РБ-022-01

Федеральный надзор России по ядерной и радиационной безопасности

(Госатомнадзор России)

Руководства по безопасности

Утверждены

постановлением

Госатомнадзора России

от 28 декабря 2001 г. № 17

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ ХАРАКТЕРИСТИК СМЕРЧА ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

РБ-022-01

УДК 551.515.3:621.039.5

Введены в действие с 1 марта 2002 г.

Настоящее руководство по безопасности содержит рекомендации по определению расчетных характеристик смерчей для территорий размещения и сооружения объектов использования атомной энергии.

Руководство разработано с учетом обобщения опыта оценки смерчеопасности при проведении исследований площадок атомных станций.

Руководство разработано впервые.

Руководство разработано в НТЦ ЯРБ Госатомнадзора России. Руководители разработки: Калиберда И.В., Бугаев Е.Г. В работе над документом участвовал авторский коллектив в составе: Лавров И.М., Погребняк В.Н., Силаева Л.Ф., Сорочинский М.А., Фихиева Л.М., Югай Т.З.

Список сокращений

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Вихрь - атмосферное образование с вращательным движением воздуха вокруг вертикальной или наклонной оси.

Выбор площадки - процесс выбора подходящей площадки для ОИАЭ, включая соответствующую оценку и определение критериев, закладываемых в проектные основы.

Зона повышенной смерчеопасности - территория с повышенной вероятностью появления смерчей на единице площади.

Класс интенсивности смерча - универсальная характеристика, определяющая основные динамические параметры смерчевого вихря. Устанавливается по F-шкале Фуджиты на основе количественных и качественных описаний последствий прохождения смерча.

Консервативный подход - подход к проектированию и конструированию, когда для параметров и характеристик, входящих в проектные основы ОИАЭ, принимаются значения и пределы, заведомо приводящие к результатам, имеющим избыточную (большую) степень надежности проектных и конструкторских решений.

Район размещения и сооружения ОИАЭ - территория, включающая площадку АС, на которой проявляются или могут проявиться явления, процессы или события, способные оказать влияние на безопасность АС.

Смерч (торнадо, тромб) - сильный, обладающий большой разрушительной силой маломасштабный атмосферный вихрь диаметром до 1000 м, в котором воздух вращается с большой скоростью (до 100 м/с).

Смерчеопасное событие - прохождение через территорию размещения ОИАЭ смерча, способного вызвать повреждения ОИАЭ с возможными радиационными последствиями.

Смерчеопасный район - территория, на которой вероятность прохождения смерчей через фиксированную точку превышает допустимый предел смерчеопасного события.

Эффективный период наблюдений - интервал времени, в течение которого частота появления смерчей в районе постоянна и совпадает с частотой появления смерчей в течение периода регулярных наблюдений.

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Настоящее Руководство по безопасности (РБ) содержит рекомендации как проводить исследования по определению опасности смерчей с целью реализации требований п. 2.1 и раздела 4 федеральных норм и правил в области использования атомной энергии "Учет внешних воздействий природного и техногенного происхождения на ядерно- и радиационно опасные объекты" и пп. 1.2 и 3.2.4 федеральных норм и правил в области использования атомной энергии "Размещение атомных станций. Основные критерии и требования по обеспечению безопасности".

1.2. Настоящее РБ устанавливает рекомендации по оценке смерчеопасности территорий размещения и сооружения ОИАЭ, составу расчетных характеристик и методике их определения.

1.3. Настоящее РБ содержит рекомендации по этапам получения расчетных параметров смерчей и подходам к выполнению этапов анализа смерчеопасности.

1.4. Назначение настоящего РБ - оценка расчетных параметров смерчей, необходимых для установления нагрузок на здания и сооружения ОИАЭ, важные для безопасности, и разработки технических и организационных мер защиты систем и элементов ОИАЭ, важных для безопасности, в целях обоснования пригодности площадки для размещения, сооружения и эксплуатации ОИАЭ.

1.5. Настоящее РБ не ограничивает право проектно-изыскательских и эксплуатирующих организаций на выбор методики оценки смерчеопасности и определения расчетных параметров смерчей. Примененный ими расчетный метод должен обосновываться в программе работ по определению или уточнению смерчеопасности территории размещения ОИАЭ и в материалах по обоснованию безопасности ОИАЭ.

2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЭТАПАМ ОЦЕНКИ СМЕРЧЕОПАСНОСТИ ТЕРРИТОРИИ

2.1. Оценку смерчеопасности территории размещения и сооружения ОИАЭ и расчетных параметров смерчей рекомендуется проводить в четыре этапа:

а) предварительная оценка смерчеопасности;

б) определение смерчеопасности с учетом анализа имеющихся каталогов смерчей;

в) проведение работ с целью сбора дополнительных к каталогу данных о прохождении смерчей в районе размещения и сооружения ОИАЭ и определение расчетных параметров смерчей с учетом дополнительных данных;

г) уточнение смерчеопасности и расчетных параметров смерчей с учетом мониторинга смерчей в рамках мониторинга опасных атмосферных явлений на исследуемой территории размещения и сооружения ОИАЭ.

3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СМЕРЧЕОПАСНОСТИ

3.1. Предварительная оценка смерчеопасности предполагаемой территории размещения ОИАЭ выполняется на стадии декларации о намерениях строительства.

3.2. Определение расчетных характеристик смерчей в пределах предполагаемой территории размещения ОИАЭ проводится на основе:

использования схемы районирования территории бывшего СССР по смерчеопасности согласно приложению 1;

распределения зарегистрированных смерчей на территории бывшего СССР (до 1991 г.) и Российской Федерации и стран СНГ (с 1991 г. по настоящее время) по данным каталога смерчей согласно приложению 2.

3.3. Если район предполагаемого размещения ОИАЭ по схеме приложения 1 относится к зоне повышенной смерчеопасности (А, Б, В) или к смерчеопасному району (с индексами IБ, IВ, IГ, IД, IЕ, IIА, IIБ, III, VВ), то это определяет необходимость учета нагрузок и воздействий от вероятного смерча при проектировании зданий и сооружений ОИАЭ, важных для безопасности, а также разработки технических и организационных мер защиты систем и элементов ОИАЭ, важных для безопасности. Основные характеристики смерчей определяются из таблицы справочного приложения 3.

3.4. На основании анализа схемы приложения 1 для зон повышенной смерчеопасности (А, Б, В) и смерчеопасных районов (с индексами IБ, IВ, IГ, IД, IЕ, IIА, IIБ, III, VВ) по данным справочного приложения 3 определяются предварительные характеристики смерчеопасности:

годовая вероятность PS возникновения смерчеопасного события в районе предполагаемого размещения ОИАЭ в пределах окружающей площадку объекта территории площадью 1000 км2;

расчетные характеристики вероятного смерча, включая kP, VP, UP, ΔpP.

3.5. При рассмотрении варианта размещения ОИАЭ в горном районе (приложение 1) количественная оценка смерчеопасности не проводится, район принимается несмерчеопасным.

3.6. Территория размещения ОИАЭ, расположенная в пределах несмерчеопасного района (с индексами IА, IБ, IVВ, VА, VБ, VГ), принимается безопасной по вероятным воздействиям смерчей.

3.7. Смерчеопасность территории размещения ОИАЭ, расположенной в пределах малоизученного района (с индексом IIВ), на данной стадии не определяется. Это производится на последующих стадиях проектирования.

3.8. Для обеспечения консервативной оценки параметров смерчей территории размещения ОИАЭ, расположенной в пограничной зоне двух районов (зон), расчетные характеристики смерчеопасности принимают по данным района (зоны), имеющего более высокую степень смерчеопасности. Шириной пограничной зоны следует считать расчетную длину пути смерча максимального наблюденного в этих районах класса.

4. АНАЛИЗ КАТАЛОГА СМЕРЧЕЙ

4.1. Оценку смерчеопасности территории размещения ОИАЭ и расчетные параметры смерчей на стадии разработки обоснований инвестиций (включая отвод земли под выбранную площадку размещения ОИАЭ) следует проводить с учетом данных каталога смерчей на территории бывшего СССР (приложение 4) и на территории Российской Федерации за период 1987-2001 гг. (приложение 5).

4.2. Распределение зарегистрированных смерчей на территории Российской Федерации и стран СНГ в соответствии с анализом каталога смерчей на территории бывшего СССР по всем выделенным на схеме приложения 1 зонам и районам приводится в таблице приложения 2. При выполнении расчетов для конкретной территории объекта эта таблица должна быть дополнена с учетом выборки данных из каталога смерчей на территории Российской Федерации за период 1987-2001 гг. (приложение 5). С учетом дополнительных данных о прохождении смерчей оценка смерчеопасности территории и расчетные параметры смерчей определяются расчетом в соответствии с рекомендациями раздела 7 настоящего РБ и приложений 6 и 7.

4.3. Территория, расположенная в пределах малоизученного района (с индексом IIВ и VI по схеме приложения 1), может быть принята на этом этапе несмерчеопасной при получении данных об отсутствии в этом районе смерчей за период, начиная с 1987 г. и кончая 2001 г. (приложение 5), и за последующие годы, не указанные в каталогах, по данным дополнительных исследований. В случае получения дополнительных данных о прохождении смерчей степень смерчеопасности территории должна устанавливаться расчетным путем также в соответствии с рекомендациями раздела 7 настоящего РБ и приложений 6 и 7.

5. СБОР ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ДАННЫХ О ПРОХОЖДЕНИИ СМЕРЧЕЙ

5.1. Смерчеопасность и параметры смерчей на территории размещения ОИАЭ с учетом дополнительных данных определяются на стадии разработки, согласования и утверждения проектной документации (ТЭО/проекта).

5.2. На этой стадии следует проводить дополнительные изыскания по сбору данных о прохождении смерчей в районе размещения и сооружения ОИАЭ с целью получения уточненного каталога смерчей, определения уточненных характеристик смерчеопасности и параметров смерчей в соответствии с рекомендациями, изложенными в п. 4.2 настоящего РБ.

5.3. Территория размещения ОИАЭ, расположенная в пределах малоизученного района (с индексом IIВ и VI по карте приложения 1), принимается несмерчеопасной при получении данных об отсутствии в этом районе смерчей, начиная с 1987 г. (год составления каталога смерчей - приложение 4) по год проведения дополнительных исследований (с учетом материалов каталога смерчей на территории Российской Федерации за период 1987-2001 гг. (приложение 5). В случае получения дополнительных данных о прохождении смерчей степень смерчеопасности территории должна устанавливаться также расчетом в соответствии с рекомендациями раздела 7 настоящего РБ и приложений 6 и 7.

5.4. Дополнительные изыскания по сбору данных о прохождении смерчей в районе размещения ОИАЭ и уточнение каталога смерчей рекомендуется проводить в пределах границ данной зоны смерчеопасности по схеме приложения 1.

6. МОНИТОРИНГ СМЕРЧЕЙ

6.1. Уточнение смерчеопасности и параметров смерчей с учетом мониторинга смерчей в рамках мониторинга опасных атмосферных явлений на исследуемой территории размещения ОИАЭ осуществляется на стадии составления рабочей документации.

6.2. На стадии составления рабочей документации продолжается сбор данных о последствиях прохождения смерчей в районе размещения ОИАЭ и пополнение каталога смерчей.

6.3. С учетом данных мониторинга смерчей и пополнения каталога смерчей уточняются характеристики смерчеопасности и параметры смерчей путем расчета в соответствии с рекомендациями раздела 7 настоящего РБ и приложений 6 и 7.

6.4. Мониторинг смерчей в районе размещения ОИАЭ также следует проводить в границах данной зоны смерчеопасности по схеме приложения 1.

7. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ХАРАКТЕРИСТИК СМЕРЧЕОПАСНОСТИ ТЕРРИТОРИЙ РАЗМЕЩЕНИЯ ОИАЭ С УЧЕТОМ ПОПОЛНЕНИЯ КАТАЛОГА СМЕРЧЕЙ

7.1. На основании информации, полученной на этапе дополнительного сбора данных о прохождении смерчей и пополнения каталога смерчей, определяются уточненные расчетные параметры максимального смерча проектной основы.

7.2. Смерчеопасность территории следует оценивать на основе данных об интенсивности смерча, определяемой его классом.

7.3. Класс интенсивности определяет основные динамические параметры смерчевого вихря. Он устанавливается по F-шкале Фуджиты (таблица справочного приложения 8) на основе количественных и качественных описаний последствий прохождения смерча.

7.4. На основании класса интенсивности определяются следующие производные характеристики смерчей:

максимальная горизонтальная скорость вращательного движения стенки смерча V;

поступательная скорость движения смерча U;

длина Lk и ширина Wk пути прохождения смерча;

перепад давления между периферией и центром вращения воронки Δp.

7.5. Диапазоны изменения характеристик Vk, Uk, Lk, Wk, Δpk для различных классов интенсивности приведены в таблице справочного приложения 9, основанием которой явилась шкала Фуджиты-Пирсона [3].

7.6. Расчетный класс интенсивности максимального вероятного смерча на территории размещения ОИАЭ определяется в соответствии с рекомендациями приложения 6.

7.7. Расчетные параметры смерчей определяются, исходя из класса его интенсивности, в соответствии с рекомендациями приложения 7.

7.8. Статистические данные о прохождении смерчей над территорией выбранной площадки размещения и сооружения ОИАЭ определяют решение о принятии допустимого предела вероятности возникновения смерчеопасного события Р0. С учетом рекомендаций [1] Р0 следует принимать равным 10-4.

7.9. Расчетные параметры смерчей проектной основы ОИАЭ следует определять с учетом принятого допустимого предела вероятности возникновения (порогового уровня вероятности) смерчеопасного события Р0 ≥ 10-4.

7.10. Смерчеопасность территории размещения ОИАЭ оценивается путем установления годовой вероятности PS возникновения смерчеопасного события в районе размещения и сооружения ОИАЭ в пределах окружающей площадку объекта территории площадью 1000 км2.

7.11. Если для района размещения ОИАЭ в пределах окружающей площадку объекта территории площадью 1000 км2, расположенной в зоне с однородными физико-географическими условиями образования смерчей (схема приложения 1), установлена годовая вероятность прохождения смерчей более Р0 (PS > Р0), то территория является смерчеопасной, что требует определения основных характеристик смерчей.

7.12. При выполнении расчетов следует руководствоваться рекомендациями приложений 6 и 7, таблицами справочных приложений 2, 3, 8-10 и данными каталогов смерчей (справочные приложения 4 и 5).

7.13. Выбор подходов, полнота используемой информации, строгость анализа при оценке и учете расчетных характеристик и параметров смерчей определяют ответственность как проектирующей, так и эксплуатирующей организаций. Корректность примененного подхода оценивается в зависимости от конкретного ОИАЭ, размещенного в данных природно-географических условиях.

8. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УЧЕТУ СМЕРЧА ПРИ СООРУЖЕНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ОИАЭ

8.1. На этапах разработки проекта ОИАЭ, а также проекта реконструкции ОИАЭ рекомендуется выполнять дополнительные изыскания с целью получения уточненного каталога смерчей (раздел 5). Информацию о результатах дополнительных изысканий следует представлять в Отчете по обоснованию безопасности.

8.2. В случае если информация о смерчеопасности в районе размещения ОИАЭ на основании каталога свидетельствует о значимых событиях, следует выполнять уточняющий расчет параметров смерча для проектных основ. Результаты работ по этому этапу также следует приводить в Отчете по обоснованию безопасности.

8.3. При изменении проектных параметров смерча следует выполнять оценку безопасности ОИАЭ для оценки достаточности проектно-конструкторских решений ОИАЭ и организационно-технических мероприятий на площадке ОИАЭ. Результаты работ по данному этапу следует представлять в ”Отчете по обоснованию безопасности”.

8.4. Работы, предусмотренные в пп. 8.1, 8.2 и 8.3, целесообразно выполнять периодически для подтверждения защищенности ОИАЭ от воздействий смерчей.

8.5. При сооружении ОИАЭ предусматривается обеспечение смерчестойкости систем и элементов ОИАЭ, важных для безопасности.

8.6. При оценке смерчеопасности территории сооружения ОИАЭ следует учитывать:

давление ветра, вызываемое прямым воздействием воздушного потока;

давление, связанное с изменением поля атмосферного давления по мере прохождения смерча;

ударные силы, вызываемые летящими предметами при прохождении смерча.

8.7. Максимальное расчетное значение ветрового давления при воздействии смерчей следует учитывать в виде векторной суммы максимальной горизонтальной скорости вращательного движения стенки смерча V и поступательной скорости движения смерча U. Определение ветрового давления при воздействии смерча проводится в соответствии с рекомендациями [4, 5].

8.8. Перепад атмосферного давления в зависимости от расстояния (радиуса) r от центра вихря смерча определяется соотношением [4]:

; 0 ≤ r ≤ Rm;                                     (1)

; r ≥ Rm,                                              (2)

где Vm - максимальная тангенциальная скорость ветра;

Rm - радиус, соответствующий максимальной скорости вращения воздушного потока;

ρ - плотность воздуха.

Для закрытых сооружений, где внутреннее давление остается равным атмосферному до прихода смерча, максимальное давление на сооружение в результате перепада давления при r = 0 становится равным .

Для полностью открытых сооружений нагрузка от перепада давления принимается равной нулю. Для сооружений с проемами избыточное давление, действующее на наружные стены, определяется с учетом перепада давлений во внутренних помещениях сооружений при прохождении смерча.

8.9. При анализе параметров смерчеопасности территории сооружения ОИАЭ следует учитывать, начиная с 3 класса интенсивности смерча, предметы, переносимые смерчем, в соответствии с рекомендациями МАГАТЭ [3]:

автомобиль массой 1800 кг;

200 мм бронебойный артиллерийский снаряд массой 125 кг;

сплошная стальная сфера диаметром 2,5 см.

Площадь действия нагрузки принимается равной площади поперечного сечения предмета. Направление движения предмета при соударении с сооружением принимается наиболее неблагоприятным, т.е. перпендикулярным к наружной поверхности сооружения. Место соударения может быть произвольным, т.е. в любой точке на наружной поверхности сооружения.

В качестве ударной скорости при переносе смерчем предметов следует брать 35% максимальной горизонтальной скорости вращательного движения стенки смерча V [3].

Расчетные характеристики Q(t) наиболее вероятных летящих предметов при прохождении смерча можно принимать по [6]. Интенсивность нагрузки соударения определяется из отношения Q(t) к площади F контакта между предметом (телом) и сооружением при соударении Q(t)/F.

8.10. Максимальная суммарная нагрузка от смерча оценивается как сумма максимальных воздействий от давления ветра и от удара летящего предмета и половины максимального воздействия от перепада атмосферного давления [4].

Приложение 1

Рис. 1. Схема районирования территории бывшего СССР по смерчеопасности.

Масштаб 1: 50 000 000:

1 - зоны повышенной смерчеопасности; 2 - смерчеопасные районы; 3 - несмерчеопасные районы; 4 - малоизученные районы; 5 - горные районы. Схема приведена из [7]

Приложение 2

(справочное)

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫХ СМЕРЧЕЙ НА ТЕРРИТОРИИ БЫВШЕГО СССР*

* Данные приведены из [7].

Приложение 3

(справочное)

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СМЕРЧЕЙ ДЛЯ ЗОН ПОВЫШЕННОЙ СМЕРЧЕОПАСНОСТИ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ И СТРАН СНГ*

Примечания. * Данные приведены из [7].

** Формула из [7, 8] приводится здесь с изменением.

Приложение 4

(справочное)

КАТАЛОГ СМЕРЧЕЙ НА ТЕРРИТОРИИ БЫВШЕГО СССР*