基于城市建筑GIS重大事故应急疏散决策研究
 

摘要:在事故发生后,如何快速确定疏散范围以及使应急疏散成本最低是重大事故发生后,应急指挥人员需要解决的一个重要问题。本文在事故后果模拟的基础上,确定了单种灾害和多种灾害发生时应急疏散范围,并结合GIS将需要疏散的建筑物标识出来,最后建立了应急疏散最优模型,确定应急疏散的最优方案。本文的研究为应急指挥决策者提供了科学依据。

关键词:重大事故  事故后果模拟  应急疏散  GIS

中图分类号:TU7  文献标识码:A  文章编号:(200701-0027-03

 

基于GIS的重大事故应急疏散决策研究

 

谢旭阳

 

1、前言

城市的一个子系统发生事故会迅速影响、波及到其他子系统,形成连锁反应。特别是城市人群的聚集性、财富的集中性、设施(设备)的关联性以及生产与生活的紧密性,使城市事故、灾害和突发事件具有突发性、连续性、灾难性、密集性、扩散性和社会性等特点。由于城市化进程的加快,城市事故、灾害、突发重大事件多发和危害增大成为一种客观趋势。如2005329,京沪高速公路淮安段因车祸发生液氯泄漏事故,造成28人中毒死亡。20051113,吉林省吉林市吉化公司发生毒气泄漏,造成70人受伤,数万人疏散以及松花江的污染。

随着城市规模的增大和城市功能的增强,在城市中生活的人们面临的安全问题也越来越多、越来越严重。提高政府应对突发事件、事故和灾害的能力,既是关系人民群众安危的一项紧迫任务,也是有关政府安全的重要课题。在事故过程中(特别是危险化学品泄漏事故),必须及时做好周围人员及居民的紧急疏散工作。如何根据事故的影响范围(在危险化学品泄漏过程中,根据不同化学物质的理化特性和毒性,并结合气象条件),迅速确定疏散距离,并使应急疏散最优化是应急救援中一项重要课题。

在以往的研究中,人们关注更多的是事故后果的模拟或者是单一事故后的疏散范围的模拟[1-4],但对于多种灾害事故后果模拟以及如何最优化疏散,使疏散总距离最短方面的研究却很少涉及。

2、疏散范围的确定

       根据一定的方法确定疏散范围是进行应急疏散决策的前提,以下讨论了单种灾害和多种灾害发生情况下应急疏散范围的确定。

2.1 火灾、爆炸事故疏散范围的确定

在事故后果计算中,对于火灾、爆炸的死亡区、重伤区、轻伤区已经进行了计算[2]。根据火灾、爆炸的特点,将轻伤区为确定疏散范围时,如图1所示。

2.2有毒物质泄漏事故疏散范围的确定

在危险化学品泄漏事故中,可以根据两种方法来确定疏散范围:根据事故后果模拟确定疏散范围以及根据试验数据确定疏散范围。

2.2.1 按事故后果模拟确定疏散范围

在事故后果计算中,对于有毒有害气体泄漏的Lc50等浓度曲线、Ic50等浓度曲线、Pc50等浓度曲线进行了计算[2]。在风向稳定的情况下,以Pc50等浓度曲线作为疏散范围(如图2所示)。在风向不确定,为了确保安全以及人员密度不大的情况下,根据有毒有害气体扩散的特点,在Pc50等浓度曲线的基础上,可以Pc50曲线下风向的最大距离画一个圆作为疏散范围,如图2所示。

2.2.2按试验数据确定疏散范围

美国、加拿大和墨西哥根据实验结果,联合编制了应急疏散数据。这些数据是运用了最新的释放速率和扩散模型,统计了美国运输部有害物质事故报告系统(HMIS)数据库的数据,并经过美国、加拿大、墨西哥三国120多个地方5年的每小时气象学观察资料以及各种化学物质毒理学接触数据等四个方面综合分析而成,具有很强的科学性[5]。虽然我国气象情况、地形等与三国有较大的差异,但鉴于我国目前尚无这方面的详细实验资料,这些数据在疏散时可用来作为参考。

疏散范围分为两个带:紧急疏散区和待疏散区(参见图3)。紧急隔离带是以紧急隔离距离为半径的圆,在该范围内的人员需要立即疏散;下风向疏散距离是指必须采取保护措施的范围,即该范围内的居民处于有害接触的危险之中,可以采取撤离、密闭住所窗户等有效措施,并保持通讯畅通以听从指挥。由于夜间气象条件对毒气云的混和作用要比白天来得小,毒气云不易散开,因而下风向疏散距离相对比白天的远。

3  有毒有害气体泄漏疏散范围的划分与计算

紧急疏散区和待疏散区的范围确定如表1所示[5]。使用该表内的数据还应结合事故现场的实际情况如泄漏量、泄漏压力、泄漏形成的释放池面积、周围建筑或树木情况以及当时风速等进行修,如有数辆槽罐车、储罐、或大钢瓶泄漏,应增加大量泄漏的疏散距离;如泄漏形成的毒气云从山谷或高楼之间穿过,因大气的混和作用减小,表中的疏散距离应增加。白天气温逆转或在有雪覆盖的地区,或者在日落时发生泄漏,如伴有稳定的风,也需要增加疏散距离。因为在这类气象条件下污染物的大气混和与扩散比较缓慢(即毒气云不易被空气稀释),会顺下风向飘的较远。另外,对液态化学品泄漏,如果物料温度或室外气温超过30,疏散距离也应增加。

1  各种危险化学品泄漏事故中的疏散距离

UN No

化学品名称

少量泄漏

大量泄漏

紧急

隔离

白天

疏散

夜间

疏散

紧急

隔离

白天

疏散

夜间

疏散

1005

(液氨)

30m

0.2km

0.2km

60m

0.5km

1.1km

1008

三氟化硼(压缩)

30m

0.2km

0.6km

215m

1.6km

5.1km

1016

一氧化碳(压缩)

30m

0.2km

0.2km

125m

0.6km

1.8km

1017

氯气

30m

0.3km

1.1km

275m

2.7km

6.8km

1023

压缩煤气

30m

0.2km

0.2km

60m

0.3km

0.5km

1026

氰(乙二腈)

30m

0.3km

1.1km

305m

3.1km

7.7km

1040

环氧乙烷

30m

0.2km

0.2km

60m

0.5km

1.8km

1045

氟气(压缩)

30m

0.2km

0.5km

185m

1.4km

4.0km

1048

无水溴化氢

30m

0.2km

0.5km

125m

1.1km

3.4km

1050

无水氯化氢

30m

0.2km

0.6km

185m

1.6km

4.3km

1051

氰化氢(氢氰酸)

60m

0.2km

0.5km

400m

1.3km

3.4km

1052

无水氟化氢

30m

0.2km

0.6km

125m

1.1km

2.9km

1053

硫化氢

30m

0.2km

0.3km

215m

1.4km

4.3km

1062

甲基溴

30m

0.2km

0.3km

95m

0.5km

1.4km

1064

甲硫醇

30m

0.2km

0.3km

95m

0.8km

2.7km

 

注:

*  少量泄漏:小包装(<200 L)泄漏或大包装少量泄漏

** 大量泄漏:大包装(>200 L)泄漏或多个小包装同时泄漏

+  指某些气象条件下,应增加下风向的疏散距离。

2.3 多种灾害疏散范围的确定

在事故发生的时候,往往会出现多种灾害同时发生的情况,如:危化品物质在泄漏的过程中可能同时发生火灾或者爆炸的情况,易燃易爆气体往往同时发生火灾或者爆炸的情况。这时,需要确定多种灾害情况下的疏散范围。

2.3.1 火灾与爆炸同时发生

当同时发生火灾、爆炸情况时,分别计算火灾与爆炸的疏散范围为AreaFireAreaBlast,取两个疏散范围的合并区域作为事故疏散范围,可以用如下公式进行计算:

AreaEvaculation=Union (AreaFire, AreaBlast)                                1

其中,AreaEvaculation——疏散范围;

AreaFire——火灾事故疏散范围;

AreaBlast——爆炸事故疏散范围;

2.3.2 火灾、爆炸与有毒物质泄漏同时发生

对于有易燃易爆的有毒有害气体泄漏,在泄漏时可能出现发生火灾、爆炸的情况。有毒物质泄漏扩散疏散范围确定方法有两种,所以在确定有毒物质泄漏同时发生火灾或爆炸情况下的疏散范围时有两种方式。

1)按照事故后果模拟确定疏散范围

当有毒物质泄漏发生同时火灾或爆炸时,分别计算火灾、爆炸、有毒物质泄漏的疏散范围为AreaFireAreaBlastAreaToxic,则取三个疏散范围的合并区域作为事故疏散范围,可以用如下公式进行计算:

AreaEvaculation=Union (AreaFire, AreaBlast, AreaToxic)                2

其中,AreaEvaculation——疏散范围;

AreaFire——火灾事故疏散范围;

AreaBlast——爆炸事故疏散范围;

AreaToxic——有毒物质按照事故后果计算的疏散范围。

2)事故后果模拟结合实验数据

当有毒物质泄漏疏散范围按照实验数据,而火灾、爆炸疏散范围按照事故后果计算来确定时,这时的紧急疏散区域和待疏散区域的计算如下:

a. 首先分别计算火灾、爆炸、有毒物质泄漏的紧急疏散区、以及下风向疏散区域,计算结果分别为:AreaFire, AreaBlast, AreaEmergency, AreaWind

b. 取三个疏散范围的合并区域作为事故疏散区域(如图4所示),紧急疏散区域可以用下式进行计算:

AreaEvaculation=Union (AreaFire, AreaBlast, AreaEmergency)                   3

其中,AreaEvaculation——紧急疏散区域;

AreaFire——火灾事故疏散范围;

AreaBlast——爆炸事故疏散范围;

AreaToxic——有毒物质泄漏的紧急疏散范围。

4  有毒有害气体泄漏发生多种灾害时疏散范围的确定

c. 以有毒物质泄漏待疏散区域减去与紧急疏散区域重叠部分区域作为多种灾害同时发生时的待疏散区域(如图4所示),可以用下式来进行计算:

AreaWaiting= Difference (AreaEvaculation, AreaWind)                         4

其中,AreaWaiting——多种灾害发生时待疏散区域;

AreaWind——有毒物质泄漏待疏散区域。

3、最优疏散模型

在确定需要疏散范围基础上,可以结合建筑物图层来确定相应的需要疏散的建筑物。根据建筑物内的人数或人员密度可以确定总的需要疏散的人员。

在计算疏散时,假设需要疏散的建筑物为m个,每栋建筑物的标记为Sm,每栋建筑物需要疏散的人数为ai;假设城市有n个避难场所,避难场所的标记为Dn,每个避难场所所能容纳的最多人数为bj。这样就构成了一个最优疏散的问题,如图5所示。

5      应急疏散优化示意图

上图的最优疏散模型可用下式表示[6]

                                 5

其中,z(x)——总的疏散距离,m

i=1,2,…,m

j=1,2,…n;

xij——从疏散区域Si到避难场所Dj的疏散量;

lij——疏散区域Si到避难场所Dj的长度,m

ai——疏散区域Si所需要疏散的总人数;

bj——避难场所Dj所能容纳的总人数。

通过求解上述最优疏散模型[7],就可以得出各个建筑物疏散Sm疏散到避难场所Dn的人员数量xij。该模型使总的疏散量最小,如果考虑到道路的状况以及交通流状况等,lij可以设为综合考虑这些情况后的当量长度。

4、示例

在此研究的基础上,作者利用VBSuperMap Object5.0开发了一个重大事故应急疏散决策支持系统,并在城市得到应用。在该示例中,假设氯气在夜间发生大量的泄漏,需要疏散的建筑物(如图6所示),并根据确定的疏散地点来确定最优路径以及疏散到避难场所的人员数量。

6 光气在夜间大量泄漏后疏散范围的确定

5、结束语

本研究在事故后果模拟以及实验数据的基础上,确定了多种灾害情况下的疏散范围,在此基础上,建立了应急疏散决策的最优模型。根据该方法,在事故发生后,可以快速地为应急决策者提供疏散的科学依据,并可节省大量的人力和物力。

 

参考文献

[1]董希琳.常见有毒化学品泄漏事故模型及救援警戒区的确定[J].武警学院学报,vol17(6).

[2]吴宗之、高进东、魏利军.危险评价方法及其应用[M].冶金工业出版社,2002.

[3]Explosion Hazard AssessmentHSE2001.

[4]Manual of Industrial Hazard Assessment TechniquesWorld Bank1985.

[5]2004 Emergency Response GuidebookA GUIDEBOOK FORFIRST RESPONDERS DURING THE INITIAL PHASE OF A DANGEROUS GOODS/HAZARDOUS MATERIALS INCIDENThttp://hazmat.dot.gov/pubs/erg/erg2004.pdf.

[6]《运筹学》教材编写组.运筹学(第三版)[M].清华大学出版社,2005.6.

[7]奚梅成.数值分析方法[M].中国科学技术大学出版社,1995.



  作者简介谢旭阳,男,清华大学博士后,中国安全生产科学研究院。

paper   2007-08-10 16:56:19 评论:0   阅读:1136   引用:0

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