第一章  緒論

1.1 研究背景
自古以來(lái)，化工業(yè)對(duì)于歷史上的產(chǎn)業(yè)革命和當(dāng)代技術(shù)革命都起著重要的作用[1]�，F(xiàn)如今化工業(yè)已成為很多國(guó)家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)。然而，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，化工企業(yè)中大量使用有毒及腐蝕性化工原料。在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中因?yàn)槿藶�、管理、設(shè)備等因素而導(dǎo)致的突發(fā)性大氣污染事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)人民的生命安全和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。近年來(lái)，我國(guó)由化工導(dǎo)致的安全問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題日益突出，接連發(fā)生了多起嚴(yán)重的化工事故[2]。2002  年  2月，遼陽(yáng)石化分公司發(fā)生聚乙烯裝置爆炸事故，結(jié)果造成8人死亡，19人受傷[3]；2008年6月，云南省安寧市齊天化肥有限公司發(fā)生硫化氫中毒事故，導(dǎo)致6人死亡，28人受傷[4-5]；2011年11月，山東省新泰聯(lián)合化工股份有限公司發(fā)生氣體燃爆事故，導(dǎo)致15人死亡，4人受傷[6]；2015年1月，山東省臨沂燁華焦化公司發(fā)生化學(xué)品爆炸事故，致使7人死亡。由于各類化工安全事故的頻繁發(fā)生，國(guó)家對(duì)化工行業(yè)安全問(wèn)題的關(guān)注程度現(xiàn)已達(dá)到前所未有的高度。 化工事故強(qiáng)大的破壞性嚴(yán)重威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全以及化工企業(yè)的健康發(fā)展。與此同時(shí)，有害化學(xué)品的泄漏、排放也加劇了生態(tài)環(huán)境的破壞程度。強(qiáng)化安全意識(shí)，進(jìn)一步做好安全生產(chǎn)工作，是所有化工產(chǎn)業(yè)必須重視的問(wèn)題。 建立科學(xué)、完善、功能強(qiáng)大的化工廠預(yù)警系統(tǒng)可以更高效的管理化工企業(yè)，保障企業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展，減小事故發(fā)生概率，降低由有毒有害氣體導(dǎo)致的環(huán)境污染事故的損失，同時(shí)可以提高環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的反應(yīng)能力，以便及時(shí)、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)事故影響、開(kāi)展應(yīng)急救援工作，為有害氣體泄漏事故應(yīng)急處理指揮提供及時(shí)、可靠、科學(xué)的依據(jù)。因此，需要進(jìn)行化工預(yù)警相關(guān)課題研究，將化工產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行事故預(yù)警，減小事故風(fēng)險(xiǎn)。 
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1.2 化工廠預(yù)警系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

1.2.1 預(yù)警理論起源與發(fā)展
預(yù)警理論起源于 19 世紀(jì)末期，其早期理論多應(yīng)用于社會(huì)政治經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的危機(jī)問(wèn)題，隨后，開(kāi)始將預(yù)警理論應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，預(yù)警研究不再局限于軍事范圍，開(kāi)始向地震、泥石流、洪水等自然災(zāi)害領(lǐng)域推廣。上世紀(jì) 50 年代，預(yù)警理論開(kāi)始邁入到實(shí)際應(yīng)用階段。這一時(shí)期涌現(xiàn)了一批大研究成果，奠定了現(xiàn)代預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)。上世紀(jì) 80 年代，預(yù)警理論逐步在管理領(lǐng)域發(fā)揮作用，預(yù)警理論與方法的研究開(kāi)始進(jìn)入到由定性為主到定性、定量相結(jié)合的過(guò)程時(shí)期[7-8]。近幾年，發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始將預(yù)警管理擴(kuò)展到企業(yè)財(cái)務(wù)、工業(yè)生產(chǎn)、自然災(zāi)害等多個(gè)領(lǐng)域，有效地防范或減小了相關(guān)領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)。石化、煤炭等高危行業(yè)的預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)相對(duì)成熟，許多相應(yīng)的預(yù)警模型和預(yù)警指標(biāo)體系被建立。自 1989 年起，國(guó)內(nèi)也著手研究并實(shí)施經(jīng)濟(jì)監(jiān)測(cè)預(yù)警[9]。佘廉教授及其研究團(tuán)隊(duì)率先在國(guó)內(nèi)系統(tǒng)地提出企業(yè)預(yù)警管理的理論體系，并在交通災(zāi)害領(lǐng)域應(yīng)用了此管理理論體系[10]。隨后預(yù)警理論逐步推廣到鐵路交通、石油煤礦、化工生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域。 
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第二章 大氣擴(kuò)散模型

針對(duì)化工事故頻繁發(fā)生問(wèn)題，為掌握氣體的擴(kuò)散規(guī)律，利用數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)大氣污染物的擴(kuò)散影響范圍，及時(shí)對(duì)受影響區(qū)域進(jìn)行預(yù)警，可以幫助決策者快速提出應(yīng)對(duì)措施。首先對(duì)不同模型做出了分析選擇，然后介紹模型參數(shù)的選取方法，最后對(duì)模型的局限性及其改進(jìn)措施進(jìn)行了探討。

2.1 模型分析和選擇
有害氣體泄漏事故在化工事故中占很大比重，研究化工廠預(yù)警問(wèn)題離不開(kāi)氣體擴(kuò)散模型。通過(guò)研究氣體擴(kuò)散模型，模擬氣體擴(kuò)散范圍，預(yù)測(cè)其危險(xiǎn)程度，對(duì)于減小事故災(zāi)害損失意義重大。因此，國(guó)內(nèi)外大量專家學(xué)者對(duì)氣體擴(kuò)散問(wèn)題作了深入研究。國(guó)外對(duì)氣體擴(kuò)散研究始于上世紀(jì)七、八十年代，在九十年代又對(duì)其進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究；國(guó)內(nèi)在近年來(lái)也越來(lái)越重視相關(guān)研究。由于化工行業(yè)氣體泄漏易引發(fā)嚴(yán)重后果，目前該領(lǐng)域的研究相當(dāng)活躍。針對(duì)泄漏對(duì)象、泄漏規(guī)模、泄漏環(huán)境等條件提出并驗(yàn)證了大量擴(kuò)散模型。關(guān)于氣體擴(kuò)散的模型有很多種，目前較為成熟的擴(kuò)散計(jì)算模型主要有BM 模型、FEM3 模型、SUTTON 模型以及使用范圍最廣泛的高斯模型等[55-58]。BM(Britter and Mcquaid )模型是對(duì)唯象模型的簡(jiǎn)稱，通過(guò)大量圖表或簡(jiǎn)單的表達(dá)式描述氣體的擴(kuò)散，其表現(xiàn)形式為一系列的方程式和列線圖。該模型由經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而出，擴(kuò)展性較差，實(shí)驗(yàn)誤差較大，只能用于確定有害氣體影響的最外圍警戒線  [59-62]，不適用對(duì)模擬精度要求較高的場(chǎng)合。  
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2.2 高斯模型
鑒于高斯模型具有計(jì)算結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合度較高、模型簡(jiǎn)單、易于理解、計(jì)算量較小、計(jì)算效率高、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，因此環(huán)評(píng)領(lǐng)域普遍使用高斯模型作為大氣污染擴(kuò)散的計(jì)算模型。本文所研究的課題也采用高斯大氣污染擴(kuò)散模型。使用高斯擴(kuò)散模型，，需滿足以下條件[46]：  
（1）研究區(qū)域地面平坦開(kāi)闊、材質(zhì)均勻，空氣流動(dòng)速度平緩、穩(wěn)定，不考慮風(fēng)場(chǎng)變化。  
（2）擴(kuò)散過(guò)程中，大氣污染物與空氣之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，符合質(zhì)量守恒定律、污染物本身的化學(xué)成分不變，不與其它氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。污染氣體在地面無(wú)吸收，全部被反射出去。  
（3）研究區(qū)域平均風(fēng)速高于  1.0  米每秒；污染物擴(kuò)散的半徑在 10 到 20 公里范圍內(nèi)。 
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第三章 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) ........ 19 
3.1  需求分析 .......... 19 
3.1.1  用戶需求分析 ......... 19 
3.1.2  系統(tǒng)需求分析 ......... 19 
3.2  系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 ......... 19
3.3  系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) ..... 20
3.4  功能模塊設(shè)計(jì) ......... 23 
3.5  本章小結(jié) .......... 28 
第四章 化工廠預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) ....... 30 
4.1  化工廠預(yù)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境 .......... 30 
4.2  系統(tǒng)界面設(shè)計(jì) ......... 30 
4.3  地圖基本操作 ......... 31 
4.4  地圖編輯模塊 ......... 32 
4.5  查詢模塊 .......... 32 
4.6  分析模塊 .......... 34 
4.7  數(shù)據(jù)管理 .......... 35
4.8  擴(kuò)散模擬 .......... 40
4.9  地圖輸出 .......... 48 
4.10  事故分析預(yù)警 ....... 49 
4.11  本章小結(jié) ........ 50 
第五章 總結(jié)與展望 ......... 51 
5.1  總結(jié) .... 51 
5.2  展望 .... 52 

第四章 化工廠預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 

4.1 化工廠預(yù)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境 

實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)瀏覽、使用的一系列操作。從工具條或菜單欄可以實(shí)現(xiàn)文件的打開(kāi)、保存、輸出，打印等功能，地圖基本功能，包括地圖放大、縮小、全圖顯示、量算等。 圖層右鍵：按照 ArcGIS 使用習(xí)慣，在圖層列表控件點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵實(shí)現(xiàn)一系列基本操作。數(shù)據(jù)框右鍵實(shí)現(xiàn)圖層的打開(kāi)關(guān)閉，針對(duì)單個(gè)圖層右鍵可以實(shí)現(xiàn)打開(kāi)屬性表，設(shè)置比例尺，圖層選擇、縮放以及圖層屬性功能。 地圖右鍵通過(guò)調(diào)用 MapControl 控件的 OnMouseDown 事件實(shí)現(xiàn)：地圖打開(kāi)\添加數(shù)據(jù)、要素選擇、清除選中要素、地圖放大、縮小、全圖顯示等。 編輯模塊在對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)變更時(shí)使用。主要包括編輯器工具的啟動(dòng)、停止、保存。要素的復(fù)制、粘貼、剪切、刪除、撤銷、恢復(fù)，以及對(duì)編輯內(nèi)容的查找以及定位到 X.Y 功能。下圖 4.5 為對(duì)消防的查找功能，在不確定要素名稱時(shí)可以對(duì)地物進(jìn)行模糊查詢。 為滿足不同用戶的操作習(xí)慣，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種查詢功能。 屬性查詢：選擇查詢圖層，查詢方法，使用 SQL 語(yǔ)句查詢，系統(tǒng)將定位至所選要素，并對(duì)其高亮顯示（效果圖為圖 4.6）。 位置屬性：選擇查詢要素、幾何形狀與查詢空間關(guān)系獲取查詢結(jié)果并將其高亮顯示在地圖上，下圖 3.7 為對(duì)工廠圖層查詢結(jié)果。

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總結(jié)

由于各種因素，化工污染事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)人民的生命安全和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害，化工安全問(wèn)題成為社會(huì)普遍重視的問(wèn)題。如何合理預(yù)測(cè)并有效控制潛在危險(xiǎn)，是化工行業(yè)共同關(guān)注的問(wèn)題。本文將氣體擴(kuò)散模型與 GIS 相結(jié)合，利用 GIS 可視化技術(shù)和空間插值技術(shù)對(duì)氣體泄漏擴(kuò)散結(jié)果進(jìn)行可視化顯示。并以此作為災(zāi)后人口撤離預(yù)警的基礎(chǔ)，建立了化工廠預(yù)警系統(tǒng)。論文主要結(jié)論成果如下： 
（1）以 ArcGIS  Engine 作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合化工預(yù)警工作的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)了對(duì)研究區(qū)域地圖的放大、縮小、漫游、不同格式數(shù)據(jù)的輸出轉(zhuǎn)換，以及查詢、分析功能。根據(jù)不同用戶操作習(xí)慣實(shí)現(xiàn)信息模糊查詢、屬性條件查詢、空間位置查詢等多種查詢功能，方便用戶最短時(shí)間查詢感興趣地物。通過(guò)緩沖區(qū)分析可以查找一定區(qū)域內(nèi)的醫(yī)院、消防單位，為用戶提供最恰當(dāng)?shù)哪繕?biāo)區(qū)域選擇范圍。最短路徑分析，解決了受影響區(qū)域人員的撤離路線問(wèn)題，提高了災(zāi)后人員撤離效率。 
（2）可以用于對(duì)地理信息數(shù)據(jù)和化工基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行添加、修改、入庫(kù)等編輯操作，方便數(shù)據(jù)的及時(shí)更新。日常數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)有助于及早發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)源頭并對(duì)其進(jìn)行預(yù)警，以便及時(shí)排查潛在安全問(wèn)題，減小化工事故發(fā)生的幾率。應(yīng)急物資的有效管理和常見(jiàn)危險(xiǎn)化學(xué)品應(yīng)急信息的管理為事故發(fā)生后的應(yīng)急決策提供理論參考和物質(zhì)保障。 
（3）化工氣體泄漏事故發(fā)生后，針對(duì)不同泄漏氣體，輸入對(duì)應(yīng)條件參數(shù)，可以進(jìn)行泄漏后果模擬預(yù)測(cè)，將影響區(qū)域直觀顯示在地圖上。此外，系統(tǒng)還可以將模擬圖導(dǎo)出為不同格式的圖片文件，作為影響區(qū)域人口撤離預(yù)警決策的參考依據(jù)。 
（4）化工廠預(yù)警系統(tǒng)的管理工作為用戶提供了一個(gè)信息支持和決策平臺(tái)，能更好的為化工企業(yè)安全管理提供信息服務(wù)，災(zāi)前的隱患預(yù)警與災(zāi)后的人員撤離預(yù)警相結(jié)合，能夠最大限度減小災(zāi)害損失。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號(hào)：44140