CN110232519A - 一种内河危险化学品运输风险评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内河危险化学品运输风险评估系统，包括：指数法风险评估单元，用于获取事故发生频率数据、事故后果数据、应急补偿力量效用数据，根据上述数据计算风险评价数值，再结合风险指数分级标准得到风险评估结果；定量化风险评估单元，包括事故后果损害量化模块及风险评估预警模块，根据国内通货膨胀系数、污染危害系数和环境敏感系数计算损失费用，结合内河分段结果得到风险评估结果。本发明建立了内河危险化学品运输风险评价体系，基于内河环境敏感状况、危险化学品危害性、化学品船最可能泄漏量等三方面，建立事故后果评估模型，结合事故发生的概率及应急措施等影响因素，综合评判事故风险等级。

Description

一种内河危险化学品运输风险评估系统

技术领域

本发明涉及交通运输领域，具体而言，尤其涉及一种内河危险化学品运输风险评估系统。

背景技术

近年来，我国充分借鉴国外安全评价方法和危防管理经验，已在溢油的应急管理中取得了一定成效，然而由于船载危险化学品的复杂性和特殊危害性，再加上国内外危险化学品事故风险评价缺少统一的标准，船载危险化学品事故风险评价仍是我国应急管理体系建设中亟需解决的问题。就方法和模型而言，目前国内主要运用模糊数学评估法、灰色系统法评估法、层次分析法和风险矩阵法等这几种风险评估方法，只能单一说明事故的风险性高低。

首先，虽有学者研究发表过基于指数法进行风险评估的报道，但考虑因素单一，比如只分析生态环境系统受威胁程度，或分析危险化学品在运输途中各个环节的主要风险，既没有考虑事故发生的概率以及应急措施所减少风险，也没有建立相对健全的风险评价体系。

其次，现有危险化学品风险评估方法中，基本为定性或半定量分析事故风险水平，国际海事组织的海洋环境保护委员会(MEPC)和海洋安全委员会(MSC)等，通过评估单一化学品的危害性、适装船型、运输要求等方面，进行风险评估。化学品评估模型可以分析一定时间内，化学品泄漏水体后的浓度变化，也可分析化学品进入环境后的转化及分配行为，但不能体现污染物总量随时间的变化规律。目前的层次分析(AHP)法，可以对水域受污染对象的危害程度进行赋值打分，受污染对象诸如保护区、水域物种丰富度、水产养殖区等因素，综合评判污染后果等级，内河水运危险化学品风险评估正由定性评估转向定量评估，目前多为指数法，真正能将事故污染后果反映到经济损失层面的报道较少。相关学者往往评估内河某一水域的污染风险，而没有考虑全流域的状况，结论相对不完整，本发明考虑长江各地区实际情况，采取分段评估的思路，建立风险评估标准。

发明内容

根据现有技术中存在的未考虑各风险因素之间耦合性、且不能将评估后果反应到经济层面的技术问题，而提供一种内河危险化学品运输风险评估系统。本发明建立了内河危险化学品运输风险评价体系，基于内河环境敏感状况、危险化学品危害性、化学品船最可能泄漏量等三方面，建立事故后果评估模型，结合事故发生的概率及应急措施等影响因素，综合评判事故风险等级。

本发明采用的技术手段如下：

一种内河危险化学品运输风险评估系统，其包括：

指数法风险评估单元，所述指数法风险评估单元用于获取事故发生频率数据、事故后果数据、应急补偿力量效用数据，并根据上述数据计算风险评价数值，再根据风险指数分级标准得到风险评估结果；

定量化风险评估单元，所述定量化风险评估单元包括事故后果损害量化模块及风险评估预警模块，根据国内通货膨胀系数、污染危害系数和环境敏感系数计算损失费用，再结合内河分段结果得到风险评估结果。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明综合考虑危险化学品船舶污染事故发生概率和事故后果各个影响因素，参考MES风险评价方法，对水上污染风险进行半定量评估，建立了内河危险化学品水上运输风险指数计算模型，并致力于建立和健全危险化学品风险评估系统，能够实现针对风险高、危害大的区域提前进行布防，优化水上运输安全监督管理对策及防污染应急布局，对提升长江防污应急能力和促进长江流域危险化学品运输的良性发展具有重大意义。

本发明对比各经验公式之间的异同，考虑化学品污染危害性和对内河水域的环境敏感程度，确定以溢油经验公式为基础，修正并做出化学品污染损害评估模型。其次基于修正的损害评估模型，与历史文献中的危化品事故损害案例对比，验证了评估模型的可行性，可以用于内河危化品事故损害评估。

基于上述理由本发明可在内河航运风险评估及相关领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统结构图。

图2为本发明指数法风险评估流程图。

图3为本发明危害性分析流程图。

图4为本发明环境敏感性分析流程图。

图5为本发明指数法风险评估模型。

图6为本发明事故后果损害量化评估模块系数修正流程图。

图7为本发明事故后果损害量化评估模块系数修正逻辑图。

图8a为实施例中长江上游窗体示意图。

图8b为实施例中长江上游环境敏感性等级输出。

图8c为实施例中长江上游应急力量补偿作用等级输出。

图8d为实施例中长江上游风险等级输出(无应急力量补偿)。

图8e为实施例中长江上游风险等级输出(有应急力量补偿)。

图9a为实施例中长江上游所有种类化学品事故后果色图。

图9b为实施例中长江上游类油化学品事故后果色图。

图9c为实施例中长江上游类油化学品自然衰减(枯水期)事故后果色图。

图9d为实施例中长江上游类油化学品自然衰减(枯水期)+应急措施事故后果色图。

图10a为实施例中长江上游所有种类化学品区段1-158ALARP区域及每个区段分布。

图10b为实施例中长江上游类油化学品区段1-158ALARP区域及每个区段分布。

图10c为实施例中长江上游类油化学品区段1-158ALARP区域及每个区段考虑自然衰减分布。

图10d为实施例中长江上游类油化学品区段1-158ALARP区域及每个区段考虑自然衰减和应急处理分布。

图11为实施例中事故后果等级分类示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明提供了一种内河危险化学品运输风险评估系统，主要包括：

指数法风险评估单元，所述指数法风险评估单元用于获取事故发生频率数据、事故后果数据、应急补偿力量效用数据，并根据上述数据计算风险评价数值，再根据风险指数分级标准得到风险评估结果。定量化风险评估单元，所述定量化风险评估单元用于获取国内通货膨胀系数、污染危害系数和环境敏感系数，并根据上述数据计算后果损失费用，再结合内河分段结果得到风险评估结果，具体包括事故后果损害量化模块及风险评估预警模块。进一步地，所述定量化风险评估单元还包括风险评估预警模块，所述预警模块根据内河各区段的风险可接受标准对事故后果进行分级报警，并能评估风险。本系统首先分析各风险因素中每一要素的权重值，评估危险化学品在内河运输风险等级，其次建立指数法评估模型，然后建立事故后果量化损害评估模型，将事故后果转化为经济损失，最后建立ALARP评估标准，分析长江各区段风险水平。

一般事故概率分析方法有：碰撞模型分析法、事故概率分析法、事故统计分析法。以长江为例，长江沿线水域辐射范围广、航情复杂，很难采用前面两个模型进行逐段计算，因此采用事故统计法应更为合适，公式如下：

式中：P_i为在长江第i断面危险化学品船舶污染事故概率；n为长江流域年平均船舶事故数，艘次/年；N为长江流域船舶通航年总艘数，艘次 /日；d_i为长江第i断面危险化学品船舶日平均通航艘数，艘次/日；k为船舶发生事故后导致的污染事故的概率，取0.05。

若处于断面之间的水域图幅编号为m-n，根据线性插值技术，则第j(m ≤j≤n，长江总计285个图幅)个图幅的事故概率P_j为：

式中：P_m、P_n分别为相邻断面危险化学品船舶污染事故概率，次/年。

根据不同区段水域通航环境敏感度，事故多发水域事故概率矫正公式：

P_j'＝P_j×k (3)

式中：P_j'为修正后的事故概率值，l为事故多发区域事故概率修正系数，可根据该水域的具体通航环境特点进行修正。若该分段具有实际事故统计数据，则直接采用实际统计数据进行修正。

参照瑞典斯德哥尔摩港务局的风险等级评价与行动指标体系分级标准及《船舶污染海洋环境风险评价技术规范》，事故概率分级标准如表1所示。

表1污染事故概率划分

本发明统计分析方法依据《船舶污染海洋环境风险评价技术规范》进行，最可能发生的泄漏量根据长江各分段上的主力船型进行计算，具体计算方法为：根据化学品船的一个货舱内液货完全泄漏的原则计算最可能发生的污染事故的泄漏量，根据化学品船的典型货舱布置计算舱容，船舶实载率取 90％。首先根据长江船舶事故的实际状况，考虑危险化学品泄漏对环境具有更大的危害性，本方案将长江危险化学品船舶事故泄漏量进行等级划分。

表2泄漏量分级标准表

结合海事局提供的相关统计资料，长江危险化学品船舶的主力船型载重吨基本为1,000吨级。参考1,000吨级液体化工品船舶典型货舱布置，该类液货船一般布置6个液货舱，液货实载率取90％，则单舱载货为150吨，计算可得最可能发生的泄漏量为150吨。上限如考虑2,000吨级液体化工品船，该类化学品船一般布置8个液货舱，液货实载率取90％，则单舱载货为225 吨，计算可得最可能发生泄漏量为225吨。参考表2，150吨～225吨均属较大泄漏量，泄漏量等级指数为4。因此，长江水域危险化学品船舶的泄漏量等级指数定为4级。

在工业系统中，风险是指特定危害事件发生的概率与后果的结合。风险是描述系统危险程度的客观量，又称风险度或危险性。风险具有概率和后果的二重性，可用事故损失程度C和发生概率P的函数表示：

R＝f(P,C) (3)

本发明认为，危险化学品在水运过程中对环境可能造成的总体危害性(即事故损失程度C)，既取决于货品本身的危害性U，同时也取决货物在运输过程中泄漏的数量Q以及当地水域环境的敏感性S。即：

C＝f(U,Q,S) (4)

结合公式3与公式4，风险评估模型为：

R＝f(P,U,Q,S) (5)

本发明流程如图2所示，在实际风险评估过程中，不仅要考虑事故本身的固有风险R，同时还需考虑周边应急力量对风险的补偿，若设应急补偿力量效用值为E，则修正后的总风险评价模型为：

R'＝f(P,U,Q,S,E) (6)

作为一种较佳的实施方式，本实施例中取R＝P×C×E，C＝U×Q×S。

(1)危险化学品危害性分析

危险化学品危害性主要体现在物理危害性、健康危害性和环境危害性等三个方面。综合考虑评价方法以及各要素对环境的影响性，本发明给出单一危险化学品危害性标准及评价步骤：

①依据国际防止船舶造成污染公约(MARPOL73/78)附则II分类结果，筛选出运量超过1千吨/年，并且属于X、Y或Z类的主要危险化学品；

②采用美国消防协会(NFPA)标准对各类危险化学品的危害性进行比较，对燃爆性物质的危害性进行了分析评价和等级划分，计算得出V值；

V＝0.5H+0.3F+0.2R (7)

式中，V表示危险化学品NFPA的危害等级指数；H、F、R分别表示NFPA 评价中健康危害性、可燃性和反应性的危害等级指数；

③依据海洋环境保护科学联合专家组(GESAMP)危害评估程序，按照ABCDE五栏标准进行危害评估，计算得出G值；

G＝0.1A+0.3B+0.3C+0.2D+0.1E (8)

式中：G表示危险化学品GESAMP标准危害性评价指数；A、B、C、D、E分别代表生物积聚危害性、生物资源危害性、人类健康急性危害、人类健康接触性危害、休憩环境损害危害等级指数。

④根据上述结果，运用加权综和法计算研究分段内的危险化学品的综合危害指数。

流程如图3所示，单一危险化学品的危害性指数计算公式如下：

U＝0.4V+0.4G+0.2T (9)

式中：U表示单一危险化学品危害指数，等级见表3；V表示NFPA危害等级评价指数；G分别代表GESAMP评价标准危害等级评价指数；T表示研究水域危险化学品运输量的等级指数，见表4。

表3综合危害指数分级标准

表4运量分级表

(2)环境敏感等级分析

环境敏感性分析可用来识别长江江岸和水域易损区，敏感性分析较客观，决策者需要为长江江岸和水域敏感度分析提供分类过程，为所有不同敏感性资源赋权值，经加权计算得出最终环境敏感性指数。根据我国长江敏感资源保护侧重现状，最终将敏感性分析的参数指定在生态、社会、文化、经济等领域，并分别对研究水域的敏感性进行打分，流程如图4所示，具体参数见表5。

打分过程考虑到在一个图幅水域中可能会有一个或多个敏感性实体，各研究水域最后的总得分为各参数得分相加结果(同一种敏感资源取敏感分值最大的)，依据这一方法，目标图幅内水域的敏感性分数计算方法如下：

S_j＝∑(a_jmax+b_jmax+c_jmax+d_jmax+e_jmax+f_j+g_j) (9)

式中，S_j为第j个图幅水域内敏感资源参数得分；a_jmax、b_jmax、c_jmax、d_jmax、 e_jmax、f_j、g_j分别为第j个图幅水域各个参数的最高得分。

表5长江具体参数给分表

表6敏感性指数分级标准

表7应急力量评分表

(3)长江应急力量补偿分析

根据《国家水上交通安全监管和救助系统布局规划》(2005-2020)、《国家船舶溢油应急设备库设备配置管理规定(试行)》等相关标准，经咨询相关主管机关专家，本发明根据对长江水域污染各类应急力量的基本情况，就各类应急力量对危化品水域污染事故的补偿作用进行研究，给出各类应急力量的补偿效用等级值，对长江的各类应急力量对危险化学品污染事故补偿作用效果进行打分评估，见表7。

具体各水域应急力量补偿作用的计算仍按长江航道在线图幅水域分段进行，根据各种应急力量相应的辐射范围，计算各分段内总的应急力量补偿效用值(不考虑应急力量补偿作用随距离的变化，认为在辐射范围内应急力量补偿作用等值)。具体第j个图幅分段水域的应急力量补偿效用值计算公式如下：

式中，e_j为第j个图幅水域内各应急力量总体补偿效用值；n为长江在该分段水域可能覆盖的主要应急力量类型的种类，按表7，此处取5；m为该分段水域内同种应急力量的总数(如某段水域内含有两支应急队伍，则m＝2)； e_kij为第j个图幅水域内各种应急力量的分项值。

补偿作用描述的是对事故风险的削减能力，令：

式中：e_j′为应急力量对事故削减效用指数。

表8应急力量削减风险程度指数分级标准

作为一种较佳的实施方式，根据MES风险评价法模型，对指数法风险评估结果进行标注，即：风险为概率、事故后果严重程度和控制措施的状态三者的乘积，从而将控制措施状态及应急力量的补偿考虑进风险程度的计算中，使计算更符合现实。那么，第j个图幅区域的风险指数R_j为：

Rj＝C_j×F_j×E_j (12)

式中：C_j为第j个图幅区域的事故后果；F_j为第j个图幅的事故发生概率；E_j为第j个图幅的应急力量削减风险程度指数。

如图5所示的风险评估框图，基于Microsoft Visual Studio平台，运用C# 语言，初步建立长江危险化学品泄漏事故风险半定量评估系统，实现依据不同的基础数据动态输出实时的环境敏感性、应力量削减风险程度及风险色阶图。

表9风险指数分级标准

本发明中应用事故后果损害量化评估模块对灾害后果直接转化为经济损失。具体的，首先比较船舶油污损害经验公式与美国自然资源简易评估模型之间的异同，事故费用回归经验公式，主要包括清洁和赔偿费用，前者可以称为事故发生时的处理成本，后者包含费用对象较多，如生态损害赔偿、与人直接/间接相关的经济损失、第三方索赔等，因为事故案件诱发因素不一，影响因素不一，导致的严重程度及后果不同，最终学者们总结出的经验公式有所差异，但计算过程整体思路不变，具体区别见下表费用统计方法分析。

表10费用统计方法对比

^#

总体来说，自然资源快速评估模型主要考虑自然资源或是生态系统的价值损害，评估因素单一且不用于评估大型、复杂型事故，而添加系数修正溢油费用经验公式，得到的化学品污染损害评估模型，考虑到化学品污染危害性和对地区水域的环境敏感程度，覆盖因素较全面，采用后者更为合理。因此本发明确定基于溢油经验公式，确定内河化学品损害评估模型。

溢油费用经验公式：

y＝42301×x^0.7233 (13)

修正后的损害评估公式：

y＝k×k₁×k₂×42301×x^0.7233 (14)

其中：y为损失费用：美元；x为泄漏量：吨；k、k₁、k₂分别为国内通货膨胀系数、污染危害系数和环境敏感系数。下面分别修正三个系数值。

(1)通货膨胀系数k

通货膨胀系数可以用居民消费价格(CPI)表征，从国民经济和社会发展统计公报(来自国家统计局)收集数据，2012年以后国内CPI波动幅度控制在3％以内，预计2019年，国内CPI也将在3％上下波动，定义修正模型采用的通货膨胀率为3％，即通货膨胀系数1.03。

(2)污染危害性系数k₁

首先根据海洋环境保护委员会MEPC.1/Circ.512中对化学品按危害性由高到低，划分为X类、Y类、Z类和OS类。计算公式如下：

S_p＝∑S₁×F (15)

其中：S₁是化学品含量中某一成分的占比：％；F为成分因数，从海洋环境保护科学联合专家组(GESAMP)中的海洋污染科学问题专家组示意表 (GPH)中得到。S_p值的大小对应的化学品污染类别如表11所示。

表11 Sp值与化学品类别

确定化学品污染类别后，其危害系数类似于油类污染物毒性、溶解性和持久性综合性系数：油类污染物按危害强弱取综合系数8、4、2、1，基本为 2倍关系，广义上说，油类也属于化学品，按危害性划分，多属Y类。化学品更多具有溶解性、生物富集、腐蚀性和挥发性等特点，对生态系统、人居环境造成更大危害，通过分析以往长江各主要辖区内的货品与运量比重，长江经由水路运输的化学品当中，苯系物和烷烃类物质较多，这些类油化学品均属于Y类污染物，本文以Y类污染物为基础首先设定Y类污染物系数区间，同样把相邻污染类别设为2倍关系，分别对X类、Z类和OS类设定系数区间，之所以设定系数区间，是因为X类、Y类等污染物中，很多同一类别的化学品危害性有所差异，系数区间可以进一步细分每一类污染物的系数取值。将化学品污染类别与危害性系数区间设为表3，结合下文的环境敏感性对区间细化。

表12污染危害系数

(3)环境敏感性系数k₂

参考上述指数法研究，将长江环境敏感等级划分为5个等级，见表6。通过分析国内外船舶污染事故案例，把事故地点环境参数放入本文的环境敏感等级评价中，多数为等级1，因此把环境敏感等级为1时，危化品对环境的敏感性系数设为1.0，等级越高，系数取值越大，结合文献事故统计，利用“夹逼准则”计算数列极限的思想，逐步确定系数取值区间，见表13。

表13环境敏感系数表

(4)污染危害系数和环境敏感系数区间具体化

根据国际规则海洋污染科学问题专家组示意表(GPH)，在细化系数污染危害性系数k₁取值时，将GHP示意表中规则序号分为：

①部分X类污染物(GHP规则序号为1、2、3)；

②其他X类污染物(GHP规则序号为4)；

③部分Y类污染物(GHP规则序号为5、6、7、8、10)；

④其他Y类污染物(GHP规则序号为9、11)；

⑤Z类污染物(GHP规则序号为12)；

⑥OS类(GHP规则序号为13)。

再将环境敏感等级(共分五个等级，5为高度敏感，1为不敏感)中的5、 4和3分为一组，等级2和1分为另一组，分别细化各自的系数取值，举例说明：某一X类危险化学品，若在GHP示意表中属于规则序号1或2或3，说明其危害性较大，则危害性系数取大，k₁区间取2.0<k₁≤2.4；反之若属于规则序号4，其危害性稍小，k₁区间取1.6<k₁≤2.0；Y类污染物的规则序号 5、6、7、8、10，则取1.0<k₁≤1.2，若属于规则序号9、11，则0.8<k₁≤1.0，以此类推。缩小系数区间后，再根据长江区段的环境敏感等级，若泄漏地点的环境敏感等级为5或4或3，k₁取值2.3或2.4；若区段的环境敏感等级为2 或1，k₁取值2.1或2.2。以此类推，得到其他类化学品的系数取值，详情见表14。

表14危害系数具体化

在细化系数k₂取值时，以等级5对应的环境敏感系数k₂区间2.4<k₂≤2.9 为例，当某一化学品对应的GHP规则序号为1、2或3时，说明发生泄漏后的损害较高，取区间2.7<k₂≤2.9，那么k₂取值为2.8或2.9；若GHP规则序号为4，k₂取区间2.6<k₂≤2.7，那么k₂取值为2.7；若GHP规则序号为5、6、7、8、10，k₂取区间2.4<k₂≤2.6，k₂取值为2.5或2.6，其他类规则序号，k₂取值为2.2<k₂≤2.4，k₂取值2.3或2.4。以此类推，得到环境敏感等级为4、 3、2、1时，对应的k₂系数取值，详情见表15。为了使系数修正过程更加直观，图6和图7分别为经验公式修正流程图和系数修正逻辑图。

表15环境敏感系数具体化

事故后果考虑多种情境，即不考虑任何情形下的后果、自然衰减后的事故后果、在自然衰减的基础上考虑应急处理措施后的事故后果。

(1)最可能泄漏量下的事故后果

下面通过修正经验公式14及其系数修正值，计算长江危化品发生泄漏事故后的损害，计算条件为：

①长江285个区段环境敏感等级；

②依据长江化学品船的载重吨计算，基于长江沿线化学品船2000吨级主力船型，设有8个货舱，实载率90％，每个货舱载重225吨。得到长江沿线各区段最可能泄漏量为225t。

③长江各海事辖区从事水路运输各主要危险化学品种类及其比重。

(2)自然衰减后的事故后果

上述计算的费用损失是用修正过后的经验公式计算而来，没有考虑诸如自然条件下化学品的衰减损失(蒸发、溶解、扩散等损失)以及采取应急力量后的损害。不管是油类还是化学品，泄漏到水体后都会有自然条件下的衰减，经历复杂的物理化学转化过程，也称之为污染物风化行为，主要行为包括乳化、扩散、蒸发、溶解、沉降、生物降解和光氧化等过程。短期内，蒸发、溶解、分散等行为比重较大，本发明考察的重点是类油化学品的自然衰减过程，即蒸发、扩散和溶解过程在短期内的损失。

①类油化学品蒸发损失方程：

E＝[0.165×(％D)+0.045×(θ-15)]×ln t (16)

针对少数油类物质(轻油、Buncker C等)可以下列方程式计算：

其中：E为蒸发质量分数，E＝ΔW/W，ΔW为蒸发损失量：t，W初始泄漏量：t；％D为80℃蒸馏时的质量分数：％；θ为环境温度：℃；t考虑蒸发时间：min。

②类油化学品分散损失方程：

D＝0.11(U+1)²×(1+50×υ^1.2+δ×S_t) (18)

其中：D为每小时损失的百分比：％；U为水体以上的风速：m/s；δ为水体中的化学品厚度：cm；S_t为油-水界面张力：dyne/cm；υ为化学品运动黏度：cp。

③类油化学品溶解损失方程：

N＝K×A_S×S (19)

其中：N为溶解系数：g/h；K为溶质迁移系数m/s；A_S为化学品在水体中的扩散面积：㎡；S为化学品水中的溶解度：

S＝S_o×E^-αt (20)

其中：S_o为初始溶解度：g/m³，取30g/m³；α为一级衰减常数，可取0.1； t为持续时间：d。

溶解损失百分比：

其中：P为溶解损失百分比，％；t为持续时间：小时；T为总泄漏量：吨。

可得类油化学平自然衰减总损失为：

L＝E+D+P (22)

其中：L为类油化学品自然衰减总损失百分比，％；E、D、P分别为蒸发、分散、溶解损失百分比：％

那么类油化学品在考虑自然衰减后，其事故后果y₁为：

y₁＝y×(1-L)＝k×k₁×k₂×42301×x^0.7233×(1-L) (23)

基于上述分析，选出在类油化学品泄漏初期，影响油类化学品自然衰减的主要因素。结合相关数据挑选出长江各海事辖区类油化学品，归纳类油化学品的基础数据，如饱和蒸气压、溶解性、油-水界面张力等。在泄漏初期分析自然衰减减少的量占总泄漏量的百分比时，应设定环境条件，见表16。结合长江航道的具体情况，分别将环境设定代入上述公式中，计算给定条件下，长江各海事辖区内类油化学品蒸发损失、分散损失、溶解损失和三者的总损失，结合第一步计算的损失，可算出在一定时期内自然衰减后的损失。

表16环境条件设定

(3)在自然衰减基础上分析应急处理后的事故后果

参考相关文献，统计了事故应急处理中，回收效率RE与运动粘度对应关系。

表17 RE分类

类油化学品的运动粘度计算公式，见公式21，通过计算应急措施对每一类油化学品的回收效率值，计算在自然衰减的基础上，分析应急处理后的事故损失额。

υ＝η/ρ (24)

其中：υ为运动粘度：平方毫米/秒，η为动力粘度：毫帕斯卡·秒，ρ表示常温下物质密度：g/cm³。

则类油化学品在自然衰减的基础上，考虑长江应急力量补偿因素后的事故后果y₂为：

y₂＝y₁×(1-RE)＝k×k₁×k₂×42301×x^0.7233×(1-L)×(1-RE) (25)

作为一种较佳的实施方式，本发明分析了国内标准中对危害后果等级的分类，应用风险评估预警模块，把事故后果细化为16个颜色后果等级，如图11所示。

根据图11中的事故后果等级与颜色标识，颜色从等级1的浅色到红色再到等级16的深红色，依然采用Microsoft Visual Studio平台，建立长江危化品船舶运输损害量化评估系统，运用C#语言用16种颜色等级显示长江各区段事故后果。根据需要，调整基础数据输出事故后果色图。

作为本发明较佳的实施方式，预警模块分段评估长江风险，具体地：

(1)计算潜在财产损失(PLP)

首先计算社会风险可接受程度，本发明结合长江沿线经济社会文化发展状况、长江污染防控水平的建设及相关国际标准，确定风险可接受水平为中立型风险，即风险斜率值为-1。其次把长江从上游到下游的285个区段分为5个分段，即重庆-宜昌(区段1-158)、宜昌-湖口(区段159-247)、湖口-南京(区段248-267)、南京(区段268-272)和镇江-太仓(区段273-285)，分别计算潜在财产损失(PLP)：

PLP＝r_p×EV (26)

其中：EV为每艘船年收入：百万美元(MUSD，下同)；r_p为平均每船的财产损失：MUSD/船年，可用下式计算：

r_p＝(NA×SV_av×f_dmg)+(Q_spill×Pavy)/r_ev (27)

其中：NA为船舶事故数/年；SV_av为平均每艘新船价值：MUSD；f_dmg为损失费用的平均因子，在MEPC第58次会议中规定一般事故取2％，严重碰撞事故取5％，火灾和爆炸事故取10％，本文取4％；Q_spill为泄漏量：t，本文取长江最可能泄漏量；P_avy为当年平均油价/化学品价格；r_ev为一定期间每艘船平均年收入。

上述数据需结合长江水运化学品的基本数据以及相关文献资料。

(2)分析长江5个分段的ALARP边界

计算可容忍风险损失频率：

其中：F为可容忍损失频率，即每年发生一次规模事故损失的频率： MUSD/船年，为方便计算，取10²万美元/船年；N_u本身是基于船型确定的损失，N＝1表示从1到最大的财产损失：MUSD，在这里是无量纲；N_u最大的值由修正经验公式计算，N_u最大值取15。

逐一计算每个分段的频率F，根据正式安全评估边界确定方法，ALARP 边界的上下限分别为过点(log(0.5)，log(F×10))和点(log(0.5)，log(F/10))，斜率为-1的直线。表19所示，以序号1分段为例，ALARP边界线斜率-1，上边界过点(log(0.5)，log(22.99))，下边界过点(log(0.5)，log(0.23))，同理分别作出剩余分段的ALARP区域，即各分段的风险水平标准值。

表19 ALARP边界分析

(3)建立长江危险化学品运输风险示意图

潜在财产损失的另一种表达方式：

Risk＝PLP＝C×F (29)

log(Risk)＝log(PLP)＝log(C×F) (30)

其中：C为事故损失后果：万美元；F为事故发生的可能性：次/年。

首先计算5个分段的风险水平上下限(水平直线)，边界线斜率为-1，可取边界任一点计算，本次取坐标图的初始值，为使结果直观清晰，利用公式 26将每一分段的风险水平用对数形式表达，表20所示，比如序号1分段的风险水平，风险上限为过点(x，log(11.50))的水平直线，x为任意值；风险下限为过点(x，log(0.12))的水平直线，x为任意值。然后将各分段内每一区段事故损失后果(如附录1，单位需变为万美元)与对应区段事故频率相乘，得到每一区段的风险水平，依然将区段风险水平对数化，整理数据，比较对数形式的区段风险水平与该分段风险水平上下限之间的大小。

表20风险水平标准分析

最后结合对长江285个区段损失值的计算，由长江化学品船事故频率，分情境(所有种类化学品、类油化学品和类油化学品在丰水期、平水期、枯水期的自然衰减加应急力量后的剩余事故损失)作出5个分段的ALARP区域，可分析5个分段的ALARP区域及每个区段事故后果分布。

下面通过一个具体的应用实例，对本发明的技术方案和效果做进一步说明：

1、观测断面事故概率预测

结合《长江航运发展报告》(2014版)数据，长江流域船舶通流量近几年平均为112569艘次/天，以长江江津断面为例，根据统计资料显示，长江流域年平均船舶事故艘数为268.2艘/年，江津断面日平均化学品船舶通流量为 5艘次/日。根据公式1，可得江津断面发生危险化学品船舶污染事故概率为：

由计算结果可知，长江江津断面发生危险化学品船舶污染事故概率为 5.96×10^-4次/年。根据此方法，可计算长江各个观测断面的危险化学品船舶污染事故概率如表21所示。

表21长江船舶流量监控断面事故概率预测结果

2、指数法风险评估模型计算结果输出

根据图5的指数法风险评估框图，将计算的基础数据动态输出实时的环境敏感性、应力量削减风险程度及风险色阶图。下面以长江上游为例分别列示不同的颜色等级输出，如图8a-8e所示。

3、事故后果量化评估

(1)量化事故损失

以长江危险化学品运输为例，利用修正经验公式14： y＝k×k₁×k₂×42301×x^0.7233，计算损害值。以重庆海事局辖区内的序号1区段(长江被划分成285个区段)为例。所需数据：

①重庆海事局辖区内的最可能泄漏量，假设为225t；

②重庆海事局辖区水运化学品的货种及其运量；

③该区段环境敏感等级，假设为4。

根据修正经验公式，假设重庆海事辖区从事水路运输的危险化学品共有甲苯、甲醇、苯、乙酸、硫酸等5种，运量占比分别为20％、25％、20％、 15％和20％。区段序号1环境敏感等级为4，以甲苯为例，它为Y类污染物，无色透明液体，不溶于水，对环境有严重危害，甲苯属于GHP序列号的(5、 6、7、8、10)一栏，查阅流程图，首先k₁区间取值1.0<k₁≤1.2，又因该区段环境敏感等级为4，所以k₁取值1.2，k₂区间取值2.0<k₁≤2.1，k₂取值2.1。根据公式14求得此区段氢氧化钠溶液泄漏225t时，造成的事故后果：

y＝1.03×1.2×2.1×42301×225^0.7233＝551.98×10⁴美元

同理计算出另外4中化学品，甲醇、苯、乙酸、硫酸在此条件下的损害额，根据各自的运量占比，求出区段序号1的加权平均损害3351.86万元，见表22。

表22化学品损害计算

考虑自然衰减时：本次只分析类油化学品，表22中只有甲苯属于类油化学品，通过公式16、公式18、公式19和公式20，计算出甲苯在应急处理时间内，枯水期自然衰减的比例36.20％。

考虑应急处理时：通过查阅资料及公式24，算得甲苯的回收效率为89％，得到：

自然衰减后的损失为：y₁＝3863.85×(1-36.20％)＝2465.14万元

在自然衰减的基础上考虑应急处理后的损失为： y₁＝2465.14×(1-89％)＝271.16万元

(2)后果评估系统

基于表18做的16中颜色后果等级色图，将每一种情境的事故后果与对应的颜色等级反映到长江285个区段中。继续以上游为例，做出后果等级事故图，如图9a-9d所示。

4、量化风险评估

依然以重庆海事局辖区1-158区段为例，重庆海事局辖区所在序号1分段。根据公式26、公式27和公式28，结合相关数据，计算风险可接受标准的上下边界区间。

表23 ALARP边界分析

结合对长江区段1-158区段损失值以及化学品船事故频率的计算，分情境(所有种类化学品、类油化学品和类油化学品在丰水期、平水期、枯水期的自然衰减加应急力量后的剩余事故损失)作出该分段的ALARP区域。

情境一：以长江水路运输的所有种类化学品为例，分析序号1分段的 ALARP区域及每个区段事故后果分布，如图10a所示。

情境二：以长江水路运输类油化学品为例，分析序号1分段的ALARP 区域及每个区段事故损失后果分布，如图10b所示。

情境三：在情境二的基础上，考虑枯水期自然衰减，分析序号1分段的 ALARP区域及每个区段事故损失后果分布，如图10c所示。

情境四：在情境三的基础上，考虑到枯水期自然衰减及辖区内的应急力量，分析序号1分段的ALARP区域及每个区段事故损失后果分布，如图10d 所示。

本发明综合考虑危险化学品船舶污染事故发生概率和事故后果各个影响因素，参考MES风险评价方法，对水上污染风险进行半定量评估，建立了长江危险化学品水上运输风险指数计算模型，并致力于建立和健全长江危险化学品风险评估系统，达到了依据不同的基础数据动态输出实时的风险色阶图，这使得长江流域的风险高低直观可视化，针对风险高、危害大的区域提前进行布防，优化水上运输安全监督管理对策及防污染应急布局，对提升长江防污应急能力和促进长江流域危险化学品运输的良性发展具有重大意义。

首先通过对计算水域各个分段的事故概率预测，分析了长江水域的危险化学品船舶污染概率的计算方法，同时证明了统计方法学、线性插值技术以及重点水域特殊修正相结合的方法在研究水域较广和缺乏具体基础数据情况下的可行性。其次通过采用得分方法学和层次分析法(AHP)相结合的方式对危险化学品危害性、泄漏量、环境敏感性及应急力量削减风险作用程度四方面进行了半定量分析方法的探讨，并与传统评估方法进行比较，证明了本发明半定量评估方法的可行性及优越性。然后通过引用MES风险评价模型，实现了长江风险半定量评估的方法探讨及模型建立，并初步实现依据不同的基础数据动态输出长江主要参数等级色阶图。基于上述的指数法风险评估模型用到的相关数据，将事故后果指数等级，量化为经济损失。本发明对比各经验公式之间的异同，考虑化学品污染危害性和对内河水域的环境敏感程度，确定以溢油经验公式为基础，修正并做出化学品污染损害评估模型。其次基于修正的损害评估模型，与历史文献中的危化品事故损害案例对比，验证了评估模型的可行性，可以用于长江危化品事故损害评估。继续分情境计算长江化学品运输最可能泄漏量对应的损失值，数据更为直观。将事故后果分为16 等级并用颜色标识，颜色越深，后果越严重，利用C#语言用16种颜色等级显示事故后果。各海事辖区可根据自身实际的货种与运量进行计算，调整基础数据输出事故后果色图。最后在损害计算的基础上，计算5个分段的风险评估标准，将285个区段的事故量化后果与区段事故频率分布到各自的 ALARP标准中，分析哪些区段的风险水平在可接受风险水平之上，哪些区段的风险水平在ALARP区域之内或者在可忽略区域内。为管理层分析与决策提供理论支撑。将此方法应用于其他船型事故污染风险评估中，逐步完善我国内河货物运输风险评估系统的建设，为决策者提供更具价值的理论依据。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种内河危险化学品运输风险评估系统，其特征在于，主要包括：

指数法风险评估单元，所述指数法风险评估单元用于获取事故发生频率数据、事故后果数据、应急补偿力量效用数据，并根据上述数据计算风险评价数值，再根据风险指数分级标准得到风险评估结果；

定量化风险评估单元，所述定量化风险评估单元包括事故后果损害量化模块及风险评估预警模块，根据国内通货膨胀系数、污染危害系数和环境敏感系数计算损失费用，再结合内河分段结果得到风险评估结果。

2.根据权利要求1所述的内河危险化学品运输风险评估系统，其特征在于，指数法风险评估单元根据以下公式得到风险评估结果：

R＝P×C×E

其中，R表示风险评价数值，P为事故发生频率数据，E为应急补偿力量效用数据，C为事故后果数据，且

C＝U×Q×S

其中，U为货品本身的危害性数据，Q为运输过程中泄漏量数据，S为水域环境的敏感性数据。

3.根据权利要求2所述的内河危险化学品运输风险评估系统，其特征在于，所述货品本身的危害性数据根据以下公式求得：

U＝0.4V+0.4G+0.2T

V＝0.5H+0.3F+0.2R

G＝0.1A+0.3B+0.3C+0.2D+0.1E

其中，U为货品本身的危害性数据，T为研究水域危险化学品运输量的等级指数，H为美国消防协会标准中健康危害性等级指数，F为NFPA美国消防协会标准中可燃性危害等级指数，R为美国消防协会标准中反应性危害等级指数，A为海洋环境保护科学联合专家组危害评估程序中生物积聚危害性等级指数，B为海洋环境保护科学联合专家组危害评估程序中生物资源危害性等级指数，C为海洋环境保护科学联合专家组危害评估程序中人类健康急性危害性等级指数，D为海洋环境保护科学联合专家组危害评估程序中人类健康接触性危害性等级指数，E为海洋环境保护科学联合专家组危害评估程序中休憩环境损害危害性等级指数。

4.根据权利要求2或3所述的内河危险化学品运输风险评估系统，其特征在于，所述水域环境的敏感性数据的求取包括以下步骤：

分析内河敏感资源保护侧重现状，根据分析结果指定敏感性参数，同时分别对敏感性参数进行打分；

以各敏感性参数的得分之和作为水域环境的敏感性数据。

5.根据权利要求4所述的内河危险化学品运输风险评估系统，其特征在于，所述应急补偿力量效用数据的求取包括以下步骤：

分析各类应急力量对危化品水域污染事故的补偿作用，给出各类应急力量的补偿效用等级值，并对各类应急力量对危险化学品污染事故补偿作用效果进行打分；

以各应急力量对危险化学品污染事故补偿作用效果得分之和作为应急补偿力量效用数据。

6.根据权利要求1所述的内河危险化学品运输风险评估系统，其特征在于，所述事故后果损害量化评估模块根据以下公式求得基础损失费用：

y＝k×k₁×k₂×42301×x^0.7233

其中，y为基础损失费用，x为泄漏量，k为国内通货膨胀系数，k₁污染危害系数，k₂环境敏感系数；

所述污染危害系数k₁根据污染物类别、环境敏感等级、以及国际规则海洋污染科学问题专家组示意表中规则序号获得；

设定污染危害系数区间k₂根据环境敏感等级、以及国际规则海洋污染科学问题专家组示意表中规则序号获得。

7.根据权利要求6所述的内河危险化学品运输风险评估系统，其特征在于，所述事故后果损害量化评估模块根据以下公式求得考虑自然衰减后的损失费用：

y₁＝y×(1-L)＝k×k₁×k₂×42301×x^0.7233×(1-L)

L＝E+D+P

其中，y₁为考虑自然衰减情况下的损失费用，y为基础损失费用，L为类油化学品自然衰减总损失百分比，E为蒸发损失百分比，D为分散损失百分比，P为溶解损失百分比，其中：

D＝0.11(U+1)²×(1+50×υ^1.2+δ×S_t)

其中，％D为80℃蒸馏时的质量分数，θ为环境温度，t₁为蒸发时间，U为水体以上的风速，δ为水体中的化学品厚度，S_t为油-水界面张力，υ为化学品运动黏度，N为溶解系数，t₂为持续时间，T为总泄漏量。

8.根据权利要求7所述的内河危险化学品运输风险评估系统，其特征在于，所述事故后果损害量化评估模块根据以下公式求得考虑应急力量补偿后的损失费用：

y₂＝y₁×(1-RE)＝k×k₁×k₂×42301×x^0.7233×(1-L)×(1-RE)

其中，y₂为考虑应急力量补偿情况下的损失费用，y₁为考虑自然衰减情况下的损失费用，RE为回收效率。

9.根据权利要求1所述的内河危险化学品运输风险评估系统，其特征在于，系统还包括风险评估预警模块，所述风险评估预警模块根据内河各区段的风险可接受标准对事故后果进行分级报警。