（安全技术及工程专业论文）基于GIS的城市危险品公路运输风险评价.pdf

南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了 解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下 各项内容:按照学校要求提交学位论文的印 刷本和电子版 本;学校有权保存学位论文的印 刷本和电 子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以 及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印 件和电子版; 在不以 赢利为目 的的 前 提下，学 校可以 适当复制论文的部分或全部内 容用于学术活动。 学位论文作者签名: 年月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名:学位论文作者签名: 解密时间:年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 内部 5 年 ( 最长5 年， 可少于0 年) 秘密*1 0 年 ( 最长 1 0 年，可少于1 0 年) 机密2 0 年 ( 最长 3 0 年，可少于3 0 年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 进行 研究工作所取得的成果。 除文中己 经注明引用的内 容外， 本学位论文 的 研究成果不包含任何他人创作的、 己 公开发表或者没有公开发表的 作品的内 容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体， 均己在文中以明 确方式标明。 本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名: 年月日 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1 选题背景 经济的高速发展，中国成了 世界的制造中 心，同时也是化学品生产和消费 的大国，化学品运输品种、数量与日 俱增。 对各方面所造成的压力也越来越大。 特别是危险化学品的 公路运输更是面临着前 所未有的压力。 危险品是指易 燃易 爆物品、 危险 化学品、 放射性物品等能够危及人身安全和 财产安全的物品， 包括爆炸品， 压缩气体和液化气体，易燃液体，易燃固体， 自 燃物品和遇湿易燃物品，氧化剂和有机过氧化物，有毒品和腐蚀品等。危险 品运输不同于其它货物运输，一旦发生泄漏、 火灾、爆炸事故就会对车辆、 人 员等造成重大伤害，尤其是对环境和生态的损害。同时，由于危险品巨大消费 的 驱动， 运输量与日 剧 增， 据估计， 美国 每 天 运输 危险品 2 5 0 ,0 0 0 5 0 0 , 0 0 0 次 载 货量，年运输总量在1 5 4 0 亿吨。据美国商业部1 9 9 4 统计，高速路上大约每1 5 辆运输货车中就有一辆是危险品运输。 近几年我国 9 5 %以 上的危险化学品涉及 异地运输问题，如液氨的 年流动量达8 0 万吨， 液氯的年流动量达1 7 0 万吨，其中 8 0 % 左 右是 通 过 道 路 运 输的 1 ， 其中 剧毒 氰 化 物 类 就 达 几 十 万吨， 易 燃易 爆油品 类达到1 亿吨，日 危险品 运 输量超过了 1 0 0 万 吨 2 1 本文通过对2 0 0 4 年到2 0 0 5 年的交通事故数据进行统计获得， 2 0 0 4 到2 0 0 6 年上 半年的总交通事故为9 6 8 1 4 3 起， 死亡人数为 2 0 5 8 1 5 人。而“ 2 0 0 5 年发生运输危险 化学品车辆交通事故4 0 3 起， 导致2 6 8 人死亡， 与2 0 0 4 年相比分别下降3 .2 % 和1 5 . 1 %。 , 3 1 ， 按照以 上的比 例， 可以 得出 2 0 0 4 到 2 0 0 5 年 发生 运输危险 化学品 车辆交 通8 1 8 起，导致死亡人数为5 7 6 人。 另外， 据有关部门 不完全统计， 2 0 0 0 年4 月至2 0 0 1 年1 1 月期间， 我国 共 发生化学品泄漏、火灾、 爆炸及中毒事故 3 6 4起，在运输过程中发生的化学品 泄漏、 火灾、 爆炸 及中毒事故1 2 6 起，占 事故总数的3 4 .6 %，导致1 1 4 人死亡， 2 0 0 多人受伤，6 4 人中毒。 其中公路运输事故为6 1 起，占 化学品 运输事故总数 的4 8 %， 事故 涉 及到 危险 化学品 包括油品 、 燃 起、 硫酸、 氰 化物等 4 1 。 而文献5 1 通过对我国建国以 来化工系统发生的5 1 起重大及典型泄漏事故的研究和分析， 从事故的发生频率和事故所造成的伤亡人数两方面考虑，建议应该优先考虑并 进行控制的 危险物质依次 式: 液氯、液氨、液 化石油气、氯乙 烯、苯、 一甲 胺、 一氧化碳、硫化氢等。 第一章 绪论 国内外统计表明， 危险化学品 运输事故占 危险化学品总事故的 3 0 %- 4 0 % 6 1 ， 而根据参考 文献 17 1 ， 我 们 可以 看到1 9 9 9 年 2 月 到 2 0 0 0 年 2 月中国由 于危险 化学 品引起的死亡人数和受伤人数都在排全世界第4 和第3 名。 下面是联合国环境计划署 ( u n e p ) 2 0 0 1 年公布的与危险化学品运输有关的 重 大 事 故 记 录 s l 表1 . 1世界危险品运输重大事故记录表 年份地点描述事故后果 1 9 7 4 e a g le p a s s , 美国在运输过程中液化石油气 ( p l g ) 泄漏 1 7 死，3 4 伤 1 9 7 4 y o k k a i c h i ，日 本在转运过程中氛气的 泄漏5 2 4 人受伤 1 9 7 6 d e e r p a r k ，美国氨气的公路运输事故5 死， 2 0 0 伤 1 9 7 6h o u s t o n 美国氨气的公路运输事故6 死，1 7 8 伤 1 9 7 8 l o s a l f a q u e s ， 希 腊 槽车运送丙烷到露营，爆炸2 1 6 死， 2 0 0 伤 1 9 7 8 y o u n g s t o w n , 美国氯气的铁路运输中泄漏 8 死，1 3 8 伤 1 9 7 9 s u d a b a y ,希腊 丙烷的运输过程中 爆炸7 死，1 4 0 伤 1 9 7 9 m i s s i s s a u g a , 加拿 大 火车出轨， 3 个运输丙 烷的 车厢爆 炸。 一个氯气罐被刺. 氯气泄漏到 空气中。 2 5 0 0 0 0人从危险区域中 疏 散 1 9 8 1mo n t a n a s , 墨西哥氯气公路运输中发生事故2 8 死， 1 0 0 0 伤， 5 0 0 0 人疏 散 1 9 9 3 n i l e r i v e r , 埃及l p g运输过程中爆炸3 1 7 死， 4 4 伤 1 9 8 4 ma t a m o r o s , 墨西 哥 氮水的 运输过程中发生事故1 8 2 死，3 0 0 0 人疏散 1 9 8 7a n n a u , 苏联氛气运输过程中发生事 故2 0 0 伤 1 9 8 8 c h a k h n o u n i a ,苏 联 杀虫剂的铁路运输中 发生事故2 0 0 0 0 伤 1 9 8 9 a l a s k a , 美国4 千万吨未加工油从e x x o n v a l d e z 油轮中泄漏到海里 环境破坏，清理费用高达 2 0 亿美元 1 9 9 0 b a n g k o k , 泰国 一个运输l p g的 罐车碰撞，并爆 炸 6 3 死， 9 0 伤 1 9 9 0 b a n g k o k , 泰国l p g的运输过程中发生事故5 1 死， 5 4 伤 1 9 9 1 a h l s f e l d , 德国氯气从重型运输车中泄漏 1 8 2 伤 1 9 9 1 c a l i f o r n i a , 美国牵引式半拖车翻车， 造成汽油泄漏3 人受伤， 所在区域的人疏 散，财产损失和清理费用 第一章 绪论 并起火高达 1 百万美元 1 9 9 1 b o m b a y , 印 度 氨气的运输过程中发生事故1 死，1 5 0 伤 1 9 9 4 t h a n e d i s t r i c t ， 印 度 氯气的 运输过程中发生事故4 死，2 9 8 伤 1 9 9 4 a l l e n t o w n ， 美国天然气输送管线发生 爆炸并 起火1 死， 6 6 伤， 财产损失达5 百万美元 1 9 9 4 n e w y o r k ，美国运送丙 烷的重型汽车 碰撞， 罐槽破 裂，丙 烷泄漏并起火 1 死， 2 3伤，大火吞噬半 径为1 2 0 米的区 域 1 9 9 4 o n i t s c h a ， 尼日利 亚 燃料油运输过程中泄漏并起火6 0 死 1 9 9 4 p a l m e i r a , 莫桑比 克 气体运输事故3 6 死 1 9 9 5ma d r a s ，印度 汽油运输事故1 0 0 死， 2 3 伤 1 9 9 5 m a h r as h t r a ， 印度氨气运输过程中发生事故2 0 0 0 伤 1 9 9 6 a l b e rt o n , 美国一 个 运货火 车出 轨， 泄 漏5 9 吨 氯 气到空气中， 6 4 0 0 0 升氢化钾溶液 到土壤中 1 人立即死亡， 3 0 0 区域居 民吸入氛气进入医院， 1 0 0 0 人 疏散 ， 超 过1 0 0 0 土壤污染 1 9 9 6 l iv e ly ， 美国运送丁 烷管线破裂， 起火之后泄漏 2 入死亡， 2 5 户家庭疏散， 公路、财产和周围的森林 受到破坏 1 9 9 7 日 本海，日 本俄罗斯油轮破成两截， 4 .5 千万升 烘料油泄漏 造成几个清洁工人死亡， 8 0 0公里沿海土地和海滩 受污染 1 9 9 7 b h o p a l ，印 度 运输过程中氨水泄漏4 0 0伤 1 9 9 7 l a h o r e ， 巴基斯坦氯气运输过 程中发生事故3 2 死，9 0 0 伤，1 0 0 0 人疏 散 1 9 9 7 s ta n g e r ， 南非 石油的公路运输过程中 发生事故3 4 死， 2 伤 1 9 9 8吉尔吉斯坦 一辆运送帆化物的重型车从桥上 掉进河 i 8 0 0 k g的 氮化 钠泄 漏到河 里，几天里，下游村庄数 百人到医院求治 1 9 9 8 i d j e r h e ,n i g e r d e l t a , 尼日 利亚 泄漏的 原料管道起火和爆炸i 响了 3 2 泞 1 9 9 8 y a u n d i ，喀麦隆石油产品 运输事故2 2 0 死，1 3 0 伤 1 9 9 8b i l o x i ，美国 加油站石油溢出并起火5 死，1 伤， 损失5 5 0 0 0 美 兀 1 9 9 9法国 8 0 0 0 吨燃料油从储罐中流出1 0 0 公里海岸线受污染， 海 第一章 绪论 鸟陷在油里， 渔业，牡炳 养殖和旅游业受到严重影 响 1 9 9 9b r a n d ,澳大利亚运送油漆的卡车撞到了一列小汽 车 1 2 死， 5 0 伤。 关闭了3 个 隧道， 重建费用为1 .7 千万 马克 而在国内 方面，也发生了很多起重大的 危险品公路运输事故。 2 0 0 5 年3 月2 9日，京沪高速江苏省淮安段王兴镇山 尖村附近发生特大交 通事故， 造成一辆氯气运输罐装车车体受损，内 约三十二吨氯气外泄， 造成 2 8 人死亡 3 5 0 人中毒入院。 而文献9 1 中 也给出了 重大的危险 化学品 公路运输事故: ( 1 ) 1 9 9 8年3月 ， 一 辆2吨 栏 板车 ， 装运硝 酸 ，为活动罐 ， 在行 驶途中 为 避让 横穿马 路的自 行车而紧急刹车， 刹车的惯性使活动罐体撞破驾驶室后窗玻璃， 硝酸从 罐体的 注入口 ， 喷进驾驶室， 将驾驶员等3人严重化学灼伤。 ( 2 ) 1 9 9 8 年1 2月 ， 安徽定 远的 一 辆客 货两 用 车 ， 运载 着6万支雷 管 和4万 米导火 索， 在行驶途中与一辆中巴 车相撞， 引发爆炸事故， 造成 2 0人死亡，, 5 7人受伤， 直接经济损失3 0 0多万元。 ( 3 ) 1 9 9 9 年 1 2月 ， 南京长江 大 桥桥头附 近 ， 一 辆装运环氧己 烷的2 4吨 罐车发生 事故 ， 罐体与车体脱离后翻滚掉下 1 0余米处， 罐体破裂环氧己 烷大量泄漏， 随 时有发生燃烧、 爆炸或使人员中毒的事故， 也严重威胁到长江大桥的 安全， 后 经军民 全力抢救虽没有发生爆炸事故， 但造成 1 5名官兵中毒， 大桥南北车辆 堵塞达到万辆， 车辆排成了5 0公里的长 龙。 ( 4 ) 2 0 0 1 年1 1 月， 长吉高 速公 路两 辆载有1 8吨 二 硫化 碳的 槽车 先 后发生 翻车事 故， 其中 一辆车发生燃烧、 爆炸， 另一辆车二 硫化碳发生泄漏， 经消防、 环保、 急救多 个部门 和大量军民 的全力抢救， 才避免了更大事故的发生。 ( 5 ) 2 0 0 2年2月 ， 一 辆装有3 0吨柴油的 油 罐 车经 过湖北 松滋刘家 场 严家 崖时 ， 不 慎撞在安全墙上引起车内 起火， 又引 起油罐漏油起火， 司机从车窗 逃生而两名 货主被烧死， 油罐车被烧毁 ， 经消防人员 近四小时 抢救才将大火扑灭。 ( 6 ) 近几年，剧毒物品氰化钠连续发生多起运输事故， 1 9 9 9年 9月 ， 北京延庆县境 内 发生一起翻车事故， 车上装运了8 . 9 1 吨氰化钠溶液， 有4 . 6 9吨泄漏进入水 体， 造成大量牲畜、 鱼类死亡， 河水、 土壤严重污染。 ( 乃2 0 0 0年9月， 陕西铁岭铺境内 发生一起翻车事故， 车上的1 0 . 3 9吨氰化钠溶 第一章 绪论 液全部泄漏进入河中 ，严重影响 人畜饮水，造成对环境的 破 坏和污染。 ( 8 ) 2 0 0 0年1 0月 ， 福建 上 杭县 境内 发生 一 起 翻车 事故 ， 车上 的8吨 氰 化钠溶液泄 漏， 造成 1 0 2人中毒， 大量牲畜家禽死亡， 田 地土壤污染有几百亩地无法耕种， 至今无法解决饮用水和农田 灌溉用水问 题， 造成巨 大的 财产损失。 ( 9 ) 2 0 0 1年1 1月， 河南洛宁 县境内 发生一起翻车事故 ， 车上的1 0 . 6 7吨氰化钠溶 液全部泄漏进入河中，造成牲畜死亡， 河水污染， 毒水流经的 几十公里河水不能 取用。 有数千名官兵参加了事故的应急抢险工作。 这起事故不仅造成了巨大 的人身财产损失， 也对河南省造成了 不良 的国际影响， 这种 潜在的 危害是无法 计算的。 ( 1 0 ) 2 0 0 2年3月6日 ， 一 辆 核 载8吨 而实 载2 0 . 9吨 氰 化钠的 个体 运 输货车 ， 在 运往贵州途中 发生翻车事故， 车上8 0桶氰 化钠被抛出 车外。 ( 1 1 ) 2 0 0 2 年3月1 1日 ，一 辆 核 载5 吨 而实 载1 2 . 4 9吨 二甲 苯 的 个 体 槽罐车 ， 因 严重超载使后轮半轴断 裂， 脱出的 车轮撞断罐体阀门 ， 造成二甲 苯全部泄漏。 2 0 0 5 年5 月1 0 日 至9 月3 0 日 交通部在全国开展道路运输危险化学品安全 专项整治工作。而各个省市也都相应出台了相关的规定，整顿危险品公路运输。 而城市中人口 密度大， 而且有很多的例如医院， 学校等敏感点， 如果发生 了化学品泄漏等危险品 运输的问 题，所造成的人员伤害和经济损失将会是非常 大的。 如剧毒的危险货物泄漏到运输路线区域水中， 会使水资源遭到污染，影 响到该区域人们生活和生产的正常进行; 放射性危险货物运输更是对它所穿越 的城区、公共建筑物、名胜古迹等有严重的潜在危险，一旦事故发生在这些区 域， 将造成灾难性后果。 所以重点研究城市中的危险品运输有着更加迫切的意 义， 进而以 确保人民 生命财产安 全和生态环境不受影响。 1 . 2 国内外研究现状 1 .2 . 1国外研究状况 1 .2 . 1 . 1定性风险研究 定性风险研究是进行危险化学品 运输风险研究的 前提， 它为定量风险研究 提供了 必要的基础信息。 荷兰于1 9 8 2 - 1 9 8 7 年针对l p g 运输过程风险评价进行的整体研究( c o v o 研 究 项目 ) 中， 并最终 形成了 关 于l p g储 存、 运输和 使 用等安 全 方面的2 4 卷的 报 告1 1 0 1 第一章 绪论 g l ic h m a n 12 将 泄 漏 事 故 中 各 种 变量 分 为 模 式、 车 辆 类型、 装 载形 式 和路 况 的 情 况 下 ， 对 危 险 物品 运 输问 题 进 行了 研 究; h a r w o o d 13 】 对 不同 运输 路 径 上的 卡 车事故率进行研究; 1 9 9 2 年， d a v ie s 和l e e s 14 1 对 英国 的 公 路 运 输 环 境 进 行了 调 查 ， 对 不同 类 型 的运输车辆、不同类型的道路在危险化学品运输过程中事故分布和伤亡人数分 布情 况进行了 统计分 析; h o b e i k a 1 5 1 对美国 宾 夕 法 尼亚州 危险 化学品 运 输事故的 特征 进行了 研究; v i l c h e z 1 6 1 等 对运输事故 在危险 化学品 事故中 的比 例、 发生 地 点、 类型 等 进 行 研究; m o n t i e ll i 等 对天 然 气 运 输 事故 进 行 统计 分析 ， 得到 爆炸 和火灾是事故的主要形式. 1 .2 . 1 .2定量风险研究 风险评价是危险化学品 运输研究的重点， 它为 运输规划提供了风险参数和 决策依据。 美国公路安全管理局从1 9 7 5 年起开始危险品运输的风险评价，美国 m ic h i g a n 大学 运 输 研究 所 从1 9 8 0 年 起就建 立了 运 输 事 故 数 据库 系 统。 利 用这 些 数据库系统， 可以 对运输事故的频率分布进行统计分析1 2 1 2 0 世纪8 0 年代末、 9 0 年代初， 英国 健康与安全委员 会所属的危险 物质咨 询委员会曾组织力量，对铁路、公路和海上运输危险物质的风险进行了为期五 年 的 系 统 研 究 14 1 . a n g p s l提出 了 分 析 运 输 风 险 的 一 般 框 架 ; l is t 对 运 输 风 险 进 行 了 初 步 探 讨 ; r h y n e 1 9 介 绍 了 公 路 运 输 危 险 物 质 的 定 量 风 险 分 析 方 法 ; p a t e l 2 o 1 对泄漏危险的 化学品的 最 优运 输路径进行 研究; j o h n 2 1 1 将风险、 运输平 衡及费 用 情 况 ， 建 立 危险 化 学 品 公 路 运 输的多目 标 风 险 评 估 方 法; b o u h n a k o u l 2 2 1 建 立了 危 险 化学品 运 输 规 划的 空间 决 策 支 持系 统: b o n v i c i- n i 2 3 1和p e t- a m ta c o s t2 a 1 分 别 利用模糊数学和蒙特卡罗方法对危险化学品公路运输风险中的不确定性因素进 行研究; l e o n e l l i 2 5 1 综 合考 虑危险 物质、 气象条 件 和 季节风向 等因 素提出 公路 运 输风险 评价 模型:k a r k a r z i s 2 6 1 根据实际 事故 现 场 环境， 建 立了 基于 人群最小伤 害的 事故 风险理论 体系;p l e o n e l l i 2 7 1 等 人设 计除了 一套基 于 风险 分 析的 路径 选 择方法， 同时引进了货币项来评价“ 运输费用” 和“ 和风险相关的费用” ， 克服了由 于利用加权评价方法中 主观任意确定权重系数的问题， 做到了更加客观的评价; f a b i a n o 2 8 1等 首 次 提出 了 一 种 面向 场所的 危险 品 运 输的 风 险 评 价 和决 策 框 架， 现 实的风险概率评估要考虑固有因素，如隧道、围栏桥、曲率半径、斜坡、附近 特征等: 风险减缓/ 扩大因素， 如交通状况 ( 如危险品车辆等) 、 天气状态等， 给 出 了 期望 死 亡 人数 和 期 望 概 率 的 函 数。 k a r a 2 9 提出 两 路 径 优 选的 算 法 ， 对 危 险 化 第一章 绪论 学品 运输风险 进行了 精确 研究; f a b i a n o 3 3 1 根 据 道路 状况、 事故 情况 和 气 象因 素， 提出 基于 图 论的 应急 计 划 分 析 方 法: b u b b i c o 3 4 1等 运 用 运 输 风险 分 析 方 法 对 意 大 利西西里地区的危险化学品运输风险进行研究。 1 .2 . 1 .3 g i s 在危险品运输风险 评价中的应用 l e p o f s k y 3 0 1 等利用 g i s技术对危险化学品运输风险进行研究;r . m a r tin e z - a le g r ia 等3 1 把 数 学 模 型 嵌 入 到g i s 中 ， 画 出 风 险 等 级 地 图 。 m .f .m il la z z a 3 1 1 等 利 用t r a t 2软 件， 并 结 合了g i s计 算除了 通 过 意大 利 m e s s i n a t o w ， 这样高密集人口的 城市的 危险品 运输的 社会风险和个人风险， 并比 较了荷兰和英国的风险接受标准，提出了 一些短期和长期的改进措施。 j ia n j u n 等 3 6 1 以 泄 漏 事 故 为 例， 把 高 斯 羽 状 模 型 嵌 入 到g i s 系 统 中 评 估了 危 险品运输网的风险。 0 4 年r .b u b b ic o 等 3 11 提出 公 路、 铁 路 危 险 品 运 输风 险 分 析的 一 种g i s 方 法， 使用 g i s系统管理区域信息，与数据库一 起作为风险评估工具。 考虑到了道路 的事故率，周围的人口密度以及天气条件。 1 .2 ,2 国内 研究状况 1 .2 .2 . 1 定性风险 研究 我国 在 危险 品 道路 运 输 过 程定 量风 险 评 价 方 面 起步 较晚。 陈 龙 梅 3 7 1对 运输 事 故中 危险 化 学品的 识别 技术和 系统进行了 研 究; 马洪年 3 8 1 对 8 7 3 起 交通 运输中 发生的危险 化学品事故进行了 危害及事故原因 分析;阮 继锋等3 9 1 分析了 北京城 区危险化学品 运输安全管理的现状，并提出了 对策措施;周殉4 0 1 系统地分析了 危险货物运输与运输路线区域环境之间的相互影响关系，建立了道路危险货物 运输路线优化评价指标体系，提出了 用模糊综合评价和层次分析相结合的方法 建立危险货物运输路线优化模型，更多从运输环境、生态影响、人口集中区角 度分 析。 孙猛 4 1 等针对危险 化学品的公 路 运 输 事故 ， 从管 理原 因、 人的 失 误、 设 备设施的缺陷、路况与环境影响等四方面原因逐一进行剖析，提出了危险化学 品 公路 运输事故的 预防 措施; 沈小燕4 2 1 从 管 理 原因、 人为失 误和路况 环境影响 等方面入手， 对危险化学品公路运输事故的原因进行了 剖析， 并提出了 相应的 预防 措施: 蔡 少铿 4 3 1 对危险 化学品 运输 过 程中 存在的 安全问 题进行了 分 析并提 出了相应对策。 1 .2 .2 .2定量风险研究 庄 英 伟 4 3 研 究了 其公 路 运 输 风险的 评 价 方 法， 提出 了 定 量 风险 分 析的 基本 步骤，给出了风险的通用表达式，刘茂等人提出了危险品道路运输过程定量风 第一章 绪论 险分析方法， 在评价总体模型中引入了危险 物质事故易发 性校正因子，车辆设 备、 人员素质、 安全管理等消长因子，并 给出了 各因 子计算的函 数关系模型。 魏 航 等 对 有 害 物 品 运 输中 的 总 风 险 4 4和 风 险 平 衡 性 a s进 行 研 究; 王 艳 华 4 61 针 对 危险化 学品道路运输中的安 全问题， 建立了 危险 化学品道路运输系统模式和系 统危险 性评价程序; 徐泽敏4 7 7 提出了 公路毒性化学品运输事故环境风险评价的 一般程序和基本 方法， 并给出了 发生泄漏事 故的概率、 泄漏量、 风险 值的 具体 计 算方法。 “ 九五 ” 国 家科 技攻关课题 工业危 险品公路运输安全管理系统 技术研究 ( 9 6 -9 2 0 - 3 6 -0 乃 也 对 危 险 品 运 输 进 行了 定 量 风 险 分 析 ， 提 出了 定 量 风 险 评价 的 总体模型，引入了危险物质事故易发性校正因子，车辆设备、人员素质、安全 管理等消长因子，并建 立了相 应的 指标集， 给出了 各因子计算的函数关系 模型。 1 . 2 . 2 . 3 g i s 在危 险品 运输风险 评价中的 应用 g i s 在很多 领域都得到了很 大的 应用， 而 在城市管理和安全领域方面的应用 也是非常的广泛。 在城市管 理方面， 福州市构 建的 “ 数字福州 市” 有很大的代表性， 孔达 a s 在利用 g i s 对城市洪水风险 进行研究，并 模拟出了 城市洪水淹没区域。 徐敬海 4 9 g i s 处 理城市 防灾系 统中的 海量数 据， 并开发出了 相应的 软件， 实现了 信息查 询， 城市地震灾害模拟和分析和地震 灾害预 测的智能动态化。 陈红梅 s 0 1 把扩散 模型嵌入到g i s 平台， 对福州市大 气扩散进行模拟和分析， 实现可视化。 而g i s 在交通管 理方面有了 较多的研究。 钟江荣5 1 等人详 细讨论了 基于g i s的 毒气泄 漏与 扩散模拟的实 现及扩散 影响的 评价，利用外部程序语言开发了毒气 扩散浓度空间分布的 计算程序， 动态链接到 g i s系统中 来实现模拟。 然而利用 g i s 对城市危险品 运输的 风险评价的研 究并不多。 而在城市中人口密度大，而且有很多的例如医院，学校等敏感点，如果发生 了化学品泄漏等危险品运输的问题，所造成的人员伤害和经济损失将会是非常 大的，所以重点研究城市中的危险品运输有着更加迫切的意义。 由 于在城市中危险品 运输所涉及到的 各种因素非常的多， 必须分 析处理很 多数据。 而g i s 的空间分 析技术为我们 提供了 非常好的分析 平台。 g i s 中的压 缩 数据的 编码方式能够把大量的用于安全分 析的 空间 和安 全相关的数据转化成为 适用于 计算机存储和处理的 数据。做到了 海量数据的计算，已 经能够更加准确 的 分析安 全问 题以及直观的 显示，为决策 和管理提供很 好的指导，同时 它在处 理整个城市的安全分析问题上，有着无可比拟的优势。 第二章 危险品公路运输风险评价方法概述 第二章 危险品公路运输风险评价方法概述 2 . 1 危险品公路运输风险分析 2 . 1 . 1危险品危害因素分析 公路运输的大多数危险 货物， 危险性在于其特殊的 物理、 化学性质，或是 由于本身具有不稳定的化学结构，或是含有化学性质活泼的元素或官能团。根 据国 家标准g b 6 9 4 4 - 8 6 危险 货物分类及品 名编号 对危险货物的定义为: 凡具 有爆炸、易燃、毒害、腐蚀、放射性等性质、在运输、装卸和贮存保管过程中， 容易造成人身伤亡和财产损毁而需要特别防护的货物，均属危险货物。 危险货物的定义包含3 点 具体要求; ( 1 ) 具有爆炸、易燃、 毒害、腐蚀、 放 射性等性质: 非常具体地指明了危 险货物本身所具有的特殊的性质，是造成火灾、灼伤、中毒等事故的先决条件。 ( 2 )能引 起人身伤亡和财产毁损。 这一点指出了危险 货物在一定条件下， 比 如，由 于受热、明火、 摩擦、 震动、撞击、 洒漏、与性质相抵触物品 接触等， 发生化学变化所产生的危险效应。不仅是货物本身遭到损失，更主要的是危及 周围环境。 ( 3 )在运输、装卸、保管过程中需要特别防护。这里所指的特别防护，不 仅是一般所说的轻拿轻放、谨防明火，而是指要针对各种危险货物本身的特性 所必须采取的“ 特别” 防护措施。 例如， 有的 爆炸品需添加抑制剂; 有的有机过氧 化物需控制环境温度;有的 危险品需要特殊包装; 而大多数危险品的配载都有 所忌物品等等。 所有以上的特性，使得危险品比 其他货物更加容易发生中毒，火灾、爆炸 等事故，且破坏性强。 2 . 1 . 2危险品运输过程中危害因素分析 表2 . 1 列出了危险品运输过程中危害因素。 表2 . 1 危险品运输过程中危害因素 人的失误装备故障系统或程序失效外部事件 司机受伤病 错误加速 司机过度疲劳 污染 加热和制冷 超载 无活动 拖车不好 交叉口 防护装置的故障 安全阀发生泄漏 装置发生泄漏 车闸的故障 绝缘/ 热保护的故障 减轻装置的故障 司机培训 容器规格 路线选择 应急培训 速度执行 司机休息期间 故意破坏的行为/ 阴谋破 坏 雪 雨 冰 雾 风 第二 章 危险品公路运输风险评价方法概述 其它车辆的司机 急转弯/ 陡坡 不安全的装载 轮胎的故障 路肩松软 超压 材料缺陷 真空 方向 盘失效 摇晃 重心过高 腐蚀 焊接的不好 交叉口设 计的不好 监督系统 备用车胎故障 维修 检查 白天的限制时间 洪水/ 冲失 岩石滑动 / 山崩 在休息/ 4车场的火灾 咫风 龙卷风 地震 已发生的事故 2 . 2 风险评价模型的回 顾 风险是某一事件在一个特定的时段或环境中产生我们所不希望的后果的可 能性，也即不幸事件发生的概率。危险品运输的风险主要可以分为两方面:各 种事故发生的可能性和事故发生后的危害程度。 定量风险评价模型通常是首先对道路进行划分，风险是关于这些片断的事 故率、人口 和其他参数的函 数。 模型a 文 献【5 2 较 早的 提出了 定量风险 评价一 个模 型: 模 型 把路 径 分 段， 在 第i 路 段上的 第j 种 运 输 风险玛是 通 过 一 下 公 式得 到 的: a , 二 p j x p 2 , x p , - x p 4 ap x p 0p x p 6 h x p +ip x 沁( 2 . 1 ) 式 中 : 君 ， 是 路 段i 上 的 事 故 概 率 这 是 基 于 路 型 与 条 件 ， 交 通 等 级 ， 交 通 危害，交通堵塞和车辆类型的。 通常，这是根据在相类似情形下的历史数据而 得 到 的 。 p 2 yx 是 可 能 导 致 的k 等 严 重 度 的 事 故 概 率 。 同 样 是 利 用 历 史 数 据 得 到 的 ， 而 在 极 少 数 的 情 况 下 ， 可 以 利 用 实 测 和 模 型 的 方 法 获 得 。 p ,y- 是 第m种 货 物 类 型 发 生 泄 漏 的 概 率 。 同 时 考 虑 了 溢 出 等 级 是n 级 几 ， 是 通 过p 种 路 径 传 播 的 概 率 例 如 ， 空 气 烟 羽 ， 水 稀 释 等 。 只 ， 是 通 过p 种 路 径 传 播 的 可 燃 物 或 爆 炸 物 的 点 燃 概 率 。 p 6 ， 是 气 体 泄 漏 的 方 向 概 率 。 君 二 是 遭 受 到 泄 漏 的 区 域 的 危 害 概 率 和 曝 露 人口 的 伤 害 或 死 亡 概 率 。 n , 是 曝 露 人口 数 。 在个模型所使用的概率是独立概率。也就是说每一项目中如果发生一些错 误，那么乘积使得最后的错误会保持在非常高的水平。所以条件概率比独立概 率更能解决这样的问题。 模型b美国 交通部的指导手册中危险品事故的概率的计算如下: 第二章 危险品公路运输风险评价方法概述 p ( a ) , = a 尺x 石( 2 .2 ) 其 中 : p ( a ) ， 是 第i 路 段 危险 品 事故 的 概 率。 a r (i ) 是 路 段i 所 有 车 辆 类 型 的 每 辆 车 每 英 里 的 事 故 率。 l , 路 段i 的 长 度 ( 单 位 为 英 里) 。 模型 c 1 9 9 0 年， h a r w o o d 等人改讲了方程 ( 2 - 2 ) e他们的原理是卡车事 故并不一定意味 着危险品的泄漏。 所以 他们提出 了以下的 方程: p ( r ) , = t r 戈 x p ( r i a ) x 入( 2 . 3 ) 其 中 : p (r ) ， 是 在 路 段i 上 涉 及 到 危 险 品 泄 漏 的 事 故 概 率。 t a r ; 卡 车 事 故 率 ( 路段i 上， 事故 / 每 辆车每英里) 。p ( r / a ) 在 路段i 上， 给定 一个涉及到运输危 险品的卡车事故的危险品泄漏概率。 方程 ( 2 . 3 )比 ( 2 .2 ) 对于危险品 选线分 析更 加恰当 是因 为: ( 1 ) 风险 是基于卡车事故率 而不仅仅是事故 率。 ( 2 ) 风险 是基于卡车事故率而不 仅仅是所有 车辆 类型的 事故率。 模 型d g lic k m a n 54 在1 9 9 2 年 采 用 了 相 同 的 程 序 对 大 型 可 燃 液 体 运 输 风险 评价的更加细致的分 析。 他是利 用以 下方程进行分析的: p ( x ) = p ( a ) x p ( r l a ) x p ( x i a , r ) ( 2 . 4 ) p ( x ) 每一个可能产 生x型后果的概率( 例如， 溢出， 起火或爆炸) 。 p ( a ) 卡 车事故率。 p ( r i a ) 涉及泄漏的卡 车事故概率。 p ( x i a , r ) 给定卡车事故和泄漏而产生x型 后果的概率。 概率p ( a ) 是表示在路 段i 上， 卡车事故 率. 它是 通过路段的 长度 ( 单位: 英 里) 和事故率 ( 单位:事故 / 卡车英里) 的 乘积 来获得的。 p ( a ) , = 介找x 吞( 2 . 5 ) 模型e 2 0 0 4 年文献 5 5 利 用个人 风险 和社 会风险对危险品公路 运输 进行定 量化风险评价。 个人风险: 个人风险是指道路两侧一定范围内某一固定位置的人员， 因危险品运输施加 与其的 个体死亡概率。社会风险是指能 够引 起大 于等于n人死亡的 所有事 故的 累积 频率 ( f ) 。 社会风险 与道路两侧的 人口 密度密 切相 关。 个人风险分析以片段为单位进行， 首先建立以片段起点为坐标原点， x 轴平 行于片段的笛卡尔坐标系.如图2 . 1 所示 第二章 危险品公路运输风险评价方法概述 图2 - 1 工业危险品 公路 运输个人风险 分析示意图 ( 图中， 片段起点为坐标原点， 片段长度为1 ， 椭圆 部分为事故后果造成 的死亡区域，r 为死亡区域的最大作用距离) 工 业危险品 在片 段 s上运输，风险 沿着片段 连续 迁移， 其在公路一侧某点 (x ,y ) 处 产 生的 个 人风险 等 于所 有 事故 后果 沿 片 段施 加 于(x , y ) 处的 个 人 风险 之 和。这 种求和在数学 上体 现为沿着片段线 段的积分， 可用式 ( 2 . 6 ) 描述: r s(一 ， = 其 工 p, x t . l ,.(x ,y ). b ,x b , b 2, - b 2, x dx ( 2 . 6 ) 式 中 ， r s ( x , y ) 为 片 段s 一 侧(x , y ) 处 的 个 人 风 险 ; t 为 每 年 运 输的 往 返 次 数; p ,， 为 第i 种 泄 漏 场 景， 第n 种 事 故 后果 发 生 的 事 故 率 ; l , (x ,y ) 为 事 故 后 果n 导 致 点(x , y ) 处 个 人死 亡 的 概 率: 尽 为 危 险 物 质的 事 故 易 发 性校 正 因 子 ;b 21 为 车 辆、 设 备、 容 器、 包 装 消 长 因 子 ;b 22 为 人 员 素 质消 长 因 子 ;b 23 为 安 全 管 理 消长因子; i 为片段s 末端的横 坐标; i 表示 第i 种泄漏场景， i = 1 , 2 . . . . . . . m ; n 表 示第n 种事故 后果， n = 1 么 . . . . n om , 。 社会风险: 社会风险计算中，事故发生概率的分析与个人风险评价中一致， 事故后果 主要考虑 死亡人数，而不是个 人死亡概率，因 此与人口 密度密切相关。 社会 风险常用余补累积分布函 数表示， 按社会 风险的 定义， 可用公式 ( 2 . 7 ) 来表示: * 。 = 匆 : 、 : 、 : ， ， 、 ; x b u x b , ; x p d (_ 。 ，二 ( 2 . 7) 第二章 危险品公路运输风险评价方法概述 式中 ， 几为 危 险品 在 片 段s 上 运 输导 致n 人以 上 死 亡 的 累 积 频 率 ; l 为 片 段 的 长 度 ;t 为 每 年 的 往 返 次 数 :月 ， 事 故 后 果n 发生 的 事 故 率 ; 尽 为 危 险 物 质 的 事 故 易 发 性 校 正 因 子 ;b 2 : 为 车 辆、 设 备 、 容 器 、 包 装 消 长因 子; b zz 为人 员 素 质 消 长因 子;b 2 3 为 安 全管 理 消 长因 子; p w 为 大 气 稳 定 度w出 现的 概率 ; 几李扔导 致 大 于 等 于n 人 死 亡 的 风向 d出 现 的 概 率 ; n为 死 亡 的 人数 。 2 . 3 模型之间的比 较分析 从以上的模型中，我们可以看出，风险分析是事故概率分析和后果分析。 而其中概 率和后果的 表达方式 有很多种。 模型 e中的 个人风险和社 会风险能够比 较系统的考 虑影响风险大小的各 个 方面。可是它具有两方面的缺点: ( 1 ) 考虑的因素非常的多。 风险 最后的 表达是 各个因子的乘 积. 如果各个 因子发生比较小的偏差， 那么总结果就会产生比较大的偏差。模型最后的结 果与现实的接 近程度有赖于各 个因 子数据的 可靠性， 而现阶段的数据远远无 法满足模型要求。而 且计算量很大，不利 于利用g i s 技 术进行评价。 ( 2 ) 社会风险利用了 一个绝对值来衡量风险。每个国 家的 风险可接受水平 是不一样的，这样使得操作上有很大的难度。 2 . 4 风险评估模型的选用 本文 在传统的q r a的 基础之 上， 分别对概率和后果 进行风险分 析， 利用g i s 把概率和后果结合起来。 最后 利用死亡人数来表征事故 风险。 2 . 4 . 1路网表述 采用g i s 把 地图分 格， 如下图 所示。 在与网 格有相交的 地方设置节点。 通 过 这样的 方式， 能够把路网 络细分， 也有利于 风险值的 计算。 第二章 危险品公路运输 风险评价方法概 述 口匡服丫、口 -么 臼 丫 豁镶撇呱嫉， oo 岭 目二月峪翔白潇网眼锹 危险区域 一么 ，叼润 曰目 .钾 m - 一 、 一竺二工 产 卢 夕 才声 _ 落一 一 一 a曝 沂 护 尹尹一 1 甲 一 i ! 、七 二尸 入 双 、 r 一 一 勺 一 一 一 一一 旅 三 图2 .2路网 示意图 2 . 4 . 2路线分段 定量风险评价要求辨识偶然事件发生的 概率以 及其导致的 后果对暴露人口 的伤亡情况。 然而，当该技 术被运用到运输过程中时，由于车 辆的运动，风险 沿着路线不断迁移， 此时 与风险评价相关的 各种变量因素，如 沿线的 地形情况、 道路的 路面状况等都 在不断 地发生 着变化，沿线的 人口 情况、 气象条件、周边 环境等也都在不断变 化，而 运输过程通常要经过 一段较长的距离，这给危险品 公路运输的风险 评价 工作带 来极大的困难。为了 简化这一过程，首先必须对运 输的路线进行合理的分段，片段上的各种变量因素均假定为常数，每一片断作 为一个评价单元。 路线 分段的 所遵循的一般原 则是， 使每 一片段上 各种变量因 素尽可能接近， 并认为是相等的常数。当一个或多个因素发生改变时，就需要重新划分一个新 的片段。 划分的片段越多， 风险评 价越精确，但相应的会增加计算量，因 此通 常需要权衡计算的精确度和成本。 危险品公路运输风险分析中影响片段划分的因素较多，需要考虑公路状况、 人口 密度、 气象条件、周边环境、缓冲距离等各种变量的 沿途变化情况。1 9 9 2 年，f h w a 建议危险物质公路 运输时所必须考虑的1 3 个要素有 “ ， : 1 、人口密度 第二章 危险品 公路运输 风险评价方 法概述 2 、高 速路的 类型 3 、危害物质的种类和特性 4 、应急响 应能力 5 、与 所影响 人员的磋 商结果 6 . 暴露 和其他的 风险因 素( 比 如到医 院的 距离) 7 、地形 考虑 8 、 路线的连续性 9 、可 选择的路 线 1 0 ,商业 效果 1 1 、运输 耽搁延 迟 1 2 、气象状况 1 3 、 交通阻塞 为使其具有实用 性和可操作性， 本文 在路线分段 时主要考虑公路状况、 沿线 的人口 密度 和气象条 件。 2 . 4 . 3危险品运输风险表达式 ( k , r ) 代 表k 型 化 学 品 发 生r 型 泄 漏 的 场 景 。 给 定 的 k 化 学 品 ， 在 节 点.1 上 发 生; 型 泄 漏 的 频 率 有f r q 少 而。q 少 表 示 在 节 点 j 上 场 景(k , r ) 所 引 起 死 亡 人 数 。 以 上 两 项 构 成 风 险 的 表 达 式衅， 它 表 示 在 节 点.1 上的 k 型 危 险 品 发 生 r 型 泄 漏所引起的死亡人数。 砂= f r g 卜 c s g j ( 2 . 8 ) 方 程 ( 2 - 9 ) 把发 生在接近于节点l 的 节点1 的所有 危险品泄 漏场景都联系起 来: r i