（环境科学专业论文）公路交通事故河流环境风险评价方法研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a b s t r a c t a sc h i n a sr a p i de c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n t ，a c c e l e r a t et h e p a c eo fh i g h w a yc o n s t r u c t i o na n di n c r e a s et h es c a l e ，t h ei m p a c to f t h e e c o l o g ic a le n v i r o n m e n t ，t h e s u r f a c ew a t e rt h r o u g ht o w n sa n d v i1l a g e sb yt h ec r o s s i n gr o a dh a sb e e ni n c r e a s i n g i nr e c e n ty e a r s ， d u et or o a dt r a f f i ca c c i d e n t sc a u s e db yt h ei n c r e a s i n gi n c i d e n t so f e n v i r o n m e n t a ld a m a g e t h e r e f o r e ，t h es t a t ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n a d m i n i s t r a t i o nh a si s s u e d0 4 ”b u i l d i n gp r o j e c t se n v i r o n m e n t a lr i s k e v a l u a t i o no ft e c h n i c a lg u i d e l i n e s ”( h j t 1 6 9 2 0 0 4 ) ，o ne n v i r o n m e n t a l r i s ka s s e s s m e n to fc o n s t r u c t i o np r o j e c t sp u tf o r w a r dm o r es p e c i f i c a n dd e t a i l e dr e q u i r e m e n t s t h e r e f o r e ，i nt h ee n v i r o n m e n t a li m p a c t a s s e s s m e n to fh i g h w a yc o n s t r u c t i o np r o j e c t s ，e n v i r o n m e n t a lr i s k a s s e s s m e n to ft r a f f i ca c c i d e n t sh a v eb e c o m ea ni n t e g r a lp a r to ft h e c o n t e n t t h i sp a p e rr e s e a r c ho nt h ew a t e re n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n t m e t h o d so fh i g h w a yc o n s t r u c t i o n a c c o r d i n gt oas u m m a r yo ft h e i r p r e d e c e s s o r sa n dt h e o r y ，w e r eu s e dt oc a l c u l a t et h ec o n s e q u e n c e so f d i f f e r e n tm o d e l so f p r o v i n c i a lh i g h w a y $ 3 0 51i n eo fz i g o n gi nc h u k y u e nl e eo ft h er o a dp a v e dt ot h ee x t e n s i o np r o j e c t i n v o l v e di nt h e r i s ko ft h et u o j i a n gr i v e r ，t h e nc o m p a r e dt h er e s u l t sw i t ht h ea c t u a l d r a wt h ec o n c l u s i o nt h a tm o r ei nl i n ew i t ht h ea p p l i c a t i o no ft h em o d e l ， o nt h i sb a s i s ，u s i n go fa d v a n c e dc o m p u t e rt o o l s ，a n dt h ep r e p a r a t i o n o ft h en e c e s s a r yc o m p u t e rp r o g r a m s ，w h ic hm a k e st h ec o n s e q u e n c e so f t h em o d e le s t a b l i s h e di nt h ec o u r s eo ft h ea p p l i c a t i o no ft h em o d e l m o r ei nl i n ew i t ht h eo b j e c t i v er e a l i t y ，s ot h a tt h er i s ka s s e s s m e n t c o n c l u s i o n sf r o mt h eb e t t e ru t i l i z a t i o no ft h ea c t u a lw o r k 6 c o n s t r u c t i o np r o j e c te n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n t 西南交通大学硕士研究生学位论文第l il 页 t e c h n o l o g yg u i d e ”h a sm o r ep r e c i s er o u t e si nt h ef o r mo fp o i n ts o u r c e s o fe n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n tt e c h n i q u e sa r e ，b yt h ei n c i d e n ta n d t h ep r o b a b i l i t yo ft h ec o n s e q u e n c e so fs e e k i n gb a l a n c e ，t h e ng e tt h e e s t i m a t e dv a l u e h o w e v e r ，o nh i g h w a yc o n s t r u c ti o np r o j e c t s ，a st h e h i g h w a yd u r i n gt h eo p e r a t i o no fd a n g e r o u sc h e m i c a l sa c r o s st h e s u r f a c et r a n s p o r t ，v e h i c l e sa l o n gt h eb a n k so fr i v e r so rw h e nb e c a u s e o ft r a f f i ca c c i d e n t s ，c a u s e db yc h e m i c a l so rt o x i cs u b s t a n c e sl e a k i n g i n t ot h er i v e r se n v i r o n m e n t a lr i s ke s t i m a t e s ，d u et ot h ea c c i d e n t h a z a r dcq u a n t i t a t i v ed i f f i c u l t i e s ，h a sn o ty e tg i v e nt h er i s kv a l u e o ft h et e c h n i c a lr o u t e t e c h n i c a lm e t h o d sa r eb e i n gf o r m e d ，t h e s o l u t i o no fs u c hp r o b l e m s ，i ss t i l lb e l o n gt ot h ef o r e f r o n to ft h e f i e l do fd i s c i p l i n ep r o b l e m s k e yw o r d s ：h i g h w a yc o n s t r u c t i o np r o j e c t ： e n v i r o n m e n t a lr i s k a s s e s s m e n t ：r is kp r o b a b il i t y ：m o d e lo ft h ec o n s e q u e n c e so ft h e a c c id e n t ，w a t e re n v i r o n m e n t 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密既使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 蓄簧嚣筲獬日期瑚，易f 。 学位论文作者声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行的研 究工作所取的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承 担。 学位论文作者签名：绦平 2 0 0 露年加 日 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 课题研究意义 随着我国经济社会高速发展，公路建设速度加快和规模加大，公路对所 穿越的生态环境、跨越的地表水体以及经过城镇乡村的影响越来越大。近年 来，由于公路交通事故引起的环境损害事件日益增多。因此，国家环境保护 总局已于0 4 年发布了建设项目环境风险评价技术导则( h j 厂r 1 6 9 2 0 0 4 ) ， 对建设项目环境风险评价提出了更具体和详尽的要求。因此，在公路建设项 目环境影响评价中，交通事故环境风险评价已成为不可或缺的内容。 由于我国的经济基础比较薄弱，运输条件比较差，对安全管理的重视 程度不够。而在我国目前的交通运输体系中，公路运输占据着极其重要的地 位并起着不可替代的作用。然而，公路运输也是最易发生交通事故的运输方 式之一，其中又以公路危险化学品运输事故的影响最为严重，而公路危险化 学品运输事故对水环境的影响则是重中之重。 风险评估包含两项参数的求取，然后再作它们的乘积，由此获得风险值。 以此为基础，再用其与风险标准值相比较，获得该项风险能否接受或许采取 防范措施的结论。 建设项目环境风险评价技术导则中已经对点源形式的环境风险评价 有较明确的技术路线，可以通过对事故发生概率及其造成的后果的求算，得 出风险值的估计。但是，就公路建设项目而言，由于对于公路运营期间危险 化学品运输车在跨越地表河流或傍河岸时若因交通事故、造成化学品或有毒 物质泄漏入河的环境风险估计，则由于事故危害程度c 的定量困难，尚未 给出风险值计算的技术路线。技术方法处于正形成过程中，对于此类问题的 解决，尚属于该领域的学科前沿问题。 目前的公路建设项目水环境风险评价中，用事故率近似代替风险概率； 又用该数据与人们可接受的风险概率相比较，进而得出风险存在与否的结 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 论。因为环境风险系统是由风险源、风险载体和风险防范措施三个子系统组 成，这样做至少割裂了风险载体对风险的关联和作用。在某种环境状况下， 即使计算出的风险概率很大，不一定意味着风险就很大，由此制定风险防范 措施在实际操作中既没有说服力又没有现实意义。 本论文对于公路建设项目水环境风险评价方法进行研究；这对于公路建 设项目水环境风险的评价有一定的理论和实践意义，并具有一定的参考价 值。 1 2 国内外现状 事故风险( 或事故后果) 评价，国际上是沿着三条线发展的。但目前开 展的主要是概率风险评价( p r a ，p r o b a b i l i t yr i s ka s s e s s m e n t ) ，即事故发 生前，预测某设施( 或项目) 可能发生什么事故及其可能造成的环境( 或健 康) 风险。应用比较广泛的计算水域环境风险概率采用下式或与下式类似的 模型计算运输危险品车辆在水域路段发生交通事故的概率 7 p 2 珥q j f = q - q 2 q 3 q 4 q 5 q 6 q 7 式中：p 一预测年水域路段环境风险概率次a ) ；q 1 一该地区年交通事故率现 状值( 次( 10 6v e h k m ) ) ：q r 预测年交通量( 10 6 v e h a ) ：q r 拟建公路对交通 事故的降低率( ) ：q 4 一货车占总交通量的比例( ) ：q 5 一运输危险品车辆占 货车比例( 或运输货物中危险品所占比例) ( ) ；q 6 一油罐车泄漏概率：q 广水 域路段长度( k m ) 。 1 9 5 3 年联合国经济工作社会理事会成立了“危险货物运输专家委员 会”，1 9 6 5 年该委员会提交了一份工作报告。报告提出了危险货物运输的最 低要求以及危险品的分类、编目、标志、包装和运输单位等内容。该报告后 来成为联合国推荐的危险货物运输( 橙皮书) 。目前，国际上各种运输方 式运输危险货物基本上都采用了这个推荐。很多国家( 包括中国) 的国内运 输，也原则上予以采用。 风险的概率评价标准：补偿极限标准，用于事故造成物质损失的情 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 形。当安全防护投资增加到一定水平时，再增加投资对减小事故损失的作用 极小，此时还存在的风险度可作为可接受风险度r o 。人员伤亡风险标准， 用于事故造成的人员伤亡风险的情形。这个标准来源的依据是一般人能接受 或认同受自然灾害的危害或从事某种职业造成伤亡的客观存在性。目前情况 下，人们心理上能接受的事故死亡率( 人年) 在1 1 0 嵋1 1 0 q 之间。 概率评价方法：将计算的环境风险概率值与可接受风险度r o 及人员伤 亡风险标准r o 进行比较，判断风险概率是否超出可接受伤亡事故风险的可 接受水平。 公路建设项目水环境风险是环境风险中的物理性风险，从风险的定义出 发，公路建设项目水环境风险的目标是指水环境保护，不确定性因素是指由 于化学品和危险品运输车辆车祸、车损引起的泄漏、燃烧、爆炸突发性事故； 从伤害的可能性角度定义公路建设项目水环境风险为“由于交通事故引起的 对水环境( 水环境敏感点) 的危害程度”，即：r ( 后果，时间) = p r ( 次时 间) c ( 后果，次) 当风险概率超出可接受风险度时，应采用风险值进一步进行分析评价。 由于风险值是事故概率与事故危害程度的乘积，对于公路运输危险品事故对 地表河流水环境的风险危害而言，其涉及到对河流水质的污染、河流生态系 统的破坏及沿途居民生活用水的安全等环境要素，难以精确量化或货币化， 采用定性分级的方法进行评价。 结合河流水质状况、河流水生生态系统现状、沿途是否存在集中式饮用 水源保护区及泄漏污染物的浓度和迁移过程等具体情况，按本标准进行判 断。 风险值定量化困难是由于事故危害程度的定量困难，但也不是不能解 决。事故危害程度c ( 泄漏污染物的浓度和迁移过程决定的影响河段长度和 影响范围，影响范围内受损害的人身财产的数量和价值) ，当事故危害程度 定量以后，风险值就相应的确定下来了，在求出可能的风险值后，还需要拟 定用于比较的风险评价标准值。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 3课题研究目标、研究内容 。 1 3 1 研究目标 针对公路建设项目水环境风险评价，进行量化研究，为公路建设项目水 环境风险评价防治及风险管理工作的实施提供依据和参考。 1 3 2 研究内容 ( 1 ) 本论文依据前人研究的基础，对目前采用较多的事故概率的计算 方法进行了研究，并指出了用概率方法计算的数据与真实的风险之间的差 异，细致的介绍了概率计算过程中的参数的求得，对概率求算过程中的思路、 原则与方法进行了叙述，并对概率的求解进行了阐述，并将改进的方法结合 到了实例中。 ( 2 ) 本论文重点研究了在后果计算过程中的模型选择，在查阅国内外 大量文献资料的基础上，总结分析了前人在后果计算过程中等上取得的成果 的基础上，利用计算机的先进手段，编制模型选择的程序，并通过实例求证， 在后果计算过程中浓度模型的选择上达到了创新。 1 4 拟采取的研究方法、技术路线、试验方案 1 4 1 研究方法 1 收集当地交通量资料：包括近几年交通事故的资料。 2 现场观测：要取得观测各时间段的车流量、货车的车流量、危险品货 物的车流量。 3 对历年发生在地表水环境上的交通事故进行分析，得到公路建设项目 水环境上的风险概率。 4 理论分析：根据交通量资料和观测阶段的数据找出规律、建立基于公 路建设项目水环境风险评价的模型，得出研究路段的风险值。 1 4 2 技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 1 5 课题的创新性 建设项目环境风险评价技术导则中已经对化工厂等点源形式的环境 风险评价有较明确的技术路线。但是，就公路建设项目而言，对于公路建成 之后运营期间危险化学品运输在跨越地表河流等水体时的环境风险估计，尚 未给出风险值计算的技术路线，技术方法处于正形成过程中，对于此类问题 的研究，尚属于该领域的学科前沿问题，具有创新性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第二章风险、环境风险评价分析 2 1 风险的分类 目前研究表明风险可分为四类：真实风险、统计风险、预测风险和感知 风险。 真实风险：最终情况发生的实际风险。它的大小都是由一系列的已发生 事件决定，也就是说，只有等到引起风险的各事件发生后方能得出其准确的 风险值，这其实也是对过去事件得出的一个值。 统计风险：在过去时间段内，将影响风险各因子的所有信息资料用统计 分析的方法计算出其发生的概率，这是需要以正确的统计模型和大量的统计 资料为前提的，它也是对过去已发生的事件得出的计算值。 预测风险：从纵多的信息资料中挑选出一些最好最能反应实际情况的数 据资料，选择一个较好的评价模型和计算方法对未来风险做出一个合理的分 析，从而估算出它的风险值。 感知风险：也就是主观风险，它是风险评价的专家凭借自己的经验及专 业知识，从主观感觉出发来估计未来风险的大小，并综合众专家的估算结果 所得到的一个相对较为可靠的风险值。 在以上的四种风险中，常常因为环境中的种种复杂的不确定性因素以及 统计资料的不足而更多的采用预测风险和感知风险，这样有利于对未来时段 风险进行更好的掌握。 2 2 风险、风险评价的定义及风险发生的主要原因 2 2 1 风险的定义 目前关于风险的定义有很多种【6 2 1 ，一般多采用如下定义：风险是指遭 受损失、损害和毁坏的可能性【1 】【3 5 1 。其含义包括：第一、风险的产生具有一 种可能性，常常用概率描述这种可能性的大小；第二、风险的发生常常会带 来不期望的后果，这种后果可能是环境被破坏，经济上遭受损失，人们的生 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 存受到威胁。 一般来说，根据对风险的不同的定义，可以有多种表达式来描述风险的 大小。 如果用概率p 来表示风险的大小r i s k ，则 r i s k = p 风险事件发生) ( 2 1 ) 对一环境系统来说，若设随机水环境容量为x ，其概率密度为厶 ) ， 随机水环境负荷量为y ，其概率密度为厂y ( ) ，) ，这时水环境风险r i s k 可以定 义为【3 9 】： r i s k = p x - y 田 t p ms 吣 ( 2 2 ) 一ef m 式中，p 为超标概率：厶沏) 为m 的概率密度。 当然，也可以用模糊集理论中的可能性p o s 来表示风险的大小： r i s k = p o s 风险事件发生) ( 2 3 ) 也可用其他的风险指标来表示风险事件对环境的大小程度，则其计算式 可表示为： r i s k = p , l 虱 事件发生 c ( 2 4 ) 【6 0 1 式中，p ：风险度，即风险事件的发生概率或可能性；c ：危害，事件影 响后果的大小，一般常用经济损失来描述。 2 2 2 风险评价的定义 国家环保局2 0 0 4 年12 月1 1 日颁布实施的建设项目环境风险评价技 术导则( h j - r 1 6 9 2 0 0 4 ) 将环境风险定义为：对建设项目建设和运行期间 发生的可预测突发性事件或事故( 一般不包括人为破坏及自然灾害) 引起有 毒有害、易燃易爆等物质的泄漏或突发事件产生的新的有毒有害物质，所造 成的对人身安全与环境的影响和损害，进行评估，提出防范、应急与减缓措 施阴。 2 2 3 风险发生的主要原因 引发水环境风险的原因主要归结为两种：突发性和非突发性原因。突发 性的风险是指环境中有毒有害物质突发性( 或事故性) 泄漏排放至环境中而 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 导致环境质量超标，它具有突发性、破坏性、时变性等特征。非突发性风险 则是指在排污口非突发性( 即稳定源连续或不连续但排放强度不是突然显著 增加) 排放的情况下，河流下游段仍然有水质超标而造成污染的可能性。其 风险存在的根本原因是在非突发性排放条件下，由于没有考虑不确定因素的 影响，人们做出的水质规划结果通常只能保证在确定性环境下各水质指标达 标，而水环境中不确定性因素的影响是一直存在的，这就使得原来的规划结 果很难保证各水质指标百分之百达标，因而水环境中水质超标就具有可能 性，从而也就给水环境带来了这样一种非突发性风险。这种非突发性风险具 有潜在性、破坏性和长期性。 本论文所研究的公路建设项目水环境风险基本上属于突发性的风险。 2 3 环境系统风险定量分析的理论和方法 风险本身是源于对未来环境的不确定性因素，因此，不确定性理论和方 法是对风险进行定量分析的最主要的理论根据。但目前对环境风险分析定量 的计算方法还不是很多，也不够成熟。人们更多的是考虑用概率论方法和模 糊论方法来计算风险则显得薄弱。通过一些总结，风险分析的理论和方法常 常有如下几类：概率论方法、模糊论方法和风险指数法。 2 3 1 概率论方法 如前所述，环境系统是一个不确定的系统，因而对环境系统中风险的分 析可以用不确定性方法来研究，用概率来描述风险的大小则是一种比较简 单、直观的方法。同时，与概率论相关的理论如统计理论，随机理论也为概 率理论也为用概率论方法研究环境风险问题提供了理论基础和有效的方法。 统计方法：利用现有的实验数据或历史资料，用统计分析的方法得出各 不确定因素的统计量、数字特征及分布函数，从而为风险估计提供可靠的统 计模型。具体方法可采用回归分析法、置信区间法、贝叶斯方法等。 随机模拟法【4 1 】：从环境中某种描述污染物浓度的确定性模型出发，若 记一环境质量模型为c 一，o ，y ，z ，t ，4 ) ，其中x , y ，z 代表空间坐标，t 是时间， 4 为影响浓度变化的诸因子( i = 1 ，2 ，jn ) ，假设4 是符合某种分布函数的 随机变量，且c 的随机性完全由4 决定：这样便可以在计算机上对4 进行 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 随机抽样，所抽取的随机数是符合该分布函数的。设模拟次数为n ，超标( 即 模拟值c 环境容量c o ) 次数为f , n 风险r = f n 。由大数定理可以证明： 当n 趋于无穷大时，模拟值r 依概率1 收敛于其真值。实际计算时，在规 定的误差范围内，只需选择有限的模拟次数即可。该法具有简单易行的优点， 且适合各种分布的随机变量，且避免了对概率密度的推到和求解，因而成为 人们常常选择的方法，尤其是计算机的运算速度成倍提高后，随机模拟法越 来越成为行之有效的方法之一。+ 一次二阶矩阵法：设极限状态函数m 包括两个基本变量x ，y ，且分别 服从正态分布n ( 比x ，) 和( 脚，o y ) ，则m 亦服从正态分布( 拗，) ，当 达到极限状态( m = x y = 0 ) 时，即相当于在平面上的一条直线，将平面分 成安全区和风险区。在一定的允许范围内，可以做出某些合理的近似以避免 对概率密度的求解而直接求出式( 2 2 ) 的值。该法的关键是对m 的求解， 间接求出随机变量的一阶矩和二阶矩，从而由公式r - i m ( ) 近似的估计m 小于0 的概率。在实际计算中，需要取自变量的前一、二阶 矩，并将状态函数在迭代点处按泰勒级数展开，取得前一项或前两项，然后 用试差法求解。如果各随机变量不是正态分布，则可用当量正态分布。 随机过程法：从实用、简单的观点来看，环境中的随机影响因子可用随 机变量来描述。但是在实际中，从某影响因子变化的全过程来看，次监测 的结果应该看作是时间t 的函数，而同一因子进行重复独立地多次监测结果 应该是不同的，因此如果把影响因子看成随机变量的话，则将污染物的浓度 或浓度的变化用随机过程来描述似乎更为确切，这样也有可能运用随机过程 中的分析理论来求解风险概率。更重要的是，求得的风险概率密度是时间的 函数，这样就能够对未来的风险随时间变化的趋势把握得更加清楚，有利于 提高风险防范意识，加强全过程的风险管理水平。目前有许多文献 f 14 】f 3 3 1 3 6 】【5 9 1 6 1 】均在水环境系统中建立了各种各样的随机水质模型，为水环境 中风险分析理论和方法的展开开拓了思路。 主观概率法( 或专家意见法) ：在实际工作中，人们常不可能获得足够 多的统计资料用以估计“客观概率”。因此，在数据资料不完全的情况下，可 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 以考虑用主观概率法来计算风险值。这种主观概率能够用较少的信息量，综 合诸位专家的意见及过去的经验对风险进行估计。主要思路是将各个不同行 业中的专家学者召集起来，根据各自的经验及不同学科的背景知识对同一事 件进行分析，并根据彼此分析结果的差异，加以一定的权值，最值得出一个 较能反映实际情况的综合概率值。 2 3 2 模糊论方法 模糊论方法是风险分析中的一套常用的理论方法，目前国内外用模糊论 方法研究风险问题己取得了一定的成果。 模糊概率法：在实际中存在着一些既有随机性又有模糊性的事件，即使 在事件发生后，其结果也是模糊的，可称作模糊概率。模糊数学原理通常与 事故树分析方法结合起来，构造新的风险事故分析方法，避免了对统计资料 的强烈依赖。对水环境的风险评价进行了有益的尝试。 模糊参数回归分析法【2 l s l t 4 4 1 ：在文献【2 】中提出了一个用于硝酸盐的风险 分析模型。在风险分析中，把影响硝酸盐的不确定因子看成是模糊参数，然 后从一定的实验数据出发，用线性回归的方法反推出模糊参数。根据估计的 模糊参数即可求出任何硝酸盐浓度下的风险值。这种方法可以应用于很多其 他污染物的风险分析中。 2 3 3 风险指数法 用概率的方法来描述风险的大小直观简洁，能够解决许多的实际问题。 但由于实际统计资料的不足，计算有时会变得比较复杂，甚至难以计算，同 时也降低了风险的可信度。模糊参数描述不确定性影响在很大程度上弥补了 概率论方法的不足，但它始终只体现了一种主观倾向，不一定能真实反映风 险的实际水平。因此，引入风险指数法，风险指数越大则风险越大，具有直 观简洁的优点。但是，该法缺乏系统的、理论的指导，不便于推广。 2 4 公路交通事故河流环境风险评价方法分析 环境风险评价是指对有毒有害化学物质危害人体健康及环境质量的影 响程度进行概率估计，提出减小环境风险的方案和对策。环境风险评价作为 建设项目环境影响评价的主要内容之一越来越受到重视。对于公路建设项目 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 而言，对环境( 或健康) 危害最严重的重大事故，即最大可信事故，就是公路建成 之后运营期间危险化学品运输在跨越地表河流等水体路段可能发生的重大 交通事故。对最大可信事故的风险评价，目前通常采用的方法是计算运输危 险品车辆在水域路段发生交通事故的概率，即风险度【9 】 在此基础上对事故影 响进行简要分析，提出防范、减缓和应急措施。公路建设项目水环境风险分 析包括风险源项分析、风险载体分析和风险防范措施分析三项。综合不同国 家和组织机构提出的环境风险评价的程序和步骤，风险评价的第一步就是源 项分析【6 】【8 1 【9 1 【1 o 】【1 1 】【12 】【1 3 1 ，即找出风险的来源，确定事故的类型和发生的主要 原因、事故发生的频率等，这个阶段以定性分析和经验判断为主。估算事故 发生的概率，以定量分析为主。同时确定评价的等级、范围、时间和评价对 象等。 公路建设项目水环境风险源主要包括：公路上运输的剧毒农药和有毒化 学品泄漏、扩散对水体的污染；油罐车在公路运输过程中的事故对水体的污 染；易燃易爆物运输过程中的泄漏污染事件对水体的污染。 公路建设项目水环境风险的风险载体分析。水环境风险的风险载体指水 环境周围的人口密度及影响到的农作物的平方数。 公路建设项目水环境风险的风险防范措施分析。风险防范措施包括开展 有毒有害物质事故性环境“风险评价”；实行统筹规划，分割管理；设置防护 地带；从分析事故隐患着手；强化突发性污染事故危害的意识及事故发生后 的应急性环境监测。 随着h j 厂r 1 6 9 2 0 0 4 建设项目环境风险评价技术导则f 7 】的发布，对建 设项目环境风险评价提出了更深刻、详细的要求。因此，本论文结合某高速 公路环境评价的实例，对公路建设项目水环境风险评价中的几个问题进行分 析探讨。 2 。5 本章小结 本章概述了风险、环境风险及评价的分类定义和风险发生的主要原因， 着重讨论了环境系统定量分析的理论和方法，并针对公路交通事故河流环境 风险评价方法进行理论分析。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 第三章公路交通事故河流环境风险事故 概率计算方法 3 1概述 随着经济的迅速发展和人口的不断增加，我国的公路建设项目也正飞速 发展，由此而产生的水环境风险事故更是时有发生。大量的研究表明，这类 事故属于突发性风险事故，具有发生的突然性和破坏的巨大性，因而成为国 民经济发展中不可忽视的问题。而对于此类事故的研究，尤其是对其发生频 率的研究极为重要。因为只有对事故的发生源有了一个较为全面的了解，才 有可能根据具体的情况采取相应的应急措施，才有可能对突发性风险事故发 生后致使污染物突发性排入河流等水环境中的后续情况有更为全面的了解， 才有可能采取全方位的风险控制手段，从而使突发性风险事故对水环境所造 成的污染达到最小。 对于突发性事故发生频率的分析已有不少的研究，但对于只是针对公路 建设项目的研究还很有限。不过，前人对于突发性事故发生频率的分析研究 对于公路建设项目水环境的风险事故发生频率的分析研究具有指导意义。 3 2 理论分析 3 2 1 风险事故源强 3 。2 1 1 风险事故源强的分布规律 事故源强是指事故造成的污染强度。它与污染源尺寸的大小、规模( 所 含污染物的量) 、安全设施条件、地理特征和人口密度等物理因素和社会因 素等有关。包括初始污染源事故排放强度和最终的危害大小( 死亡率、经济 损失等) 两种，而根据度量单位的不同，事故排放强度又可分解为排放量、 流量、浓度和时间四种指标。 所有的事故强度一定不会成同样的分布状态，但是，大量的事故强度的 研究表明，事故强度的分布大致呈指数型分布，强度越小的事件的发生越频 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 繁。指数分布与对数分布均被用于模拟事故强度的分布，尽管采用指数分布 常常会低估了较大事故强度的发生概率。 3 2 1 2 风险事故发生的概率估算方法 事故源发生概率的估计主要是对源项的源强及其发生概率的估计，一般 采用的方法主要有客观估计法和主观估计法。 客观估计法：由于风险评价中要考虑源强的事件太多，同时也为了减少 调查的工作量，自能关注于排放强度z gz 0 的事件。设调查时段t 内事故排 放次数为n ，强度小于等于z i 的次数为他，当调查次数足够多时，强度z i 对 应的累积频率为厂亿) 2 n 。此类方法是通过对污染源的事故记录调查， 计算出频率分布，从而获得事故排放强度的分布。这种方法将过去没有发生 过的较大强度出现的概率认为是零，而重大污染事故通常是稀少事件，所以 这类估计往往忽略或低估了较大强度事件的发生，也即高危害事件的概率。 主观估计法：该方法所采用的概率分布形态多种多样，主要有：矩形、 阶梯形、三角形和正态形等。在资料比较匮乏的情况下，通常采用三角形分 布进行分析。对于三角形分布只需知道最小值、最可能值和最大值即可。 由于影响公路建设项目水环境风险事件的因素十分复杂，在实际中很难 考虑的十分周密，因此，在实际工作中引入重要度的概念。 若定义最小割集i 的重要度为由于该最小割集影响顶事件( 即风险评价 的目标事件) 发生概率的系数，并设最小割集j 发生概率为“，顶事件的发 生概率为4 ，则最小割集( 风险因素) 的重要度e j 为： e f = 口，a , 当基本事件( 底事件) 的发生概率是吼，且事件是或门逻辑关系时，其 重要度为该基本事件影响顶事件发生概率的系数乞为： 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 铲荟“以 根据e j 和巳可以对引发的风险的因素进行分析，找出影响其发生的主要 因素和基本事件。 3 2 2 故障树一事件树分析法 公路建设项目中存在的环境风险是多种多样的，但是其对水环境的影响 是相对更加危险的，而影响水环境的因素更是十分复杂的，对这一部分的风 险进行故障树一事件树分析。 用故障树一事件树分析法分析的步骤分为四步：首先，把整个项目分解 为若干个子系统，再分别识别哪些部分或部件最有可能成为失去控制的危险 源，并进一步识别其危险种类属于引起火灾、爆炸、还是释放大量有毒物质； 其次，识别每个部分或部件中哪些环节或零件是薄弱和易出故障的；然后， 识别造成这些薄弱或易出现故障的环节或零件出现故障或事故的原因；最后 识别在故障或泄漏事件发生后，危害性事故是怎样通过事件链在环境中传播 的。 7 3 2 2 1 故障树分析法( f t a f a u i tt r e ea n a i y s is ) 故障树是一种演绎分析，用以描述能导致一个过程达到“顶事件”的一种 特定状态下的所有可能故障关系。“顶事件”可以是一个事故序列，也可以是 风险评价中认为重要的任一事故状态。通过故障树分析还能估算出顶事件发 生的概率。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 ( - 一基本事件 一续图符号 图3 。1毒性化学品运输泄漏事故故障树 在应用故障树之前，先将复杂的环境风险系统分解成比较简单的、容易 被识别的小系统。对于公路建设项目水环境风险，以公路毒性化学品运输为 例，用故障树对风险进行分析。建立如图3 1 所示的故障树。在故障树中， 导致毒性化学品泄漏事件发生的原因可分为两类，一类是基本事件，这类事 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 件的发生原因不再细述，它的概率是通过相关资料和历史数据的分析得到。 另一类是中间事件，这一类事件的发生是由于很多的基本事件发生导致的， 它的概率是通过对基本事件的概率按照“与”门、“或”门的关系计算的来的。 其中，多个事件同时发生才导致上一个事件的发生，这种逻辑关系称为“与”； 一个事件的发生会导致上一个事件的发生，这种逻辑关系称为“或”。 根据故障树中的“与”门、“或”门符号的关系，可以得到以下事件集： a = e l + 易+ q ，巨= c 2 + 毛+ 日，e 2 一c 1 。+ 墨，已一c 3 e anc 2 + g c 4 c + c 6 + c 7 + c 8 + c 9 + c l o + c 1 。+ c 1 2 + c 1 3 + q ，e ；e 6 + 易，毛- c 4 g ，e 6 一c 6 + c 7 + c 8 ， e 9 一c 9 + “，最一q ：+ q ，。根据概率计算c 3 q c 5 发生的概率为 p ( c 3 c 4 c ) np ( c 3 ) p ( c 4 ) p ( g ) ，所以事故a 的概率可以认为是： p 0 ) tp ( g ) p ( c 。) p ( c ；) + p ( c 2 ) + p ( c 6 ) + e ( c 7 ) + p ( c s ) + e ( c 9 ) + e ( q o ) + p ( c i 。) + p ( c j 2 ) + p ( c 1 3 ) + p ( c 1 ) 。 运输事故的发生通常是由很多因素造成的，同时故障树的建立也具有主 观性，因此，事故原因的分析可能不够全面、具体；故障树分析法中基本事 件的概率可能难以精确全面得到，有时需要进行历史数据的分析和对以往事 故的分析估算。 3 2 2 2 事件树分析法( e t a e v e n tt r e ea r i a i y s is ) 以污染系统向环境事故排放为顶事件的故障树分析，给出了导致事故排 放的故障原因事件及其发生概率，而事故排放的源强或事故后果的各种可能 性要结合事件树作进一步分析。 事件树分析是从初因事件出发，按照事件发展的时序，分成阶段，对后 继事件一步步地进行分析；每一步都从成功和失败( 可能与不可能) 两种 或多种可能的状态进行考虑( 分支) ，直到最后用水平树状图表示其后果的 一种分析方法，以定性、定量地了解整个事故的动态变化过程及其各种状态 的发生概率。 。 实践经验可知，事件( e t ) 常常是一种马尔科夫过程，即其后继事件 的出现是以前一事件发生为条件而与再前面的事件无关的，是许多事件按时 间顺序相继出现、发展的结果。针对所选择的不同故障事件作为初因事件， 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 e t a 可分析得出相应不同的事件链。事故排放故障树分析所确定的能导致环 境排放污染物的各种事件，由于其故障原因和所导致的污染物排放形态各 异，使得事故排放的强度有所差别，因此都应作为事件树的初因事件。应用 e t a ，可以分析出事故源强及其后继后果的概率分布谱，也可以用e t a 分 析污染源事故排放后通过环境介质造成受体安全风险的过程。 继续以公路运输毒性化学品为例，其后继事件采用事件树分析如下( 分 析结果见图3 2 ) ： ；件噬显竖型茎避竺l 幽奎! 区鲨 y pg 0 0 9 次年 o k g 0 0 2 7 次年0 5 k g 0 0 0 3 次年 1 0 k g 0 0 3 6 次年0 5 k g 0 0 0 4 次年 1 o k g 0 0 2 7 次年0 5 k g 0 0 0 4 次年 1 0 k g 图3 2 5 0 0 k g 毒性化学品泄漏事故事件树 3 2 3 风险事件发生概率的分布模型 在水环境中发生风险事故后，由于水环境本身具有一定的自净作用，污 染物对水环境的污染只会持续段时间，而不会无限期的存在下去。那么， 一旦风险事故发生，风险一般存在的时间为多长，到什么时候风险就消失了， 这是一个非常值得研究和监测的指标，有利于对风险从发生到完全消失的全 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 过程的把握。因此，有必要建立更完善的能够把握更多信息的随机模拟过程 模型，在此，我们引入排队过程模型。排队过程模型中两个基本变量的概率 密度是负指数分布和泊松分布。 3 2 3 1 泊松过程模拟 设n ( t ) 表示在时间区间【0 ，t 】内到达的顾客数( t 0 ) ，令以瓴，t ：) 表示在 时间区间【气，f ：) 也 f 1 ) 内有n ( - o ) 个顾客到达( 这个属于随机事件) 的概率， 即： 以瓴，t 2 ) * p i n y ( t , ) 一瓴) = 甩也 毛，咒0 ) 当见瓴，t ：) 符合下列条件时，我们称作顾客的到达形成泊松流。 ( 1 ) 在不重叠的时间区间内顾客到达数是相互独立的，这叫做无后效 性； ( 2 ) 对充分小出的，在时间区间p ，t + 缸) 内有一个顾客到达的概率与t 无关，而与区间长& 基本成正比，即：p l ( t ，t + 出) 一尬+ d ( & ) 其中，d ( 址) 是当缸呻0 时，关于的高阶无穷小。a 0 是常数，它 表示单位时间有一个顾客到达的概率，叫做概率强度。 ( 3 ) 对于充分小的，在时间区间【t , t + ) 内有两个或两个以上的顾 客到达的概率极小，以致忽略不计j 即： p 。o ，t + 缸) = 1 一a 出+ d ( 出) 冠 在上述条件下，研究顾客到达数n 的概率分布；由条件( 2 ) 可知，总 可以取时间由0 算起，并简记为：以( o ，t ) 一只o ) ；由条件( 2 ) 、( 3 ) ，推导 出在区间p ，f + a t ) 内没有顾客到达的概率为：p 。p ，“& ) a 1 一尬+ d ( 缸) ；在 求p c t ) 时，通常建立t 时刻的概率分布与t + a t 时刻概率分布的关系方程。 对于区间【o , t + ) ，可分为两个互不重叠的区间【0 ，f ) 和【t , t + 缸