罐式车辆道路运输毒性气体泄漏扩散模型与风险评价研究

摘要

气体危险货物作为燃料、原料及生产加工辅料在众多行业和人民日常生活中被广泛应用，但因具有种类繁多、性质复杂、危险性高等显著特征，其道路运输安全日益受到各界关注。其中，毒性气体除可能具有易燃、易爆特性外，毒害作用则是对公共安全与生态环境的最大威胁。毒性气体运输过程中一旦发生泄漏，将对运输沿线居民的生命健康与财产安全造成严重伤害，对周边环境的破坏及长远影响更加难以估量。罐式车辆是液体与气体危险货物道路运输的主要承载工具。相关调查表明，罐式车辆在我国道路危险货物运输车辆中占有较高比例，而近80％的道路运输危险货物事故涉及罐车。可见罐式车辆道路运输毒性气体是具有较高风险的作业活动，确保其安全与可靠性，对保障人民群众生命财产安全及社会稳定具有特殊意义。目前，国内外相关研究存在薄弱环节，一些关键问题有待深入探索。本文研究内容主要有以下方面：
　　 ①系统分析国内外道路危险货物运输风险评价和毒性气体泄漏扩散模型研究现状、发展趋势及存在的主要问题；通过现场勘查、资料查阅并使用各类事故数据系统，整理了886起我国罐式车辆道路运输危险货物事故案例；采用统计分析、对比分析等方法探究我国罐式车辆道路运输危险货物事故规律，并掌握其时间、空间、致因、形态、后果分布及泄漏概率等重要统计特征。
　　 ②基于罐式车辆道路运输危险货物事故特征，以系统论、控制论及安全工程学为理论依据，深入分析罐式车辆道路运输危险货物事故机理；建立基于改进GRA（GeneralizedReliabilityAnalysis）方法的罐式车辆道路运输危险货物可靠性分析模型，为事故防治及风险减缓提供理论依据。
　　 ③针对我国道路运输危险货物风险分析研究中事故概率取值依赖国外数据的现状，基于国内事故特征研究及多元非线性回归方法对国外相关数据进行合理修正，提出符合我国国情的道路运输危险货物事故概率取值方法；充分考虑道路因素与非道路因素对罐式车辆道路运输危险货物事故易发性的影响，提出罐式车辆道路运输危险货物泄漏事故概率计算模型。
　　 ④研究确定罐式车辆道路运输毒性气体泄漏事故后果严重度，充分考虑人口与环境因素，提出平均人口密度、时变人口密度和路段环境敏感度的概念及量化方法，用以建立针对不同对象的风险评价模型。
　　 ⑤考虑事故概率与事故后果两方面因素，构建罐式车辆道路运输毒性气体泄漏风险评价模型。针对罐式车辆道路运输毒性气体对沿线人员、环境、公共设施等社会元素的潜在威胁，建立了基于BP神经网络的社会风险度评价模型；针对罐式车辆道路运输毒性气体对沿线居民生命财产安全等个人因素造成的潜在威胁，建立了基于蒙特卡罗方法的个人风险值计算模型；
　　 ⑥基于数学物理方法并结合我国道路运输危险货物实际，推导出罐式车辆道路运输毒性气体泄漏的大气扩散方程；解决了扩散参数选取、边界条件设定、初始源强获取、变化及位置控制等系列问题，最终建立适用于固定点源连续泄漏、瞬时泄漏、移动点源连续泄漏的罐式车辆道路运输毒性气体泄漏扩散模型。
　　 ⑦运用现代求解理论与工具，对固定点源连续泄漏、瞬时泄漏、移动点源连续泄漏等典型事故场景进行数值模拟，验证所建扩散模型的合理性与适用性；得到不同事故场景下毒性气体三维空间分布及不同时刻各浓度区域范围，为事故预警、救援及风险分析提供科学依据。
　　 最后，运用所建罐式车辆道路运输毒性气体泄漏风险评价模型，对实例路段社会风险和个人风险进行分析，并得到道路两侧人口个体风险与群体风险评价结果；用所建罐式车辆道路运输毒性气体泄漏扩散模型，对事故场景进行数值模拟，并提出基于时间的事故预警方案及事故救援、疏散策略。研究表明，本文建立的罐式车辆道路运输毒性气体泄漏风险评价模型能够客观反映途经路段的风险水平，罐式车辆道路运输毒性气体泄漏扩散模型方程能准确描述毒性气体三维扩散过程，且与道路运输实际高度接近。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 道路运输危险货物事故特征与机理

1．2．2 罐式车辆道路运输危险货物风险评价

1．2．3 毒性气体泄漏大气扩散模型及应急疏散

1．2．4 研究中存在的问题

1．3 本文研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 罐式车辆道路运输危险货物事故特征与机理

2．1 罐式车辆道路运输危险货物事故定义及分类

2．1．1 事故定义

2．1．2 事故分类

2．2 我国罐式车辆道路运输危险货物事故特征分析

2．2．1 事故统计及数据有效性

2．2．2 事故总体特征

2．2．3 事故时间与主要致因分布

2．2．4 道路等级与事故路段分布

2．2．5 事故类型与道路等级分布

2．2．6 事故类型与泄漏概率分布

2．2．7 道路等级与泄漏概率分布

2．2．8 事故后果与货物种类分布

2．3 罐式车辆道路运输危险货物事故机理

2．4 罐式车辆道路运输危险货物系统安全可靠性分析

2．4．1 罐式车辆道路运输危险货物系统特征

2．4．2 基于改进GRA方法的罐式车辆道路运输危险货物系统安全可靠性

2．5 本章小结

第三章 罐式车辆道路运输毒性气体泄漏风险评价

3．1 罐式车辆道路运输毒性气体泄漏风险定义

3．2 罐式车辆道路运输毒性气体泄漏风险评价原则

3．3 罐式车辆道路运输毒性气体泄漏风险评价流程

3．4 罐式车辆道路运输危险货物泄漏事故概率分析

3．4．1 基本交通事故率

3．4．2 交通事故率修正

3．4．3 非交通事故率

3．4．4 非交通事故率修正

3．4．5 企业安全管理修正因子

3．4．6 罐式车辆道路运输危险货物泄漏事故概率计算模型

3．5 罐式车辆道路运输毒性气体泄漏事故后果分析

3．5．1 路段人口密度

3．5．2 路段环境影敏感度

3．6 罐式车辆道路运输毒性气体泄漏风险评价模型

3．6．1 社会风险评价模型

3．6．2 个人风险评价模型

3．7 本章小结

第四章 罐式车辆道路运输毒性气体泄漏扩散模型

4．1 罐式车辆道路运输毒性气体泄漏事故类型

4．2 罐式车辆道路运输毒性气体泄漏扩散模型

4．2．1 大气平流扩散方程

4．2．2 方程简化

4．2．3 参数μ、Ky、Kz的确定

4．2．4 方程的边界条件

4．2．5 扩散参数选取

4．3 罐式车辆道路运输毒性气体泄漏扩散模型与高斯模式对比

4．4 本章小结

第五章 典型泄漏事故场景数值模拟

5．1 数值模拟软件COMSOL Multiphysics

5．2 模型建立

5．3 固定点源连续泄漏数值模拟

5．3．1 计算参数

5．3．2 数值模拟

5．4 固定点源瞬时泄漏数值模拟

5．4．1 计算参数

5．4．2 数值模拟

5．5 移动点源连续泄漏数值模拟

5．5．1 计算参数

5．5．2 数值模拟

5．6 本章小结

第六章 实例应用

6．1 实例基本情况

6．1．1 陕西省公路运输现状及道路运输危险货物行业现状

6．1．2 所选运输企业概况

6．1．3 所选路段概况

6．1．4 所选路段气象条件概况

6．2 路段风险分析

6．2．1 路段基本泄漏事故概率

6．2．2 路段泄漏事故概率

6．2．3 路段人口密度

6．2．4 路段环境敏感度

6．2．5 路段社会风险分析

6．2．6 路段个人风险分析

6．3 路段泄露事故预警与救援

6．3．1 事故场景设定

6．3．2 事故预警与救援范围

6．3．3 事故救援与疏散策略

结论与展望

主要结论与研究成果

主要创新点

研究展望

参考文献

附录

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢