鄭先俊， 尹 靜， 陳瑞華， 林 濤， 李生龍， 宋龍飛

(1.西安工業(yè)大學， 陜西 西安 710021； 2.中交第一公路勘察設計研究院有限公司， 陜西 西安 710065)

危險物品運輸車輛交通事故不僅會對道路路面及其配套設施造成污損與破壞，而且危險物品泄露會對路域大氣、水體、土壤等構成污染威脅[1]。近10 a來，中國環(huán)境保護部接報并處置的突發(fā)環(huán)境污染事件中約有14.6%～33.3%是危險物品運輸車輛發(fā)生交通事故而導致的突發(fā)環(huán)境污染事件[2]。基于運輸危險物品的車輛流動性和運輸危險物品不明確性，使得應急處置危險物品環(huán)境污染事故工作具有一定難度[3-4]。

中國危險物品公路運輸管理工作處于初級階段，國內(nèi)學者陸續(xù)對公路危險物品環(huán)境風險評價及防護應急對策展開了研究，2003年，溫可[5]運用概率估算法應用預測了高速公路運營期危險品運輸污染風險評估，并制定了防護措施；2006年，吳宗之等[6]對中國200起典型危險化學品公路運輸事故發(fā)生規(guī)律與特點進行分析，為中國危險化學品公路運輸安全管理與監(jiān)控提出了對策與建議；2014年，徐建平等[7]開創(chuàng)性地提出了高速公路應急蓄納設施與路面徑流處置設施一體化設計思路，有效緩解了運輸危險化學品泄漏事故造成的水環(huán)境安全風險問題；2018年，胡馨升等[8]收集2011—2015年全國32個統(tǒng)計單位的危險物品運輸事故發(fā)生次數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)青藏高原地區(qū)發(fā)生過4次危險物品事故，其中高溫季節(jié)是危險物品事故高發(fā)期；1985年，Saceomanno等[9]最先從?；愤\輸事故發(fā)生的機理、天氣情況及運輸?shù)缆返确矫孢M行分析，為分析危化品道路運輸事故的發(fā)生機理奠定了基礎。2016年，吳昊[10]對高寒高海拔地區(qū)公路交通事故分析與預防對策進行研究，高寒高海拔地區(qū)獨特的地理位置、氣候特征和自然環(huán)境，對司乘人員和車輛性能造成巨大的影響，使得單車事故率高達50%以上，遠高于其他地區(qū)公路的平均單車事故率1.58%，該地區(qū)道路交通安全形勢十分惡劣。對于青藏高原地區(qū)的危險物品運輸環(huán)境風險研究，國內(nèi)外研究較少。因此本文擬對青藏高速公路水環(huán)境敏感路段危險物品運輸事故環(huán)境污染風險進行評價與分析，針對環(huán)境污染風險預測結果提出相應的防護與應急措施，以期為青藏高速公路水環(huán)境敏感路段環(huán)境污染防范建設提供科學依據(jù)，也為青藏高速公路管理部門進行科學管理提供支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概述

擬建的青藏高速公路位于青藏高原腹地，建成后將是青藏工程走廊重要的組成部分，是青藏兩省區(qū)各族群眾的血脈紐帶，也是出入西藏物質(zhì)的重要運輸通道之一，將是世界上首例在高寒凍土區(qū)全部鋪設黑色高等級路面的公路。青藏高速公路全長1 116.37 km，沿途平均海拔4 500 m，地處29°30′—36°25′N與90°30′—94°55′E之間，太陽能、地熱資源豐富，氣溫低，降水少，地域氣候差異大，平均氣溫、降水量和蒸發(fā)量隨海拔的抬升而呈現(xiàn)出明顯的垂直分帶性，年日照時為2 500～3 200 h，年均氣溫在0 ℃以下，年均降水量在200～500 mm，降水主要集中在5—9月，青藏高速公路約有500 km線路分布于多年凍土區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)脆弱而獨特，沿線土地類型主要以高山草甸土為主，植被類型主要以嵩草草甸為主，該區(qū)域植被生長緩慢，植被一旦遭到破壞后極難恢復至原狀[11-12]。青藏高速公路建成后將在西藏經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定中發(fā)揮著重要作用，將成為西藏政治、國防、經(jīng)濟的“生命線”。

1.2 敏感路段識別依據(jù)

水環(huán)境敏感路段是指穿越排放水質(zhì)標準優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB2002-3838)中Ⅳ類水質(zhì)標準區(qū)域的路段，以及穿越濕地保護區(qū)、重要水生生物的自然產(chǎn)卵場及索餌場、越冬場和洄游通道、天然漁場等區(qū)域的路(橋)段。其中穿越排放水質(zhì)標準不低于Ⅱ類區(qū)域的路段為水環(huán)境強敏感路段；穿越排放水質(zhì)不低于Ⅲ類區(qū)域為水環(huán)境中敏感路段；穿越排放水質(zhì)標準不低于Ⅳ類水質(zhì)標準區(qū)域的路段為水環(huán)境弱敏感區(qū)[1,13]。

1.3 交通量分布預測

參考前人研究發(fā)現(xiàn)，在趨勢交通量分布進行預測時，運用弗萊特法進行分析計算時收斂較快，結果更加合理可靠[14]。本次研究中青藏高速公路交通量分布預測采用弗萊特法，計算方法如下[14]：

(1)

(2)

(3)

式中：Qij——未來某預測特征年i區(qū)與j區(qū)的交通量分布量；Qij′——某年i區(qū)與j區(qū)的交通量；ti——基年i區(qū)交通吸收量；aj——基年j區(qū)交通吸收量；Ti——特征年i區(qū)發(fā)生交通量；Aj——特征年j區(qū)吸引交通量；Li——i區(qū)對于所有j區(qū)的位置系數(shù)；Lj——j區(qū)對于所有i區(qū)的位置系數(shù)。

1.4 危險物品運輸污染風險概率估算方法

預測公路建成營運后，公路危險物品運輸環(huán)境污染風險的概率即為危險物品運輸車輛發(fā)生交通事故的概率[15-18]，公路運輸過程中的污染事故概率按經(jīng)驗公式計算，公式如下：

P=Q1×Q2×Q3×Q4×Q5×Q6

(4)

式中：P——擬建公路全段或某特定路段上預測年危險品運輸車輛交通事故概率(次/a)；Q1——同類地區(qū)公路車輛交通事故平均發(fā)生率〔次/(百萬輛·km)〕；Q2——考核路段長度(km)；Q3——預測年擬建公路全路段年均交通量(百萬輛/a)；Q4——選擇路段上某一基年車輛中貨車占交通量的比例(%)；Q5——選擇路段上某一基年車輛中危險物品車輛占貨車比例(%)；Q6——車輛相撞翻車等重大事故占一般事故的比率(%)。

2 結果與分析

2.1 水環(huán)境敏感路段識別結果

根據(jù)青藏高速公路沿線河流水質(zhì)類別、自然保護區(qū)及濕地分布情況，依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)水質(zhì)標準和《公路排水設計規(guī)范》(JTG/T D033-2012)中水環(huán)境敏感路段定義，根據(jù)青藏高速公路沿線保護區(qū)、濕地及河流的分布、線路及空間插值分析，并以青藏高速公路兩側各5 km為生態(tài)緩沖區(qū)，利用GIS柵格分析技術，得到了青藏高速公路沿線水環(huán)境敏感路段分布結果[19-21]。青藏高速公路沿線水環(huán)境敏感路段共計477.48 km，占路線全長的42.77%，其中公路沿線分布有色林錯黑頸鶴自然保護區(qū)、格拉丹東保護區(qū)、可可西里國家級自然保護區(qū)、三江源國家級自然保護區(qū)阿熱濕地、古露濕地、杭錯濕地以及拉薩河和沱沱河等眾多河流，各級敏感路段的敏感對象及其所占比例(見表1)。

表1 青藏高速公路沿線水環(huán)境敏感路段分級情況

2.2 預測參數(shù)的確定

根據(jù)青藏高速公路項目可行性研究報告所提供的數(shù)據(jù)，青藏高速公路運營后事故發(fā)生概率取0.2次/106車·km，即Q1=0.2次/(106輛·km)。

根據(jù)福萊特(Frater)法預測未來特征年的出行交通量，得到青藏高速公路2020年、2030年及2040年各路段區(qū)間交通預測值，預測路段(樁號)里程及其區(qū)間交通預測值(見表2)。

表2 各路段長度交通量預測結果

注：*—弱敏感路段、**—中敏感路段、***—強敏感路段；Q2為考核路段長度；Q3為預測年擬建公路全段年均交通量。

根據(jù)青藏高速公路項目可行性研究報告所提供的數(shù)據(jù)，貨車占總交通量的比重取54%，即Q4=0.54。根據(jù)青藏高速公路項目可行性研究報告所提供的數(shù)據(jù)，運輸危險物品車輛占貨車的比重取10%，即Q5=0.1。根據(jù)項目所在地區(qū)G214共和至玉樹(結古)公路所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，運營后的高速公路交通事故的比例有降低的趨勢。根據(jù)其他地區(qū)的類比資料，該路段車輛相撞翻車等重大事故占一般事故的比率取25%，即Q6=0.25。

2.3 預測結果

利用事故概率估算法計算青藏高速公路危險物品運輸事故環(huán)境污染風險，預算結果見表3。對青藏高速公路各級水環(huán)境敏感路段危險物品運輸事故環(huán)境污染風險進行統(tǒng)計，各級水環(huán)境敏感路段危險物品運輸事故概率結果(見表4)。根據(jù)G6北京至拉薩國家高速公路格爾木至拉薩段新建工程可行性研究報告的路線平縱面圖中青藏高速公路的設計高程，結合不同路段在不同預測年危險物品運輸事故發(fā)生概率，得到危險物品運輸事故隨海拔變化規(guī)律(見圖1)。

圖1 事故風險隨海拔變化規(guī)律

表3 全路段危險物品運輸事故發(fā)生概率

注：*—弱敏感路段、**—中敏感路段、***—強敏感路段；P為擬建公路路段上預測年危險品運輸車輛交通事故概率。

表4 敏感區(qū)危險物品運輸事故發(fā)生平均概率

3 討論與措施

3.1 危險物品運輸風險結果分析

由不同水環(huán)境敏感路段危險物品運輸事故發(fā)生概率的均值可知，當青藏高速公路通車運營后，隨著交通量的增加，事故發(fā)生的概率也隨之變大，即青藏高速公路在運營中、遠期危險物品運輸事故環(huán)境污染風險高于近期，不同預測年危險物品運輸事故在不同路段發(fā)生環(huán)境污染風險排序為：中敏感區(qū)路段>強敏感區(qū)路段>一般路段>弱敏感區(qū)路段。

青藏高速公路不凍泉互通至雁石坪互通(K2916+520-K3233+220)路段平均海拔為4 600 m和寧中互通至羊八井互通(K3725+615-K3782+300)平均海拔4 200 m，危險物品運輸事故環(huán)境污染概率最高，危險物品運輸事故發(fā)生概率迅速增大。根據(jù)青藏高速公路沿線海拔變化可知：不凍泉互通是進藏海拔高于4 000 m的第一個路段，當車輛進入高寒高海波地區(qū)后司乘人員和車輛性能受高海拔缺氧的影響以及天氣變化導致路況多變而增加了車輛事故發(fā)生率，且五道梁互通至唐古拉山互通段事故發(fā)生概率達到最高，隨著司乘人員對高原氣候的適應，車輛事故發(fā)生概率不再隨海拔的增加而無限增大。

在預期年內(nèi)水環(huán)境敏感路段發(fā)生交通事故的概率在0.036 4～1.852 0次/a，雖然其數(shù)值較小，但該地區(qū)仍存在因交通事故引發(fā)的危險物品泄漏、爆炸、火災等一系列污染環(huán)境事件發(fā)生，而這種污染事件一旦發(fā)生就有可能造成極為嚴重的環(huán)境污染事故，對青藏高原地區(qū)的大氣、水體、土壤等生態(tài)環(huán)境構成巨大的威脅。由于青藏高原惡劣的氣候環(huán)境使得該地區(qū)生態(tài)環(huán)境十分脆弱，一旦遭到破壞就很難恢復至原貌，因此為防止危險物品運輸事故環(huán)境污染風險，必須采取有效的預防和應急措施。

3.2 污染防護措施

3.2.1 工程建設措施

(1) 在道路規(guī)劃與設計階段應保證線路繞避水源體，當無法繞避時應將路線布設于水體下游，并采取綠化帶等隔離防護措施，降低水體受污染的威脅。

(2) 在自然保護區(qū)和濕地敏感路段設置警示標志牌以及隔離設施，對跨越濕地保護區(qū)或河流的橋梁和鄰近水源地的路面設置橋(路)面徑流收集處理處置設施。對于未采用以橋代路方式通過濕地保護區(qū)的路段，道路兩側應設置重力式擋土墻或加筋擋墻，防止交通事故對濕地保護區(qū)造成的環(huán)境污染。

(3) 針對沿線水環(huán)境敏感路段設置環(huán)境污染風險應急回收系統(tǒng)，在橋梁兩端或緊鄰水源地的路面設置收集運輸危險物品車輛事故泄漏的危險廢物應急蓄存池，防治危險物品泄露廢液流入路域水環(huán)境。

3.2.2 水環(huán)境敏感路段防護措施

(1) 在水環(huán)境弱敏感路段，危險物品運輸事故造成的環(huán)境污染可以通過挖除污染物、設置隔離柵欄等方法進行應急處理處置。

(2) 在水環(huán)境中等敏感路段，公路的邊溝、排水溝等集水溝在不影響正常排水的前提下進行植草，發(fā)生危險物品事故泄漏廢液經(jīng)排水溝中植物吸附與凈化后進入到處理池，減小危險物品對環(huán)境污染程度。

(3) 在水環(huán)境強敏感路段，公路兩側必須設置安全設施，防止運輸危險物品車輛發(fā)生撞擊、側翻等事故使其駛出路面，減少危險物品直接在路域環(huán)境泄露污染的概率。

3.2.3 運輸管理措施 從事公路危險物品運輸?shù)钠髽I(yè)應制定完善的企業(yè)章程和安全運輸管理制度，加強對危險物品運輸車輛的駕駛員、押運員、裝卸貨人員、車輛檢修維護等人員的安全教育和技能培訓，提高從業(yè)人員的業(yè)務素質(zhì)素、緊急處理以及自救應急能力。

3.3 應急措施

3.3.1 制定環(huán)境污染 應急方案根據(jù)公路沿線危險物品運輸環(huán)境污染風險概率預算的結果，針對青藏高速公路沿線河流、濕地、飲用水源保護地、納木錯-念青唐古拉山風景名勝區(qū)等區(qū)域的路段，制定青藏高速公路水環(huán)境危險物品運輸事故環(huán)境污染應急方案。

3.3.2 提高應急能力 危險物品具有毒害、腐蝕、爆炸、燃燒及助燃等性質(zhì)，因此在發(fā)生危險物品運輸事故泄漏后，針對事故對人體、動植物、土壤、水體、大氣等造成的實際危害和潛在危害，應迅速采取封閉、隔離、洗消等措施，在現(xiàn)場處置過程中產(chǎn)生的泄漏物(固態(tài)或液態(tài))或事故水需進行應急收集并有專業(yè)部門進行處理處置。

4 結論與建議

4.1 結 論

(1) 青藏高速公路水環(huán)境敏感路段共計477.48 km，占路線全長的42.77%，其中強敏感區(qū)路段長89.52 km，中敏感區(qū)路段長221.49 km，弱敏感區(qū)路段長166.47 km。

(2) 青藏高速公路在預測年內(nèi)危險物品運輸車輛的交通事故概率較小，其平均發(fā)生概率為0.162 5～1.176 0次/a，危險物品運輸事故環(huán)境污染風險在不同敏感路段發(fā)生概率大小為：中敏感區(qū)路段>強敏感區(qū)路段>一般路段>弱敏感區(qū)路段。

4.2 建 議

青藏高速公路各預測年危險物品運輸車輛交通事故發(fā)生的概率低，但由于交通事故的突發(fā)性和不可預見性以及青藏高原地區(qū)難以開展及時救援和生態(tài)恢復困難的特點，一旦發(fā)生危險物品運輸車輛交通事故將會對該地區(qū)生態(tài)環(huán)境造成不可估量的破壞，為青藏高原地區(qū)危險物品交通運輸增加了特殊性。因此，青藏高速公路管理部門應做好應急措施與預案，通過對危險物品運輸車輛的管理與監(jiān)控，加強青藏高速公路沿線天氣、路況、交通量等預報系統(tǒng)的建設，定期檢查高速公路路面及其安全防護設施，及時進行養(yǎng)護與路面保潔等工作，減小危險物品運輸事故發(fā)生的概率。推廣高速公路危險化學品運輸事故應急蓄納設施與橋面雨水徑流處理設施一體化設計方案，減小危險化學品或消防廢液進入水環(huán)境的幾率，降低危險物品運輸事故造成的環(huán)境污染風險。