突发性大气污染事件模拟及数字化动态应急预案

论文摘要

随着社会经济的发展,爆炸、泄漏、火灾等突发性大气污染事件日益频发,对社会生产、群众生活和公共安全造成了极大极坏的影响。因此,针对不同突发性大气污染事件,开发高分辩、高效率的气象场、浓度场和风险场模拟技术,建立数字化、动态化应急预案,为应急救援措施提供必要的技术支持和决策依据,具有十分重要的现实意义和应用价值。本文引用了适用于小尺度气象场模拟的数值模型、大气风险评估模型,基于风险模拟结果和健康风险评估准则,构建了一个针对突发性大气污染事件的数字化动态应急预案系统,并进行了应用示范。主要研究内容和结果如下：首先,以南京化工园区为例,应用TAPM模式进行了小尺度气象场模拟,针对影响污染物浓度分布的温度、相对湿度、风、混合层高度和摩擦速度进行分析。结果表明,模式较好地描述了温度、相对湿度、混合层高度和摩擦速度的日变化特征；模拟的2-m温度、2-m相对湿度和10-m风速与观测值的相关系数分别为0.71、0.69和0.51,均通过了0.01置信度的显著性检验,表明TAPM具有较好的模拟高分辩气象场的能力。其次,以ALOHA、SLAB-AEGLs系统为工具,对氯气泄漏、乙烯燃烧爆炸事故的影响进行了模拟研究,并以氯气泄漏事故为例,对持续泄漏时间、环境风速、环境温度、相对湿度、大气稳定度、逆温层高度、源高、源强等相关因子进行了敏感性分析；以乙烯储罐破裂为例,对储罐类型、储罐量、存储温度、容器破坏部位等因子进行敏感性分析。结果表明,相对湿度、温度、储罐类型、储罐高度对事故后果影响不大；较大的环境风速、不稳定的大气、没有逆温层或较高的逆温层等气象条件有利于污染物质的扩散；对于直接泄漏事故,持续泄漏时间越长、泄漏位置越高、泄漏速率越大,事故后果越严重；对于储罐破裂事故,破裂孔洞越大、位置越低、存储温度越高,事故后果越严重。此外,利用HYSPLIT模式进行了一次泄漏事故模拟。研究表明ALOHA模式可以模拟泄漏、火灾、爆炸三种事故类型,适用范围广,但由于模式设计所限,ALOHA仅适用于中小尺度事故的模拟；SLAB作为一种重气体模式,它仅能处理重气体直接泄漏的事故情形；HYSPLIT模式由于采用变化的气象场,因此它可适用于大时空尺度的直接泄漏事故情形的模拟,由于模式设计所限,HYSPLIT没有考虑风险物质自身属性对事故发展的影响。由于SLAB和HYSPLIT模式的输出结果为浓度场,因此需要与健康风险评估准则相结合才能评估风险事故对人群健康造成的伤害。最后,构建了突发性大气污染事件风险评估及数字化动态应急预案系统。该系统由基础信息数据库、气象模式与健康风险评估系统、数字化动态应急预案三部分组成,并利用地理信息系统将三者有机结合,将事故信息及救援力量直观、动态地展现给应急救援指挥人员,为及时高效开展应急行动提供技术支持。通过实际应用示范,表明该数字化动态应急预案系统能够及时预测出事故发展趋势,并可在系统中清晰明了地展示受影响范围、受影响人群分布、应急救援力量的分布以及针对本次事故应采用的救援方案,有助于应急指挥人员判定疏散人群范围、疏散方向,能够有效指导应急救援行动的开展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 应急大气扩散模型
• 1.2.2 应急预案
• 1.3 研究内容及技术路线
• 参考文献
• 第二章 模式与方法
• 2.1 TAPM
• 2.2 ALOHA
• 2.3 SLAB
• 2.4 HYSPLIT
• 2.5 AEGLs毒物伤害准则
• 2.6 SLAB-AEGLs健康风险评估系统
• 参考文献
• 第三章 小尺度高分辨气象场模拟
• 3.1 模式设置
• 3.2 结果分析
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 第四章 突发性大气污染事件模拟及敏感性分析
• 4.1 氯气泄漏事故模拟与分析
• 4.1.1 浓度场模拟与健康风险评估
• 4.1.2 敏感性分析
• 4.2 低温乙烯储罐火灾、爆炸事故模拟与分析
• 4.2.1 模式设置
• 4.2.2 模拟结果与敏感性分析
• 4.3 HYSPLIT模式在泄漏事故模拟中的应用
• 4.3.1 个例模拟
• 4.3.2 模式特点
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 数字化动态应急预案设计和示范
• 5.1 必要性
• 5.2 数字化动态应急预案
• 5.2.1 系统概况
• 5.2.2 基础信息数据库
• 5.2.3 气象模式与健康风险评估预测系统
• 5.2.4 事故级别判定标准
• 5.2.5 数字化动态应急预案
• 5.3 应用示范
• 5.3.1 接警
• 5.3.2 风险源识别
• 5.3.3 事故类型与级别判定
• 5.3.4 启动应急预案
• 5.3.5 信息反馈与预案调整
• 5.3.6 应急结束
• 5.4 系统应用性能评估
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 全文总结及展望
• 6.1 主要研究结果
• 6.2 创新点
• 6.3 未来展望
• 致谢