吳健偉,薛 銳,陳 希

(1.泰州市環(huán)境監(jiān)測中心站,江蘇 泰州 225300;2.解放軍理工大學(xué),江蘇 南京 210007)

·環(huán)境預(yù)警·

化工開發(fā)區(qū)突發(fā)性大氣污染事故預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)

吳健偉1,薛 銳1,陳 希2

(1.泰州市環(huán)境監(jiān)測中心站,江蘇 泰州 225300;2.解放軍理工大學(xué),江蘇 南京 210007)

大氣污染事故預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)主要包括污染氣象模型和大氣擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型,利用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù),按照污染事故發(fā)生的地理位置,將模型的數(shù)值解和 GIS相結(jié)合,從而可以在時間和空間上對污染擴(kuò)散進(jìn)行分析,得到不同地點的污染物濃度和污染程度,獲取受污染范圍內(nèi)的人口和周邊單位等重要信息,從而預(yù)測污染事故對環(huán)境的影響程度和范圍,為突發(fā)性環(huán)境污染事故的應(yīng)急監(jiān)測、現(xiàn)場救護(hù)和災(zāi)后評估提供科學(xué)依據(jù)。

預(yù)測預(yù)警;污染事故;污染物擴(kuò)散;數(shù)學(xué)模型;地理信息系統(tǒng)

當(dāng)前,中國正處在國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展時期,隨著化工園區(qū)建設(shè)的加快與生產(chǎn)活動的日益頻繁,發(fā)生突發(fā)性環(huán)境污染事故的可能性大大增加[1]。對于大氣污染事故,可短時間內(nèi)集聚形成極高濃度的污染物,對人和周圍環(huán)境產(chǎn)生極大危害,甚至?xí)斐蓸O端性的破壞。為減少環(huán)境污染事故的損失,為污染事故的處理提供及時、可靠、科學(xué)的依據(jù),建立事故預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)十分必要。泰州市西北工業(yè)區(qū)是一個以化工為主的工業(yè)區(qū),為提高該區(qū)對突發(fā)性大氣污染事故的應(yīng)急處置能力[2],2009年在該地區(qū)建設(shè)了大氣污染事故預(yù)測預(yù)警系統(tǒng),目前該系統(tǒng)已基本建成,進(jìn)入試運行狀態(tài)。

1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)包括下列八大功能:對大氣環(huán)境特征進(jìn)行分析,對致災(zāi)影響因子進(jìn)行評估;對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,對綜合信息進(jìn)行挖掘;建立多尺度大氣環(huán)境及風(fēng)險要素預(yù)報預(yù)警模型;建立突發(fā)性大氣污染事故風(fēng)險評估與決策支持計算模型;建立突發(fā)性大氣污染事件仿真應(yīng)用平臺;建立系統(tǒng)運控管理應(yīng)用軟件;建立綜合信息服務(wù)系統(tǒng);建立大氣環(huán)境的地理信息系統(tǒng)。事故發(fā)生后,首先根據(jù)污染源現(xiàn)場監(jiān)測儀器監(jiān)測的數(shù)據(jù),確定污染源強,然后利用大氣污染擴(kuò)散計算模塊預(yù)測受影響的區(qū)域范圍,通過地理信息顯示模塊提供污染區(qū)域內(nèi)的敏感單位、救援單位、人口以及由事故發(fā)生地點到指定地點的最佳路徑等信息,為應(yīng)急監(jiān)測、應(yīng)急救援工作的開展提供決策依據(jù)。系統(tǒng)組成見圖 1。

圖1 系統(tǒng)組成架構(gòu)

2 分系統(tǒng)功能

2.1 大氣污染事故大氣環(huán)境評估系統(tǒng)

大氣污染源的泄漏是造成危害的主要原因之一,大氣溫度、氣壓、濕度、風(fēng)向和風(fēng)速以及大氣層結(jié)穩(wěn)定度狀況與大氣污染程度的關(guān)系極為密切。通過分析多年歷史氣象觀測資料,對污染源擴(kuò)散有重要影響的氣象環(huán)境特征統(tǒng)計參數(shù)進(jìn)行科學(xué)的計算和分析,從而為政府決策人員掌握該地區(qū)的大氣環(huán)境參數(shù),進(jìn)而對可能出現(xiàn)的突發(fā)性大氣污染事件進(jìn)行科學(xué)的決策指揮提供科學(xué)依據(jù),也能夠為地方政府和工業(yè)園區(qū)(開發(fā)區(qū))應(yīng)急響應(yīng)中心指揮人員的決策提供依據(jù)。

2.2 重大危險源及敏感區(qū)監(jiān)控點位最優(yōu)規(guī)劃系統(tǒng)

突發(fā)性危險源監(jiān)測點及市區(qū)敏感點最優(yōu)規(guī)劃系統(tǒng),充分考慮環(huán)境敏感點及廠界危險源監(jiān)測點對危險物泄漏信息的準(zhǔn)確監(jiān)測和充分采集的影響,針對不同危險源泄漏源 (點源、面源)和不同危險源泄漏類型 (瞬時爆炸型、連續(xù)型)分別建立試驗?zāi)Ｐ?綜合考慮該區(qū)域氣候狀況 (如年、季、月、旬平均的溫度、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、大氣層結(jié)穩(wěn)定度等)對污染物擴(kuò)散形式、擴(kuò)散范圍和擴(kuò)散強度的影響特征等因素建立綜合規(guī)劃系統(tǒng);根據(jù)人口稠密區(qū)(包括居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、學(xué)校等)、重要目標(biāo)區(qū)、關(guān)鍵設(shè)備區(qū)以及該區(qū)域氣候狀況對污染物擴(kuò)散形式、擴(kuò)散范圍和擴(kuò)散強度的影響特征等因素,最終優(yōu)化環(huán)境污染事故敏感點布設(shè)方案。

2.3 突發(fā)性危險源泄露參量反演系統(tǒng)

在進(jìn)行污染擴(kuò)散預(yù)測前,對突發(fā)性危險源發(fā)生事故時的各種危險源參量進(jìn)行反演,準(zhǔn)確獲取突發(fā)性危險源的分子量、沸點、比重、蒸汽密度、泄漏速率、蒸汽壓、分子擴(kuò)散系數(shù)、臨界溫度、黏度等重要危險源參量。

突發(fā)性危險源識別與監(jiān)控系統(tǒng)提供突發(fā)性泄漏事故的類型和形式后,為了獲取危險源的定量化參數(shù),反演系統(tǒng)利用污染物擴(kuò)散模型將突發(fā)性危險源參量引入擴(kuò)散方程,利用大氣環(huán)境參數(shù)、監(jiān)測站實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和初始估計源強等參數(shù)進(jìn)行正向計算,然后以污染源參量度通過平流擴(kuò)散方程得到的計算污染物擴(kuò)散濃度與實際監(jiān)測濃度誤差最小值為約束條件,建立反向伴隨計算方程,通過求解方程,得到突發(fā)危險源的各個參量值。

2.4 突發(fā)性大氣污染事故大氣環(huán)境要素預(yù)報系統(tǒng)

大氣污染物的散布過程是大氣輸送與擴(kuò)散的結(jié)果,精確的大氣環(huán)境 (包括大氣穩(wěn)定度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、濕度、壓強等氣象要素)是對突發(fā)性大氣污染事件進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測的前提。考慮化工園區(qū)區(qū)域的地理環(huán)境、邊界層中風(fēng)場等要素的時空變化幅度較大,在突發(fā)性大氣污染事件預(yù)測時正確描述當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境更為重要。以往受到計算條件和相關(guān)技術(shù)的限制,在污染擴(kuò)散預(yù)測中對大氣環(huán)境場的考慮過于簡化,擬采用中尺度準(zhǔn)靜力動力學(xué)模型和邊界層預(yù)報模式相嵌套的方式,保證為污染擴(kuò)散預(yù)測提供實時的大氣環(huán)境資料。系統(tǒng)將采用并行計算技術(shù),大大壓縮大量計算所需的時間,保證大氣環(huán)境預(yù)測的時效性。

2.5 突發(fā)性大氣污染事故風(fēng)險評估與決策支持系統(tǒng)

該系統(tǒng)依據(jù)上述其他分系統(tǒng)提供實時的大氣環(huán)境資料、污染物質(zhì)的理化數(shù)據(jù)、事故設(shè)備實時的參數(shù)信息,對事故造成的物料泄漏、污染擴(kuò)散、火災(zāi)事件等可能產(chǎn)生的影響范圍和影響程度開展客觀、定量的危險源環(huán)境影響評估與風(fēng)險分析,建立科學(xué)、合理的層次結(jié)構(gòu)與指標(biāo)體系;根據(jù)不同危險品的理化特征、敏感特性和環(huán)境臨界參數(shù)進(jìn)行危險源泄漏 /火災(zāi)事故 (隱患)的風(fēng)險評估,包括事故發(fā)生概率、影響范圍、影響程度、持續(xù)時間等的風(fēng)險概率(以概率形式給出事故范圍、影響程度、持續(xù)時間的風(fēng)險估計);同時結(jié)合工業(yè)園區(qū)可用應(yīng)急救援力量、道路交通狀況和實際天氣情況提供包括救援目標(biāo)、救援力量、救援裝備、風(fēng)險權(quán)重和決策偏好等因素的應(yīng)急響應(yīng)和救援預(yù)案生成與編輯的交互式環(huán)境,并進(jìn)行應(yīng)急救援行動決策和救援方案優(yōu)選,為事故的應(yīng)急處置和救援指揮提供決策支持[3]。

該系統(tǒng)由危險源事故的風(fēng)險評估模塊、危險源風(fēng)險與事故傷損評估模塊、預(yù)案生成與編輯模塊、預(yù)案解釋與決策控制模塊、危險源事故的應(yīng)急響應(yīng)與決策支持模塊等 5個部分組成。

2.6 突發(fā)性大氣污染事件仿真系統(tǒng)

突發(fā)性大氣污染事件仿真系統(tǒng)在上述各個分系統(tǒng)的支持下,針對化工開發(fā)區(qū)的主要特征污染物,將突發(fā)性大氣污染事件的事故過程、事故風(fēng)險、處置對策等進(jìn)行全過程仿真。主要功能是在真實氣候背景下和真實危險源存在的前提下,把突發(fā)性大氣污染事件可能發(fā)生的情形和發(fā)生后的不確定性通過計算機(jī)模型模擬和風(fēng)險評估后,仿真出實際可能發(fā)生的本質(zhì)過程。

當(dāng)氯氣、氯化氫、氟化氫泄漏事故發(fā)生后,仿真系統(tǒng)能夠令處置人員及時查詢到各類相關(guān)信息,包括發(fā)生污染事故的風(fēng)險源詳細(xì)情況、事故發(fā)生地近區(qū)域內(nèi)的風(fēng)險源、發(fā)生事故的危險品詳細(xì)信息、針對危險品的應(yīng)急處置和應(yīng)急監(jiān)測分析方法、環(huán)境危害情況、危險品毒性程度、應(yīng)急處置物資等。該系統(tǒng)可利用突發(fā)性大氣污染事件擴(kuò)散模型預(yù)報分系統(tǒng)提供的預(yù)報預(yù)警信息,和突發(fā)性大氣污染事件風(fēng)險評估與決策支持分系統(tǒng)提供的事故風(fēng)險評估結(jié)果 (包括發(fā)生概率、影響范圍、影響程度、持續(xù)時間等的風(fēng)險概率),同時結(jié)合應(yīng)急響應(yīng)救援預(yù)案和應(yīng)急救援行動決策支持信息,仿真事故處理的過程,為決策人員提供參考,使之作出快速、科學(xué)的決策。

2.7 突發(fā)性大氣污染事故預(yù)測預(yù)警運控系統(tǒng)

突發(fā)性大氣污染事故預(yù)測預(yù)警運控系統(tǒng)通過對系統(tǒng)運行狀態(tài)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和局域網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控,以實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的運控管理,保證各個分系統(tǒng)能夠按照日常業(yè)務(wù)流程和應(yīng)急響應(yīng)流程進(jìn)行正常業(yè)務(wù)運行。

2.8 基于Web GIS的信息綜合服務(wù)系統(tǒng)

基于Web GIS的信息綜合服務(wù)系統(tǒng)可與危險源監(jiān)測和應(yīng)急響應(yīng)后臺信息管理系統(tǒng)進(jìn)行無縫連接,實現(xiàn)危險源監(jiān)測信息、應(yīng)急響應(yīng)信息及周邊環(huán)境信息(包括該化工區(qū)和該市的平面布置圖及周邊環(huán)境,消防管網(wǎng)、檢測儀分布、預(yù)案等專題圖)的快速查詢、顯示、編輯修改,實現(xiàn)各類報表、報告及地圖的輸出。該系統(tǒng)能在危險源監(jiān)測系統(tǒng)的支持下,實現(xiàn)危險源監(jiān)測點的定點監(jiān)測和預(yù)警,并定位事故現(xiàn)場位置[4];能在專業(yè)模型的支持下,實現(xiàn)事故分析預(yù)測,準(zhǔn)確顯示事故發(fā)生地點和可能影響范圍中的重點保護(hù)對象;能提供可靠的應(yīng)急預(yù)案及顯示可調(diào)動的應(yīng)急資源信息。在事故發(fā)生時,該系統(tǒng)有助于合理分配任務(wù),以保證應(yīng)急人員作出快速響應(yīng),并確保人員安全。

3 結(jié)語

突發(fā)性大氣污染事故的整個應(yīng)急過程非常復(fù)雜,因此要求突發(fā)性大氣污染事件預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)十分完善和全面,系統(tǒng)必須由多個子系統(tǒng)構(gòu)成,各子系統(tǒng)的內(nèi)容既要自成一體,可獨立工作,又要相輔相成,構(gòu)成完整的突發(fā)性環(huán)境事故應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)。在發(fā)生重大污染事故時,該系統(tǒng)結(jié)合地理信息系統(tǒng),可預(yù)測有毒有害氣體的影響范圍,及時提出預(yù)案和應(yīng)急響應(yīng)程序,包括人員疏散的范圍、安全區(qū)域的范圍和應(yīng)急處置方法等。該系統(tǒng)可以完全滿足實戰(zhàn)中反應(yīng)快速、操作便捷的要求,滿足查詢統(tǒng)計結(jié)果以地圖、文本、圖表等多種方式直觀顯示的要求,為環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測提供了直接、有效、快速的技術(shù)支撐,為事故應(yīng)急指揮提供了真實有效的決策依據(jù)。

[1]楊國艷,葛婧婧.突發(fā)性環(huán)境污染事故防范與預(yù)警體系建設(shè)初探[J].污染防治技術(shù),2008,21(1):29-31.

[2]張永輝,王東.環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測與指揮系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2009(21):117-119.

[3]魏科技,王毅力,宋永會,等.突發(fā)性環(huán)境污染事故防范與應(yīng)急研究進(jìn)展及體系構(gòu)建[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2008,8(6):64-70.

[4]呂連宏,突發(fā)性水污染事故預(yù)警指標(biāo)體系實證研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2010(4).

The Structure of Prediction and Alarm System for Sudden A ir Pollution Accident in Chem ical Industrial Zone

WU Jian-wei1,XUE Rui1,CHEN Xi2
(1.Taizhou EnvironmentalMonitoring Central Station,Taizhou,Jiangsu 225300,China;2.PLA University of Science and Technology,Nanjing,Jiangsu 210007,China)

A m athem aticalm odel system on the prediction and alarm for sudden air pollution accidentw as developed,w hich was consisted of m eteorologicalm odel,a tm ospheric diffusion m odel and G IS(geographic inform ation system).The data solutions gained from the m odel com bining w ith G IS m ake an analysis of the diffusion of pollution.In that case,the spatio-temporal concentrations and the level of the pollutants can be acquired.M oreover,the important inform ation on population and institutes nearby can be obtained.Thus,it is available to predict the influence degree and extent by the pollution accident.The system can also provide a scientific support for em ergency m onitoring,field rescue and calam ity survey.

prediction and alarm;contam ination accident;pollutant diffusion;m athem atical m odel;GIS

X 323

C

1674-6732(2010)-06-0008-03

10.3969/j.issn.1674-6732.2010.06.003

2009-11-16;

2010-07-07

吳健偉 (1963—),男,高級工程師,本科,從事環(huán)境應(yīng)急管理工作。

(本欄目編輯 周立平)