CN101763095A - 一种移动化学风险源预测预警和应急控制方法 - Google Patents

一种移动化学风险源预测预警和应急控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种移动化学风险源预测预警和应急控制方法，属于危害控制领域。步骤为：①确定移动风险源的物质种类、数量以及保护目标的地理坐标；②获得目标风险模拟范围的风场、湍流量的预报结果；③获得保护目标的危害度时空分布；④获得基于GIS平台的移动化学风险源预测预警与控制方案；⑤实时在线发布。本发明方法能够在很短的时间内就得出移动化学风险源对保护目标的危害度时空分布，并实现实时在线发布。

Description

一种移动化学风险源预测预警和应急控制方法
技术领域
本发明涉及一种危险源控制方法，特别涉及一种移动化学风险源预测预警和应急控制方法，属于危险源控制领域。
背景技术
世界各国每天都有数万吨有毒有害化学品在生产、存储和运输，化学事故时有发生。这些化学事故很大一部分来自于有毒有害化学品的运输，比如，2005年3月29日，京沪高速公路淮安段发生液氯泄漏重大化学事故，造成31人死亡，436人中毒住院，10500人紧急疏散，大量家禽家畜死亡，直接财产损失2900多万元。除了有毒有害化学品常规运输发生事故外，利用2002年4月11日，一名恐怖分子驾驶着一辆装满液化天然气的卡车，撞向突尼斯南部杰尔巴岛上的一座犹太庙，结果造成21人死亡。在重大活动中，恐怖分子和其他不法分子往往通过交通工具实施化学袭击。由于交通工具的机动性，预测移动化学风险源发生事件时对保护目标的危害，常常因大气扩散数值模式巨大的计算量难以实现。比如，奥运会开幕式时，要对奥体中心、天安门、中关村等重要目标进行保护，在数值模拟的常规方法中，是将北京市划分为若干个网格，计算移动风险源在每个可能达到的网格点上对保护目标将产生的危害。例如将计算区域分为100×100个网格，需要计算的情况可到数千种，而每种情况计算时间流场的预报外扩散计算通常还需要几分钟，那么要计算移动风险源对保护目标危害度的分布需要10天以上的时间，而流场预报的时间通常在3天之内，显然已有技术无法对移动风险源进行预测预警和控制。
本发明涉及到的已有技术有：MM5；RAMS。
MM5(Mesoscale Model 5，中尺度模式)是由美国国家大气研究中心和宾夕法尼亚州立大学联合开发的第5代中尺度天气预报模式，具有多重嵌套能力、非静力动力模式以及四维同化的能力，并能在计算机平台上运行，可以广泛用于大气科学研究，特别适合模拟或预报中尺度和区域尺度的大气环流。
RAMS(Regional Atmospheric Modeling System，区域大气模式)是一个三维、非流体静力、可压缩区域大气模式。模式的动力框架是非流体静力、原始方程中尺度模式，该模式是由二十世纪七十年代Cotton提出的中尺度动力系统与微物理过程模式和Pielke发展的中尺度和陆面特性模式发展起来的，具有多用途、多功能的特点。目前，RAMS模式可以模拟的对象包括龙卷风、雷暴、积云、非均匀地表上对流边界层中涡流、非均匀下垫面地气相互作用以及动力和热力强迫下的中尺度大气运动等中尺度现象，甚至风洞内的湍流和建筑物周围的小尺度绕流现象，并且可选用RAMS作为城市局地尺度大气环境运动场的模拟工具。
预警指标体系是根据有毒有害化学品的物化性质和预警等级建立的对人体伤害的计量(浓度或剂量)标准。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种基于伴随模式的移动化学风险源预测预警和应急控制方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
首先给出相关术语的定义：
保护目标所在区域是指针对保护目标所设定的气象场模拟范围的整个区域；
目标风险模拟范围是指风险源对保护目标可能存在风险的计算范围。
基于上述定义，本发明的一种针对保护目标的移动化学风险源的控制方法的具体操作步骤如下：
步骤一、确定移动风险源的物质种类、数量以及保护目标的地理坐标。
步骤二、获得目标风险模拟范围的风场、湍流量的预报结果。
步骤三、获得保护目标的危害度时空分布，其具体操作步骤如下：
通过数据转换引擎将步骤一获得的保护目标的地理坐标数值转换为笛卡尔坐标数值，同时将该坐标值以及步骤一获得的移动风险的物质种类和数量，步骤二获得的风场、湍流量的预报结果输入化学危害度预测模式(CAMx伴随模式)获得针对保护目标的危害度时空分布；化学危害预测模式(CAMx伴随模式)参考刘峰，张远航，苏航等的文献《大气化学传输模式CAMx的伴随模式：构建及应用》【北京大学学报(自然科学版)，2007.11：764-770】。
所述获取保护目标的危害度时空分布的具体方法如下：
第1步：设置目标风险模拟范围的网格L×M(L，M为正整数，根据实际情况人为设定)；设置循环次数变量初始值a＝0；
第2步：设置初始分辨率Δx，则初始目标风险模拟范围的面积为S0＝LΔx×MΔx，m2；
第3步：根据预警指标体系获取危险度的剂量阈值DP，通常取有毒化学品的允许剂量值；
第4步：应用化学危害度预测模式(CAMx伴随模式)得到地面人员活动高度内的平均剂量值d(i，j)，其中i＝1、2、...、L，j＝1、2、...、M；
第5步：如果d(1，j)≥DP或d(L，j)≥DP或d(i，1)≥DP或d(i，M)≥DP，令a＝a+1，则令Δx＝Δx·2a，重复第4步；
第6步：如果同时满足d(1，j)＜DP、d(L，j)＜DP、d(i，1)＜DP和d(i，M)＜DP，则认为已经得到目标风险模拟范围，然后得出最终保护目标的致死剂量、失能剂量和允许剂量的危害度时空分布。
步骤四、获得基于GIS平台的移动化学风险源预测预警与控制方案
将步骤三得到的保护目标的危害度时空分布输入数据转换引擎，数据转换引擎将危害度时空分布的标量数据转换为具有空间地理信息的矢量数据，形成基于GIS平台的移动风险源应急控制方案。
本发明还包括步骤五、实时在线发布：
通过ArcGIS9.3系统，将致死剂量、失能剂量和允许剂量表示的危害度时空分布在ArcGIS9.3系统上进行展示，实现对移动风险源对保护目标的危害度分布定量化、直观化、矢量化和智能化，并实时更新。
有益效果
本发明提出的一种移动化学风险源预测预警和应急控制方法，能够实现在很短的时间内就得出移动化学风险源对保护目标的危害度时空分布。
具体实施方式
根据上述技术方案，下面通过具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的一种针对保护目标的移动化学风险源的控制方法的具体操作步骤如下：
步骤一、确定移动风险源的物质种类、数量以及保护目标的地理坐标。
步骤二、获得目标风险模拟范围的风场、湍流量的预报结果，其具体操作步骤如下：
第1步：应用全球尺度的背景场T213作为MM5的初始场，调用保护目标所在区域内的GIS数据作为边界条件，通过多层网格嵌套，滚动并行计算，预报未来数十小时内保护目标所在区域的气象场，包括风场、湍流量、温度场、气压场等；
第2步：以MM5的模拟结果作为初始条件，根据步骤一获取的保护目标的地理坐标初步确定目标风险模拟范围的位置信息；调用保护目标所在区域内精细的GIS数据，包括地形、植被、建筑物、水系、道路、土壤等要素分布状况，驱动RAMS6.0进行并行计算，预报精细的气象场，得出保护目标所在区域所需要的风场、湍流量的预报结果。
步骤三、计算保护目标的危害度时空分布。
第1步：设置目标风险模拟范围的网格L×M，默认为L＝M＝100；设置循环次数变量初始值a＝0；
第2步：设置初始分辨率Δx，默认值为10m，则初始目标风险模拟范围的面积为S0＝LΔx×MΔx，m2；
第3步：根据预警指标体系获取危险度的剂量阈值DP，取有毒化学品的允许剂量值；
第4步：应用化学危害度预测模式(CAMx伴随模式)得到地面人员活动高度内的平均剂量值d(i，j)，其中i＝1、2、...、L，j＝1、2、...、M；
第5步：如果d(1，j)≥DP或d(L，j)≥DP或d(i，1)≥DP或d(i，M)≥DP，令a＝a+1，则令Δx＝Δx·2a，重复第4步；
第6步：如果同时满足d(1，j)＜DP、d(L，j)＜DP、d(i，1)＜DP和d(i，M)＜DP，则认为已经得到目标风险模拟范围，然后得出最终保护目标的致死剂量、失能剂量和允许剂量的危害度时空分布。
步骤四、获得基于GIS平台的移动化学风险源预测预警与控制方案
将保护目标的危害度时空分布输入数据转换引擎，数据转换引擎将危害度时空分布的标量数据转换为具有空间地理信息的矢量数据，形成基于GIS平台的移动风险源应急控制方案。
步骤五、实时在线发布
通过ArcGIS9.3系统，将致死剂量、失能剂量和允许剂量表示的危害度时空分布在ArcGIS9.3系统上进行展示，实现对移动风险源对保护目标的危害度分布定量化、直观化、矢量化和智能化，并实时更新。
经过上述步骤，即可获得移动化学风险源预测预警和应急控制方案，并实现实时在线发布。

Claims (4)

1.一种移动化学风险源预测预警和应急控制方法，其特征在于：包括步骤如下：
步骤一、确定移动风险源的物质种类、数量以及保护目标的地理坐标；
步骤二、获得目标风险模拟范围的风场、湍流量的预报结果；
步骤三、获得保护目标的危害度时空分布，其具体操作步骤如下：
通过数据转换引擎将步骤一获得的保护目标的地理坐标数值转换为笛卡尔坐标数值，同时将该坐标值以及步骤一获得的移动风险的物质种类和数量，步骤二获得的风场、湍流量的预报结果输入化学危害度预测模式，获得针对保护目标的危害度时空分布；
步骤四、获得基于GIS平台的移动化学风险源预测预警与控制方案；
将步骤三得到的保护目标的危害度时空分布输入数据转换引擎，数据转换引擎将危害度时空分布的标量数据转换为具有空间地理信息的矢量数据，形成基于GIS平台的移动风险源应急控制方案。
2.如权利要求1所示的一种移动化学风险源预测预警和应急控制方法，其特征在于：还包括步骤五、实时在线发布：
通过ArcGIS9.3系统，将致死剂量、失能剂量和允许剂量表示的危害度时空分布在ArcGIS9.3系统上进行展示，实现对移动风险源对保护目标的危害度分布定量化、直观化、矢量化和智能化，并实时更新。
3.如权利要求1或2所示的一种移动化学风险源预测预警和应急控制方法，其特征在于：步骤二获得目标风险模拟范围的风场、湍流量的预报结果的具体操作步骤为：
第1步：应用全球尺度的背景场T213作为MM5的初始场，调用保护目标所在区域内的GIS数据作为边界条件，通过多层网格嵌套，滚动并行计算，预报未来数十小时内保护目标所在区域的气象场，包括风场、湍流量、温度场、气压场等；
第2步：以MM5的模拟结果作为初始条件，根据步骤一获取的保护目标的地理坐标初步确定目标风险模拟范围的位置信息；调用保护目标所在区域内精细的GIS数据，包括地形、植被、建筑物、水系、道路、土壤等要素分布状况，驱动RAMS6.0进行并行计算，预报精细的气象场，得出保护目标所在区域所需要的风场、湍流量的预报结果。
4.如权利要求1或2所示的一种移动化学风险源预测预警和应急控制方法，其特征在于：所述步骤三获取保护目标的危害度时空分布的具体方法如下：
第1步：设置目标风险模拟范围的网格L×M；设置循环次数变量初始值a＝0；
第2步：设置初始分辨率Δx，则初始目标风险模拟范围的面积为S0＝LΔx×MΔx，m2；
第3步：根据预警指标体系获取危险度的剂量阈值DP，通常取有毒化学品的允许剂量值；
第4步：应用化学危害度预测模式，即CAMx伴随模式，得到地面人员活动高度内的平均剂量值d(i，j)，其中i＝1、2、…、L，j＝1、2、…、M；
第5步：如果d(1，j)≥DP或d(L，j)≥DP或d(i，1)≥DP或d(i，M)≥DP，令a＝a+1，则令Δx＝Δx·2a，重复第4步；
第6步：如果同时满足d(1，j)＜DP、d(L，j)＜DP、d(i，1)＜DP和d(i，M)＜DP，则认为已经得到目标风险模拟范围，然后得出最终保护目标的致死剂量、失能剂量和允许剂量的危害度时空分布。
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