CN111145064A - 一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法和*** - Google Patents
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Abstract
一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法和***，属于突发大气污染应急预警评估及应急决策领域。其步骤包括：(1)突发事故捕捉识别；(2)决策支持基础数据信息查询调取；(3)模拟预测与健康风险评估；(4)优化监测布点；(5)现场综合监测(气象、污染物)；(6)源强动态更新反馈；(7)专家会商。以上应急方法步骤利用网络信息技术进行集成，最终形成一个完整的动态应急预警评估与决策支持***。本发明首次提出了“源强‑模拟‑监测布点”关键应急技术流程框架，实现了污染排放‑模拟‑监测的数据流相互反馈修正，可较***地解决突发事故源强动态变化、微小尺度污染迅速预警更新、应急优化监测选点等难题。
Description
技术领域
本发明属于突发大气污染应急预警评估及应急决策支持领域，涉及一种突发大气污染事故应急预警评估与决策支持的方法，具体是利用最优化溯源技术、模型模拟预报技术、应急监测布点技术、健康风险评估准则、数据库信息管理***和应急监测***集成构建动态应急预警评估与决策支持***，以实现对突发大气污染事故快速、科学的动态应急预警评估与决策支持。
背景技术
随着我国经济快速发展，各类生产、生活活动引起的突发大气污染事故(***、火灾、泄漏、恶臭等)急剧上升，由于该类事故发生突然、短时间内排放大量有毒有害污染物、排放规律动态变化、污染程度难以控制，对人类健康、生态环境和经济发展构成巨大威胁。研究突发事故的快速、准确预警与应急评估处置，对于提高突发大气污染事故应急的科学性与实效性，降低人体健康危害与经济损失具有重要意义。
目前，国内外针对突发事故应急***方面已开展了一些研究，如美国环保署推荐的ALOHA预警***、英国剑桥环境研究咨询公司开发的GASTRAR***，我国的GIS-SLAB危险气体扩散实时预测预警***、MM5/WRF-HYSPLIT预测***以及突发性大气污染监测与预报集成移动平台。总体来看，已有研究取得一定的成果，但以上应急***大多只关注了应急过程的某一方面。“天津大***”等事故的处置表明已有***缺乏多技术的有效集成，缺乏排放-监测-模拟-应急处置联动耦合的应急预警评估方法，尚未实现对突发事故的快速、动态预警评估。
发明内容
本发明目的是针对突发事故应急需求，解决真实突发事故应急管理与处置过程中污染排放-监测-模拟-应急处置信息动态更新反馈等方面的问题，提出一套动态应急预警评估与决策支持方法和***，从而实现对突发事故的快速、动态预警评估，为应急决策提供更为科学、完善的技术支持。
要解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法，包括如下步骤：
(1)突发事故捕捉识别
突发大气污染事故发生后，应急人员根据接警信息对突发事故基础信息进行录入及备案；
(2)基础数据库信息自动调取
根据事故接警信息查询基础数据库信息并调取展示事故相关信息资料；
(3)模拟预测与健康风险评估
实现气象预报模型常态化运行及预报结果动态展示；根据事故接警信息，对有毒气体污染扩散时空分布动态模拟预测，获得污染影响范围，在此基础上结合人体急性健康效应浓度标准；划定健康风险区域，生成动态健康风险预报场并进行展示；
(4)优化监测布点
基于扩散模拟-健康风险评估结果并结合实际应急监测资源及地理信息(周边敏感点、交通、人口密度、地形、河流等)，获得优化监测布点建议方案并进行展示；
(5)现场综合监测
根据优化布点建议方案，利用在线监测设备获得实时监测数据；
(6)源强动态更新反馈
利用现场实时监测数据与扩散模型进行事故源强的动态更新，并将源强更新结果传递反馈给扩散模型进行污染预测结果的动态更新；
(7)专家会商
利用网络通讯技术建立应急指挥中心与事故应急现场的音频连接，实现指挥中心与事故现场的信息交互反馈；利用网络通讯技术实现指挥中心与应急领域专家音频连接，为事故现场处置决策提供科学、有效的建议。
一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持***，应用上述方法步骤开发形成的应急技术支持模块，包括(1)突发事故捕捉识别模块、(2)基础信息管理模块、(3)模拟预测与健康风险评估模块、(4)优化监测布点模块、(5)现场综合监测模块、(6)源强动态更新反馈模块、(7)专家会商模块，均接入同一网络平台，建立一种基于多技术融合的突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持***。各***可独立运行，也可通过不同技术模块之间的数据传递开展协同工作。
本发明提出的突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法及***，从实际应急需求出发，耦合集成基础信息数据***、预测模拟***、应急布点***、现场综合监测***、溯源***于一体，构建动态应急预警评估与决策支持***，该***涵盖了数据库信息自动获取、未来事故污染发展势态动态预测、事故现场实时综合监测、指挥中心与事故现场信息交互反馈功能，可实现对突发大气污染事故快速、科学应急预警评估与决策支持。
附图说明
图1是本发明一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持***结构及主要使用方法流程示意图；
具体实施方式
下面基于突发事故案例假设情景，结合突发事故主要处置流程对本发明做进一步说明：
假设某化工企业发生有毒气体泄漏事故，采用本发明提出的突发事故动态应急预警与决策支持方法进行应急响应，利用上述***进行操作，具体步骤如下：
(1)突发事故捕捉
应急人员接到事故报警电话，根据报警人提供信息对突发事故基础信息进行录入、备案，启动应急***；同时，立即通知部门领导，相关应急人员赶赴现场；
突发事故基础信息录入内容主要包括：涉事企业名称、事故发生时间、有毒物名称、信息来源、报警人及联系方式、接警人员及接警时间。
(2)基础数据信息查询调取
根据事故接警信息查询补充基础数据库信息并调取展示事故相关信息资料；
对基础信息库进一步的补充和细分，具体包括：风险源基础信息数据库(包括企业名称、位置、负责人、联系方式、应急资源等信息)、地理信息数据库(包括周边敏感点、交通、地形、人口密度等信息)、应急设备管理库(现场采样设备、现场监测设备、通信照明、个人防护设备等)、应急专家信息库(包括医疗、化工、环境、事故现场救援等方面专家信息)、有毒物应急处置信息库(包括涉及的有毒物理化性质、对环境的影响、环境标准、现场及实验室检测方法、应急处理处置方法等信息)、应急预案库(政府应急预案、综合应急预案、专项应急预案、现场处置预案)。
涉事企业风险源信息、应急预案、周边敏感点信息、有毒物应急处置信息。
应急***根据应急人员录入的事故信息，自动检索并调取事故相关信息资料，至少包括涉事企业信息、有毒物的物化性质与处置方法信息、事故周边敏感点信息、应急专家信息以及事故应急预案信息等，为应急部门领导指挥决策提供初步的信息支持。
(3)模拟预测与健康风险评估
采用并实现气象预报模型常态化运行及预测动态扩散结果；
根据事故接警信息，采用气象预报模型对有毒气体污染扩散进行时空分布动态模拟预测，获得污染影响范围，在此基础上结合人体急性健康效应浓度标准；划定健康风险区域，生成动态健康风险预报场并进行展示；
应急人员赶赴现场的同时，应急***中模型预测与健康风险评估已经进入后台运行状态并在短时间内给出计算结果，获得的有毒气体污染影响范围以及健康风险区域划分预测结果，同时采用GIS***进行叠加动态展示，为事故处置指挥工作迅速提供建议、参考；
气象预报模型采用WRF-CALMET耦合模型，污染扩散预测采用WRF-CALMET气象预报场作为气象驱动，与扩散模型耦合，实现污染动态预测，扩散模型选自CALPUFF、AERMOD、高斯烟羽模型(Gaussian Plume Model)、SLAB扩散模型中的任意一种。
人体急性健康效应浓度标准包括：急性暴露指导浓度(Acute ExposureGuideline Levels,AEGLs)；紧急响应计划指导浓度(Emergency Response PlanningGuidelines,ERPG)；短时间紧急暴露限值(Temporary Emergency Exposure Limits,TEEL)。
(4)应急监测点位优化
步骤(3)获取污染预测结果后，应急***操作人员根据现场实际调动应急监测资源、周边敏感点、健康风险评估结果以及地理信息，利用优化布点技术模块计算得到优化布点建议方案，帮助指挥人员在监测点位选取方面做出快速决策；
基于步骤(3)所得扩散模拟-健康风险评估结果并结合实际应急监测资源及地理信息(周边敏感点、交通、人口密度、地形、河流等)，获得优化监测布点建议方案并进行展示；
所述的优化监测布点中具体步骤如下：
步骤1)利用数值模型网格化的污染浓度场结果初步判断布点范围；
步骤2)基于人体急性健康效应浓度标准确定毒物危险区域；
步骤3)对毒物危险区域以外，将污染浓度预测结果按照浓度高低排序；
步骤4)根据浓度排序结果，以事故现场实际可调用的监测设备数目N作为约束条件，筛选浓度前N大值的网格点位置作为建议监测布点位置；
步骤5)结合地理信息(周边敏感点、交通、人口密度、地形、河流等)综合评估布点方案，确定最终的优化监测布点方案。
(5)现场综合观测
根据优化布点建议方案，利用在线监测设备获得实时监测数据；
现场综合监测包括：利用在线监测设备获得事故现场风向风速、污染物定性定量的实时数据。
(6)源强动态更新反馈
利用现场实时监测数据与扩散模型预测结果对比，判断是否进行事故源强的动态更新，若需要进行源强更新，则利用监测数据进行源强更新计算，计算结果传递反馈给步骤(3)的模拟预测即扩散模型进行污染预测和风险区域划分结果的更新；
所述的源强动态更新步骤包括：
步骤1)利用现场监测点位的浓度数据，首先进行污染物源强动态更新判断，若满足更新条件；则执行步骤2)，若不满足条件，则不执行更新；
步骤2)将现场浓度数据作为输入带入源强反演模型，建立最小化目标函数，利用最优化方法对最小化目标函数进行求解，得到的解的结果即为污染源位置及污染源污染物的释放速率；
动态更新判断条件为：
R代表相关性系数，σo、σp分别代表所有监测位置处实际监测浓度值的标准偏差和所有与实际监测对应位置处模型模拟浓度值的标准偏差，Cp、Co代表某一监测点处扩散模型输出的模拟浓度和实际监测浓度，
代表所有实际监测点的浓度平均值，
代表所有扩散模型输出的模拟浓度平均值，R大于0.6时进行更新。
源强反演模型形式为：
i代表现场浓度监测点，n代表监测点数量，Cp、Co同上。
源强反演求解方法为标准粒子群优化算法。
(7)专家会商
在事故发展规模、污染影响较大时，需要与事故现场应急人员以及步骤(2)中自动调取的应急专家信息库中的相关专家迅速建立音频连接，将事故现场、指挥中心、场外专家通过应急***建立联系，对事故进行科学研判，最后指挥中心下达对事故现场的合理处置命令。
步骤(1)突发事故捕捉识别模块除了具备接警信息输入功能，还具备模型运行参数输入及智能启动包括(2)基础信息管理模块、(3)模拟预测与健康风险评估模块两个技术模块的功能，实现(2)、(3)***模块的自动化运行。
步骤(6)源强动态更新反馈模块能直接利用(5)现场综合监测模块的监测数据进行源强反演更新并将信息自动反馈给(3)模拟预测与健康风险评估模块。
基于在线监测设备，对事故周边敏感点的气象要素及有毒物浓度进行实时监测，利用网络通讯技术将现场数据传递到指挥中心的应急***进行实时动态展示。
各***既可独立工作，也可以通过不同技术模块之间的数据传递开展协同工作，形成“污染排放-模式预测-现场监测”的数据流动态反馈修正，为突发大气污染事故动态应急预警与决策提供重要支撑。
Claims (10)
1.一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)突发事故捕捉识别
突发大气污染事故发生后，应急人员根据接警信息对突发事故基础信息进行录入及备案；
(2)基础数据库信息自动调取
根据事故接警信息查询基础数据库信息并调取展示事故相关信息资料；
(3)模拟预测与健康风险评估
实现气象预报模型常态化运行及预报结果动态展示；根据事故接警信息，对有毒气体污染扩散时空分布动态模拟预测，获得污染影响范围，在此基础上结合人体急性健康效应浓度标准；划定健康风险区域，生成动态健康风险预报场并进行展示；
(4)优化监测布点
基于扩散模拟-健康风险评估结果并结合实际应急监测资源及地理信息，获得优化监测布点建议方案并进行展示；
(5)现场综合监测
根据优化布点建议方案，利用在线监测设备获得实时监测数据；
(6)源强动态更新反馈
利用现场实时监测数据与扩散模型进行事故源强的动态更新，并将源强更新结果传递反馈给扩散模型进行污染预测结果的动态更新；
(7)专家会商
利用网络通讯技术建立应急指挥中心与事故应急现场的音频连接，实现指挥中心与事故现场的信息交互反馈；利用网络通讯技术实现指挥中心与应急领域专家音频连接，为事故现场处置决策提供科学、有效的建议。
2.按照权利要求1所述的一种多技术融合的突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法，其特征在于，步骤(1)应急人员接到事故报警电话，根据报警人提供信息对突发事故基础信息进行录入、备案，启动应急***；同时，立即通知部门领导，相关应急人员赶赴现场；
突发事故基础信息录入内容主要包括：涉事企业名称、事故发生时间、有毒物名称、信息来源、报警人及联系方式、接警人员及接警时间。
3.按照权利要求1所述的一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法，其特征在于，步骤(2)根据事故接警信息查询补充基础数据库信息并调取展示事故相关信息资料；
还包括对基础信息库进一步的补充和细分，具体包括：风险源基础信息数据库(包括企业名称、位置、负责人、联系方式、应急资源等信息)、地理信息数据库(包括周边敏感点、交通、地形、人口密度等信息)、应急设备管理库(现场采样设备、现场监测设备、通信照明、个人防护设备等)、应急专家信息库(包括医疗、化工、环境、事故现场救援等方面专家信息)、有毒物应急处置信息库(包括涉及的有毒物理化性质、对环境的影响、环境标准、现场及实验室检测方法、应急处理处置方法等信息)、应急预案库(政府应急预案、综合应急预案、专项应急预案、现场处置预案)。
4.按照权利要求1所述的一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法，其特征在于，步骤(3)根据事故接警信息，采用气象预报模型对有毒气体污染扩散进行时空分布动态模拟预测，获得污染影响范围，在此基础上结合人体急性健康效应浓度标准；划定健康风险区域，生成动态健康风险预报场并进行展示；
应急人员赶赴现场的同时，应急***中模型预测与健康风险评估已经进入后台运行状态并在短时间内给出计算结果，获得的有毒气体污染影响范围以及健康风险区域划分预测结果，同时采用GIS***进行叠加动态展示，为事故处置指挥工作迅速提供建议、参考；
气象预报模型采用WRF-CALMET耦合模型，污染扩散预测采用WRF-CALMET气象预报场作为气象驱动，与扩散模型耦合，实现污染动态预测，扩散模型选自CALPUFF、AERMOD、高斯烟羽模型(Gaussian Plume Model)、SLAB扩散模型中的任意一种；
人体急性健康效应浓度标准包括：急性暴露指导浓度(Acute Exposure GuidelineLevels,AEGLs)；紧急响应计划指导浓度(Emergency Response Planning Guidelines,ERPG)；短时间紧急暴露限值(Temporary Emergency Exposure Limits,TEEL)。
5.按照权利要求1所述的一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法，其特征在于，步骤(4)应急监测点位优化：步骤(3)获取污染预测结果后，应急***操作人员根据现场实际调动应急监测资源、周边敏感点、健康风险评估结果以及地理信息，利用优化布点技术模块计算得到优化布点建议方案，帮助指挥人员在监测点位选取方面做出快速决策；
基于步骤(3)所得扩散模拟-健康风险评估结果并结合实际应急监测资源及地理信息，获得优化监测布点建议方案并进行展示。
6.按照权利要求1所述的一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法，其特征在于，步骤(4)中优化监测布点中具体步骤如下：
步骤1)利用数值模型网格化的污染浓度场结果初步判断布点范围；
步骤2)基于人体急性健康效应浓度标准确定毒物危险区域；
步骤3)对毒物危险区域以外，将污染浓度预测结果按照浓度高低排序；
步骤4)根据浓度排序结果，以事故现场实际可调用的监测设备数目N作为约束条件，筛选浓度前N大值的网格点位置作为建议监测布点位置；
步骤5)结合地理信息综合评估布点方案，确定最终的优化监测布点方案。
7.按照权利要求1所述的一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法，其特征在于，步骤(6)中源强包括污染源位置、污染源污染物释放速率，源强动态更新反馈是指利用现场实时监测数据与扩散模型预测结果对比，判断是否进行事故源强的动态更新，若需要进行源强更新，则利用监测数据进行源强更新计算，计算结果传递反馈给步骤(3)的模拟预测即扩散模型进行污染预测和风险区域划分结果的更新；
所述的源强动态更新步骤包括：
步骤1)利用现场监测点位的浓度数据，首先进行污染物源强动态更新判断，若满足更新条件；则执行步骤2)，若不满足条件，则不执行更新；
步骤2)将现场浓度数据作为输入带入源强反演模型，建立最小化目标函数，利用最优化方法对最小化目标函数进行求解，得到的解的结果即为污染源位置及污染源污染物的释放速率；
动态更新判断条件为：
R代表相关性系数，σo、σp分别代表所有监测位置处实际监测浓度值的标准偏差和所有与实际监测对应位置处模型模拟浓度值的标准偏差，Cp、Co代表某一监测点处扩散模型输出的模拟浓度和实际监测浓度，
代表所有实际监测点的浓度平均值，
代表所有扩散模型输出的模拟浓度平均值，R大于0.6时进行更新；
源强反演模型形式为：
i代表现场浓度监测点，n代表监测点数量，Cp、Co同上；
源强反演模型求解方法为标准粒子群优化算法。
8.按照权利要求1所述的一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法，其特征在于，在事故发展规模、污染影响较大时，需要与事故现场应急人员以及步骤(2)中自动调取的应急专家信息库中的相关专家迅速建立音频连接，将事故现场、指挥中心、场外专家通过应急***建立联系，对事故进行科学研判，最后指挥中心下达对事故现场的合理处置命令。
9.按照权利要求1所述的一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法对应的***，其特征在于，步骤(1)突发事故捕捉识别对应设置(1)突发事故捕捉识别模块，步骤(2)基础数据库信息自动调取对应设置(2)基础数据库信息自动调取模块；步骤(3)模拟预测与健康风险评估对应设置(3)模拟预测与健康风险评估模块，步骤(4)优化监测布点对应设置(4)优化监测布点模块，步骤(5)现场综合监测对应设置(5)现场综合监测数据模块，步骤(6)源强动态更新反馈对应设置(6)源强动态更新反馈模块；步骤(7)专家会商对应设置(7)专家会商模块；所有模块均接入同一网络平台，建立一个多技术融合的突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持***；各模块既能独立运行，也能通过不同技术模块之间的数据传递开展协同工作。
10.按照权利要求9所述的***，其特征在于，(1)突发事故捕捉识别模块除了具备接警信息输入功能，还具备模型运行参数输入及智能启动包括(2)基础信息管理模块、(3)模拟预测与健康风险评估模块两个技术模块的功能，实现(2)、(3)***模块的自动化运行；
(6)源强动态更新反馈模块能直接利用(5)现场综合监测模块的监测数据进行源强反演更新并将信息自动反馈给(3)模拟预测与健康风险评估模块。
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