Анализ и управление техногенными и природными рисками

А.А. Александров,  
В.И. Ларионов, С.П. Сущев

АНАЛИЗ И УПРАВЛЕНИЕ 
ТЕХНОГЕННЫМИ
И ПРИРОДНЫМИ
РИСКАМИ

Рекомендовано федеральным учебно-методическим объединением  
в системе высшего образования по укрупненной группе специально-
стей и направлений подготовки 20.00.00 «Техносферная безопас-
ность и природообустройство» в качестве учебника для студентов, 
обучающихся по основным образовательным программам высшего 
образования по направлению подготовки магистров 20.04.01  
«Техносферная безопасность»

9

УДК 614+504.05
ББК 20.1
 
А46

Рецензенты:

академик РАН В.И. Осипов;

кафедра «Инженерная защита окружающей среды»

ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет»

(зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.И. Беспалов)

Александров, А. А.

А46  
Анализ и управление техногенными и природными рисками : учеб-

ник / А. А. Александров, В. И. Ларионов, С. П. Сущев. — Москва : 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 357, [3] с. :  ил.

ISBN 978-5-7038-5108-1

Изложены теоретические основы анализа и управления техногенными 

и природными рисками. Показан единый научно-методический подход к реше-
нию задач анализа риска возникновения чрезвычайных ситуаций. Рассмотрены 
основные характеристики природных и техногенных опасностей, причины 
отказов технических систем. Приведены методы исследования надежности 
технических систем и типовые примеры расчетов, методы оценки и анализа 
рисков в техногенной и природной сферах с применением ГИС-технологий, 
расчетно-аналитический и статистический подходы к зонированию по риску 
объектов и территорий. Рассмотрены экономические аспекты управления 
безопасностью.

Соответствует курсу лекций, читаемому в МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Для студентов высших технических учебных заведений, аспирантов, спе-

циализирующихся в области техносферной безопасности, экологии и при-
родообустройства. Может быть полезен специалистам, занимающимся пла-
нированием мероприятий по снижению техногенных и природных рисков.

УДК 614+504.05
ББК 20.1

Фото на обложку любезно предоставлено Вадимом Нанскани

© Александров А.А., Ларионов В.И., 
 
Сущев С.П., 2019

© Оформление. Издательство 

ISBN 978-5-7038-5108-1  
 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   8

ВВЕДЕНИЕ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  10

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  15

ЧАСТЬ 1. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИЗА РИСКА . . . . . .  17

Глава 1. Общая методология анализа риска аварий и катастроф  . . . . . . . . . . . . . . .  19

1.1. Модели воздействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  21
1.2. Функции уязвимости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  29

1.2.1. Функции уязвимости зданий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  29
1.2.2. Функции уязвимости людей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  34

1.3. Методология прогнозирования последствий аварий и катастроф. . . . . .  35

1.3.1. Прогнозирование объемов разрушений на площадных и линейных 
объектах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  36
1.3.2. Прогнозирование количества пострадавших людей . . . . . . . . . . . . .  39

1.4. Общая методология анализа риска . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  41

1.4.1. Базовая терминология. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  41
1.4.2. Оценка показателей риска  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  43
Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  50
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  50

Глава 2. Методические основы применения ГИС-технологий для анализа риска . . .  52

2.1. Общие требования к специализированной ГИС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  52
2.2. Блок базы данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  55

2.2.1. Картографическая информация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  55
2.2.2. Семантическая информация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  59
2.2.3. Система управления базой данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  62

2.3. Расчетно-аналитический блок  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  63

2.3.1. Структура и содержание. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  63
2.3.2. Уровень детализации математических моделей . . . . . . . . . . . . . . . . .  66
2.3.3. Сопряжение математических моделей и базы данных. . . . . . . . . . .  66

2.4. Пользовательский интерфейс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  68
2.5. Блок тематического картографирования и документирования . . . . . . . .  69

Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  72
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  72

Оглавление

ЧАСТЬ 2. МЕТОДЫ АНАЛИЗА РИСКА В ТЕХНОГЕННОЙ СФЕРЕ . . . . . . . .  73

Глава 3. Модели воздействия при аварийных взрывах и пожарах . . . . . . . . . . . . . . .  75

3.1. Оценка надежности технических систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  75

3.1.1. Основные критерии надежности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  76
3.1.2. Основные законы распределения в теории надежности . . . . . . . . .  80
3.1.3. Расчет надежности систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  93

3.2. Интенсивность отказов и частота аварийных событий . . . . . . . . . . . . . . .  94

3.2.1. Дерево отказов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  95
3.2.2. Дерево событий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

3.3. Моделирование поражающих факторов пожара и взрыва . . . . . . . . . . . . 114

3.3.1. Методы расчета поражающих факторов пожара . . . . . . . . . . . . . . . . 114
3.3.2. Методы расчета поражающих факторов взрыва . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

Глава 4. Функции уязвимости при аварийных взрывах и пожарах . . . . . . . . . . . . . . . 131

4.1. Законы разрушения зданий при аварийных взрывах . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

4.1.1. Параметрические законы разрушения зданий. . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
4.1.2. Определение вероятности разрушения зданий с применением 
пробит-функций  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

4.2. Законы поражения людей при аварийных взрывах и пожарах  . . . . . . . . 138

4.2.1. Параметрические законы поражения людей при взрывах . . . . . . . 138
4.2.2. Определение вероятности поражения людей с применением 
пробит-функций. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

Глава 5. Методы оценки риска на опасных объектах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

5.1. Пожаровзрывоопасные объекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

5.1.1. Расчетно-аналитический метод количественного анализа риска . . . 143
5.1.2. Метод анализа видов, последствий и критичности отказов  . . . . . 149

5.2. Химически опасные объекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

5.2.1. Основные определения и понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.2.2. Вероятность токсического поражения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.2.3. Оценка риска на химически опасных объектах  . . . . . . . . . . . . . . . . 154

5.3. Радиационно опасные объекты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

5.3.1. Основные определения и понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
5.3.2. Общие положения метода расчета радиоактивного загрязнения. . . 159
5.3.3. Вероятность радиационного поражения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.3.4. Оценка риска на радиационно опасных объектах . . . . . . . . . . . . . . 163
Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

Глава 6. Анализ риска на магистральных нефтепроводах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.1. Оценка объема аварийного разлива нефти. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.1.1. Оценка объема разлива в напорном режиме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.1.2. Оценка объема разлива в безнапорном режиме . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.2. Распространение нефтяного загрязнения по земной поверхности . . . . . 175
6.2.1. Моделирование разлива нефти на суше . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
6.2.2. Применение ГИС-технологий для моделирования аварийных 
разливов нефти  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6.3. Распространение нефтяного загрязнения по водной поверхности . . . . . 185
6.3.1. Распространение нефтяного загрязнения на малых реках . . . . . . . 185
6.3.2. Распространение нефтяного загрязнения в акватории . . . . . . . . . . 187
6.4. Оценка риска на магистральных нефтепроводах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
6.4.1. Оценка частоты аварий на трубопроводах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
6.4.2. Технический риск . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
6.4.3. Оценка риска для населения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

ЧАСТЬ 3. МЕТОДЫ АНАЛИЗА РИСКА В ПРИРОДНОЙ СФЕРЕ. . . . . . . . . . . 197

Глава 7. Анализ сейсмического риска . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
7.1. Общая методология анализа сейсмического риска  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
7.2. Моделирование сейсмического воздействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
7.3. Функции уязвимости при землетрясениях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
7.3.1. Характеристика зданий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
7.3.2. Параметрические законы разрушения зданий. . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
7.3.3. Параметрические законы поражения людей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
7.4. Оценка сейсмического риска . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
7.4.1. Моделирование поражения людей при землетрясениях . . . . . . . . . 211
7.4.2. Показатели сейсмического риска. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
7.5. Оценка масштабов последствий при землетрясениях . . . . . . . . . . . . . . . . 214
7.5.1. Завалы при разрушении зданий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
7.5.2. Прогнозирование объемов разрушений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
7.5.3. Оценка людских потерь и разрушений по укрупненным 
показателям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
7.5.4. Повреждение коммунально-энергетических сетей . . . . . . . . . . . . . . 219
7.5.5. Повреждение дорог . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
7.5.6. Вторичные последствия сейсмических воздействий . . . . . . . . . . . . 222
Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

Глава 8. Анализ риска наводнений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

8.1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
8.2. Определение площади водосборного бассейна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

Оглавление

8.3. Прогнозирование стока воды с водосборного бассейна . . . . . . . . . . . . . . 230

8.3.1. Метод прогнозирования стока воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
8.3.2. Расчет объема стока  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
8.3.3. Определение уровня подъема воды в створе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

8.4. Определение зон затоплений по уровню подъема воды в створах . . . . . 236
8.5. Последствия наводнений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
8.6. Оценка риска наводнений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

Глава 9. Анализ риска гидродинамических аварий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

9.1. Определения, допущения и исходные данные. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
9.2. Моделирование зон затоплений при гидродинамических авариях  . . . . 247
9.3. Последствия гидродинамических аварий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
9.4. Оценка риска гидродинамических аварий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

Глава 10. Анализ риска возникновения цунами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

10.1. Возникновение цунами и классификация цунамиопасных территорий . . . 258

10.1.1. Возникновение и распространение волн цунами . . . . . . . . . . . . . . 258
10.1.2. Классификация цунамиопасных территорий. . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

10.2. Функции уязвимости при воздействии цунами  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

10.2.1. Параметрические законы разрушения зданий. . . . . . . . . . . . . . . . . 261
10.2.2. Параметрические законы поражения людей . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

10.3. Прогнозирование последствий цунами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

10.3.1. Оценка зоны затопления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
10.3.2. Разрушение зданий и сооружений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
10.3.3. Оценка численности пострадавших при воздействии цунами . . . 270

10.4. Оценка риска цунами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

Глава 11. Астероидная уязвимость Земли. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

11.1. Воздушный взрыв космического тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

11.1.1. Огненный шар . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
11.1.2. Воздушная ударная волна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
11.1.3. Уязвимость элементов риска при воздействии Челябинского 
метеорита. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  276

11.2. Падение космического тела на земную поверхность . . . . . . . . . . . . . . . . 278

11.2.1. Параметры поражающих факторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
11.2.2. Уязвимость населения при падении космического тела на зем-
ную поверхность. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

11.3. Подводный взрыв космического тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

11.3.1. Параметры волн подводных взрывов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

Оглавление

11.3.2. Уязвимость населения при взрыве космического тела 
в акватории . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285

ЧАСТЬ 4. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫМИ И ПРИРОДНЫМИ 
РИСКАМИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

Глава 12. Нормирование рисков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

12.1. Методические подходы к анализу риска  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

12.1.1. Расчетно-аналитический подход. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
12.1.2. Статистический подход . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
12.1.3. Динамический анализ риска . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
12.1.4. Эвристический подход . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

12.2. Рекомендуемые уровни рисков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

Глава 13. Управление рисками. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

13.1. Концептуальная система управления рисками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
13.2. Методы обоснования мер по снижению рисков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310

13.2.1. Критерии оценки эффективности вариантов снижения 
ущерба . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
13.2.2. Уязвимость и риски для оценки эффективности мероприятий . . . 313
13.2.3. Многокритериальные задачи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315

13.3. Методы оптимизации мероприятий при реагировании на масштабные 
катастрофы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
13.3.1. Оптимизация дислокации сил и средств спасения. . . . . . . . . . . . . 327
13.3.2. Оптимизация распределения сил и средств спасения . . . . . . . . . . 329
Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

Глава 14. Зонирование по риску . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334

14.1. Расчетно-аналитический подход  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334

14.1.1. Зонирование по риску объектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
14.1.2. Зонирование по риску территорий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337

14.2. Статистический подход . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344

Контрольные вопросы и задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

Основная литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349

Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350

Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящий учебник написан на базе лекций по теории анализа и управления 
рисками, читанных в течение ряда лет студентам МГТУ им. Н.Э. Баумана, 
а также на основе опыта научно-исследовательских работ авторов в разных 
областях. Книга соответствует программе цикла специальных дисциплин: 
«Теория анализа и управления рисками», «Анализ опасностей и надежность 
промышленных систем», «Системный анализ и моделирование процессов 
в техносфере», «Производственная безопасность», «Применение ГИС-техно-
логий для анализа рисков на опасных территориях и объектах», «Управление 
пожарными рисками производственных объектов, зданий и сооружений», 
преподаваемых в технических университетах, а также в МГТУ им. Н.Э. Баумана. 

В учебнике излагается единая научно-методическая база анализа риска 

для решения теоретических и практических задач в области техногенной 
и природной безопасности. Издание рассчитано в основном на бакалавров 
и магистров по направлению «Техносферная безопасность», аспирантов, 
преподавателей вузов. Вместе с тем оно может служить практическим руко-
водством для специалистов в области предупреждения и ликвидации чрез-
вычайных ситуаций и планирования мероприятий по снижению риска для 
населения и территорий, а также промышленной безопасности объектов.

Авторы изложили материал в логической последовательности, начиная 

с отдельных фактов и переходя к обобщениям, использовали наглядные 
способы визуализации информации (графики, схемы, диаграммы, таблицы), 
показали применение предлагаемых методов на примерах. Модульное по-
строение учебника и единообразная организация модулей дают возможность 
студентам лучше ориентироваться в материале, самостоятельно выбирать 
способ изучения изложенных в учебнике сведений, способствуют их более 
качественному усвоению, позволяют преподавателю определять порядок 
и полноту прохождения модулей, организовать эффективный контроль над 
формированием знаний и умений учащихся, а также придают учебному про-
цессу системность, структурную четкость и гибкость.

Книга снабжена большим количеством примеров расчетного характера, 

в которых применение излагаемых методов иллюстрируется на конкретном 
практическом материале и доводится до численного результата. Приведен-
ные типовые контрольные вопросы и задания необходимы для оценки зна-
ний, умений и уровня овладения учебным материалом в процессе освоения 
дисциплины. К каждой главе и в конце книги указан список литературы, 

Предисловие

который призван дать читателям возможность самостоятельно ознакомиться 
с различными позициями и подходами ученых к наиболее актуальным про-
блемам дисциплины, глубоко и полно изучить материал и успешно выполнить 
задания для самостоятельной работы, сформировать свою точку зрения по 
вопросам дисциплины.

В отношении математической подготовки от читателя требуется знаком-

ство с вузовским курсом высшей математики, а также владение элементами 
теории вероятностей.

При изучении изложенного в учебнике материала бакалавры и магистры на-

правления подготовки «Техносферная безопасность», приобретут способность:

знать: теоретико-методологические основы исследования и управления 

природно-техногенной безопасностью, а также базовые концепции, теории, 
принципы, методы системного анализа и синтеза природно-техногенной 
безопасности на основе повышения надежности технических систем, прогнозирования 
показателей риска и управления рисками, предупреждения 
аварий и опасных природных явлений;

уметь: использовать методы количественной и качественной оценки 

опасностей производственных объектов и природных явлений и анализа 
природных и техногенных рисков для разработки и оптимизации мероприятий 
по повышению безопасности, снижению риска и принятию решений 
при реагировании на масштабные ЧС;

владеть: методами математического моделирования, системного анализа 

основных видов риска и источников их возникновения, разработки мероприятий 
по снижению риска до приемлемого уровня, а также современными 
программными комплексами для расчета риска и зонирования территории 
по риску, моделирования, анализа и оценки функционирования технологического 
оборудования по критериям работоспособности и надежности.

Совокупность приведенных знаний, умений и навыков в полной мере 

соответствует профессиональным компетенциям, отмеченным в федераль-
ных государственных образовательных стандартах высшего образования 
и самостоятельно устанавливаемых МГТУ им. Н.Э. Баумана образовательных 
стандартах по направлению подготовки «Техносферная безопасность» для 
бакалавриата и магистратуры.

Учебник содержит ряд новых, ранее не публиковавшихся, материалов, 

разработанных авторами в последние годы. К таким материалам следует от-
нести: параметрические законы разрушения зданий при аварийных взрывах, 
сейсмических и гидродинамических воздействиях; моделирование аварийных 
разливов нефти на суше; методы анализа риска цунами; методы оценки асте-
роидной уязвимости Земли; динамический анализ риска.

Проблемам снижения риска на производственных объектах различного 

назначения будет посвящена следующая книга авторов «Инженерные меро-
приятия по снижению техногенных и природных рисков».

ВВЕДЕНИЕ

Доля техногенных чрезвычайных ситуаций (ЧС), возникающих на территории 
Российской Федерации, составляет более 60 % от общего числа ЧС. В зонах 
возможного воздействия поражающих факторов при возникновении ЧС на 
промышленных объектах, включая химически опасные, ядерные и радиа-
ционно опасные, а также гидротехнические сооружения, проживают свыше 
80 млн человек.

Опасные природные явления по интенсивности и продолжительности могут 

оказать негативное воздействие, превышающее по масштабу техногенные ЧС. 
Доля ущерба, вызываемого природными явлениями, составляет более 80 % 
от общего ущерба в ЧС на территории РФ за год.

Все это предопределяет необходимость долгосрочного прогнозирования 

возникновения чрезвычайных ситуаций, мониторинга основных источников 
техногенной и природной опасности, проведения анализа риска на объектах 
и территориях и разработки мероприятий по снижению риска. Риски явля-
ются интегральными показателями, определяющими степень техногенных 
и природных опасностей в пределах территории. 

Необходима новая стратегия обеспечения безопасности населения и тер-

риторий от ЧС техногенного и природного характера, требующая единого  
научно-методического подхода к анализу риска, а также к управлению ри-
сками на основе оптимизации мероприятий по защите населения при реа-
гировании на масштабные аварии и катастрофы.

Учебный материал, изложенный в книге, дает возможность в процессе 

освоения курса получить теоретические и практические навыки управления 
техногенной и природной безопасностью. При изложении теоретических 
основ анализа и управления рисками сложные процессы, приводящие 
к авариям и катастрофам в техногенной и природной сферах, рассмотрены 
на основе простых событий с применением теории вероятностей, а при 
необходимости с использованием статистической информации по наблю-
денным значениям.

Предметная основа дисциплины «Теория анализа и управления рисками» 

состоит в выявлении и исследовании закономерностей, которым подчинены 
процессы, составляющие базу анализа риска. Полученные закономерности 
имеют не только теоретическую ценность, но и широко применяются на прак-
тике — при обеспечении безопасности в техногенной и природной сферах.

Введение

Объектами дисциплины являются:
человек и опасности среды его обитания;
опасные технологические процессы и производства;
уязвимость зданий, сооружений и других элементов риска;
опасные природные явления;
средства и силы спасения человека.
Наука о рисках в техногенной и природной сферах сформировалась в по-

следней четверти XX века благодаря практическим потребностям обеспечения 
безопасности в техносфере, в частности ядерной энергетике, а также развитию 
космических технологий. 

Весомый вклад в развитие теории рисков применительно к техногенной 

и природной сферам внесли отечественные ученые: В.А. Акимов, П.Г. Бе-
лов, А.А. Быков, Н.Н. Брушлинский, А.А. Корольченко, В.А. Котляревский, 
В.В. Лесных, М.В. Лисанов, Н.А. Махутов, В.И. Осипов, Б.Н. Порфирьев, 
А.П. Рагозин, В.И. Сидоров и многие другие.

Отличительной особенностью учебника является применение единого на-

учно-методического подхода к решению задач анализа и управления рисками 
в техногенной и природной сферах.

Предлагаемый читателю учебник включает четыре части, посвященные 

основным вопросам теории и практики анализа и управления рисками.

В книге рассматривается содержание единой научно-методической базы 

анализа риска. В основу методической базы прогнозирования последствий 
чрезвычайных ситуаций положена причинно-следственная связь двух случай-
ных процессов: воздействия поражающих факторов на объект в кризисных 
ситуациях и сопротивления элементов объекта негативному воздействию.

Сформулированы требования к специализированной геоинформационной 

системе, применяемой для анализа риска. Даны общие требования к разра-
ботке систем, включая требования к перечню рассматриваемых чрезвычайных 
ситуаций природного и техногенного характера, составу задач по повышению 
безопасности объектов, а также к структуре и содержанию баз данных, функ-
циональным особенностям, технологии построения систем, составу расчетных 
математических моделей. Даны требования к масштабам карт в зависимости 
от рассматриваемой категории чрезвычайной ситуации. Обоснована степень 
детальности семантической информации и математических моделей в зави-
симости от уровня решаемых задач. 

Представлены модели воздействия при аварийных взрывах и пожарах. 

В пределах этой группы моделей определяется частота аварий за год по воз-
можным сценариям и интенсивность поражающих факторов по рассматри-
ваемым сценариям на различных расстояниях от места аварии.

Приведены функции уязвимости для людей, открыто расположенных на 

местности и находящихся внутри зданий различного типа, от величины по-
ражающего фактора при взрывах и пожарах.

Введение

Даны зависимости по определению риска на опасных производственных 

объектах различного назначения.

Сильные землетрясения и связанные с ними вторичные природные и тех-

ногенные воздействия, приводят к гибели людей и значительным экономи-
ческим ущербам. Они могут стать социальной и экономической катастрофой 
в масштабе целой страны. В последние годы по всему миру отмечается рост 
числа землетрясений и силы подземных толчков. Вместе с тем растет и число 
потерь. Так, в течение 2005–2015 гг. от землетрясений погибало в среднем 
более 40 тыс. человек в год. 

В России в зонах сейсмической опасности проживают 20 млн человек, 

причем 10 % из них — в зонах, где интенсивность сейсмических сотрясе-
ний достигает 8–9 баллов, при этом определенную угрозу представляют 
и 6–7-балльные зоны в густонаселенной части страны.

Получены оценки уязвимости зданий и населения при сейсмическом 

воздействии. Изложены вероятностные методы анализа сейсмического ри-
ска для населения урбанизированных территорий с учетом типа застройки 
и конструктивных особенностей зданий и сооружений. Рассмотрены основ-
ные методы обоснования мероприятий по защите населения и территорий.

Катастрофические наводнения, происходящие на территории нашей страны 

и всего мира, наносят огромный ущерб народному хозяйству и зачастую при-
водят к человеческим жертвам. В конце лета и в начале осени 2013 г. обильные 
осадки, выпавшие на территории Дальнего Востока России и северо-востока 
Китая, привели к значительному подъему уровня воды на реке Амур. В не-
которых городах, например в Хабаровске, уровень воды поднялся почти до 
9-метровой отметки, а в Комсомольске-на-Амуре превысил ее. В результате 
наводнения пострадали более 170 тыс. человек, материальный ущерб составил 
свыше 60 млрд руб. В связи с этим анализ риска наводнений следует считать 
особенно актуальным. Оценка риска при наводнениях определяется с учетом 
информации о повторяемости наводнений для рассматриваемой реки по 
данным многолетних наблюдений.

Рассмотрены методы анализа риска гидродинамических аварий. Разру-

шение (прорыв) гидротехнических сооружений происходит в результате 
воздействия природных сил (землетрясений, ураганов, разливов), каких-либо 
действий человека (диверсий, применения оружия) или вследствие конструк-
тивных дефектов и ошибок в проектировании и эксплуатации. Прорыв пло-
тины является начальной фазой гидродинамической аварии и представляет 
процесс образования прорана и неуправляемого потока воды. Моделирование 
течения воды по руслам рек основывается на численном решении  уравнений 
Сен-Венана, выражающих фундаментальные законы сохранения массы и ко-
личества движения.

Зонирование территорий по индивидуальному риску выполняется на ос-

нове данных, полученных в результате расчета параметров волны прорыва 

Введение

и формирования матрицы уровней подъема воды в зоне затопления при ги-
дродинамических авариях. Для каждой точки матрицы определяется уровень 
подъема воды и скорость течения. Высота подъема уровня воды и скорость 
течения являются основными факторами воздействия на людей и сооружения.

С начала 21-го века произошли более 10 крупных цунами, которые унесли 

жизни около 250 тыс. человек и причинили колоссальный материальный 
ущерб. Наиболее катастрофические из них — цунами в Индонезии 26.12.2004 
и в Японии 11.03.2011 — убедительно показали, что проблема цунами требует 
привлечения новых идей и технологий. Стремительное освоение прибреж-
ной зоны и связанное с ним увеличение численности населения повышают 
уязвимость берегов к волнам цунами.

Рассмотрены причины возникновения цунами (землетрясения, извержения 

вулканов, оползни, атмосферные эффекты, деятельность человека, падение 
астероидов). Показаны особенности волн в открытом море, на мелководье 
и на побережье. Изложены методы прогнозирования последствий возможных 
чрезвычайных ситуаций, вызванных волнами цунами. Обоснована необхо-
димость предварительного цунамирайонирования побережья.

Столкновение опасных космических тел с Землей может приводить 

к катастрофам от локального до глобального масштаба. Космические тела 
подлетают к Земле в широком диапазоне скоростей. Мелкие тела сгорают 
в земной атмосфере, крупные могут ее пробить, высвобождая при ударе 
о Землю в доли секунды весь запас кинетической энергии. Тела размером 
в несколько десятков или сотен метров при падении на сушу или в акваторию 
могут уничтожить крупные населенные пункты, разрушить потенциально 
опасные объекты, нарушить работу телекоммуникационных, энергетических 
и других систем. Защита от астероидно-кометной опасности, прогнозирование 
последствий и обеспечение минимального ущерба от катастрофических 
столкновений с космическими телами становятся в настоящее время 
актуальными задачами. 

Существующие в России и в мире средства контроля космического пространства, 
а также методы обработки информации и моделирования позволяют 
ставить задачу точного прогноза места, времени и мощности взрыва 
при падении космического тела на Землю с целью снижения ущерба от 
подобных событий. Для моделирования сценариев катастроф, связанных 
с астероидно-кометной опасностью, и оценки их возможных последствий для 
населения и объектов инфраструктуры разработаны методы расчета последствий 
взрывов космического тела в воздухе и в акватории на определенной 
глубине, а также удара о земную поверхность. Проведена оценка последствий 
падения Челябинского метеорита.

Рассмотрены концептуальные подходы, заложенные в методической базе 

анализа риска: теоретические, статистические, эвристические. Приведены 
рекомендуемые критерии рисков для объектов и территорий.

Введение

Дано графическое представление системы управления рисками на раз-

личных этапах, включая превентивные меры и смягчение последствий при 
возникновении ЧС. Изложены методы обоснования мер по снижению риска 
на основе критериев оценки эффективности. Показаны примеры зонирования 
объектов и территорий по риску способами количественного и качественного 
фона, значков, изолиний и гипсослоев.

Авторы выражают благодарность Р.А. Таранову за подготовку контроль-

ных вопросов и заданий, М.А. Козлову, В.А. Котляревскому, А.А. Костину, 
А.Н. Угарову и Д.В. Щёлоковой за ряд ценных советов, сделанных во время 
обсуждения отдельных глав рукописи. Авторы считают своим долгом по-
благодарить Н.И. Фролову, сотрудничество с которой помогло в разработке 
материалов, изложенных в гл. 7.

При подготовке учебника использованы материалы научных исследований 

отечественных и зарубежных специалистов, привлечен опыт преподавания 
данной дисциплины в МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также многолетний соб-
ственный опыт преподавательской и научной деятельности авторов.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АВПКО 
— метод анализа видов, последствий и критичности отказов

АХОВ 
— аварийно химически опасное вещество

АЭС 
— атомная электростанция

бэр 
— биологический эквивалент рентгена (англ. rem, сокр. 

 
 
Roentgen Equivalent Man)

ВВ 
— взрывчатое вещество

ВВЭР 
— водо-водяной энергетический реактор

ГДА 
— гидродинамическая авария

ГЖ 
— горючая жидкость

ГИС 
— географическая информационная (геоинформационная) 

 
 
система

ГИС-технологии — геоинформационные технологии
ГПВС 
— газопаровоздушная смесь

ГТС 
— гидротехническое сооружение

ГЭС 
— гидроэлектростанция

ИНЕС 
— Международная шкала ядерных и радиологических 

 
 
событий (англ. INES, сокр. International Nuclear 

 
 
Event Scale)

ЛВЖ 
— легковоспламеняющаяся жидкость

ЛЭП 
— линия электропередач

МАГАТЭ 
— Международное агентство по атомной энергии 

 
 
(англ. IAEA, сокр. International Atomic Energy Agency)

МГ 
— магистральный газопровод

МН 
— магистральный нефтепровод

МНПП 
— магистральный нефтепродуктопровод

МТ 
— магистральный трубопровод

НАСА  
— Национальное управление по воздухоплаванию 

 
 
и исследованию космического пространства в США 

 
 
(англ. NASA, сокр. National Aeronautics And Space 

 
 
Administration) 

НПС 
— насосно-перекачивающая станция

ОСР 
— общее сейсмическое районирование

ПВОО 
— пожаровзрывоопасный объект

ПВС 
— пылевоздушная смесь