危險化學品道路運輸事故對環境敏感區影響研究

陳文瑛副教授 王如平 張 蒙 孫寶平講師

(1.首都經濟貿易大學 管理工程學院，北京 100070；2.城市群系統演化與可持續發展的決策模擬研究北京市重點實驗室，北京 100071)

0 引言

危險化學品(簡稱危化品)道路運輸風險是區域環境風險的主要類型之一，其中危化品道路運輸泄漏事故占危化品道路運輸總事故的80%以上，如2014年“3.1”晉濟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輸槽罐車泄漏爆炸事故，均造成大范圍的環境污染和破壞，生態環境的破壞是不可逆的，而社會環境的損失必然會導致惡劣的社會影響。因此，如何預測?；返缆愤\輸泄漏事故后果發展走向、評估事故造成的環境敏感區破壞程度，對加強區域環境風險安全管控具有現實意義。

國內外諸多學者對危化品道路運輸事故后果研究多集中于事故影響范圍為基礎的定性研究以及與此相關的人員傷亡風險研究。Nilambar Bariha等以印度一個液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas，LPG)油罐車事故為例驗證點源火焰模型、固體火焰模型、PHAST軟件和ALOHA軟件的準確性; Uday Kumar Chakrabarti等運用全球定位系統(Global Positioning System，GPS)和ALOHA軟件對6種Ⅱ類危化品在某一特定路線上發生事故(如BLEVE等)的概率、事故影響范圍以及傷亡人數進行研究，從而評估該路線?；愤\輸風險; Fahad等將ArcG1S與ALOHA相結合以確定事故影響區域，對科威特汽油運輸造成的沿線人員風險進行評估。由此可見，人員傷亡情況被諸多學者選為事故后果定量風險評估指標。然而，危化品泄漏事故對環境的污染及建筑物的損害亦十分重要。李威臻采用ALOHA軟件與經驗模型相結合，對?；沸孤┦鹿屎蠊麆討B過程進行模擬，計算人員中毒環境風險數量級，以ALARP原則判定企業環境風險的容許水平，但其對于環境風險的計算僅以死亡人數為基準開展，不利于環境風險容許水平的精確判定；2016年，Bahareh Inanloo將高斯模型與ArcGIS軟件相結合，對?；愤\輸路徑下暴露人員風險、環境風險、時間延誤費用和路段運輸費用進行計算，此研究以事故影響范圍與環境脆弱區域接近程度為考量標準對環境風險進行更全面的計算，結果表明，?；愤\輸事故對沿線環境具有不可忽視的影響。

綜上可見，?；愤\輸事故對事故區域沿線人員及環境均存在不同程度的影響，尤其對周圍環境會造成不可逆的損害。然而，前人在?；肥鹿虱h境風險方面的研究大多聚焦于人員健康影響引伸出的社會環境問題，對于事故導致的生態環境不可逆破壞以及重要建筑物和具有社會功能的公共場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?；返缆愤\輸風險評價模型進行優化，重點分析?；返缆愤\輸事故對環境敏感區造成的后果影響，研究不同特征不同功能的環境敏感區對事故的承受能力，討論環境承載力不同所導致的風險差異。

1 危化品道路運輸事故環境敏感區后果

1.1 環境敏感區分類

針對城市環境，本文重點討論危化品運輸事故對生態環境敏感區和社會環境敏感區的影響。將生態環境敏感區分為公共綠地敏感區、森林公園敏感區、風景名勝敏感區、文化古跡敏感區；將社會環境敏感區分為大學校園、地鐵站、醫院、住宅區以及商業綜合區。社會環境敏感區指遭受事故后果的影響后，會波及社會服務功能、影響城市運轉、造成不良社會影響的區域。

1.2 環境敏感區后果計算

1.2.1 環境敏感區后果值計算

環境敏感區受事故影響程度與事故發生地相對位置、環境敏感區功能特性有關。基于此以權重計算形式表征具有不同功能特性的環境敏感區重要程度，并充分考慮敏感區所處位置的污染物濃度梯度及爆炸下限范圍。

事故造成的環境敏感區后果為生態環境敏感區破壞程度與社會環境敏感區破壞程度的加權求和，見公式(1)：

(1)

式中：

E

—環境敏感區破壞后果，其意義為事故對一定面積環境敏感區造成的破壞程度的定量化表示；

ω

—生態環境敏感區破壞后果權重；

ω

—社會環境敏感區破壞后果權重；

ω

—第

i

個生態環境敏感區破環后果權重，其中生態環境敏感區分為4類，

i

最大為4；

e

—第

i

個生態環境敏感區破壞后果值；

ω

—第

i

個社會環境敏感區破壞后果權重，其中社會環境敏感區分為5類，

i

最大為5；

e

—第

i

個社會環境敏感區破壞后果值。事故對全部環境敏感區的破壞后果值用

e

表示，其計算與具體敏感設施面積相關：

(2)

式中：

A

—第

i

個環境敏感區類別中第

j

個區域設施的面積；

z

—第

i

個環境敏感區類別中第

j

個區域設施的破壞程度，根據參考文獻[9]生態環境破壞等級分級標準，將

z

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

z

的值以概率函數法計算得到的人員死亡率為依據劃分量級，并根據主要危險確定，即

f

=

A

+

B

ln(

C

t

)

(3)

(4)

式中：

A

、

B

、

n

—取決于有毒物質性質，液氨取

A

=-5.3，

B

=0.5，

n

=2.75；

C

—有毒物質的擴散濃度，mg/m；

t

—人員有毒物質的接觸時間，min，本文實例取

t

=30min；

LEL—?；返谋ㄏ孪?；

Δ

p

—危化品的超壓值，Pa。

1.2.2 環境敏感區權重確定

本文基于熵權法確定環境敏感區權重。

(1)社會環境敏感區權重確定。

第一步：構建指標體系。權重計算以發生事故后對8個方面的影響為依據：民族團結、文娛及教育、城市建設及其發展、人民生活供應、當地管理機構、人民衛生保健、國家威望、社會輿論。收集5位環境安全領域專家意見，以1分、5分、10分3個等級表征環境敏感區受損對8個評價指標的影響程度大小，對指標無影響為1分，一般影響為5分，極大影響為10分。對5位專家打分結果做平均值處理，將平均值結果與3個影響等級分別做差，取絕對值最小的等級為最終打分結果，見表1。

表1 社會環境敏感區破壞對評價指標影響情況得分表Tab.1 The score table of the social environmental sensitive areas destruction impact on the evaluation index

第二步：數據標準化處理。

(5)

第三步：確定評價指標信息熵。

(6)

(7)

式中：

P

—第

u

個指標占第

i

個社會敏感區的比重；

Y

—第

u

個指標的熵值。則8個評價指標

u

的熵值，見表2。

表2 社會環境敏感區評價指標u的熵值Tab.2 The entropy value of the evaluation index u in social environmental sensitive areas

第四步：計算各指標權重。熵值越小，對方案的評價作用越大，引入差異系數

D

，

D

越大，指標對方案的影響越大。差異系數

D

和評價指標權重

S

見公式(8)、(9)。

D

=1-

Y

(8)

(9)

式中：

m

—評價指標數量，本文

m

=8。

第五步：確定各環境敏感區權重。

(10)

式中：

W

—各類型社會環境敏感區權重，見表3。

表3 社會環境敏感區權重Tab.3 The weight of social environmental sensitive areas

(2)生態環境敏感區權重確定。生態環境敏感區權重計算指標包括：水域、山體、文化古跡、農業種植區及公共綠地區。參考文獻[12]中計算得到上述5項指標的環境風險權重分別為0.32、0.11、0.26、0.23、0.08，引用此結論，基于熵權法計算生態環境敏感區權重，見表4。

表4 生態環境敏感區權重Tab.4 The weight of ecological environment sensitive areas

計算結果表明，社會環境敏感區中，醫院、大學以及住宅區權重較高，生態環境敏感區中，公共綠地和風景名勝權重較高，即這些環境敏感區對事故后果破壞程度的影響更大。

2 案例應用

北京六環總長186.7km，連接多處高速公路及7個區縣。作為中國首都北京市的重要交通路線，北京六環途經多處歷史古跡與文化名勝，周邊分布著人們生產生活所依賴的眾多敏感設施，致使北京六環多處路段均存在不同隱患，一旦發生事故，其后果影響程度不可忽視。

2.1 運輸路線分段

北京六環包括北六環、東六環、南六環、西六環4條路線，分別命名為：R、R、R、R。Reniers等認為在劃分路段時，各路段參數如路外人口密度、路外人口密集場所、事故率及路段脆弱性等應具有一致性?；诖诉\用ArcGIS軟件將北京六環劃分為17個路段，同一路段參數視為相同。

r

代表第

p

條路線上的第

q

個路段。

2.2 環境敏感區事故后果量化結果

本文選取液氨作為實例場景下的?；贰８髀范嗡沫h境敏感區重點設施分布，如圖1。

圖1 北京六環生態環境敏感區、社會環境敏感區敏感設施分布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進行北京六環液氨道路運輸事故后果建模，獲得不同天氣、道路條件下的事故影響范圍，結合ArcGIS可視化，獲得影響范圍內各環境敏感區重點設施所在位置及面積。根據公式(1)、(2)可得各路段環境敏感區破壞后果值及路線總后果值，如圖2、3。

圖2 北京六環各路段生態及社會環境敏感區破壞后果Fig.2 The consequence of ecological and social environmental sensitive areas destruction in Beijing Sixth Ring Road

圖3 北京六環各路線環境敏感區后果值Fig.3 The consequence values of environmentally sensitive areas in Beijing Sixth Ring Road

結果表明，社會環境敏感區相關敏感設施分布比生態環境敏感區更加廣泛，但生態環境敏感區的破壞后果值遠大于社會環境敏感區，即事故對生態環境造成的破壞更加嚴重，甚至具有不可逆性，此特征具體表現在路段

r

、

r

上。4條路線中，事故導致環境敏感區破壞后果更嚴重的為東六環和西六環，其中西六環的事故后果值最大。

3 驗證

?；返缆愤\輸事故風險表示為事故率和事故后果的乘積。

以Harwood提出的危化品運輸事故率計算為依據，基于道路、天氣條件引入修正系數進行調整得到最終?；返缆愤\輸事故率。以參考文獻[17]提出的暴露人口計算方法為基礎進行人員死亡后果計算，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人數即為人員死亡后果，事故總后果值為環境敏感區后果與人員死亡后果之和。

基于任常興等提出的危化品道路運輸現實風險分級指數評價法對北京六環各路段進行現實風險值計算，與本文量化結果對比，如圖4。

圖4 北京六環液氨道路運輸事故路段風險值與現實風險值對比Fig.4 The comparison between risk value and actual risk value of the liquid ammonia transportation accident in Beijing Sixth Ring Road

結果顯示，二者風險值分布趨勢基本相同。由于?；返缆愤\輸現實風險分級指數評價法考慮安全管理水平，因此存在個別路段風險值相差過大，但整體風險排序結果一致，因此本文提出的旨在量化環境敏感區后果的?；返缆愤\輸風險評價模型具有一定的科學性和準確性。

4 結論

通過以環境敏感區破壞后果為重點的事故后果量化評估，考慮不同環境條件對?；返缆愤\輸事故后果的影響差異，進行?；返缆愤\輸事故風險預測及分析，研究結論如下：

(1)將本文?；返缆愤\輸事故風險值計算結果與危化品道路運輸現實風險分級指數評價法計算結果進行對比驗證，結果顯示二者風險趨勢一致，即運用優化后的?；返缆愤\輸風險評價模型對環境敏感區進行后果影響評估具有一定準確性和科學性。

(2)對?；返缆愤\輸事故后果計算依據進行改進，基于熵權法討論環境敏感區及具體敏感設施分類，結果表明社會環境敏感區中醫院、大學以及住宅區所占權重較高，生態環境敏感區中公共綠地和風景名勝權重較高，即以上環境設施對事故后果的承載能力更小，事故破壞影響更大。

(3)基于北京六環現實交通狀況及環境條件進行液氨道路運輸實例計算，其環境敏感區后果研究表明，社會環境敏感區存在范圍更廣，但其事故后果值小于生態環境敏感區后果值，這與生態環境破壞的不可逆性有關；北京六環各路段中

r

、

r

路段的環境敏感區后果更為嚴重，4條路線中西六環環境敏感區破壞后果值最大，因此，?；返缆愤\輸風險管理中應重點關注北京西六環路段的風險與預警。