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文档简介

四川大学硕士学位论文 突发性水污染事故预警应急系统研究 水力学及河流动力学专业 硕士研究生何进朝指导教师李嘉教授 摘要 近年来 我国接连发生多起重大突发性水污染事故 不仅造成了巨大的经 济损失 而且造成了社会的不安定和生态环境的严重破坏 突发性水污染事故 已经成为我国用水安全和水环境质量的一个潜在威胁 因此建立起突发性水污 染事故预警应急系统是十分必要的 本文深入总结了我国最近几年在环境风险评价 预警系统 应急监测 计 算水力学和水质模拟等方面取得的新进展 并在此基础上尝试建立突发性水污 染事故预警应急系统体系 本文主要进行了以下几个方面的工作 1 详细分析了突发性水污染事故的特点 指出突发性水污染事故不仅具 有时空 污染范围和对象的不确定性 处理的艰巨性和危害的长期性 还具有 流域性以及应急主体不明确等特点 2 从风险源辨识 风险评价和事故预防三个方面对突发性水污染事故的 预警机制进行了研究 着重分析了环境因素 水文 气象 地形等 对污染发 展的影响 3 1 借鉴其它领域的应急处理机制 对突发性水污染事故的应急机制进行 了探讨 阐述了应急原则 应急组织机构 应急分级 应急能力评估 应急程 序 应急处理方法等方面的内容 4 重点研究了突发性水污染事故预警应急的计算机辅助决策系统 指出 该系统必须满足快速 科学 实用的要求 并能够模拟污染事故的基本要素变 摘要 化过程 能对污染事故进行最大化控制并将之可视化 同时阐述了该系统应当 具有的数据库功能和数据库内容 5 论述了应急预案的编写原则和目标 对应急预案的基本要素迸行了详 细的分析 6 以紫坪铺水库污染物扩散预警系统为例 详细介绍了突发性水污染事 故预警应急系统的建立过程 如风险评价 污染物预警预报程序设计 数据库 设计 应急预案设计等过程 最后 作者在对全文总结的基础上 指出突发性水污染事故预警应急系统 的数学模型 技术支持 应用等方面需要进一步完善的地方 关键词 突发性事故 水污染事故 预警应急 系统 h 四川大学硕士学位论文 r e s e a r c ho ns u d d e n 鼢f e rp o l l u t i o na c c i d e n t e a r l y w a r n i n ga n de m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e m m a j o r h y d r a u l i c sa n dr i v e rd y n a m i c s p o s t g r a d u a t e h ej i n c h a os u p e r v i s o r p r o f l ij i a a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s al o to fs e r i o u ss u d d e nw a t e rp o l l u t i o na c c i d e n t st o o kp l a c ei n o u rc o u n t r ys u c c e s s i v e l y t h ea c c i d e n t sh a v en o to n l yc a u s e de n o r m o u se c o n o m i c l o s s e s b u ta l s ob r o u g h to ns o c i e t yi n s t a b i l i t ya n ds e r i o u sd e s t r u c t i o no fe c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t t h es u d d e nw a t e rp o l l u t i o na c c i d e n t sh a v ea l r e a d yb e c o m ea p o t e n t i a l t h r e a tt ow a t e ri s o u c e s e c u r i t ya n dw a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t y s oi t i sv e r y i n d i s p e n s a b l e t os e t u ps u d d e nw a t e rp o l l u t i o na c c i d e n t se a r l y w a r n i n ga n d e m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e r n b a s e do nt h el l o wd e v e l o p m e n t so ne n v i r o n m e n tr i s ka p p r a i s a l e a r l y w a r n i n g s y s t e m c o m p u t eh y d r a u l i c sa n dw a t e rq u a l i t ys i m u l a t i o n a n ds oo n s e v e r a la s p e c t s a b o u tt h es y s t e ma r ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r t h e ya r ea sf o l l o w s 1 a n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c so fs u d d e nw a t e rp o l l u t i o na c c i d e n t si nd e t a i l s u c ha su n c e r t a i n t yo fs p a c e t i m e p o l l u t e dr a n g ea n ds u f f e ro b j e c t s a r d u o u s n e s si n d e a l i n gw i t ht h o s e l o n gt i m eh a r mo ne n v i r o n m e n t e x p a n d i n ga l o n gt h eb a s i na n d u n c l e a r n e s so fu r g e n tr e s p o n s es u b j e c t s 2 s t u d yt h es u d d e nw a t e rp o l l u t i o na c c i d e n t se a r l y w a r n i n gm e c h a n i s mf r o m 丌f a b s t r a c t h a z a r dr e s o u r c e sd i s t i n g u i s h r i s ka p p r a i s a la n de v e n t sp r e v e n t i o n s p e c i a la t t e n t i o n h a sb e e np a y e dt ot h ee n v i r o n m e n t a lf a c t o r si n f l u e n c i n gp o l l u t i o n a c c i d e n t d e v e l o p m e n t s u c ha sh y d r o l o g y w e a t h e r t o p o g r a p h y e t c 3 r e f e r r i n gt ot h e m e c h a n i s mo fo t h e rf i e l d s e m e r g e n c yr e s p o n s e t h ea u t h o r d i s c u s s e st h ew a t e rp o l l u t i o na c c i d e n t se m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e m i n c l u d i n g e m e r g e n c yr e s p o n s ep r i n c i p l e s o r g a n i z a t i o n s c l a s s i f i c a t i o n a b i l i t y e v a l u a t i o n p r o c e s s i n g d e a l i n gw i t hm e t h o d s a n ds oo n 4 t h ep a p e rm a i n l ys t u d i e st h ec o m p u t e r a i d i n g d e c i s i o ns y s t e mf o rt h e s u d d e nw a t e rp o l l u t i o na c c i d e n te a r l y w a m i n ga n du r g e n tr e s p o n s es y s t e m i ts h o w s t h a tt h es y s t e mn e e d st om e e tt h ef a s t s c i e n t i f i ca n dp r a c t i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n di t a l s oc a ns i m u l a t et h ep o l l u t i o nd e v e l o p m e n tp r o c e s s c o n t r o lt h ep o l l u t i o nb o u n d a r y a n dv i s u a l i z et h es i m u l a t i v er e s u l t s t h i sp a p e ra l s os e tf o r t ht h es y s t e ms h o u l ds e t u ps o m en e c e s s a r yd a t a b a s e 5 i nt h i sp a p e r t h ep r i n c i p l ea n dt a r g e to fe m e r g e n c yr e s p o n s ep r e p l a na r c e x p o u n d e d a n dt h eb a s i ce l e m e n t so f t h ep r e p l a na r ea l s oa n a l y z e di nd e t a i l 6 t a k i n gt h ez i p i n g p ur e s e r v o i rc o n t a m i n a n tp e r v a s i o ne a r l y w a r n i n gs y s t e m a se x a m p l e t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ep r o c e s so fe s t a b l i s h i n gs u d d e nw a t e rp o l l u t i o n a c c i d e n ts y s t e mp a r t i c u l a r l y s u c ha sr i s ka p p r a i s a l p o l l u t i o ne a r l y w a r n i n gp r o g r a m d e s i g n d a t a b a s ed e s i g n e m e r g e n c yr e s p o n s ep r e p l a nd e s i g n a tl a s t b a s e do nt h ef u l lt e x t t h ea n t h e rp o i n t so u tt h e r ea r es t i l ls o m ea s p e c t s n e e d e dt ob ep e r f e c t e df u r t h e r s u c ha ss i m u l a t i o nm o d e l t e c h n i c a ls u p p o r t a n d s y s t e ma p p l i c a t i o n e t c k e yw o r d s s u d d e np o l l u t i o na c c i d e n t w a t e rp o l l u t i o na c c i d e n t e m e r g e n c y p r e p a r a t i o na n dr e s p o n s e s y s t e m 四j l i 大学硕士学位论文 1 1 水环境现状 1 绪论 1 1 1 总体现状 温家宝总理在2 0 0 5 年3 月召开的全国人大会议上提出要 让人民群众喝 上干净的水 呼吸清新的空气 说明我国目前的环境状况仍然形势严峻 亟待 改善 近几年以来 我国加强水环境保护和加大对水污染防治的投入 约占g d p 的1 3 实行工业污染物排放总量控制 取得了一定的成绩 但是现状仍然不 容乐观 我国2 0 0 0 2 0 0 3 年废水排放情况和水污染控制情况见表1 1 其中 城市环境基础设施包括污水处理厂 垃圾处理厂 环境监测设施等 表1 1 我国水污染控制统计表 工业废水排工业废水排 工业废水治 生活污水排生活污水处 城市环境基 年份理投入础设施投资 放量 亿t 放达标率 放量 亿t 理率 亿元 亿元 2 0 0 12 0 0 78 5 67 2 92 2 7 71 8 55 9 5 7 2 0 0 22 0 7 2 8 8 37 1 52 3 2 32 2 3 7 8 5 3 2 0 0 32 1 2 48 9 28 7 42 4 7 62 5 81 0 7 2 0 从表1 1 可以看出 国家对水污染控制的投入逐年增加 工业废水排放达 标率和生活污水处理率也逐年上升 但是比例仍然较低 而且增长率比资金投 入增长率低 环保问题仍然是社会发展急需解决的问题 根据国家环保局2 0 0 4 年公布的最新数据 l 2 1 对全国2 1 3 条河流的4 1 8 个 国控断面和2 8 个 座 重点湖库的2 6 4 个点位 断面 进行评价 i 类水占 6 1 2 i i 类水占2 1 8 i i i 类水占1 7 4 类水占2 0 0 v 类水占8 4 劣v 类水占2 6 2 v 类 劣v 类合计达到5 4 6 比2 0 0 3 年减少1 1 8 说 明水质总体状况有所好转 但仍然较差 图1 1 是我国七大水系重点监测断面 2 0 0 1 2 0 0 4 年水环境状况的评价比较 从图中可以看出劣v 类水质得到一定程 度的遏制 ir i i i 类水质断面有所增加 水质得到了改善 1 绪论 爨 嚣 丑 4 0 i 0 2 0 0 i 年 囹2 0 0 2 年 i 群黛嘲蔼 l l雾两蓁 i 类i 类i i i 类 类v 类劣v 类 图1 1 全国河流重点监测断面2 0 0 l 2 0 0 4 年水质状况比较 在长江 黄河 珠江 松花江 淮河 海河和辽河等七大重点水系中 长 江和珠江水质较好 辽河 黄河 淮河 松花江水质较差 海河污染最为严重 七大水系2 0 0 4 年水质状况见表1 2 表1 2 2 0 0 4 年七大水系水质状况 水质类别长江黄河珠江松花江淮河海河辽河平均值 i i i i 类 7 4 93 4 57 9 6 2 6 82 892 3 63 3 64 5 4 v 类 1 7 43 4 81 5 04 7 24 1 81 7 62 9 o2 8 4 劣v 类 7 73 0 65 4 2 6 o3 1 6 5 8 6 3 4 62 6 2 在2 8 个重点湖库中 i i i i 类水质占2 0 2 v 类水质占3 3 3 劣 v 类水质占4 6 5 其中太湖 滇池 巢湖的水质最差 城市内湖次之 各类 型湖库分类统计表见表1 3 表i 32 0 0 4 年重点湖库水质状况 水质类别 三湖 大型淡水湖城市内湖大型水库平均值 i i i i 类 o2 6 9 6 8 4 7 1 2 0 2 v 类 哟 6 73 5 9 5 0 8 2 9 8 3 3 3 劣v 类 8 3 3 3 7 2 4 2 42 3 14 6 5 注 三湖指太湖 滇池 巢湖 大型淡水湖指洞庭湖 达赉湖 洪泽湖 兴凯湖 南四湖 博斯腾湖 洱海和镜泊湖 城市内湖指北京昆明湖 杭州西湖 武汉东湖和济南大叨湖 大型水库指密云 石门 干岛湖 抚顺人伙房 天津于桥 湖北丹江口 台肥董铺 古林松饨湖 青岛崂山和烟台门楼水库 2 四川大学硕士学位论文 1 1 2 水污染事故 许多重大的突发性水污染事故给生态环境及人类的生存带来了极大的灾 难 如1 9 6 9 年6 月发生在欧洲莱茵河上的趸船泄漏剧毒农药事故 造成了4 0 0 0 万条鱼死亡 1 9 7 8 年3 月1 6 目 美国艾奠科 凯迪斯号油轮船舵失去控制 在法国布列诺民海岸搁浅 溢出的原油形成了一条宽3 2 3k m 长1 4 0k m 的海 上油带 污染了2 4 0 k m 海岸 1 9 8 6 年1 1 月1 日 瑞士巴富尔市桑多斯化学公 司仓库起火 装有1 2 5 0t 剧毒农药的钢罐爆炸 硫 磷 汞等毒物随着灭火剂 进入下水道 排入莱茵河 剧毒物质形成7 0k m 长的微红色飘带 以4k m h 速 度向下游流去 流经地区鱼类死亡 警报传向下游瑞士 德国 法国 荷兰四 国8 3 5k r n 沿岸城市 沿河自来水厂全部关闭 翌日 化工厂有毒物质继续流 入莱茵河 后来用塑料塞堵下水道 8 天后 塞子在水的压力下脱落 几十吨 含有汞的物质流入莱茵河再次污染 这次污染造成直接经济损失6 0 0 0 多万美 元 使莱茵河的生态受到了严重破坏1 3 5 在我国 每年发生的水污染事故次数过千 根据国家环保总局发布的信息 表明 j 2 0 0 1 2 0 0 3 年共发生各类环境污染与破坏事故5 6 0 6 次 其中水污染 事故3 2 3 5 次 占全部的5 7 7 见表1 4 每年污染事故造成数以千万计的经 济损失 表1 4 2 0 0 1 2 0 0 3 年全国水污染事故统计表 年份环境污染与破坏事故次数水污染事故次数比例 2 0 0 j1 8 4 21 0 9 65 9 5 2 0 0 21 9 2 l1 0 9 75 7 1 2 0 0 31 8 4 31 0 4 25 6 5 突发性水污染事故的主要原因有水上交通事故 企业违规或事故排污 公 路交通事故 管道破裂等 近年来发生的部分重大突发性水污染事故案例见表 l 一5 i 绪论 表1 5 突发性水污染事故案例 序号时间污染事故简述 1 2 0 0 2 7 1 3 浙普渔油9 8 轮在舟山港沉没 所载2 0 0 t 货油溢出 韩国籍 a c c o r d 轮在舟山海域触礁 造成甲基丙烯酸甲酯和 22 0 0 2 1 0 j 9 丙二醇甲醚乙酸酯共2 2 5 4 t 和部分机舱油污水排放入海 宁清油4 号 轮在南澳触礁 所载溶剂油溢出约9 0 0 t 大部分 32 0 0 2 1 1 9 燃烧或挥发 其余部分在汕头海事局组织下被回收或消除 陕西安塞县境内山体滑坡导致输油管断裂 5 0 多t 原油流入延河 42 0 0 2 1 1 1 2 千流 顺凯l 轮 与马耳他籍 塔斯曼海 轮 m v t a s m a n s e a 5 2 0 0 2 1 1 2 3 在天津海域发生碰撞事故 溢出轻质原油1 6 0 余t 广西金秀县一辆载有2 0 t 砒霜的货车发生翻车事故 约7 t 砒霜进 62 0 0 2 1 2 1 1 入河道 约有6 0 0 k g 泄漏 广西三江县一油罐车所装1 0 t 氰化钾全部泄漏到路面 沿途池塘 7 2 0 0 3 7 9 和板栗和遭受严重污染 大量刍类死亡 长阳 轮与 浙长兴货0 3 7 5 轮在长江吴泾电厂码头发生碰 82 0 0 3 8 5 撞事故 长阳 轮左舷船艉油舱破损 溢出8 5 t 燃油 进港集装箱船 永安洲1 轮与出港油轮 兴通油2 载有2 0 0 0 t 4 号柴油 在广州伶仃水道1 3 号 1 4 号灯浮附近水域主航道发 92 0 0 3 1 1 2 9 生碰撞 导致 兴通油2 轮右舷6 破损 溢油近1 0 0 t 水域 受到严重污染 由于川化集团一工厂事故排放 四川沱江遭受严重污染 沿岸8 0 1 02 0 0 4 2 3 多万居民 上千家企业受到影响 内江断水2 6 d 造成2 1 9 亿元 的经济损失 1 2 突发性水污染事故预警应急系统的研究意义 突发性水污染事故的危害相当大 主要体现在以下几个方面1 6 l 1 威胁生命与健康 突发性水污染事故的重要危害之一是威胁人们的生命和身体健康 特别是 有毒物质污染事故 不仅直接造成事故现场的人员受伤害 而且还可能对未直 接暴露在事故现场的人们健康造成严重影响 如饮用污染水源而受伤害 有毒 化学物质水污染事故在环境中的迁移过程见图1 2 四川人学硕士学位论文 图1 2 水污染事故危害人类的途径 2 造成重大经济损失 突发性水污染事故所造成的经济和财产损失是显而易见的 如1 9 8 6 年的 莱菌河农药污染事故造成6 0 0 0 多万美元损失 2 0 0 0 年 德航2 9 8 被撞沉导致 2 3 0 m 3 重油泄漏 仅清污费用高达6 4 9 万元 7 2 0 0 4 年的沱江污染事故造成2 1 9 亿元损失 另据2 0 0 3 年的中国近岸海域环境质量公报透露 l 当年共发生海洋 渔业污染事故8 0 次 污染面积约9 万h m 2 造成直接经济损失5 8 亿元 其中 特大渔业污染事故 经济损失在1 0 0 0 万元以上 4 次 重大渔业污染事故 经 济损失在1 0 0 万元以上 1 1 次 突发性水污染事故不仅造成巨大的直接经济损失 而且还要花费相当可观 的投资来整治和恢复生态环境 3 造成社会不稳定 突发性水污染事故影响社会安定主要表现在 污染事故发生后 对污染影 响区的居民造成巨大的心理压力 影响正常生活和生产 事故造成的经济损失 与人员伤亡 可能引起污染纠纷 造成各种混乱 危害社会治安 对引起大量 人被迫迁移的重大事故 会带来相关的社会问题 某些水污染会引发地区间 甚至国际间的污染纠纷 前文提及的沱江污染事故便是典型案例 4 严重破坏生态环境 重大的突发性水污染事故 对生态环境的破坏强度很大 往往造成一定区 域的生态失衡 有的甚至造成长期的危害 致使生态环境难以恢复 一次污染 事故可以让整条河流的鱼类绝迹 如1 9 8 7 年茂名市接连发生的两起氰化物泄漏 5 1 绪论 事故州 使小东江茂名至吴川段近4 0 k m 江水中所有鱼虾 贝壳动物全部死亡 一次污染事故可以让一个海湾失去生机 如1 9 8 9 年阿拉斯加威廉王子海湾发生 的油泄漏事敌f 6 导致超过l o 万只海鸟死亡 仅大约8 0 0 只能够洗去油污重返 大自然 约有4 0 0 0 只海濑死亡 仅有不到2 0 0 只获得新生 据分析 如要使大 多数生物群落与生态系统恢复到漏油前的状态和结构特征 至少需要5 2 5 年 的时间 由此可见 重大突发性水污染事故的后果是灾难性的 影响是深远的 乙 预防突发性水污染事故的发生和对已发生的污染事故迅速监测 进行及时 快 速 准确和有效的处理处置 最大限度地减小污染程度和范围 建立起突发性 水污染事故预警应急系统是相当必要的 其意义在于 1 预防重大水污染事故的发生 当出现污染事故征兆时 或发生其它事故可能造成水污染时 预警应急系 统能够很好地提供预警作用 发出警报 提前准各并采取有效措施 切断污染 源 建立起隔离带 防止水体被污染 至少把污染程度和范围降到最低点 预 警应急系统提供了高风险污染源的预测 可以指导平时的防护控制工作 加强 管理 避免事故发生 2 为应急决策提供依据 预警应急系统提供了多个应急数据库和事故数值模拟模型 在事故即将发 生或刚剐发生时 对事故进行模拟 可以大致确定污染范围 污染发展趋势 决策者可以根据模拟的结果和其它应急资料 做出科学而有效的应急决策 果 断决定应急方案 合理安排人员和应急物资 使应急工作有条不紊地开展 3 为应急响应提供技术支持 突发性水污染事故的应急响应 如应急监测 应急处理 水库调度等 都 具有很强的专业性 预警应急系统提供的事故模拟功能 可以为应急监测的断 面布置 监测指标 监测方法提供参考 也可以为应急处理和水库调度提供技 术指导 系统提供的具体应急方法和指导意见 既可以给专业人员进行作业指 导 也可以给非专业人员参考 避免鲁莽行事造成不必要的伤亡 1 3 预警应急系统的发展概况 预警应急系统的发展起源于军事领域 现在已经在很多的领域得到了应 6 四川人学硕士学位论文 用 下面从四个方面简述其发展过程和研究现状 1 1 3 1 环境风险评价研究现状 风险评价是对人类活动或自然灾害的不利影响的大小和可能性的评价 首 先在保险行业理赔中得到应用 目前已广泛应用于经济 火灾 采矿 危险品 运输和仓储 石油运输和仓储 化工生产过程 核设施 卫生防疫 生态环境 等领域 4 1 环境风险评价除了对发生可能性评价外 还要对发生后产生的后果进行评 价 常用的评价方法有定性评价法 矩阵评价法 指数评价法 模糊评价法 概率评价法等 1 6 环境风险评价可分为非突发性风险评价和突发性风险评 价 近年来 国内在非突发性环境风险评价研究方面取得了较多的成果 郑文 瑞 1 等人用模糊综合评价法和马尔可夫链法先对水质污染状况进行风险预钡9 评价 何理 1 8 等建立了随机微分动态水质风险模型 胡国华 l9 l 等建立了基于灰 色概率的非突发性环境风险度的量化方法 李如忠 20 j 等则建立了基于盲数理论 的水质风险分析方法 杨帆 2 l 等人将风险综合评价分析法应用于南水北调的实 际工程中 突发性环境风险评价也取得了快速的发展 张维新 12 引入模糊优选 理论提出了实用的工厂环境污染事故风险模糊评价方法 朱百鸣 2 副等基于概率 分析对氯气泄漏事故风险分析进行了探讨 刘国东i i l j 等人探列 交通污染事故对 河流水质影响的风险评价方法并应用于实际工程 徐峰和石剑荣 2 3 2 4 j 在水体扩 散模型的基础上 推导出了一套适用于评估突发性水环境事故危害后果的定量 估算公式 能够用于危险源鉴别 特征等浓度线确定 事故特征危害区与危害 期估算 事故下游各处危害期估算等方面 曾光明 25 j 对河流突发性与非突发性 水环境风险分析进行了比较研究 指出在不同的时间段内及不同的河流断面 两类风险的大小有显著的差别 1 3 2 环境污染预警应急系统研究现状 随着计算机模拟技术 网络技术 通讯技术和g i s 技术的迅猛发展以及交 通条件的改善 预警应急系统在洪水 气象 地震 海啸 农业等方面广泛应 用 2 6 我国从上世纪9 0 年代中期开始对环境污染预警系统进行研究 李俊红 2 7 尝试建立起环境预警指标体系 魏文达 董志颖剧 1 等对水质预警理论和江河 水质预警系统建设模式进行了探讨 冉圣宏p 叫等人提出了多中心多指标的区域 7 l 绪论 水环境污染预警系统 并进行了系统的阐述 王超 3 l 构建了公路交通灾害预警 系统的建设模式 李玉轩 强 等人建立起基于g i s 的城市空气污染预警管理系统 石明奎p 副等人还尝试在珠江上游农业区建立生态安全预警系统 在应用方面 我国已经在广西桂江 汉江 黄河 长江三峡库首 3 4 3 6 1 等建成了水质预警系统 在天津经济技术开发区 3 7 建成了环境预警系统 在s a r s 肆虐以后 2 0 0 3 年5 月国家出台了 突发公共卫生事件应急条例 要求各地建立卫生应急体系 由于突发性污染事故与卫生防疫密切相关 因此 突发性环境污染预警应急系统的研究成为了热点 冯文钊 3 8 1 等系统分析了突发 性环境污染事故的预警 应急监测和处理工作 给出了一种突发性环境污染事 故预警 应急监测和处理方面软件开发的新方法 谢红霞 3 9 提出结合 5 s 技 术对突发性污染事故进行全程模拟 并依次建立预警应急系统 潘莹 4 0 4 1 等人 提出了基于w e bs e r v i c e w e bg i s 的突发性环境污染事故应急预警系统开发思 想 大连市首先把环境污染事故应急纳入城市应急体系 其它城市和地区也将 陆续建立起环境污染事故预警应急系统或城市应急系统 5 综上所述 我国一般是对非突发性环境污染建立预警系统 而对突发性环 境污染建立预警应急系统 作者认为这两个系统都将被纳入地区灾害预警应急 系统当中 且都将与g i s 技术和网络技术结合更加紧密 l 3 3 应急监测 应急监测的研究主要集中在监测布点 监测方法和监测保障方面 监测布 点方法除了国家监测规范规定以外 有些学者 4 2 4 卸提出用投影寻踪分类模型优 化监测点布置和基于g i s 技术的监测点布置方法 由于水质应急监测的需要 快速简易的监测方法和自动便携监测分析仪器得到快速发展 如铜 硫化物 氰化物 水质毒性等项目的快速测定1 6 4 4 1 九五 期间 中国环境监测总站编 制了 全国突发性环境污染事故应急监测 九五 规划 加强对应急监测仪器 设备配置方案 应急监测采样 分析方法 技术规范等问题的研究 近几年 我国对自动水质监测系统加大了投入 国家环保总局在全国重点江河湖库建设 了8 2 个自动监测站 各地方也在重点水域和大型排污企业排污口安装了自动监 测系统 李国刚 4 5 j 总结了我国目前的应急监测技术和设备现状 并比较了化学 分析法 便携式仪器分析法和免疫分析法在应急监测中的优缺点 四川大学硕士学位论文 1 3 4 应急预案 应急预案对于如何在事故现场开展应急救援工作具有重要的指导意义 可 以帮助实现应急行动的快速 有效 高效 以体现应急救援的 应急精神 f 蚓 我国有多部法律规定f 4 了不同行业需要制定应急预案 如 安全生产法 港 口法 固体废物污染环境防治法 等 国务院2 0 0 3 年出台的 突发公共卫生 事件应急条例 明确规定各地要 根据全国突发事件应急预案 结合本地实际 情况 制定本行政区域的突发事件应急预案 并在2 0 0 4 年5 月发布了 省 区 市 人民政府突发公共事件总体应急预案框架指南 对地方政府应急预案的编 制进行了详细规定 国家安全生产监督管理局在2 0 0 4 年4 月发布了 危险化学 品事故应急救援预案编制导则 单位版 指导危险化学品生产 运输 处置等 企业的应急预案编制 交通部 卫生部联合发布了 突发公共卫生事件交通应 急规定 对出现突发事故的交通保证作出了规定 国家环保总局要求建立了重大环境问题预警机制 并与水利部建立水量水 质信息通报制度和重大水事会商制度 但到目前为止未公布关于环境污染事故 应急预案的编制指南 1 4 水质预警模型的发展概况 污染物进入水体后 在迁移扩散过程中受到水流 水温 物理 化学 生 物 气候等因素的影响 产生物理 化学 生物等方面的变化 从而引起污染 物的稀释和降解 4 8 水质模型是指用于描述水体的水质要素在各种因素作用下 随时问和空间的变化关系的数学模型 4 8 建立水质模型的目的是为了把各种因 素之间的定量关系确定下来 这是一个十分困难的过程 但人们对污染物时空 变化过程和危害程度都有赖于水质模型 因此在实际的建立和应用过程中 根 据实际情况对不同因素的影响进行简化 甚至忽略 水质模型的求解过程取决 于模型选择 流场计算和参数选择三个因素 只有合适的水质模型 准确的流 场 合理的参数 才能求得高精度的浓度场 1 4 1 计算水力学研究现状 流场的计算对浓度场的计算结果影响甚大 流场计算的精度直接影响浓度 场的精度 在这个意义上 流场计算是浓度场计算的基础 随着计算机技术和 9 1 绪论 计算数学的不断发展 计算水力学得到了迅猛的发展 特别是2 0 世纪9 0 年代 以来 一维非恒定流除了可以用特征线法 p r e i s s m a n n 法 a m e i n 法等方法 4 9 l 求 解以外 程永光 5 0 还引进了l a t t i c eb o l t z m a n n 方法求解 在河网一维计算方面 白玉川川等人采用隐式分级 分组解法求解河网非恒定流方程组 吴作平 5 2 等人对河网水流数值模拟进行深入研究并提出了适用于一般河网体系水流数值 计算的数学模型 河流二维流场模拟方面 胡四 和谭维炎 5 3 将一维o s h e r t v d 两种通量 分裂格式推广至二维浅水方程组 陈祖华 5 4 等人建立了一种在非规则结构化网 格上求解平面二维浅水流动的有限体积法 能够计算间断水流和各种复杂流态 的过渡 而李克锋 5 副等人用有限容积法和s i m p l e 程式求解深度平均紊流数学 模型来模拟分汊河段的紊流流场 戴会超和魏文礼1 5 6 j 计入流线弯曲对水流紊动 特性的影响 建立了垂向二维强紊动水流的曲率修正的紊流模型 并应用于溢 流坝反弧段的紊流模拟 谭维炎 5 7 把障碍绕流问题分解为背景浅水流和涡流两 部分分别处理 对二维浅水障碍绕流问题进行了研究 李艳红 5 驯则用 混合五 对角法 建立平面二维数学模型 对山区河流进行模拟 能够准确再现水位和 水深平均流速 在湖泊二维流场模拟方面 马生伟和蔡启铭 5 9 1 引入沿流线加权 和选择性集中系数矩阵方法 推导出了适合浅水湖泊风生流计算的二维迎风有 限元数值模型 并用于太湖的模拟 吻合较好 诸裕良唧 等人在一维显式 二 维隐式水动力学联网数学模型的基础上 建立了一种一维 二维全隐河网海湾 水动力联网数学模型 成功用于河网 河口治理工程的数值模拟 流场三维可以归结为对三维n s 方程的求解 最基本的模拟方法在紊流尺 度的网格尺寸内求解 但限于目前的计算机水平难以实现 多数是在亚网格尺 度内进行模拟 彭文启 6 h 采用混合有限分析多重网格方法求解三维定常n s 方 程 可以极大节省计算工作量且稳定性好 在工程应用上 槐文信 6 2 j 等人采用 复式断面分块耦合技术对漫滩恒定流明渠水流进行三维模拟 李志勤 6 叫等运用 三维v o f 模型模拟溢流丁坝附近的流场 邓云畔 对排入湖泊的含沙水流三维 流场进行模拟 在水沙模拟计算模型方顽 吴作平1 6 5 l 等人根据节点水沙平衡和能量衔接条 件 建立了适用于一般河网体系水沙数值计算的数学模型 孙昭华1 6 6 等人推导 1 0 四 i 大学硕士学位论文 出了河网泥沙方程组的分级解法 提出了适用于河网计算的汉点分沙模式 此 外 黄金池和万兆惠 6 7 1 采用积分方法数值求解水沙基本方程 建立了适合多沙 河流泥沙及河床演变规律模拟的二维数学模型 由以上的简述可知 由于一维模型模拟精度较差 而三维模拟的计算工作 量大 边界条件处理困难 因此二维模型得到广泛的应用 研究的学者也比较 多 目前 有很多流场模拟商业软件 如f l u e n t c f x h e c r a s 等 能够满 足工程上的应用 因此有越来越多的人直接使用商业软件 而不是自己编程序 在三维的流场模拟计算过程中 由于计算工作量大 耗费大量的机时 国内已 经有机构采用并行计算机进行计算 如四川大学高速水力学国家重点实验室 1 4 2 水质模拟研究现状 随着水力学 泥沙动力学 环境化学 生物化学等学科的发展和计算机技 术的提高 水质模拟向着更 真实 不断迈进 李嘉1 3 6 1 等采用三维k 一占模型模 拟水库坝前的流场和浓度场 槐文信1 6 8 1 等人也对污水侧排近区进行了三维数值 模拟 赵棣华 6 9 把二维问题转化为一系列的一维问题进行求解 采用通量向量 分裂格式计算各物理量 张昌兵1 7 等人采用水质大涡模拟数学模型模拟了两江 交汇段的浓度场 周建康 7 1 1 等采用人工神经网络方法利用m a t l a b 软件直接 求解浓度场 省去了编程的麻烦 侯国祥 7 2 1 开发的水污染紧急事故模拟模型可 以追踪模拟水污染事故发生后直到污染状况达到稳定的水污染状况 在重金属迁移转化方面 大量的研究表明重金属是以泥沙颗粒为载体迁移 转化的 周孝德 黄岁梁 何用1 7 3 5 1 等人根据各自的研究提出了不同的重金属 迁移转化模型 黄岁梁 7 6 1 在其研究和总结其他学者研究的基础上 认为水质模 型也应该结合水力学和泥沙动力学进行研究 只有这样才能正确理解和描述污 染物在水环境中的迁移转化过程 王超 梁斌 7 7 弛 等人在深入研究河流污染对 沿岸地下水的影响的基础上 建立了河流污水非饱和入渗对沿岸土壤及地下水 水质影响的预测预报模型 水体纳污能力是水环境的一个重要指标 其计算方法除了解析公式法 模 型试错法和最优化分析法以外 郑孝宇 7 9 等人引入节点污染物质允许进入量的 概念 建立了大型河网非稳态水环境容量的 节点一河道一节点 计算模式 李如忠 州则运用未确知数学中有关盲数理论研究不确定性信息下河流纳污能 1 绪论 力计算的问题 李嘉和张建高 引 鸵1 运用协同控制理论对水环境容量的分配问题 进行了深入研究 1 4 3 水质模型参数研究概况 水质模型参数是建立水质模型 预警预报水质状况的基本数据 其中扩散 系数和离散系数是参数研究的热点问题 在模拟天然水体水质时 扩散系数一 般是指紊动扩散系数 下面仅简述纵向离散系数和横向扩散系数的研究概况 1 纵向离散系数 纵向离散由t a y l o r 于1 9 5 4 年首先提出 由e l d e r 推广到明渠 f i s c h e r 等 1 9 7 9 发现 河流纵向流速的横向不均匀允布对纵向离散的影响远比垂向不 均匀分布的影响大 提出了计算河流纵向离散系数的一个三重积分表达式 为 研究河流纵向离散系数奠定了理论基础 s e o 和c h e o n g 1 9 9 8 8 3 1 根据f i s c h e r 积分式 利用多元回归分析得到高精度的经验公式 邓志科8 4 1 等 2 0 0 1 借助 于抛物型断面型态方程建立了更高精度的天然河流纵向离散系数公式 在实验的基础上 除了经验公式法以外 还有各种数学方法可以确定纵向 离散系数 郭建青 8 5 1 等人通过水团示踪实验 采用直线图解法 相关系数极值 法 非线性最小二乘法等方法 确定河流纵向离散系数 2 横向扩散系数 天然河道的不规则边界是影响横向扩散和离散的主要因素 甚至在顺直型 河道上仍然存在横向离散 横向扩散系数的表达式为 e 口一g th 1 1 式中 而r 一横向扩散系数 m 2 s a r 一中间系数 为摩阻流速 h 为 平均水深 m 确定d 的方法多数是建立在实验的基础上 f i s c h e r 在7 0 多组数据的基础 上建议顺直明渠的口 取0 1 t 0 2 s t e f a n 则用对数坐标轴整理实验资料 提出 口 的经验公式 厂丹 o 7 5 口 o 2 2 i 7 l 1 2 l 九 式中口和h 分别为水面宽度和平均水深 m 国内的幸治国和蒋良维 1 9 9 4 利用嘉陵江的实测成果和国外的试验数 凹川大学硕士学位论文 据 采用多元回归方法 提出新的口 经验公式 驴眈z 引 等 m 式中 f 为河床坡降 其余符号同上 除了经验公式法 还可以通过直线图解法 线性回归法 矩法 神经网络 法等确定横向扩散系数 由于天然河流的水质变化经常受一些随机因素 如降水 径流 水体交换 等 的影响 水质的实测数据一般具有较高的噪声水平 曾光明f 8 7 等人在分析 了随机因素对河流水质模型参数最优估值的影响 1 5 本文主要工作 本文主要工作的内容包括以下几个方面 1 分析突发性水污染事故的特点 如不确定性 流域性 影响的长期性 应急主体不明确等 2 建立起突发性水污染事故预警应急系统体系架构 从危险辨识 风险 评价和事故预防三个方面分析系统预警机制 从应急原则 应急组织机构 应 急监测 应急处理方面等方面阐述系统应急机制 3 着重对突发性水污染事故应急预警系统的设计进行探讨 包括计算机 辅助决策系统设计和应急预案的设计 其中计算机辅助决策系统设计主要从事 故模拟和数据库设计方面着手 而应急预案的设计强调预案要素的完备性 4 以紫坪铺水库污染物扩散预警应急系统为例 说明数据库建立 事故 模拟 应急预案编制等过程 2 突发性水污染事故预警应急机制 2 突发性水污染事故预警应急机制 突发性水污染事故涉及环境 公共卫生 安全管理 交通 水利等领域 应急工作需要多部门联合完成 因此需要建立起 个多部门联动的预警应急系 统体系 本章主要研究突发性水污染事故的预警机制和应急机制 2 1 水污染事故的分类与特点 2 1 1 水污染事故的分类 1 污染物分类 造成水污染事故的污染源 按照属性可分为物理污染源 化学污染源和生 物污染源 8 引 其中化学污染源是最主要的污染源 也是危害最大的 类污染源 化学物质进入水体后 导致水体的化学性质或化学物质浓度异常 造成水污染 事故 化学污染物的分类及其危害见表2 i 表2 1 化学水污染物分类表 污染物分类典型污染物主要危害 非金属有毒物氰化物 氟化物 硫化物 砷化物生物中毒 生物急性中毒或慢性中毒 累积效 重金属汞 铬 镉 铅 铜 应二次中毒 放射性物质铀2 3 5 锶9 0 铯1 3 7 钚2 3 9生物体内放射损伤 破坏水体缓冲系统 抑制微生物活 酸碱盐类硫酸 硝酸 磷酸 无机盐 性和水生生物生长 致色物质 铁盐 锰盐 色素 染料 腐殖质水体色觉变差 致臭物质氨 硫化物 酚 胺类 硫醇水体昧觉变差 植物营养物质硝态氮 氨氮 磷酸盐 蛋白质水体富营养化 需氧有机物碳水化合物 蛋白质 油脂水中溶解氧大幅下降 易分解有机毒物酚 醇 有机磷农药 生物中毒 致癌 致突变 致畸 难分解有机毒物有机氯农药 洗涤剂生物中毒 致癌 致突变 致畸 油类 石油及其制品 植物油生物中毒 阻隔水气界面气体交换 2 水污染事故分类 4 四川大学硕士学位论文 水污染事故按照污染物的性质可以分为 剧毒农药和有毒有害化学物 质泄漏事故 如d d t 乐果 氰化钾等 溢油事故 如油罐车泄漏 油船 触礁等 非正常大量排放废水事故 如化工厂废水 矿业废水等 放射 性污染事故 如放射性废料渗出 按照事故发生的水域可分为河流污染 湖泊污染 水库污染 河口污染 海洋污染等事故 8 8 按发生的范围可分为整个水域 如整个水库 和局部水域 如河道岸边 污染事故 按照事故发生的状态可以分为渐变性事故和突发性事故 渐变

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