюзах России.................................................................................27

1.3.1. Роль статистики о навалах судов на ворота шлюзов.............................27

1.3.2. Статистика аварий и транспортных происшествий в шлюзах Волго-Балта и других водных путей России.......................................................28

1.4. Оценка безопасности судоходных шлюзов...............................................40

1.5. Краткие выводы к п.1...................................................................................46

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РИСКА АВАРИЙ И ТРАНСПОРТНЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ В СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗАХ............48

2.1 Формирование баз статистических данных...............................................48

2.2 Математическое обеспечение оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах..................................................................50

2.3 Информационное обеспечение оценки риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах..................................................................69

3. УПРАВЛЕНИЕ РИСКОМ АВАРИЙ И ТРАНСОПРТНЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ В СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗАХ..............................................74

3.1. Оптимизация риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах....................................................................................................................74

3.2. Мероприятия для снижения риска аварий и транспортных происшествий

в судоходных шлюзах............................................................................................79

3.2.1. Общие мероприятия, направленные на повышение надежности конструкций судоходных шлюзов....................................................................81

3.2.2. Специальные мероприятия, направленные на повышение безопасности судопропуска...............................................................................88

3.3. Экономический эффект от реализации мероприятий по снижению риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах.........................93

4. ФОРМИРОВАНИЕ МЕТОДИКИ ДЛЯ АНАЛИЗА РИСКА АВАРИЙ И ТРНАСПОРТНЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ В СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗАХ............97

4.1. Анализ риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах.................................................................................................................97

4.2. Оценка риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах.................................................................................................................98

4.2.1. Качественная оценка риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах.....................................................................................99

4.2.2. Количественные методы оценки риска..........................................104

4.2.3. Алгоритмизация методики для анализа риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах.............................................................107

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................109

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.............................................112

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕРМИНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЙ.....................................................126

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................................................129

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Статистика транспортных происшествий в шлюзах Волго-Балтийского водного пути за навигацию 1995—2012 гг........................130

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Эксплуатационные характеристики судов соответственно с проектными характеристиками шлюзов Волго-Балтийского водного пути.....151

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Статистика транспортных происшествий в шлюзах Волго-Донского водного пути за навигацию 1994 — 2004 гг............................154

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Оценка риска аварий и транспортных происшествий в судоходном шлюзе №4 Волго-Балтийского водного пути.................................157

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Оценка риска аварий и транспортных происшествий в судоходном шлюзе №4 Волго-Балтийского водного пути с использованием программы RISK.....................................................................................................168

ВВЕДЕНИЕ

Каждый искусственный водный путь имеет, как правило, в своем составе серию гидроузлов с различными судопропускными сооружениями. На внутренних водных путях и в составе речных гидроузлов нашей страны, Западной Европы, США, Канады и других стран мира наиболее широкое распространение получили судопропускные сооружения в виде шлюзов, ставшие классическим типом такого рода сооружений.

Судоходные шлюзы являются объектами повышенной опасности, повреждения или выход из строя которых могут привести к возникновению чрезвычайной ситуации.

Надежность судоходного шлюза определяется его эксплуатационным техническим состоянием, условиями его эксплуатации, а также аварийной опасностью ГТС.

23 июля 1997 г. в РФ был принят №117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений», позволяющий регулировать отношения, возникающие при осуществлении деятельности по обеспечению безопасности, и устанавливать обязанности органов государственной власти, собственников гидротехнических сооружений и эксплуатирующих организаций по обеспечению безопасной эксплуатации [18].

Данный закон ввел требование о предоставлении в надзорные органы деклараций безопасности гидротехнических сооружений — документа, в котором обосновывается безопасность гидротехнического сооружения и определяются меры по обеспечению безопасности гидротехнического сооружения с учетом его класса [18].

Основой идеи декларирования была активизация работ на объектах по обеспечению нормального уровня безопасности ГТС, отвечающего нормативным требованиям и условиям эксплуатации сооружения [18].

б

Согласно п.п. 8 постановления РФ №1303 от 6 ноября 1998 г. «Об утверждении положения о декларировании безопасности гидротехнических сооружений» в соответствии с №117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений» декларация безопасности гидротехнического сооружения должна содержать [10]:

а) общую информацию, включающую данные о гидротехнических сооружениях и природных условиях района их расположения, меры по обеспечению безопасности, предусмотренные проектом, правилами эксплуатации и предписаниями органа надзора, сведения о финансовом обеспечении гражданской ответственности за вред, который может быть причинен в результате аварии гидротехнических сооружений, основные сведения о собственнике и эксплуатирующей организации;

б) анализ и оценку безопасности гидротехнических сооружений, включая определение возможных источников опасности;

в) сведения об обеспечении готовности эксплуатирующей организации к локализации и ликвидации опасных повреждений и аварийных ситуаций;

г) порядок информирования населения, органа надзора, органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления и территориальных органов Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий о возможных и возникших на гидротехнических сооружениях аварийных ситуациях;

д) заключение, включающее оценку уровня безопасности отдельных гидротехнических сооружений и комплекса гидротехнических сооружений объекта, а также перечень необходимых мероприятий по обеспечению безопасности, и.т.д. [10].

Очевидно, что п. «б» предусматривает решение задач о создании различных методик, рекомендаций и требований в области проведения оценки риска аварий и аварийных происшествий, учитывающих специфику ГТС различного назначения [10].

На сегодняшний день решение задачи подобного рода в сфере эксплуатации судоходных гидротехнических сооружений окончательно не определено. Это является проблемой, «корни» которой упираются в слабую нормативно — методическую базу в обеспечении решения вопроса надежности судоходных шлюзов.

30 мая 2000 г. был впервые введен в практику стандарт предприятия по проведению анализа риска аварий гидротехнических сооружений СТП ВНИИГ. 230.2.001-00, который устанавливает основные методические принципы, термины и определения риска, основные требования к процедуре и оформлению результатов, а так же представляет основные методы анализа риска аварий гидротехнических сооружений различных типов и классов. Данные методические указания распространяются на грунтовые и бетонные плотины, ограждающие и разделительные дамбы золошлакоотвалов, водосбросные, водоспускные и водопропускные сооружения объектов гидро- и теплоэнергетики, а также могут применяться при проведении анализа риска аварий специализированных гидротехнических сооружений — намывных хранилищ отходов промышленных организаций (хвостохранилищ, шламо - и илонакопителей, прудов регуляторов сточных вод и т.д.) и других сооружений, предназначенных для предотвращения вредного воздействия сточных вод и отходов на окружающую природную среду[6].

Разнообразие приведенных в методических указаниях методик наглядно демонстрирует динамичность современного состояния проблемы анализа и оценки риска аварий гидротехнических сооружений в России и за рубежом [7]. Сегодня, как справедливо отмечается в проекте Бюллетеня 1С01ЛЭ [8] невозможна и вряд ли нужна единая методика анализа риска аварий ГТС. Более актуальной и продуктивной представляется формулировка общих принципов и основных положений методологии деятельности. При этом конкретные методики, реализующие принципы и положения методологии для различных типов ГТС, позволяют не только решать практические задачи по обеспечению

надежности сооружений, но и уточнять, совершенствовать, развивать общие принципы и положения методологии в целом [19].

Таким образом, очевидно, что для анализа уровня риска аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах необходимо составление специальной методики с последующим согласованием ее в Ространснадзоре и утверждением в Министерстве транспорта Российской Федерации. Наличие такой методики, составленной по результатам анализа причин аварий и транспортных происшествий в судоходных шлюзах, позволит определять эффективные мероприятия по повышению безопасности судопропуска, обосновывать проектные решения как на ранних стадиях проектирования шлюзов, так и на стадии их модернизации, обосновывать страховые тарифы и ставки и.т.д. Исследованиям в этом направлении и посвящена данная работа.

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ

1.1. Опыт эксплуатации судоходных шлюзов

Судоходные шлюзы это «мосты водного транспорта». Поэтому история шлюзостроения одновременно является историей создания искусственных водных путей [22]. Шлюзование является радикальным способом улучшения судоходных условий на реках с большим числом перекатов и порогов, т.е. постройка каскада плотин с судопропускными сооружениями [21].

Судоходный шлюз состоит камеры, в которой находится судно, и голов со специальными затворами — шлюзовыми воротами, отделяющими камеру от верхнего и нижнего бьефов. Изменение положения уровня воды в камере производится с помощью водопроводных галерей (систем питания), соединяющих камеры с верхним и нижним бьефами. Системы питания оборудуются затворами, перекрывающими водопроводные галереи. Эти системы должны обеспечить наполнение и опорожнение шлюза [21]. На рисунках 1.1 приведена схема однокамерного шлюза в плане. Процесс «шлюзования судна» при его движении от нижнего бьефа к верхнему осуществляется следующим образом: камеру соединяют через отверстия с затворами в воротах или через оборудованные затворами галереи в стенках камеры с нижним бьефом так, что с обеих сторон нижних ворот устанавливается одинаковый уровень воды. В это время верхние ворота закрыты. Затем открываются нижние ворота, и судно входит в камеру. После входа судна закрывают нижние ворота и наполняют камеру из верхнего бьефа до выравнивания уровней. Затем открываются верхние ворота, и судно выводится в верхний бьеф. Движение судна из верхнего бьефа в нижний бьеф осуществляется выполнением тех же операций в обратном порядке [20].

V

ВБ

3

ось шлюза

Г7 НБ

Рисунок 1.1 —Схема однокамерного шлюза:

1 — верхний подходной канал; 2 — верхняя голова; 3 — камера; 4 — нижняя

голова; 5 — нижний подходной канал;6 — направляющие палы;

7 — причальная стенка

Протяженность внутренних водных путей РФ составляет 100 тыс. км., в том числе 16 698 тыс. км искусственных водных путей, на которых находится 110 судоходных шлюзов с напорами от 3 до 32 м [19].

В целом успехи в развитии судоходных гидротехнических сооружений достаточно высоки, чтобы не только эксплуатировать построенные сооружения, но и строить новые на водных путях России [20].

Однако, судоходные шлюзы, способствуя комплексному использованию водных ресурсов, в настоящее время стали фактором, сдерживающим интенсификацию судопотоков. Причина кроется в стремительном ухудшении технического состояния шлюзов и исчерпании их пропускной способности на ряде шлюзованных участков.

Судоходные шлюзы на реках Волге, Каме, Дону, Свири, Оби, Уфе входят в состав комплексных гидроузлов. Аварии на этих СГТС могут привести не только к длительному прекращению судоходства, но и к катастрофическим последствиям на прилегающих территориях в результате прорыва напорного фронта. Данные о шлюзованных водных системах России представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Шлюзованные водные системы России

№ п/п Наименование Соединяемые водотоки Год строительства Год реконструкции Кол-во шлюзов

1 2 3 4 5 6

1 Северо -Двинская Волга - Шексна - р.Порозовица-оз.Кубенское - р. Сухона - р. С.Двина 1828 1920 5

2 Москорецкая - Океанская водная система р. Москва (г. Москва) - р. Ока (г. Коломна) 1874 1949 8

3 Северо -Донецкая система Сев. Донецк до ст. Гундоровской 1911—1914 1919 7

4 р. Волга р. Волга от г. Волгограда до г. Дубна 1941—1985 - 8

5 р. Кама р. Кама -р. Волга 1954—1985 - 3

6 Беломоро -Балтийский канал Онежское оз. -Белое море 1933 1998 19

7 Канал им. Москвы р. Волга - р. Москва 1937 - 11

8 Волго -Донской канал р. Волга - р. Дон 1982 - 13

9 р. Н. Дон Цимлянское водохранилище -Азовское море 1952—1986 - 2

10 р. Маныч с. Дивное -Р. Дон 1934—1936 - 3

11 Волго -Балтийский канал Рыбинское водохранилище -Онежское озеро 1964 - 7

12 р. Свирь Онежское озеро -Ладожское озеро 1933—1952 - 2

13 р. В охов оз. Ильмень -Ладожское озеро 1924 1

Долговременное ухудшение технического состояния СГТС, связанное с недостаточным бюджетным финансированием ремонтно-восстановительных и реконструкционных работ (менее 50 % от нормативного), отсутствием действенных механизмов привлечения внебюджетных средств, привело к снижению уровня безопасности этих сооружений, росту риска возникновения техногенных аварий и чрезвычайных ситуаций на них. Это положение усугубляется и тем обстоятельством, что большинство действующих СГТС находится в эксплуатации 50 и более лет.

Так, на канале им. Москвы они эксплуатируются 70 лет, на Волго-Донском и Беломорско-Балтийском судоходных каналах - более 50 и 70 лет соответственно, на Волге и Каме — 45—50 лет. На рисунке 1.2 приведена диаграмма, иллюстрирующая сроки эксплуатации судоходных шлюзов [24].

□ до 25 лет

■ 25-50 лет

□ 51-75 лет

□ более 75 лет

■ Реконструированные

Рисунок 1.2 — Сроки эксплуатации судоходных шлюзов

При таких сроках в полной мере проявляются процессы физического износа и старения бетонных и железобетонных сооружений, металлоконструкций, механического и электротехнического оборудования, что требует увеличения объемов ремонтно-восстановительных работ и реконструкции.

На сегодняшний день безопасность судоходных шлюзов обеспечивается комплексом мероприятий, реализуемых в процессе эксплуатации (в том числе в рамках целевых программ по поддержанию технического состояния и безопасности ответственных объектов), отраслевой системой мониторинга безопасности СГТС [23] и процедурой декларирования безопасности, регламентированной соответствующим положением [10].

Результаты анализа текущего технического состояния и надежности судоходных шлюзов, выполненного по данным их декларирования и регулярной оценки уровня безопасности, которую осуществляют

28% 2% 25%

37%

эксплуатирующие организации, дает качественную оценку уровня безопасности судоходных шлюзов (см. рисунок 1.3) [25].

7% 8% О Нормальный

Рисунок 1.3 — Уровень безопасности судоходных шлюзов

Обобщая представленные рисунком 1.3. данные, констатируем, что из 110 шлюзов только 8% имеют нормальный уровень безопасности, 56% — пониженный, 29% — не�