【基金标书】2011CB706900-危险化学品事故全过程遥测预警的关键科学问题研究

项目名称： 危险化学品事故全过程遥测预警的关键科学问题研究 首席科学家： 郑小平 北京化工大学 起止年限： 托部门： 教育部 国家安全生产监督管理总局 二、预期目标 项目总体目标是“建立危险化学品事故全过程遥测预警的大系统方案”。总体目标的实现基于两个关键科学问题的解决：“事故物质在危险化学品事故全过程中的迁移转化规律”和“事故物质在不同空间尺度的遥测理论与方法”。总体目标和拟解决的关键科学问题形成了项目的双驱动研究导向。总体目标基于国家需求，拟解决的关 键科学问题基于国家需求下的基础理论、方法和技术研究；五年预期目标基于解决关键科学问题和实现总体目标而预期贡献的理论、方法和关键技术，以及相关科学挑战的突破。具体如下： 总体目标 关键科学问题 五年预期目标 建立危险化学品事故全过程遥测预警的大系统方案 事故物质在危险化学品事故全过程中的迁移转化规律。 事故物质在不同空间尺度的遥测理论与方法。 力争 建立基于“物质、能量、信息”的危险化学品事故致因理论。 揭示事故物质在危险化学品事故全过程中的迁移转化规律，建立事故物质的遥测理论与方法。 揭示基于事故物质的能量系统变化模式，建立事故现象和事故链遥测预警理论与方法 。 建立遥测预警危险化学品事故全过程多源信息的基础理论、方法与技术。 为危险化学品事故 事前、事中、事后的 监测、预警、处置等 ，提供 防灾减灾的 基础理论、方法和 关键 技术；推动我国“一个中心，全过程、长距离、大面积、多信息”的应急平台建设。应用范围包括：国务院应急办、各地方应急救援中心、西气东输等重大工程、 化工园区、化工企业、防化单位等；也可用于国防和军事对抗中的定点探测。 考核指标： 经过各课题团队严肃讨论、协商，确认考核指标 如下： （ 1） 实现项目总体目标、关键科学问题、五年预期目标；力争取得科学挑战的重大突破。 （ 2） 五年量化考核指标： 课题 国家级奖 项数 新增国家级 人才数 文数 专利数 博士生培养数 课题一 - 2 40 5 25 课题二 1 1 5 - 2 课题三 - - 15 1 10 课题四 - 1 20 5 15 课题五 1 - 5 4 2 课题六 1 3 60 5 15 合计 3 7 145 20 69 年度量化预期目标： 第一年：发表 文 24 篇，申请发明专利（或 软件著作权） 3 项，新增国家级人才 1 人。 第二年：发表 文 29 篇，申请发明专利（或软件著作权） 4 项，新增国家级人才 1 人。 第三年：发表 文 32 篇，申请发明专利 2 项，获得国家级奖项 2项，新增国家级人才 1 名。 第四年：发表 文 32 篇，申请发明专利 4 项，获得国家级奖项 2项， 新增 国家级人才 2 名。 第五年：发表 文 23 篇，申请发明专利 3 项，获得国家级奖项 1项， 新增 国家级人才 2 名。 三、研究方案 项目以总体目标和拟解决的关键科学问题为双驱动研究导向。以致 灾过程、灾变过程、减灾过程为事故全过程，以约束空间、半约束空间、开放空间为事故场景。研究以“物质 能量 信息”为科学主线，以事故物质的迁移转化为核心，建立事故致因理论作为项目研究的基础理论。基于对事故物质、事故现象、人群分布若干理论、方法与关键技术的研究，建立相关数值模式和监测模式，形成“事故物质在事故全过程中的迁移转化规律”和“事故物质在不同空间尺度的遥测理论与方法”；进而形成危险化学品事故全过程多源信息的遥感遥测预警理论与方法，实现建立危险化学品事故全过程遥测预警的大系统方案。 基本方案 如下： 主要 研究内容 建立危险化学品事故全过程遥测预警的大系统方案 事故物质在事故全过程中的迁移转化规律 事故物质在不同空间尺度的遥测理论和方法 事故全过程多源信息的遥测理论与方法 事故全过程的能量传递与事故链机理 事故物质在事故全过程中的化学物理过 程 数值模式 基础问题 监测模式 基础理论 事故物质的大气迁移转化模式 事故现象和事故链机理的数值模式 能量系统变化数值模式 人群紧急疏散过程的数值模式 事故物质的场面监测 事故现象的微波探测 危险化学品事故致因理论 国家需求 推动事故全过程、长距 离、大面积、多信息遥感遥测预警平台建设 四、年度计划 年度 研究内容 预期目标 第 一 年 （ 1） 基于物质、能量、信息的 危险化学品事故 形式及其系统熵 研究 （ 2）研究危险化学品事故现象机理及其能量传递模型 （ 3）研究事故物质的物理化学特性及其迁移扩散模块 （ 4）研究事故物质接触式和非接触式监测的理论与方法 （ 5）筛选具有研究代表性的事故物质，研究 事故物质在危险化学品事故全过程中的演化特性 （ 6） 采集疏散环境以及人群运动与行为特征的数据 （ 1）初步 提出危险化学品 事故 的三要素模型与系统熵理论 （ 2） 建立典型危险化学品的危险特性数据体系，初步建立泄漏、火灾、爆炸事故中有害物质扩散与能量传递转化数学模型 （ 3）建立描述典型事故物质的迁移转化模型 （ 4）建立事故物质接触式和非接触式监测的方法 第 二 年 （ 1） 通过 模拟 的 隐参数概率分布 ，研究危险化学品事故的致因条件。 （ 2） 典型事故物质致灾机理及其能量传递研究 （ 3）典型事故物质在半约束空间迁移转化的数值模式研究 （ 4）典型事故物质的接触式和非接触式谱图研究 （ 1） 建立 危险化学品事故 致因的临界条件及其数值模式 （ 2） 揭示典型事故能量传递规律及其数值模式 （ 3）建立典型事故物质在半约束空间传输特征及其数值系统 （ 4）建立典型事故物质的质谱和红外谱图 第 三 年 （ 1） 研究 系统熵与 危险化学品事故致因 之间的关系 （ 2） 典型事故现象的模拟与实验研究 （ 1） 建立系统熵与信息隐参数之间的高维映射模型 （ 2） 建立泄漏、火灾和爆炸事故物质扩散和能量传递转化规律的数值年度 研究内容 预期目标 （ 3）事故物质迁移转化的模式验证研究 （ 4） 研究人群紧急疏散行为在事故物质迁移转化下的行为演化规律 （ 5）典型事故物质实时在线监测 研究 模式 （ 3）建立事故物质迁移过程耦合模式和减灾机理 （ 4）建立紧急疏散的人群动力学演化模型 （ 5）建立典型事故物质实时在线监测方法与关键技术 第 四 年 （ 1）基于实证，研究 动态本体下的危险化学品事故的模态 （ 2） 危险化学品 事故 链演变及 断链控制机理 研究 （ 3）事故物质迁移转化的化学物理过程模式模拟研究 （ 4）复杂场景下事故物质监测的环境适应性研究 （ 5） 化工过程事故中的事故物质多手段监测试验 （ 1） 建立数据关联度与设备模态的映射关系 （ 2） 揭示约束、半约束空间内化学品泄漏、火灾、爆炸事故中有害物质扩散与能量传递转化的规律。 （ 3）建立 描述事故物质在大气中的成分、浓度和时空分布等的模式耦合方法及其减灾规律 （ 4）解决复杂场景下事故物质接触式和非接触式监测的关键技术 （ 5） 建立事故源确定的自动化、智能化模式系统 第 五 年 （ 1）研究 适用于危险化学品变化过程的全方位、高精度的实时综合评价体系。 （ 2）事故物质迁移转化的多尺度耦合模式模拟研究 （ 3）危险化学品事故全过程遥测预警系统 试运行、调试 （ 1）提取和凝练危险化学品事故致因理论 （ 2） 建立事故物质 （ 3）建立危险化学品事故全过程遥测预警的大系统方案 （ 4）项目结题 一、研究内容 事故物质是引发事故可能性与严重性的载体。研究以“物质 能量 信息”为科学主线，以事故物质的迁移转化为核心，建立事故物质在致灾过程、灾变过程、减灾过程的数值模式和监测模式。 本项目 拟解决的关键科学问题 （ 1）事故物质在危险化学品事故全过程中的迁移转化规律 研究事故物质在致灾、灾变、减灾 中的化学过程、物理过程及其能量系统变化过程，探索其过程惯性和过程机理，建立其数值模式和规律性认识。研究超量和触发因素导致危险化学品事故的充分条件，提取和凝练事故物质在危险化学品事故全过程中的迁移转化规律。基于“物 质 能量 信息”的系统论观点，以事故物质在事故全过程的迁移转化为研究主线， 力争 建立危险化学品事故致因理论。 （ 2）事故物质在不同空间尺度的遥测理论与方法 结合质谱 、红外等多种手段 ，研究事故物质在 约束空间、半约束空间、开放空间的场面监视理论、方法和关键技术； 建立事故物质在危险化学品事故全过程中的 遥测 理论、方法与技术基础 ，为危险化学品事故遥测预警系统提供科学基础 。基于微波图谱和遥测理论，探索微波谱与分子结构之间的对应关系 ， 挑战事故物质的微波直接探测理论、方法与关键技术。 本项目研究的 主要内容 现代科学研究普 遍认为：物质、能量、信息是构成客观世界的三大要素，系统论也认为物质、能量和信息是构成系统的基本要素。危险化学品事故虽然表现为多种多样的类型，但从本质上作用都可以归结为物质、能量或信息的作用或者其耦合作用；承载载体本质上也同样是由物质、能量和信息三者组合构成的。因此，物质、能量和信息可以归纳为危险化学品事故的灾害要素。这些灾害要素是一种客观存在，都可能导致危险化学品事故的发生，具有超量或高危害性的特点。因此，本研究计划基于“物质 能量 信息”对危险化学品事故进行系统研究。 （ 1）事故物质在危险化学品事故全过程 中的化学物理过程（物质） 以事故物质为灾害形式，研究 事故物质在约束空间、半约束空间、开放空间中的化学过程和物理过程。 研究其致灾过程、灾变过程、减灾过程 的过程惯性和数值模式，提取和凝练其规律性认识。同时为事故物质的 遥测预警提供特征属性和方法论基础。 （ 2）事故全过程的能量传递与事故链机理（能量） 以能量为灾害形式，研究基于典型事故物质的 能量传递和 能量系统变化模式，揭示主要事故现象和事故链的形成机理及其控制模式。基于事故现象和事故链的过程惯性，提取和凝练防灾减灾的基本原理和方法。 （ 3）事故全过程多源信息遥测预 警的理论和方法（信息） 以信