危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸事故對(duì)環(huán)境敏感區(qū)影響研究

陳文瑛副教授 王如平 張 蒙 孫寶平講師

(1.首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué) 管理工程學(xué)院，北京 100070；2.城市群系統(tǒng)演化與可持續(xù)發(fā)展的決策模擬研究北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100071)

0 引言

危險(xiǎn)化學(xué)品(簡(jiǎn)稱危化品)道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)是區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的主要類型之一，其中危化品道路運(yùn)輸泄漏事故占?；返缆愤\(yùn)輸總事故的80%以上，如2014年“3.1”晉濟(jì)高速陜西晉城段甲醇貨車碰撞泄漏起火事故、2020年“6.13”沈海高速溫嶺段液化石油氣運(yùn)輸槽罐車泄漏爆炸事故，均造成大范圍的環(huán)境污染和破壞，生態(tài)環(huán)境的破壞是不可逆的，而社會(huì)環(huán)境的損失必然會(huì)導(dǎo)致惡劣的社會(huì)影響。因此，如何預(yù)測(cè)?；返缆愤\(yùn)輸泄漏事故后果發(fā)展走向、評(píng)估事故造成的環(huán)境敏感區(qū)破壞程度，對(duì)加強(qiáng)區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)安全管控具有現(xiàn)實(shí)意義。

國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)?；返缆愤\(yùn)輸事故后果研究多集中于事故影響范圍為基礎(chǔ)的定性研究以及與此相關(guān)的人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)研究。Nilambar Bariha等以印度一個(gè)液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas，LPG)油罐車事故為例驗(yàn)證點(diǎn)源火焰模型、固體火焰模型、PHAST軟件和ALOHA軟件的準(zhǔn)確性; Uday Kumar Chakrabarti等運(yùn)用全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)和ALOHA軟件對(duì)6種Ⅱ類?；吩谀骋惶囟肪€上發(fā)生事故(如BLEVE等)的概率、事故影響范圍以及傷亡人數(shù)進(jìn)行研究，從而評(píng)估該路線?；愤\(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn); Fahad等將ArcG1S與ALOHA相結(jié)合以確定事故影響區(qū)域，對(duì)科威特汽油運(yùn)輸造成的沿線人員風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。由此可見(jiàn)，人員傷亡情況被諸多學(xué)者選為事故后果定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)。然而，?；沸孤┦鹿蕦?duì)環(huán)境的污染及建筑物的損害亦十分重要。李威臻采用ALOHA軟件與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嘟Y(jié)合，對(duì)?；沸孤┦鹿屎蠊麆?dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行模擬，計(jì)算人員中毒環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量級(jí)，以ALARP原則判定企業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的容許水平，但其對(duì)于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算僅以死亡人數(shù)為基準(zhǔn)開(kāi)展，不利于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)容許水平的精確判定；2016年，Bahareh Inanloo將高斯模型與ArcGIS軟件相結(jié)合，對(duì)?；愤\(yùn)輸路徑下暴露人員風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、時(shí)間延誤費(fèi)用和路段運(yùn)輸費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算，此研究以事故影響范圍與環(huán)境脆弱區(qū)域接近程度為考量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行更全面的計(jì)算，結(jié)果表明，危化品運(yùn)輸事故對(duì)沿線環(huán)境具有不可忽視的影響。

綜上可見(jiàn)，?；愤\(yùn)輸事故對(duì)事故區(qū)域沿線人員及環(huán)境均存在不同程度的影響，尤其對(duì)周圍環(huán)境會(huì)造成不可逆的損害。然而，前人在危化品事故環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)方面的研究大多聚焦于人員健康影響引伸出的社會(huì)環(huán)境問(wèn)題，對(duì)于事故導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境不可逆破壞以及重要建筑物和具有社會(huì)功能的公共場(chǎng)所損壞尚缺乏研究與思考。故筆者基于不同天氣、道路特征等條件對(duì)危化品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型進(jìn)行優(yōu)化，重點(diǎn)分析?；返缆愤\(yùn)輸事故對(duì)環(huán)境敏感區(qū)造成的后果影響，研究不同特征不同功能的環(huán)境敏感區(qū)對(duì)事故的承受能力，討論環(huán)境承載力不同所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)差異。

1 ?；返缆愤\(yùn)輸事故環(huán)境敏感區(qū)后果

1.1 環(huán)境敏感區(qū)分類

針對(duì)城市環(huán)境，本文重點(diǎn)討論?；愤\(yùn)輸事故對(duì)生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)和社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)的影響。將生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)分為公共綠地敏感區(qū)、森林公園敏感區(qū)、風(fēng)景名勝敏感區(qū)、文化古跡敏感區(qū)；將社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)分為大學(xué)校園、地鐵站、醫(yī)院、住宅區(qū)以及商業(yè)綜合區(qū)。社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)指遭受事故后果的影響后，會(huì)波及社會(huì)服務(wù)功能、影響城市運(yùn)轉(zhuǎn)、造成不良社會(huì)影響的區(qū)域。

1.2 環(huán)境敏感區(qū)后果計(jì)算

1.2.1 環(huán)境敏感區(qū)后果值計(jì)算

環(huán)境敏感區(qū)受事故影響程度與事故發(fā)生地相對(duì)位置、環(huán)境敏感區(qū)功能特性有關(guān)?；诖艘詸?quán)重計(jì)算形式表征具有不同功能特性的環(huán)境敏感區(qū)重要程度，并充分考慮敏感區(qū)所處位置的污染物濃度梯度及爆炸下限范圍。

事故造成的環(huán)境敏感區(qū)后果為生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)破壞程度與社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)破壞程度的加權(quán)求和，見(jiàn)公式(1)：

(1)

式中：

E

—環(huán)境敏感區(qū)破壞后果，其意義為事故對(duì)一定面積環(huán)境敏感區(qū)造成的破壞程度的定量化表示；

ω

—生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)破壞后果權(quán)重；

ω

—社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)破壞后果權(quán)重；

ω

—第

i

個(gè)生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)破環(huán)后果權(quán)重，其中生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)分為4類，

i

最大為4；

e

—第

i

個(gè)生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)破壞后果值；

ω

—第

i

個(gè)社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)破壞后果權(quán)重，其中社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)分為5類，

i

最大為5；

e

—第

i

個(gè)社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)破壞后果值。事故對(duì)全部環(huán)境敏感區(qū)的破壞后果值用

e

表示，其計(jì)算與具體敏感設(shè)施面積相關(guān)：

(2)

式中：

A

—第

i

個(gè)環(huán)境敏感區(qū)類別中第

j

個(gè)區(qū)域設(shè)施的面積；

z

—第

i

個(gè)環(huán)境敏感區(qū)類別中第

j

個(gè)區(qū)域設(shè)施的破壞程度，根據(jù)參考文獻(xiàn)[9]生態(tài)環(huán)境破壞等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將

z

分為五級(jí)?？紤]不同種類?；肪哂胁煌佑|濃度傷害閾值及傷害影響后果，本文選取液氨進(jìn)行實(shí)例研究，參考文獻(xiàn)[11]中給出了液氨泄漏后果概率函數(shù)法及死亡概率和死亡率的轉(zhuǎn)化關(guān)系，

z

的值以概率函數(shù)法計(jì)算得到的人員死亡率為依據(jù)劃分量級(jí)，并根據(jù)主要危險(xiǎn)確定，即

f

=

A

+

B

ln(

C

t

)

(3)

(4)

式中：

A

、

B

、

n

—取決于有毒物質(zhì)性質(zhì)，液氨取

A

=-5.3，

B

=0.5，

n

=2.75；

C

—有毒物質(zhì)的擴(kuò)散濃度，mg/m；

t

—人員有毒物質(zhì)的接觸時(shí)間，min，本文實(shí)例取

t

=30min；

LEL—?；返谋ㄏ孪蓿?/p>Δ

p

—?；返某瑝褐?，Pa。

1.2.2 環(huán)境敏感區(qū)權(quán)重確定

本文基于熵權(quán)法確定環(huán)境敏感區(qū)權(quán)重。

(1)社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)權(quán)重確定。

第一步：構(gòu)建指標(biāo)體系。權(quán)重計(jì)算以發(fā)生事故后對(duì)8個(gè)方面的影響為依據(jù)：民族團(tuán)結(jié)、文娛及教育、城市建設(shè)及其發(fā)展、人民生活供應(yīng)、當(dāng)?shù)毓芾頇C(jī)構(gòu)、人民衛(wèi)生保健、國(guó)家威望、社會(huì)輿論。收集5位環(huán)境安全領(lǐng)域?qū)＜乙庖?jiàn)，以1分、5分、10分3個(gè)等級(jí)表征環(huán)境敏感區(qū)受損對(duì)8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響程度大小，對(duì)指標(biāo)無(wú)影響為1分，一般影響為5分，極大影響為10分。對(duì)5位專家打分結(jié)果做平均值處理，將平均值結(jié)果與3個(gè)影響等級(jí)分別做差，取絕對(duì)值最小的等級(jí)為最終打分結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)破壞對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)影響情況得分表Tab.1 The score table of the social environmental sensitive areas destruction impact on the evaluation index

第二步：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(5)

第三步：確定評(píng)價(jià)指標(biāo)信息熵。

(6)

(7)

式中：

P

—第

u

個(gè)指標(biāo)占第

i

個(gè)社會(huì)敏感區(qū)的比重；

Y

—第

u

個(gè)指標(biāo)的熵值。則8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)

u

的熵值，見(jiàn)表2。

表2 社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)u的熵值Tab.2 The entropy value of the evaluation index u in social environmental sensitive areas

第四步：計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重。熵值越小，對(duì)方案的評(píng)價(jià)作用越大，引入差異系數(shù)

D

，

D

越大，指標(biāo)對(duì)方案的影響越大。差異系數(shù)

D

和評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

S

見(jiàn)公式(8)、(9)。

D

=1-

Y

(8)

(9)

式中：

m

—評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量，本文

m

=8。

第五步：確定各環(huán)境敏感區(qū)權(quán)重。

(10)

式中：

W

—各類型社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)權(quán)重，見(jiàn)表3。

表3 社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)權(quán)重Tab.3 The weight of social environmental sensitive areas

(2)生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)權(quán)重確定。生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)權(quán)重計(jì)算指標(biāo)包括：水域、山體、文化古跡、農(nóng)業(yè)種植區(qū)及公共綠地區(qū)。參考文獻(xiàn)[12]中計(jì)算得到上述5項(xiàng)指標(biāo)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重分別為0.32、0.11、0.26、0.23、0.08，引用此結(jié)論，基于熵權(quán)法計(jì)算生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)權(quán)重，見(jiàn)表4。

表4 生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)權(quán)重Tab.4 The weight of ecological environment sensitive areas

計(jì)算結(jié)果表明，社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)中，醫(yī)院、大學(xué)以及住宅區(qū)權(quán)重較高，生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)中，公共綠地和風(fēng)景名勝權(quán)重較高，即這些環(huán)境敏感區(qū)對(duì)事故后果破壞程度的影響更大。

2 案例應(yīng)用

北京六環(huán)總長(zhǎng)186.7km，連接多處高速公路及7個(gè)區(qū)縣。作為中國(guó)首都北京市的重要交通路線，北京六環(huán)途經(jīng)多處歷史古跡與文化名勝，周邊分布著人們生產(chǎn)生活所依賴的眾多敏感設(shè)施，致使北京六環(huán)多處路段均存在不同隱患，一旦發(fā)生事故，其后果影響程度不可忽視。

2.1 運(yùn)輸路線分段

北京六環(huán)包括北六環(huán)、東六環(huán)、南六環(huán)、西六環(huán)4條路線，分別命名為：R、R、R、R。Reniers等認(rèn)為在劃分路段時(shí)，各路段參數(shù)如路外人口密度、路外人口密集場(chǎng)所、事故率及路段脆弱性等應(yīng)具有一致性?；诖诉\(yùn)用ArcGIS軟件將北京六環(huán)劃分為17個(gè)路段，同一路段參數(shù)視為相同。

r

代表第

p

條路線上的第

q

個(gè)路段。

2.2 環(huán)境敏感區(qū)事故后果量化結(jié)果

本文選取液氨作為實(shí)例場(chǎng)景下的?；贰８髀范嗡沫h(huán)境敏感區(qū)重點(diǎn)設(shè)施分布，如圖1。

圖1 北京六環(huán)生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)、社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)敏感設(shè)施分布Fig.1 The distribution of sensitive facilities in the ecological environment sensitive area and social environment sensitive areas of Beijing Sixth Ring Road

基于ALOHA進(jìn)行北京六環(huán)液氨道路運(yùn)輸事故后果建模，獲得不同天氣、道路條件下的事故影響范圍，結(jié)合ArcGIS可視化，獲得影響范圍內(nèi)各環(huán)境敏感區(qū)重點(diǎn)設(shè)施所在位置及面積。根據(jù)公式(1)、(2)可得各路段環(huán)境敏感區(qū)破壞后果值及路線總后果值，如圖2、3。

圖2 北京六環(huán)各路段生態(tài)及社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)破壞后果Fig.2 The consequence of ecological and social environmental sensitive areas destruction in Beijing Sixth Ring Road

圖3 北京六環(huán)各路線環(huán)境敏感區(qū)后果值Fig.3 The consequence values of environmentally sensitive areas in Beijing Sixth Ring Road

結(jié)果表明，社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)相關(guān)敏感設(shè)施分布比生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)更加廣泛，但生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)的破壞后果值遠(yuǎn)大于社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)，即事故對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的破壞更加嚴(yán)重，甚至具有不可逆性，此特征具體表現(xiàn)在路段

r

、

r

上。4條路線中，事故導(dǎo)致環(huán)境敏感區(qū)破壞后果更嚴(yán)重的為東六環(huán)和西六環(huán)，其中西六環(huán)的事故后果值最大。

3 驗(yàn)證

?；返缆愤\(yùn)輸事故風(fēng)險(xiǎn)表示為事故率和事故后果的乘積。

以Harwood提出的?；愤\(yùn)輸事故率計(jì)算為依據(jù)，基于道路、天氣條件引入修正系數(shù)進(jìn)行調(diào)整得到最終?；返缆愤\(yùn)輸事故率。以參考文獻(xiàn)[17]提出的暴露人口計(jì)算方法為基礎(chǔ)進(jìn)行人員死亡后果計(jì)算，考慮路上影響人員和路外影響人員，最終得到某路段事故死亡總?cè)藬?shù)即為人員死亡后果，事故總后果值為環(huán)境敏感區(qū)后果與人員死亡后果之和。

基于任常興等提出的?；返缆愤\(yùn)輸現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)北京六環(huán)各路段進(jìn)行現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算，與本文量化結(jié)果對(duì)比，如圖4。

圖4 北京六環(huán)液氨道路運(yùn)輸事故路段風(fēng)險(xiǎn)值與現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)值對(duì)比Fig.4 The comparison between risk value and actual risk value of the liquid ammonia transportation accident in Beijing Sixth Ring Road

結(jié)果顯示，二者風(fēng)險(xiǎn)值分布趨勢(shì)基本相同。由于?；返缆愤\(yùn)輸現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)指數(shù)評(píng)價(jià)法考慮安全管理水平，因此存在個(gè)別路段風(fēng)險(xiǎn)值相差過(guò)大，但整體風(fēng)險(xiǎn)排序結(jié)果一致，因此本文提出的旨在量化環(huán)境敏感區(qū)后果的?；返缆愤\(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型具有一定的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

通過(guò)以環(huán)境敏感區(qū)破壞后果為重點(diǎn)的事故后果量化評(píng)估，考慮不同環(huán)境條件對(duì)危化品道路運(yùn)輸事故后果的影響差異，進(jìn)行?；返缆愤\(yùn)輸事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及分析，研究結(jié)論如下：

(1)將本文?；返缆愤\(yùn)輸事故風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算結(jié)果與危化品道路運(yùn)輸現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)指數(shù)評(píng)價(jià)法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果顯示二者風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)一致，即運(yùn)用優(yōu)化后的?；返缆愤\(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對(duì)環(huán)境敏感區(qū)進(jìn)行后果影響評(píng)估具有一定準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

(2)對(duì)?；返缆愤\(yùn)輸事故后果計(jì)算依據(jù)進(jìn)行改進(jìn)，基于熵權(quán)法討論環(huán)境敏感區(qū)及具體敏感設(shè)施分類，結(jié)果表明社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)中醫(yī)院、大學(xué)以及住宅區(qū)所占權(quán)重較高，生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)中公共綠地和風(fēng)景名勝權(quán)重較高，即以上環(huán)境設(shè)施對(duì)事故后果的承載能力更小，事故破壞影響更大。

(3)基于北京六環(huán)現(xiàn)實(shí)交通狀況及環(huán)境條件進(jìn)行液氨道路運(yùn)輸實(shí)例計(jì)算，其環(huán)境敏感區(qū)后果研究表明，社會(huì)環(huán)境敏感區(qū)存在范圍更廣，但其事故后果值小于生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)后果值，這與生態(tài)環(huán)境破壞的不可逆性有關(guān)；北京六環(huán)各路段中

r

、

r

路段的環(huán)境敏感區(qū)后果更為嚴(yán)重，4條路線中西六環(huán)環(huán)境敏感區(qū)破壞后果值最大，因此，危化品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)管理中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注北京西六環(huán)路段的風(fēng)險(xiǎn)與預(yù)警。