（环境工程专业论文）突发环境事故的应急预测可视化模拟研究.pdf

太原理工大学硕十研究生学位论文 突发环境事故的应急预测模拟可视化研究 摘要 突发环境事故具有发生不确定性特点，而现阶段对事故的研究主要集 中在事后应急处理上，关于事故发生过程中进行预测可视化模拟研究乏善 可陈。本文就突发环境事故大气污染物扩散模拟为研究对象，分析研究区 域污染物扩散过程的影响因素和可视化模拟，探索突发环境事故污染物扩 散定性、定量化可视化模拟研究的技术方法，能够直观判断污染物扩散过 程与覆盖区域，提出相应的应急决策，具有重要的理论价值和现实指导意 义。 本文以建设项目环境风险评价技术导则( h j t 1 6 9 2 0 0 4 ) 为准则， 采用经典高斯烟团模型作为大气污染物扩散预测可视化模拟模型，对于突 发事故爆炸预测半径采用的是荷兰应用科研院t n o 多能法模型，模型中参 数值采用现场监测或常年资料相结合经典模型计算得出。本文以v b 作为 开发语言和g i s 作为开发平台，实现了程序化计算及应急预测的可视化模 拟。为突发环境事故的应急预测供了一种全新的可视化模拟方法。主要取 得了下列研究成果： ( 1 ) 预测模型的研究：通过对现国内外污染源泄漏扩散各种模型方法 研究比较分析，确定本研究大气扩散应急预测模型为建设项目环境风险 评价技术导则中推荐使用的高斯烟团模型；同时对蒸气云危害半径模型 研究，确定本次研究采用荷兰t n o 多能法来确定危害半径值。 ( 2 ) v b 与g i s 技术的运用：本文以v b 作为开发语言，实现人机交 太原理工大学硕士研究生学位论文 互界面，参数快速输入窗口和模型程序代码的编写，达到预测模型快速运 算。其中参数快速输入窗口包括污染源参数、环境参数和输出类型，污染 源参数中确定点源、线源和面源，污染源参数中包括污染物名称、污染源 类型、污染物排出温度、排出速率、污染物泄漏持续时间和污染源泄漏高 度，环境参数包括风向、大气稳定度、环境温度、大气压强、平均风速和 温度梯度，输出类型本文采用的是e x c e l 数据输出。利用a r c g i s 实现应急 预测的可视化扩散过程图，查找敏感点、风向轴线和某个时刻某个断面浓 度，利用o r i g i n 技术得出浓度值变化趋势。 ( 3 ) 模型的应用和应急系统的发展：本文以介休市某化工企业为对象， 以甲醇和氯甲烷作为虚拟突发环境事故研究对象，利用大气扩散模型和 v b g i s 技术得到扩散过程中模拟图，并做出敏感点，轴线浓度和某时刻某 断面浓度变化曲线图，实现模型在时间和空间上的运用研究，提出相应的 应急措施，并由此引申对我国我现有的预测模型和应急系统存有的弊端、 发展方向进行了技术上和方法上的探讨。 ( 4 ) 技术方法的创新：本文摒弃了以往常常对突发环境事故后应急处 理措施研究，而是采用v b g i s 计算机技术就污染物在整个扩散过程中浓 度值时间和空间上变化，研究具有一定的新意，形成了对突发环境事故应 急预测可视化模拟较为完整的研究。 关键词：突发环境事故，v b g i s 技术，高斯模型，应急系统，可视化 研究 i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 r e s e a r c h o ne m e r g e n c yf o r ec a s t s u a l i z a t i o ni m u l a t i o no fu n e x p e c t e d e n v i r o n m e n t a la c c i d e n t a bs t r a c t u n e x p e c t e de n v i r o n m e n t a la c c i d e n t sh a v et h ec h a r a c t e r i s t i c so fu n c e r t a i n t y , b u tn o wt h ea c c i d e n t r e s e a r c hf o c u s e so nt h ee m e r g e n c yt r e a t m e n tl a t e ro n ，i ti s l a c ko fa b o u tt h ea c c i d e n tf o r e c a s tv i 。s u a l i z a t i o ns i m u l a t i o ni nt h ep r o c e s so f s i m u l a t i o n r e s e a r c hb a s e do nt h ed i s p e r s i o nm o d e l i n go fp o l l u t a n t si nt h e s u d d e ne n v i r o n m e n t a l i n c i d e n t s ，a n a l y s e s t h ea f f e c tf a c t o r so fp o l l u t a n t d i s p e r s i o ni nt h ev i s u a ls i m u l a t i o na n dd i f f u s i o np r o c e s si nt h es t u d ya r e a i tc a n i n t u i t i v ej u d g m e n tp o l l u t a n t sd i f f u s i o n p r o c e s sa n dc o v e r a g ea r e a ，a n dp u t f o r w a r dt h e c o r r e s p o n d i n ge m e r g e n c yd e c i s i o n m a k i n g ，i th a s i m p o r t a n t t h e o r e t i c a lv a l u ea n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h ep a p e ri s t e c h n i c a lg u i d e l i n e sf o re n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n to i l p r o j e c t s ( h j t 16 9 2 0 0 4 ) f o rt h eg u i d e l i n e s ，u s i n gt h ec l a s s i c a lg a u s s i a np l u m e m o d e lf o rd i f f u s i o ns i m u l a t i o nm o d e lo f p r e d i c t i v ev i s u a l i z a t i o no fa t m o s p h e r i c p o l l u t a n t s ，f o rs u d d e na c c i d e n t a le x p l o s i o nt h er a d i u so fp r e d i c tt h a ti st h e n e t h e r l a n d s o r g a n i s a t i o n f o r a p p l i e d s c i e n t i f i cr e s e a r c hi n s t i t u t et n o m u l t i e n e r g ym e t h o dm o d e l ，t h em o d e l p a r a m e t e rv a l u e su s i n gt h eo n s i t e i i i 太原理：【大学硕士研究生学位论文 m o n i t o r i n go rp e r e n n i a l c o m b i n a t i o no ft h ec l a s s i c a l m o d e li sc a l c u l a t e d t o a c h i e v eav i s u a ls i m u l a t i o no ft h ep r o c e d u r eo fc a l c u l a t i o na n dr e s p o n s e p r e d i c t i o n ，i tu s ev ba sad e v e l o p m e n tl a n g u a g ea n dg sa sad e v e l o p m e n t p l a t f o r m t h em a i n a c h i e v e m e n t so ft h i st h e s i sa r el i s t e da sf o l l o w i n g ： ( 1 ) s t u d yo np r e d i c t i o nm o d e l ：b yt h ep r o l i f e r a t i o no fav a r i e t yo fm o d e l i n g m e t h o d so ft h ep r e s e n td o m e s t i ca n df o r e i g n s o u r c e so f p o l l u t i o nl e a k t h i sp a p e r d e t e r m i n et h ea t m o s p h e r i cd i f f u s i o ne m e r g e n c yf o r e c a s t i n gm o d e lf o rt h e ” t e c h n i c a lg u i d e l i n e sf o re n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n to n p r o j e c t s r e c o m m e n du s i n gt h eg a u s s i a np l u m em o d e l ；r a d i u so ft h ev a p o rc l o u d h a z a r d sm o d e lt od e t e r m i n e t h en e t h e r l a n d st n om u l t i e n e r g ym e t h o dt o d e t e r m i n e h a z a r dr a d i u sv a l u e ( 2 ) a p p l i c a t i o no fv i s u a lb a s i ca n dg i st e c h n o l o g y ：t h i sp a p e ri sv b a sa d e v e l o p m e n tl a n g u a g e ，t oa c h i e v eh u m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ，f a s tp a r a m e t e r i n p u tw i n d o wa n dt h ep r e p a r a t i o n o ft h em o d e lc o d et oa c h i e v et h ef a s t c o m p u t a t i o no f t h ep r e d i c t i o nm o d e l i nt h ew i n d o wo fp a r a m e t e r so fp o l l u t i o n s o u r c ed e t e r m i n et h ep o i n ts o u r c e ，l i n es o u r c ea n dn o n p o i n ts o u r c e t h e p a r a m e t e r so fp o l l u t i o ns o u r c ei n c l u d et h en a m eo fp o l l u t i o n ，t h et y p e o f p o l l u t i o ns o u r c e ，t h ed i s c h a r g et e m p e r a t u r eo fp o l l u t a n t ，t h ed i s c h a r g er a t eo f p o l l u t a n t ，t h ed u r a t i o nt i m eo fl e a ko fc o n t a m i n a n t sa n dt h eh e i g h to fl e a ko f p o l l u t i o n s o u r c e s t h ee n v i r o n m e n t a lp a r a m e t e r si n c l u d ew i n dd i r e c t i o n ， a t m o s p h e r i cs t a b i l i t y , e n v i r o n m e n t a lt e m p e r a t u r e ，a t m o s p h e r i cp r e s s u r e ，t h e a v e r a g es p e e do fw i n da n dt e m p e r a t u r eg r a d i e n t t h et y p eo fo u t p u tu s i n g e x c e l i v 太堕堡三奎堂堡主堑窒圭堂垡笙奎 一 一一 a n dg i s u s i n ga r c g i se m e r g e n c yf o r e c a s tv i s u a l i z a t i o n o ft h ed i f f u s i o n p r o c e s sm a p ，f i n d t h e s e n s i t i v e p o i n t ，t h e w i n dd i r e c t i o na x i s a n dt h e c o n c e n t i t n i o no fas e c t i o no fam o m e n t ，u s i n go r i g i nt od r a wt h et r e n do f c o n c e n t r a t i o nc h a n g e s ( 3 ) m o d e lu s i n ga n d t h ed e v e l o p m e n to fe m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e m s ：i nt h i s p a p e rac h e m i c a lc o m p a n yji e x i uc i t y f o ro b je c t ，b yc h a o ha n dc h 3 c 1a st h e s t u d y o fv i r t u a lu n e x p e c t e de n v i r o n m e n t a la c c i d e n t ，a n d u s ea t m o s p h e r i c d i s p e r s i o nm o d e la n dv b g i st e c h n o l o g yt os i m u l a t et h ed i f f u s i o np r o c e s s d i a g r a m ，a n dm a k eas e n s i t i v ep o i n t ，t h ea x i so f c o n c e n t r a t i o na n das e c t i o no f a m o m e n to fc o n c e n t r a t i o nc u r v e s ，t oa c h i v et h em o d e li nt i m ea n ds p a c e ，a n d p r o p o s ea p p r o p r i a t ee m e r g e n c ym e a s u r e s a n db ye x t e n s i o nt o o u rc o u n t r y s e x i s t i n gp r e d i c t i o nm o d e lo ft h ee m e r g e n c ys y s t e ma n dp u t sf o r w a r dt o t h e d i s c u s s i o no ft h ed i r e c t i o no fd e v e l o p m e n to f t e c h n i c a la n dm e t h o d o l o g i c a l ( 4 ) t h ei n n o v a t i o n o ft e c h n i c a lm e t h o d s ：t h i sp a p e ra b a n d o n e dt h eo f t e n s u d d e ne n v i r o n m e n t a la c c i d e n t s ，e m e r g e n c yt r e a t m e n tm e a s u r e s ，i n s t e a do f u s i n g t h ev b g i s c o m p u t e rt e c h n o l o g y t ot h e c h a n g e o f p o l l u t a n t c o n c e n t r a t i o n v a l u eo ft i m ea n ds p a c ei n t h ed i f f u s i o np r o c e s s ，t h en e w f o m l a t i o no nt h es u d d e n f a t e n v i r o n m e n t a le m e r g e n c yp r e d i c tam o r ec o m p l e t e s t u d yo f t h ev i s u a ls i m u l a t i o n k e yw o r d s ：u n e x p e c t e de n v i r o n m e n t a la c c i d e n t s ，v b g i st e c h n o l o g y ， g a u s s i a nm o d e l ，e m e r g e n c ys y s t e m ，v i s u a l i z a t i o nr e s e a r c h v 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 选题背景与研究意义 第一章绪论 随着全球经济的发展，近年来突发环境污染事故发生频率逐渐增加n 刮。和一般的环 境污染事故相比，突发性环境污染事故不仅具有一系列未确定性，如排放点、排放方式 等，而且突发环境事故的发生可能在短时间内或者瞬间释放大量环境污染物质，容易对 周边区域环境造成严重破坏和污染，从而对国家和人民生命财产造成重大损害n 叫。我国 民众受传统“先污染，后治理”思想的影响，使得部分企业在环境应急管理上不够重视 和安全管理基础设准备不足，同时在面对突发应急事故时受技术和应急设施资源的限 制，使得由突发环境事故造成人员伤亡和财产损失事件时有发生，特别在石油等化工产 业上突发环境事故变得越来越突出。因此，加强企业环境安全管理工作，提高企业环境 事故应急管理水平，做出完善合理的应急系统就变得尤为重要。应急系统受到我国各级 政府的高度重视，国家政府机构颁发了一系列的法律法规和政策文件，如：在2 0 0 6 年， 国务院颁布了国家突发环境事件应急预案和关于督促化工企业切实做好几项安全 环保重点工作的紧急通知；2 0 0 7 年，为了指导企业编制安全生产事故应急预案，完善 安全生产事故应急预案体系，国务院颁发了国务院办公厅转发安全监管总局等部门关 于加强企业应急管理工作意见的通知( 国办发 2 0 0 7 1 3 号) 等关于企业安全生产和应急 文件。 目前，关于突发环境事故的研究已经成为建立健全的突发环境事故应急救援系统的 一个重要方面，对突发环境事故的研究不仅可以提高企业对环境事故应急处理的能力， 减少由环境事故造成的损失和社会危害减少到最低程度，而且可以探索突发环境事故污 染物扩散研究的技术方法。因此，通过对突发环境事故的定性、定量和可视化模拟研究， 分析污染物对周边环境造成破坏和污染的程度和浓度，丰富了现有应急系统理论基础， 在维护社会稳定，保障公众生命健康和企业财产安全等方面具有重要的指导意义。 某化工新材料有限公司位于山西省介休市，年产6 万吨有机硅单体及深加工配套4 万吨离子膜烧碱，资产总额1 5 亿元，从业人数7 8 6 人，本工程最终产品为d 4 、d m c ， 经过深加工后的产品为温室橡胶、高温硅橡胶、二甲基硅油、甲基三乙氧基硅烷、含氢 硅油等。主要可能发生的突发环境事故是甲醇和氯甲烷两种有机物。 太原理： 大学硕士研究生学位论文 本研究以介休市某化工新材料有限公司为研究对象，将地理信息系统( g i s ) 技术 与v b 语言相融合，实现企业突发环境事故研究的可视化、定性化与定量化模拟，提出 了一种企业突发环境事故应急预测新方法，具有重要的理论价值；并且通过具体突发事 故中污染物扩散定型化、定量化和可视化研究，对企业突发环境事故问题的研究制定相 应的应急系统、措施和应急方案，保护当地环境和下游水资源安全，促进社会全面、协 调、可持续发展具有重要指导的现实意义。 1 2 应急系统国内外研究进展 1 2 1 国内外研究进展 国外发达国家很早以前就开始应急系统的建设，美国是全球使用应急预案较早的国 家之一。在上世纪五十年代之前，关于应急救援工作只是作为一种公民自发形成宗教团 体个人的道德规范，政府并没有专定的法定责任。从上世纪六十年代开始，美国联邦政 府开始统一使用“9 1 1 ”报警救助电话，上世纪6 0 到7 0 年代开始，美国上白政府下到 社区企业都开始制定自己的应急预案，美国企业、地方政府和社区等都开始大量编制应 急预案，不过2 0 的地方政府到8 0 年代仍然还没有自己正式的应急预案。直到1 9 9 2 年， 美国联邦政府发布了联邦应急预案( f e d e r a lr e s p o n s ep l a n ) 。在美国发生“9 11 ”事件之 后，美国政府成立美国国土安全部( d e p a r t m e n to f h o m e l a n ds e c u r i t y ，d h s ) 以管理应 付联邦紧急事务。进入2 0 0 4 年，美国联邦政府在9 2 年的联邦应急预案修订完善了 更为完备的国家应急预案( n a t i o n a lr e s p o n s ep l a n ) ，标志着美国政府应急系统应急 进入成熟阶段。 伴随着美国政府应急系统快速发展，其他发达国家相继建立了本国的应急系统，如： 俄罗斯、日本和欧盟等一些发达国家相继建立的应急救援管理体制越来越规范，同时覆 盖的范围越来越广，这些应急系统主要包括突发环境事故应急队伍、对事故预测管理机 构、制定相应应急救援法律法规、处理应急环境事故的指挥系统、公民知情权的保障等 方面，目前这些应急系统运行良好且不断改进，有逐渐向国际标准化方向发展趋势n 卜”1 。 进入上个世纪7 0 年代以来，重大突发环境事故在经济不发达国家发生的频率增加，影 响范围越来越大，而由于这些国家缺乏经济和技术方面上支持，应急系统越来越受到联 合国国际组织的重视。如制定颁发了关于突发环境事故应急救援工作的法律法规和政 策；并对在突发环境事故中政府部门、社区、居民等机构团体个人所应承担的职责和功 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 能做出了规定。同时联合国和一些国际组织制定地区应急的计划和必要措施，如在上世 纪八十年代末期，联合国环境规划署提出a p e l l ，目的是预防地区突发环境事故的发 生及能够对其采取及时准确的措施；1 9 9 3 年国际劳工组织为了保障工人权益，制定颁发 了预防重大工业事故公约，目的是预防重大工业事故的发生，并提出在事故发生时 采用应急系统中的必要措施；应急系统和应急计划现在也越来越成了职业安全管理体系 中的重要组成部分n 卜1 6 1 。 纵观应急系统在整个发达国家和国际组织发展历程来看，在2 0 世纪7 0 年代之前， 应急系统和方案太多数仅仅停留在书面形式上，没有强力的计算机软件技术的支持，对 事故的预测能力和处理能力相对来说比较低下。随着计算机技术的迅速发展，进入2 0 世纪8 0 年代后期，许多发达国家开发出了一系列用于突发环境事故应急系统的计算机 商业软件，并给出控制风险的办法和相应的应急处理措施，同时提高了对突发事故的预 测能力。如：应急救援系统的实用性和预测能力伴随着计算机技术如专家系统( e s ) ，环 境地理信息系统( e g i s ) 等不断发展而快速提高n ”。 我国的应急系统相对于发达国家而言，整体上发展速度较慢，而且技术上相对落后。 从新中国成立以后，我国经历了漫长的单项应急预案阶段，直到进入2 1 世纪，我国才 开始进入综合性应急预案的编制使用阶段和建立相应的应急系统。 在我国的煤矿、化工厂等高危险和高危害行业，企业一般都会编制相应的事故应 急救援预案和灾害预防及处理计划；公安、消防和急救等部门负责日常突发事件 应急处置，都已制定各类日常突发事件应急处置预案；上世纪8 0 年代末，国家地震局 开始在我国地震多发区编制地震应急预案工作，通过多年的努力和实际考察，到1 9 9 1 年完成国内破坏性地震应急反应预案编制工作，随着科学技术的不断发展，1 9 9 6 年，国务院对原有应急预案进行修正形成国家破坏性地震应急预案；与地震同时进 行的是我国核电厂应急预案的编制，从核电企业编制了核电厂应急计划到1 9 9 6 年， 国防科工委牵头制定了国家核应急计划，标志着我国地震和核工业预测走向成熟。 进入新世纪之后，我国一些经济发达、人口密度大的城市开始重视自己的应急系统， 并相应的编制了一系列应急预案。如上海市编制的上海市灾害事故紧急处置总体预 案；2 0 0 3 年9 月，由于受的影响，北京市发布了北京防治传染性应急预案；伴随着 非典型肺炎( s a r s ) 病毒在全国范围的大爆发，国务院成立了应对我国突发事故的应 急救援工作小组，开始全面负责我国政府应急预案编制和应急系统建设工作。 太原理工大学硕士研究生学位论文 我国在2 0 0 6 年1 月8 日颁布了国家突发公共事件总体应急预案，同时还编制了 若干专项预案和部门预案，以及若干法律法规。标志着我国应急预案管理框架体系已经 初步形成。截至2 0 0 7 年初，全国各地区、各部门、各基层单位共制定各类应急预案超 过1 5 0 万件。国家政府和企业是否已制定拥有防灾减灾应急预案及相应的应急救援处理 能力，是整个社会、家庭安全文化、企业和社区等基本素质的高低的标志，因此，我国 必须加强社会和企业应急系统的全面建立。 我国虽然在突发环境事故方面的研究取得了不少成果，但有一定的局限性，存在着 以下几点不足： ( 1 ) 由于应急系统在我国发展时间较短，缺乏相应的基础设施、技术和管理，未 建立科学的、统一的应急机制和应急系统；对突发事故的处理处置的反应速度较慢，单 位责任分配不清晰。 ( 2 ) 我国应急系统的制定有时不符合当地的实际情况，同时缺乏后勤保障，我国 应急系统仅局限于纸上，缺乏思想上、物质上的准备。系统中涉及后勤保障工作是一项 跨岗位、单位甚至跨部门的工作，有些系统在制订时就没有与后勤保障部门进行沟通， 对这些部门到底能保障到什么程度缺乏认识，结果导致现场的后勤保障达不到系统的要 求。 ( 3 ) 我国应急系统主要是根据领导的意见，缺乏专家的参与和提出相应的意见， 导致整个应急系统和应急机制只是在表面上的完整，而缺乏实际的可操作性。同时应急 机构一般都只是在突发事故发生时临时设立，而不是常设机构，给应急带来较长的缓冲 时间。 1 2 2g i s 在环境事故应急预测中应用 随着计算机技术迅速发展，在突发环境事故的应用得到广泛的应用，而地理信息系 统( g i s ) 的快速发展，其在应用于突发环境污染环境污染事故的研究方面显示出了很 强的能力和极好的效果，为突发环境事故可视化的研究提供了一种快速、便捷、先进的 手段。g i s 则利用强大的数据管理和空问分析功能将所得到的大量数据进行分析处理， 从而得到突发环境事故污染物可视化变化趋势，能够对污染物进行定性、定量化和可视 化模拟描述。 在国内，湖南大学环境科学与工程学院的曾光明等人通过湘江衡阳段和三峡库区两 个实例，分别阐述了g i s 技术应用于突发性河流事故和二维随机水质模拟的操作方法和 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 应用途径，最后给出了可视化结论和污染模拟图【1 8 】；成都理工大学地图学与地理系统的 张峰等人把g i s 用于大气污染扩散模拟与评价系统研究与应用。通过以太原市大气环境 为研究对象，基于g i s 生成了污染物浓度等值线、污染物变化栅格图像等图形，实现了 污染源的定性和定量化模拟管理，建立了一个面向应用、操作灵活的大气评价与模拟专 业软件系统【1 9 1 ；e e n 大学的大地测量学与测量工程赵伟利用g i s 中的m a p o b j e c t s 的空间 分析技术模拟大气污染扩散；并利用s u r f e r 绘制浓度等值线的功能f 2 0 】，定量化描述大气 污染物扩散浓度变化。大连理工大学的环境工程专业的巴特采用对g i s 进行二次开发， 最后以大连市某化工厂液氯泄漏源为例进行污染事故模拟研究，演示通过应急预测系统 应用得到了g i s 对应急指挥具有重要的作用【2 l j 。 国际上，将g i s 应用在突发环境事故的研究相对较早，主要用来对环境事故进行危 险评价和事故后果预测上。英国伦敦帝国学院的j o h ng u l l i v e r ，d a v i db r i g g s 2 2 1 利用g i s 从短期和长期建立模型模拟城市大气污染变化情况，并绘制了扩散浓度等值线图和变化 曲线图；k u i p e r ，j a ，m e t z ，w c e 2 3 】利用g i s 模拟出特殊人群在突发环境事故中的应急 规划系统；g u a ny o u h a i ，f e n gq i m i n ，j i aj i n g l 2 4 利用g i s 模拟在地震和台风突发事故 中应急系统，并提出相对应急处理的建议；f a h a da 1 q u r a s h i 【2 5 】将g i s 应用于城市公共 卫生和健康事件的应急中，模拟出突发事故影响范围和程度并取得较好的效果； k w o k s u e nn g 在对城市突发交通事故可能性研究中时，应用g i s 技术进行评价分析城 市突发交通事故，从而提出一种关于最短路线的选择新的计算模型【26 i ；a e m a lj k h a t t a k 在探讨突发环境事故影响范围时，提出了采用g i s 技术实现突发环境事故可视化的具体 方法，并强调这种方法实现的可能性1 2 。 综上所述，利用通过突发事故现场数据的采集和监测，并且运用g i s 技术对数据进 行更加科学、快速和便捷的管理与处理，结合污染物扩散模型，可以更加准确和清晰的 对污染物扩散趋势进行可视化，提高了应急方案的准确度，减少由事故造成的损失和危 害。对突发事故的应急研究有重要的现实意义。 1 3 研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容 纵观突发环境事故的应急预测发展历程，伴随着计算机技术和地理信息系统的发展 而不断改进，我国突发环境事故应急预测发展较晚，时间较短，而且没有严格的应急制 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 度。而且在突发环境事故的应急预测可视化发展技术上远远落后于西方发达国家。基于 此，本研究将传统的大气扩散预测模型和现代的地理信息技术、计算机技术相结合，以 山西省介休市某化工厂为研究对象，将该地区的气象条件、工厂生态与污染物扩散作为 为一个复合系统，考虑到当地的实际情况及资料的可获取性，选取合适的大气预测模型 和爆炸危害半径模型，建立相应的应急机制和应急方案。 本研究的主要内容有： ( 1 ) 大气扩散预测模型和危害半径模型的确定：本研究中大气环境风险预测模型 采用的是建设项目环境风险评价技术导则( h j t 1 6 9 2 0 0 4 ) 中推荐的高斯烟团模型。 对突发事故可能造成的危害半径模型，对t n o 多能模型法、t n t 当量法、能量加入法、 自相似法、能量波模型法等模型的相互比较，确定本研究采用t n o 多能模型法。 ( 2 ) 模型参数的确定：本研究大气环境风险预测模型需要确定的污染源排放速率、 风速、大气稳定度、烟气抬升高度和大气扩散参数等。本文在考虑到当地的监测资料和 突发事故实际勘测数据，确定了各个参数的确定值。危害半径模型的参数通过一些经验 数据和该化工厂实际值来确定。 ( 3 ) 通过v b 建立界面和模型代码编写：本研究通过v b 建立的界面来确定和输 入各个参数值，污染源参数界面中包括污染物名称、污染源类型、污染物排出温度、排 出速率和污染物排出量；环境参数包括地形特征、风向、大气稳定度、环境温度、大气 压强、平均风速和温度梯度；输出类型e x c e l 输出。同时通过v b 编写污染物扩散模型 程序代码和污染物泄漏时危害半径模型程序代码。 ( 4 ) g i s 的可视化模拟：通过在g i s 中建立网格，将e x c e l 得到的数据输入网格 中，建立网格数据库，然后利用反距离权重插值法得出甲醇和氯甲烷污染物泄漏浓度扩 散示意图，根据甲醇和氯甲烷的示意图得出两者半致死浓度最远出现距离、达标排放浓 度距离等，达到定性、定量和可视化模拟污染物浓度变化范围和距离，为突发环境事故 应急提供指导意见。 ( 5 ) 根据g i s 中模拟出的污染物浓度扩散提出对甲醇和氯甲烷突发环境事故相应 的应急处理措旋，提出我国应急系统现在存有的问题和对我国应急系统发展的方向提出 了建议。 1 3 1 技术路线 确定突发环境事故应急预测可视化模拟研究的技术路线见图1 1 。 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 图1 - 1 突发环境事故可视化模拟技术路线 f i g 1 1 t e c h n o l o g i c a lr o u t eo f s u d d e n e n v i r o n m e n t a li n c i d e n t sv i s u a ls i m u l a t i o n 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章基础理论与技术方法 2 1 突发环境事故的概述 2 1 1 相关概念 突发环境事故：是指在国民生活生产过程中突然发生，造成或者可能造成社会财产 损失、人员伤亡和对国家某一区域内的人民生活、社会经济发展和周边区域生态环境状 况构成重大威胁和损害，可能对生态环境和社会公共安全有重大影响的环境事故。 危险化学品：是指具有易燃易爆等性质的压缩气体、液化气体和固体等，对人体有 强腐蚀、有毒有害等特性或者可能对生态环境造成重大破坏的化学品 危险化学品事故应急救援：是指危险化学品由于各种不同原因发生泄漏或者爆炸造 成或可能造成众多人员伤亡、较大社会危害和生态环境影响时，为了及时有效的控制危 险源，抢救受害人员，指导人民群众采取应急措施和有序撤离，消除事故危害后果而组 织的救援活动。 环境应急：是指在国民生活生产过程中，可能发生一些非正常工作而造成国家人民 生命财产安全受到损害的环境污染事故，为了减少突发环境事故造成的损失而进行的一 种处理措旋，有时称为紧急状态。 泄漏处理：是指在国民生活生产过程中产生有毒有害污染物泄漏，而对这些泄漏物 或者泄漏源采取的处理措施，通常情况下，泄漏处理一般要求满足及时和得当两点，避 免事故发生之后引起二次污染等重大事故的发生，泄漏处理可以分为终止泄漏源和处理 处置泄漏物两部分。 事故应急救援预案：是为了提高对突发环境事故处理处置能力，根据企业生产的实 际情况预计可能发生的环境事故，预先准备应急救援物资和制定出环境事故应急救援对 策，保护在环境事故发生时工作人员和企业基础设施安全而制定的行动计划。 环境g i s ：是依靠遥感( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 和其他信息技术，对环境基础 数据进行处理分析以便给环境保护工作提供技术和管理决策支持的一种空间信息系统。 具有系统开发多样性、高新技术密集度高等优点。 应急监测：当发生突发环境事故时，需要对污染物可能造成环境污染程度和范围而 对其进行跟踪监测，以便及时制定出相应的应急措施。一般情况下应急监测可分为定点 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 监测和动态跟踪监测两类。 应急演习：在制定出应急系统或者应急预案之后，需要对其进行检验和完善，应急 救援人员在突发环境事故发生时能够协同有序、快速有效的处理事故而进行一项模拟实 践活动。 2 1 2 突发环境事故应急内涵 突发环境事故应急内涵是对污染物对区域环境可能造成的范围，影响程度和各种浓 度值对人体造成的危害情况等，故需要对突发环境事故进行准确的管理和预测。突发环 境事故应急管理是指对在国民生产经营过程中的各种可能发生环境污染事故和给事故 发生地及周边地区造成财产损失、人员伤亡的各种外部突发事件，以及可能给社会经济 和社会生活造成损害的各类突发事件污染源相关预防、应急处理处置和事故发生后的恢 复重建等工作，是国家环境事故安全管理的重要组成部分。加强社会和国家对突发环境 事故管理和及时处理能力，是我国建设和谐社会主义和可持续发展的根本体现。社会发 展中对突发环境事故的事故发生前的预防预警、应急救援人员能力的培训、应急救援基 础实旌的预备，事故发生后应急救援处理，使事件对社会经济和社会环境的减少到最低 程度，灾后重建工作有效进行的能力，是社会整体素质高低的体现；突发环境事故应急 预测对维护社会稳定，保障国民经济健康有序的发展具有重要的现实意义，对建立健全 的突发环境事故应急系统，能够保障社会经济和生态环境全面协调可持续发展，从而达 到丰富可持续发展战略基本理论。 2 1 - 3 突发环境污染事故分级 突发环境污染事故按照严重性和应急处理程度，我国将突发环境事分为特别重大、 重大、较大和一般环境污染事故四级。四级突发环境污染事故具体表现如下： 特别重大环境污染事故( i 级) ： 特别重大环境污染事故是指满足下面6 种情况的环境污染事故。 ( 1 ) 造成死亡人数超过1 0 人，或者中毒者和重伤者超过1 0 0 人的环境污染事故； ( 2 ) 造成超过5 万人疏散、转移到安全区的环境污染事故； ( 3 ) 造成l 亿元以上直接经济损失的环境污染事故； ( 4 ) 造成国家重点保护物种灭绝或区域生态功能降低和丧失的环境污染事故； ( 5 ) 严重污染我国重要水源地、湖泊、河流和水库，导致地级市居民正常取水受 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 到严重影响的环境污染事故； ( 6 ) 造成多个国家环境污染的事故。 重大环境污染事故( i i 级) ： 重大环境污染事故是指造成下列情况的环境事故。 ( 1 ) 造成3 l o 人死亡或者5 0 - 1 0 0 中毒者、重伤者的环境污染事故； ( 2 ) 造成需要1 万5 万人群疏散转移的环境污染事故； ( 3 ) 造成2 0 0 0 万元到1 亿元经济损失的环境污染事故； ( 4 ) 造成区域生态环境功能减退和国家重点自然保护区内动植物大量死亡的环境 污染事故； ( 5 ) 造成重要河流、水源地、水库等大面积污染，引起县级居民正常用水困难或 者受到影响的环境污染事故； ( 6 ) 国民生产生活中因发生爆炸、泄漏等原因产生的危险化学品或者危险物，对 国家自然保护区等风景名胜区、学校医院等人群密集区造成污染的环境污染事件； ( 7 ) 造成周边多个省或者直辖市、自治区环境污染事故。 较大环境污染事故( i i i 级) ： 满足以下发生的环境污染事故统称较大环境事故。 ( 1 ) 造成3 人以下死亡，或1 0 5 0 人中毒者( 或重伤者) 的环境污染事故； ( 2 ) 造成需要5 0 0 0 1 万人群疏散转移的环境污染事故； ( 3 ) 造成5 0 0 万元到2 0 0 0 万元经济损失的环境污染事故； ( 4 ) 造成国家重点保护区内生物受到影响的环境污染事故； ( 5 ) 影响乡镇居民饮水水源地正常取水或者取水中断的环境污染事故； ( 6 ) 造成周边多个市环境污染的事故。 一般环境污染事件( 级) ： 一般突发环境污染事件时指不满足上述环境污染事故的突发环境事故。 2 1 4 突发环境事故应急基本原则 突发环境污染事故要求应急系统在建设时，需要满足快速反应能力、准确实施方式 等特征，在满足应急系统这些要求时需要遵循一些基本原则： ( 1 ) 应急系统的建设首先要求以人为本，预防为主原则。坚持以人为本是预防治 理突发环境事故、制定应急系统和进行应急预测等最基本原则。坚持突发环境事故以人 太原理工大学硕士研究生学位论文 为本，需要做到增强对可能存在的环境事故污染源进行防范、监控、跟踪监测并实施监 督管理等措施，并根据监测资料建立相应的环境事故风险污染源的防范体系，及时控制 和积预防可能存在的环境事件安全隐患，提高突发环境污染事故应急处理处置能力，尽 可能减少或避免污染物对周边环境的污染或者破坏现象的发生，同时对可能造成环境中 长期影响的污染物进行尽早处理处置，保障生态环境和生活环境的健康。 ( 2 ) 坚持统一领导，分类管理，分级应急原则。接受政府环保部门和专家人士的 统一指导，使各个部门环境污染事故应急系统成为城市甚至整个国家区域系统的组成部