CN111080163A - 基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法。本发明从环境风险源风险指数、大气环境风险场强度、水环境风险场强度、环境风险受体易损性四个方面构建化工园区风险分区指标体系，基于风险场实现化工园区网格化的精细化环境风险评估，可获得化工园区内各个网格单元的环境风险源风险指数、风险场强度、环境风险受体易损性，可为化工园区高风险区域、高风险环节的识别和筛选、实行风险分区管理、园区空间布局优化调整提供依据。

Description

基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法
技术领域
本发明属于环境风险评估技术领域，尤其涉及一种基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法。
背景技术
随着我国工业化程度的不断提高，化工园区数量的与日俱增，在推动社会经济发展的同时，也带来区域性的环境风险问题。化工园区企业相对集中，涉及危险化学品种类繁多，生产工艺复杂，加大了环境污染事故发生的可能性，同时化工园区的快速发展使得园区周边人口相对集中，增加了突发性环境事故造成的群体危害性。化工园区环境风险评估工作的开展可以从源头进行环境风险的防控，为园区布局的规划和调整、环境风险管理体系和环境应急预案编制提供参考。
我国目前已颁布《建设项目环境风险评价技术导则(HJ/T 169-2018)》，作为建设项目环境风险评价的技术依据。为了推进高风险企业的环境风险评估，环保部2010年先后颁布了《环境风险评估技术指南—氯碱企业环境风险等级划分方法》、《环境风险评估技术指南—硫酸企业环境风险等级划分方法》和《环境风险评估技术指南—粗铅冶炼企业环境风险等级划分方法》。针对可能发生突发环境事件的企业，2014年颁布了《企业突发环境事件风险评估指南(试行)》，2018年颁布了《企业突发环境事件风险分级方法》(HJ 941-2018)，用于指导企业环境风险等级的评估工作。这些技术方法均可以为化工园区内企业的环境风险评估提供参考，但目前针对整个园区层面的网格化的精细化环境风险评估方法还比较缺乏。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法。本发明采用如下技术方案：提供一种基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法，包括：
确定评估范围，并在所述评估范围内进行网格划分，得到若干网格单元；
通过计算各网格单元的环境风险源风险指数、各网格单元环境风险场强度及各网格单元环境风险受体易损性，得到各网格单元的环境风险指数，并依据各网格单元的环境风险指数对化工园区内各个网格单元的环境风险等级进行划分。
其中，所述各网格单元环境风险场强度包括：大气环境风险场强度和水环境风险场强度；
采用下式计算化工园区各网格单元的环境风险指数R：
R＝0.4×S+0.2×FA+0.2×FW+0.2×V；
式中，S指各网格单元的环境风险源风险指数，FA指各网格单元的大气环境风险场强度，FW指各网格单元的水环境风险场强度，V指各网格单元环境风险受体易损性。
其中，所述依据各网格单元的环境风险指数R对化工园区内各个网格单元的环境风险等级进行划分的过程包括：根据所有网格单元的环境风险指数R数值的大小，将化工园区各个网格单元的环境风险划分成五个等级：当R≥80时，划分为极高风险区；当50≤R<80时，划分为高风险区；当40≤R<50时，划分为较高风险区；当30≤R<40时，划分为中风险区；当R<30时，划分为低风险区。
其中，所述的基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法，还包括：根据化工园区各网格单元的环境风险等级，绘制化工园区环境风险分区地图。
其中，所述评估范围是指化工园区及下游10公里范围内水环境敏感受体、5公里范围内的大气环境敏感受体叠加后的区域。
其中，所述各网格单元环境风险源风险指数由固定源风险指数和移动源风险指数进行表征；所述网格单元环境风险源风险指数为固定源风险指数与移动源风险指数的和。
其中，所述固定源风险指数通过对环境风险物质数量与临界量的比值以及生产工艺过程与环境风险控制水平这两个指标进行评分得到。
其中，所述移动源风险指数按照下列公式进行计算：
Figure BDA0002341210710000031
式中，H为评估网格单元内每年运输的危险化学品数量，单位为万吨；N为化工园区危险化学品运输路线每年运输危险化学品总量，单位为万吨；L为化工园区危险化学品运输路线的总长度，单位为公里；Li为评估网格单元内危险化学品运输路线长度，单位为公里；
对各个网格单元计算所得的移动源风险指数进行百分化标准处理获得最终的移动源风险指数。
其中，获取所述大气环境风险场强度的方式为：计算各风险源气态环境风险物质泄漏的源强，根据各网格单元的中心点坐标、风向、风频和化工园区内风险源的位置坐标数据，采用高斯扩散模式计算各风险源泄露气体到达各网格单元的风险场，最后进行叠加得出各网格单元的大气环境风险场强度；获取所述水环境风险场强度的方式为：计算各风险源液态环境风险物质泄漏的源强，采用河流稳态混合衰减模型计算各风险源泄露液体到达下游水体各网格单元的风险场，最后进行叠加得出评估网格单元的水环境风险场强度。
其中，所述环境风险受体易损性通过对每个网格单元内人口数量、自然保护区面积百分比、可达医院的最近距离以及可达道路的最近距离这四个指标进行评分得到。
本发明所带来的有益效果：本发明从环境风险源风险指数、大气环境风险场强度、水环境风险场强度、环境风险受体易损性四个方面构建化工园区风险分区指标体系，基于风险场实现化工园区网格化的精细化环境风险评估，可获得化工园区内各个网格单元的环境风险源风险指数、风险场强度、环境风险受体易损性，可为化工园区高风险区域、高风险环节的识别和筛选、实行风险分区管理、园区空间布局优化调整提供依据。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。
如图1所示，在一些说明性的实施例中，提供一种基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法，在分别评估化工园区内各个网格单元内环境风险源风险指数S、环境风险场强度F、环境风险受体易损性V的基础之上，评估网格单元内环境风险系统要素特征及环境风险指数，进而对化工园区环境风险进行分区。本方法包括：
S1：确定评估范围和网格划分。
确定评估范围，并在评估范围内进行网格划分，得到若干网格单元。
其中，评估范围是指化工园区及下游10公里范围内水环境敏感受体、5公里范围内的大气环境敏感受体叠加后的区域。
确定评估范围后，可根据需要按照100m×100m、200m×200m、500m×500m等不同分辨率来划分网格。
S2：计算各网格单元的环境风险源风险指数S。
各网格单元的环境风险源风险指数S由固定源风险指数S固和移动源风险指数S移进行表征，即环境风险源风险指数S包括评估网格单元内固定源风险指数S固和移动源风险指数S移两部分内容，采用评分法进行量化，评估指标如下表，下表为化工园区突发环境事件风险源风险指数评估指标：
Figure BDA0002341210710000051
Figure BDA0002341210710000061
指标说明：
固定源风险指数S固包括：环境风险物质数量与临界量的比值以及生产工艺过程与环境风险控制水平两个指标。
其中，环境风险物质数量与临界量的比值Q的计算参照《企业突发环境事件风险分级方法》(HJ 941-2018)环境风险物质数量与临界量比值的计算方法，根据评估网格单元内各企业涉及的环境风险物质的实际数量与临界量比值进行加和计算。
其中，生产工艺过程与环境风险控制水平M的评分，参照《企业突发环境事件风险分级方法》(HJ 941-2018)的企业生产工艺过程与环境风险控制水平评估指标，按照生产工艺、安全生产控制、水环境风险防控措施、大气环境风险防控措施、危险废物处置及风险防控措施、其他环评批复的环境风险防控措施落实情况及废水排放去向7项指标，根据各指标的得分计算评估网格单元内生产工艺过程与环境风险控制水平的最终得分。若评估网格单元内各企业生产工艺过程和环境风险控制水平的得分不一致，则按分值最高的作为最终得分。
移动源风险指数S移按照下列公式进行计算：
Figure BDA0002341210710000062
式中，H为评估网格单元内每年运输的危险化学品数量，单位为万吨；N为化工园区危险化学品运输路线每年运输危险化学品总量，单位为万吨；L为化工园区危险化学品运输路线的总长度，单位为公里；Li为评估网格单元内危险化学品运输路线长度，单位为公里。
为便于各个网格单元的移动风险源的比较，对各个网格单元计算所得移动源风险指数进行百分化标准处理获得最终的移动源风险指数S移。
最后，评估网格单元内的环境风险源风险指数S，采用以下公式进行计算：
S＝S固+S移；
式中，S移指移动源风险指数，S固指固定源风险指数。
S3：计算各网格单元环境风险场强度F。
各网格单元环境风险场强度F包括：大气环境风险场强度FA和水环境风险场强度FW。
步骤S3包括：获取大气环境风险场强度FA及获取水环境风险场强度FW。
获取大气环境风险场强度FA的方式如下：
根据《建设项目环境风险评价技术导则HJ/T 169-2004》气体泄漏速率计算公式，计算各风险源气态环境风险物质泄漏的源强，根据各网格单元的中心点坐标、风向、风频和化工园区内风险源的位置坐标数据，采用高斯扩散模式计算各风险源泄露气体到达各网格单元的风险场，最后进行叠加得出各网格单元的风险场强度：
Figure BDA0002341210710000071
式中：FAk为化工区域内网格单元k的大气环境风险场强度；n为风险源个数；FAik为网格单元k对应于第i个风险源的大气环境风险场强度。
计算出化工园区所有网格单元的大气环境风险场强度后，将网格单元k的大气风险场强度进行百分化标准处理。
获取水环境风险场强度FW的方式如下：
根据《建设项目环境风险评价技术导则HJ/T 169-2004》液体泄漏速率计算公式，计算各风险源液态环境风险物质泄漏的源强，采用河流稳态混合衰减模型，计算各风险源泄露液体到达下游水体各网格单元的风险场，最后进行叠加得出评估网格在多源模式下的水环境风险场强度：
Figure BDA0002341210710000081
式中：FWk为化工区域内网格单元k的水环境风险场强度；n为风险源个数；FWik为计算网格单元k对应于第i个风险源的水环境风险场强度。
计算出园区所有网格的水环境风险场强度后，将网格单元k的水环境风险场强度进行百分化标准处理。
S4：计算各网格单元环境风险受体易损性V。
环境风险受体易损性V评估采用赋值法，根据每个网格单元内人口数量，自然保护区面积百分比，可达医院的最近距离以及可达道路的最近距离四个指标进行评估，指标量化标准见下表，下表为受体易损性评估指标：
Figure BDA0002341210710000082
S5：各网格单元环境风险指数计算及园区环境风险分区。
通过步骤S2至步骤S4的计算得出化工园区内各网格单元的环境风险源风险指数S、大气环境风险场强度FA、水环境风险场强度FW以及环境风险受体易损性V，对数据进行标准化处理后，采用下式计算化工园区第k个网格单元的环境风险指数Rk：
Rk＝0.4×Sk+0.2×FAk+0.2×FWk+0.2×Vk；
式中，Sk指网格单元k的环境风险源风险指数，FAk指网格单元k的大气环境风险场强度，FWk指网格单元k的水环境风险场强度，Vk指网格单元k的环境风险受体易损性。k可指评估范围内的任意一个网格单元。
然后，依据各网格单元的环境风险指数对化工园区内各个网格单元的环境风险等级进行划分。具体的，根据所有网格单元的环境风险指数R数值的大小，将化工园区各个网格单元的环境风险划分成五个等级：当R≥80时，划分为极高风险区；当50≤R<80时，划分为高风险区；当40≤R<50时，划分为较高风险区；当30≤R<40时，划分为中风险区；当R<30时，划分为低风险区。
最后，根据化工园区各网格单元的环境风险等级，绘制化工园区环境风险分区地图。
选择某化工园区作为案例，具体实施方式如下：
首先，进行确定评估范围和网格划分：评估范围确定为该化工园区及下游10公里范围内水环境敏感受体、5公里范围内的大气环境敏感受体叠加后的区域。确定评估范围后，根据按照200m×200m进行网格划分。
然后，选择其中一个网格单元k，计算网格单元k环境风险源风险指数Sk，根据《企业突发环境事件风险分级方法》(HJ 941-2018)环境风险物质数量与临界量比值的计算方法，计算得出该网格单元Q值为80，根据步骤S2中的化工园区突发环境事件风险源风险指数评估指标表可知，该网格单元k环境风险物质数量与临界量比值得分为18.75。
根据《企业突发环境事件风险分级方法》(HJ 941-2018)，收集该网格单元k内涉及企业生产工艺过程与环境风险控制水平评估指标，计算出该网格单元k生产工艺过程与环境风险控制水平得分为20，故该网格单元k的固定源风险指数S固＝18.75+20＝38.75。
根据步骤S2中移动源风险指数S移的计算方式，计算得出该网格单元k危险化学品运输量H为320，假定园区所有网格单元评估的最大运输量Hmax为500，最小的运输量Hmin为100，百分化标准处理后得出该网格单元的移动源风险指数S移＝27.50。
故网格单元k的环境风险源风险指数Sk＝S固+S移＝38.75+27.50＝66.25。
然后计算网格单元k的大气环境风险场强度FAk和水环境风险场强度FWk。
大气环境风险场FAk：该化工园区有2个大气环境风险源。根据《建设项目环境风险评价技术导则HJ/T 169-2004》气体泄漏速率计算公式，计算出2个大气风险源气态环境风险物质泄漏的源强，第一风险源的源强为10kg/s，第二风险源的源强为15kg/s。采用高斯扩散模式，通过坐标变换分别计算2个风险源泄露气体到达网格单元k的风险场，第一风险源到达网格单元k的风险场强度为1.73×104mg/m3，第二风险源到达网格单元k的风险场强度为2.60×104mg/m3。最后进行叠加得出网格单元k的大气风险场强度FAk＝1.73×104+2.60×104＝4.33×104mg/m3。计算出园区所有网格单元的大气环境风险场强度后，将网格单元k的大气风险场强度进行百分化标准处理，FAk＝40。
水环境风险场FWk，该网格单元无水体，故水环境风险场FWk＝0。
然后，计算网格单元k的环境风险受体易损性Vk。
根据收集资料，网格单元k内，人口数量为500人，自然保护区面积百分比为0％，可达医院最近距离为2500m，可达道路最近距离为0m。
故根据步骤S4中的受体易损性评估指标表格可知，该网格单元k环境风险受体易损性Vk＝25+7.5+17.5+7.5＝57.5。
然后，计算网格单元k环境风险指数Rk。
通过上述计算的结果，对数据进行标准化处理后，计算得出网格单元k的环境风险指数Rk＝0.4×66.25+0.2×40+0.2×0+0.2×57.5＝46
最后，对园区环境风险进行分区。重复上述过程，计算出化工园区所有网格单元的环境风险源风险指数R数值的大小，将各评估网格单元的环境风险分成五个等级：R≥80，极高风险区；50≤R<80，高风险区；40≤R<50，较高风险区；30≤R<40，中风险区；R<30，低风险区。上述网格单元k的风险指数为46，故为高风险区，同理可获得其他网格单元的风险分区。最后，根据各网格单元的环境风险等级，基于GIS技术，绘制化工区环境风险分区地图。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (10)

1.基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法，其特征在于，包括：
确定评估范围，并在所述评估范围内进行网格划分，得到若干网格单元；
通过计算各网格单元的环境风险源风险指数、各网格单元环境风险场强度及各网格单元环境风险受体易损性，得到各网格单元的环境风险指数，并依据各网格单元的环境风险指数对化工园区内各个网格单元的环境风险等级进行划分。
2.根据权利要求1所述的基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法，其特征在于，所述各网格单元环境风险场强度包括：大气环境风险场强度和水环境风险场强度；
采用下式计算化工园区各网格单元的环境风险指数R：
R＝0.4×S+0.2×FA+0.2×FW+0.2×V；
式中，S指各网格单元的环境风险源风险指数，FA指各网格单元的大气环境风险场强度，FW指各网格单元的水环境风险场强度，V指各网格单元环境风险受体易损性。
3.根据权利要求2所述的基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法，其特征在于，所述依据各网格单元的环境风险指数R对化工园区内各个网格单元的环境风险等级进行划分的过程包括：根据所有网格单元的环境风险指数R数值的大小，将化工园区各个网格单元的环境风险划分成五个等级：当R≥80时，划分为极高风险区；当50≤R<80时，划分为高风险区；当40≤R<50时，划分为较高风险区；当30≤R<40时，划分为中风险区；当R<30时，划分为低风险区。
4.根据权利要求3所述的基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法，其特征在于，还包括：根据化工园区各网格单元的环境风险等级，绘制化工园区环境风险分区地图。
5.根据权利要求4所述的基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法，其特征在于，所述评估范围是指化工园区及下游10公里范围内水环境敏感受体、5公里范围内的大气环境敏感受体叠加后的区域。
6.根据权利要求5所述的基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法，其特征在于，所述各网格单元环境风险源风险指数由固定源风险指数和移动源风险指数进行表征；所述网格单元环境风险源风险指数为固定源风险指数与移动源风险指数的和。
7.根据权利要求6所述的基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法，其特征在于，所述固定源风险指数通过对环境风险物质数量与临界量的比值以及生产工艺过程与环境风险控制水平这两个指标进行评分得到。
8.根据权利要求7所述的基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法，其特征在于，所述移动源风险指数按照下列公式进行计算：
Figure FDA0002341210700000021
式中，H为评估网格单元内每年运输的危险化学品数量，单位为万吨；N为化工园区危险化学品运输路线每年运输危险化学品总量，单位为万吨；L为化工园区危险化学品运输路线的总长度，单位为公里；Li为评估网格单元内危险化学品运输路线长度，单位为公里；
对各个网格单元计算所得的移动源风险指数进行百分化标准处理获得最终的移动源风险指数。
9.根据权利要求8所述的基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法，其特征在于，
获取所述大气环境风险场强度的方式为：计算各风险源气态环境风险物质泄漏的源强，根据各网格单元的中心点坐标、风向、风频和化工园区内风险源的位置坐标数据，采用高斯扩散模式计算各风险源泄露气体到达各网格单元的风险场，最后进行叠加得出各网格单元的大气环境风险场强度；
获取所述水环境风险场强度的方式为：计算各风险源液态环境风险物质泄漏的源强，采用河流稳态混合衰减模型计算各风险源泄露液体到达下游水体各网格单元的风险场，最后进行叠加得出评估网格单元的水环境风险场强度。
10.根据权利要求9所述的基于风险场的化工园区网格化环境风险评估与分区方法，其特征在于，所述环境风险受体易损性通过对每个网格单元内人口数量、自然保护区面积百分比、可达医院的最近距离以及可达道路的最近距离这四个指标进行评分得到。
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