《環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)》教學(xué)大綱(細(xì)則)

1、合肥學(xué)院教案課程名稱：環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估課程編碼：120021604總學(xué)時(shí)（周學(xué)時(shí)）：32（4）開課時(shí)間：2013年4月22日適用年級(jí)：2012級(jí)專業(yè)：環(huán)境工程碩士班使用教材：環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)用技術(shù)、方法和案例授課教師：張金流教學(xué)目的：通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一般流程，方法，為學(xué)生進(jìn)入工程實(shí)踐學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。教學(xué)方法：本課程教學(xué)采取課堂PPT與板書相結(jié)合的教學(xué)方式，以授課老師傳授為主，同時(shí)發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，使學(xué)生在課堂上積極參與到課堂教學(xué)中。教學(xué)要求：見各章節(jié)考核方式：課堂考核與期末考試相結(jié)合目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4

2、 第一章概論4 HYPERLINK l bookmark26 第二章可靠性工程13 HYPERLINK l bookmark66 第三章源項(xiàng)分析23 HYPERLINK l bookmark116 第四章有毒有害害物質(zhì)在大氣中的彌散38 HYPERLINK l bookmark254 第五章有毒有害物質(zhì)在湖泊的稀釋擴(kuò)散53 HYPERLINK l bookmark327 第六章污染物在食物鏈中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移62 HYPERLINK l bookmark427 第七章環(huán)境污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)71 HYPERLINK l bookmark447 第八章環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)86第一章概論教學(xué)要求：掌握風(fēng)險(xiǎn)及環(huán)境

3、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)概念及其計(jì)算方法；了解環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展及研究重點(diǎn)；掌握環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要內(nèi)容及程序；了解ERA與EIA、ESA區(qū)別。教學(xué)重點(diǎn)：環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要內(nèi)容及程序教學(xué)方法：課堂授課學(xué)時(shí)數(shù)：2環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基本概念及其計(jì)算方法風(fēng)險(xiǎn)生命與財(cái)產(chǎn)損失或損傷的可能性；用事故的可能性或損失的幅度來表達(dá)的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷害的度量；不確定危害的度量；災(zāi)難發(fā)生的幾率；某種危害發(fā)生的可能性或幾率，以及發(fā)生這種風(fēng)險(xiǎn)所造成后果的影響程度。計(jì)算方法風(fēng)險(xiǎn)（R）是事故發(fā)生概率（P）與事故造成的環(huán)境（或健康）后果（C）的乘積，即：p（事故I單位時(shí)間事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指對(duì)某一過程或情況涉及的潛在危害引起的風(fēng)險(xiǎn)在量或質(zhì)上進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程

4、。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)則是對(duì)由自發(fā)的自然原因或人為活動(dòng)引發(fā)的，通過環(huán)境介質(zhì)傳播的、能對(duì)人類社會(huì)及環(huán)境產(chǎn)生破壞、損害等嚴(yán)重不良后果事件的危害（R）程度的評(píng)價(jià)；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（ERA）是對(duì)那些造成生成生態(tài)系統(tǒng)、動(dòng)物或人類威脅的技術(shù)所引起的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行的考察。它包括人類健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，生態(tài)或生態(tài)毒理學(xué)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以及特定的工業(yè)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，考察其在人類、生物群或生態(tài)系統(tǒng)中的終點(diǎn)。2環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展及研究重點(diǎn)；與現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展的同時(shí)，突發(fā)性的重大事故頻發(fā)，給人類健康和環(huán)境帶來嚴(yán)重后果，因此，人們?cè)絹碓街匾曋卮笸话l(fā)性事故造成的環(huán)境危害的評(píng)價(jià)問題，這類危害的評(píng)價(jià)常稱為事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，它主要考慮與項(xiàng)目連在一起的

5、突發(fā)性災(zāi)難事故，包括易燃易爆和有毒物質(zhì)、放射性物質(zhì)失控狀態(tài)下的泄漏；大型技術(shù)系統(tǒng)（如化工生產(chǎn)、橋梁、水壩等）的故障或跨塌；發(fā)生這種災(zāi)難事故的概率雖然很小，但影響的危害程度往往是巨大的。（2012年12月31日，山西天脊煤化工集團(tuán)股份有限公司8.7噸笨胺發(fā)生泄漏流入濁漳河；山西省以及位于河水下游的河北、河南兩省共2萬多人受到影響。2013年2月15日7時(shí)，山西省洪洞縣曲亭水庫的灌溉輸水洞洞頂發(fā)生垮塌，導(dǎo)致下游壩體出現(xiàn)管涌。雖然當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了全力搶修，但最終還是因?yàn)榇髩魏芾匣瘒?yán)重而漏水，形成壩體塌陷，致大壩在涵管處坍塌過水；事故導(dǎo)致上萬群眾緊急疏散同時(shí)導(dǎo)致南同蒲線8趟列車停運(yùn)）（其它例子見教材82頁

6、3.若干最大可信事故實(shí)例。）關(guān)于事故風(fēng)險(xiǎn)（或事故后果）評(píng)價(jià)，國(guó)際上是沿著三條線發(fā)展的。其一稱為概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（PRA,ProbabilityRiskAssessment），它是在事故發(fā)生前、預(yù)測(cè)某設(shè)施（或項(xiàng)目）可能發(fā)生事故及其可能造成的環(huán)境（或健康）風(fēng)險(xiǎn)。其最好的范例是美國(guó)核管會(huì)（NRC）于1975年完成的對(duì)核電站所進(jìn)行的極其系統(tǒng)的安全研究，其研究成果就是著名的巨著WASH-1400報(bào)告，其中系統(tǒng)地發(fā)展和建立了所謂的概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。其二為實(shí)時(shí)后果評(píng)價(jià)（Real-time），其主要研究對(duì)象是在事故發(fā)生期間給出實(shí)時(shí)的有毒物質(zhì)的遷移軌跡及實(shí)時(shí)濃度分布，以便作出正確的防護(hù)措施決策，減少事故的危害。主要

7、象征之一是國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）于1988年10月于美國(guó)利物莫國(guó)立實(shí)驗(yàn)室所在所聯(lián)合召開的第一屆實(shí)時(shí)劑量評(píng)價(jià)國(guó)際研討會(huì)。其三稱為事故后果（Over-event或PastAccident）評(píng)價(jià)，主要研究事故停止后對(duì)環(huán)境的影響；其主要象征是1988-1994年由IAEA及歐盟共同發(fā)起主持的有20多個(gè)國(guó)家參加的大型長(zhǎng)期國(guó)際協(xié)調(diào)調(diào)研項(xiàng)目“核素在陸地、水體、城市諸環(huán)境中遷移模式有效性研究”簡(jiǎn)稱VAMP，主要研究前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故停止后對(duì)中、西歐影響的后果。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)學(xué)科的研究?jī)?nèi)容，不但包括突發(fā)性事故的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)影響，也包括長(zhǎng)期低濃度排放累積效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)；不但研究突發(fā)性事故和長(zhǎng)期低濃度排放對(duì)人體健

8、康的危害影響，也研究它們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害影響，而后者正是目前這門學(xué)科研究、發(fā)展的重點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外開展較多、較成熟，也是本課程和國(guó)內(nèi)導(dǎo)則主要討論的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可以歸屬于事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的第一類，即預(yù)測(cè)某設(shè)施（或項(xiàng)目）建成后可能造成的風(fēng)險(xiǎn)。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究重點(diǎn)本課程研究重點(diǎn)主要是經(jīng)濟(jì)開發(fā)項(xiàng)目對(duì)人群產(chǎn)生的危害風(fēng)險(xiǎn)，主要包括化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)（來自產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)生的有毒、易燃、易爆物的風(fēng)險(xiǎn)）和物理風(fēng)險(xiǎn)（來自極端條件下的風(fēng)險(xiǎn)）；物理風(fēng)險(xiǎn)來自潛在的運(yùn)輸事故、水壩潰塌、會(huì)導(dǎo)致物理損傷與危害的機(jī)械事故或其他事故。產(chǎn)生上述風(fēng)險(xiǎn)的危害主要來自經(jīng)濟(jì)開發(fā)項(xiàng)目中：釋放對(duì)人、動(dòng)物與植物有毒的化學(xué)物質(zhì)；易燃易爆物質(zhì)；危及生命財(cái)產(chǎn)的機(jī)械

9、設(shè)備故障；構(gòu)造物（例如橋梁、水壩）垮、塌；生態(tài)危害（例如富營(yíng)養(yǎng)化、土壤侵蝕）。上述風(fēng)險(xiǎn)類型的主要環(huán)境途徑如下：I貯量I*釋放彳濃度I照射劑量*效應(yīng):健康與安全、生態(tài)系統(tǒng)、物理危害有毒化學(xué)物質(zhì)危害|貯量|打著火|壓力、熱量、有毒彳照射|效應(yīng):個(gè)隸與物刖危害易燃易爆物的危害|活動(dòng)|一網(wǎng)初始事件事故何能的事件鏈)效應(yīng)健康與安全、生態(tài)系統(tǒng)、物理危害物理?xiàng)l件危害圖1.1不同有害物質(zhì)的危害序列有毒化學(xué)物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中貯量、釋放、環(huán)境濃度、人員受照射劑量及其健康效應(yīng)關(guān)系見下圖：健康效應(yīng)：不僅取決于劑量，也取決丁卜述因索，例如年齡、性別、是否吸煙，是否仃其他疾病等。定特害的量器W規(guī)一有質(zhì)總?cè)菅b:某世物與了藏件

10、II!:在位學(xué)型述貯條貯了定化類描與的釋放:化學(xué)物質(zhì)泄漏至環(huán)境時(shí)發(fā)生污染物的釋濃度:污染物的濃度不僅取決丁釋放速率，也與環(huán)境條件有關(guān)照射量:取決于套少人多長(zhǎng)時(shí)間吸入(或食入,或與皮膚接觸)多人濃度的污染物。劑量:表征多少污染物進(jìn)入人體,它不僅取決丁照射量,也與某些因素,例如呼吸速率、粒子大小等冇環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)從其評(píng)價(jià)范圍而言又可分成三個(gè)等級(jí)，即微觀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(MicroAssessment)、系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(SystemRiskAssessment)和宏觀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(MacroRiskAssessment)o所謂微觀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指對(duì)某單一設(shè)施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；所謂系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)即對(duì)整個(gè)項(xiàng)目中所包含的相關(guān)聯(lián)的各

11、個(gè)設(shè)施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，它可以包含項(xiàng)目中的不同設(shè)施(例如運(yùn)輸、貯藏、加工)、涉及不同的活動(dòng)(例如建造、運(yùn)行、拆除)、包含不同的風(fēng)險(xiǎn)種類(例如致癌、事故損傷)及不同的人群(公眾、職業(yè)人員)?？蚨ㄆ溥吔绲乃膫€(gè)要素是：關(guān)心的空間范圍；關(guān)心的時(shí)間長(zhǎng)度關(guān)心的人群；關(guān)心的效應(yīng)。宏觀的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指規(guī)劃或政策的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，例如某一行業(yè)規(guī)劃的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。本書討論的重點(diǎn)是第一類即微觀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容及評(píng)價(jià)程序狹義的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容包括如下三個(gè)部分：第一階段為源項(xiàng)分析。這一階段的主要任務(wù)首先通過危害識(shí)別確定是火災(zāi)、爆炸、垮壩、還是有毒有害物質(zhì)的釋放。若是后者，則應(yīng)給出釋放何種物質(zhì)、釋放量、釋放方式、釋

12、放時(shí)間等數(shù)據(jù)，并應(yīng)給出其發(fā)生頻率；此外確定評(píng)價(jià)的等級(jí)、評(píng)價(jià)范圍、評(píng)價(jià)時(shí)間跨度、評(píng)價(jià)人群（如只評(píng)價(jià)居民還是包含工作人員）等。（詳細(xì)內(nèi)容將在第3章講解。）第二階段為環(huán)境后果分析。此階段的主要任務(wù)是估算有毒有害物在環(huán)境中的遷移、擴(kuò)散、濃度分布及人員受到的暴露與劑量。（詳細(xì)內(nèi)容將在第4-6章講解。）第三階段為風(fēng)險(xiǎn)表征或風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。此階段的主要任務(wù)是給出風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算結(jié)果及評(píng)價(jià)范圍內(nèi)某給定群體的致死率或有害效應(yīng)的發(fā)生率。（詳細(xì)內(nèi)容將在第7章講解。）在上述風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，最困難的是估算在一年或某一規(guī)定時(shí)間內(nèi)的設(shè)施運(yùn)行中某一情景出現(xiàn)的頻率（或概率。）廣義的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)或稱為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理還包括第四個(gè)階段風(fēng)險(xiǎn)管理。

13、風(fēng)險(xiǎn)管理是指在一系列的選項(xiàng)中選擇一個(gè)可以達(dá)到“所需結(jié)果”的決策過程，這種“所需結(jié)果”可以在環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中予以明確，也可以通過正式的風(fēng)險(xiǎn)-成本-效益分析或者“行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”或“慣例”等其它過程決定。其結(jié)果應(yīng)該是在現(xiàn)有資源的限制條件下，將風(fēng)險(xiǎn)降到“可接受”的水平。風(fēng)險(xiǎn)可以通過多種方式進(jìn)行管理：風(fēng)險(xiǎn)可以被消除：完全禁止某種化學(xué)品的使用或銷售就是風(fēng)險(xiǎn)消除的一個(gè)例子。然而，風(fēng)險(xiǎn)消除通常是不可能的，因?yàn)檫@就需要用另外一種化學(xué)品來代替被禁止的產(chǎn)品，在這種情況下，一種風(fēng)險(xiǎn)要被另一種風(fēng)險(xiǎn)所代替。風(fēng)險(xiǎn)可以被轉(zhuǎn)移到其他實(shí)體上：如工廠可以將環(huán)境責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移到保險(xiǎn)公司上。風(fēng)險(xiǎn)可以被降低：在很多政策和法規(guī)決策中，降低風(fēng)險(xiǎn)都是風(fēng)險(xiǎn)

14、管理常用的方法。雖然降低風(fēng)險(xiǎn)通常與法規(guī)相關(guān)聯(lián)，但降低風(fēng)險(xiǎn)還可以通過許多其他方法來實(shí)現(xiàn)。如自然簽訂行業(yè)協(xié)議以及為消費(fèi)者提供良好的風(fēng)險(xiǎn)信息，以便他們選擇較低風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)品。風(fēng)險(xiǎn)可以被公司或政府保留：這可以是在知情的情況下動(dòng)作，例如當(dāng)某公司作了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)并且作出相關(guān)的規(guī)定承擔(dān)可能由此風(fēng)險(xiǎn)造成的一切損失；然而，風(fēng)險(xiǎn)通常是在未被認(rèn)知的情況下被保留，例如評(píng)價(jià)未被執(zhí)行或者危害物未被鑒定。圖1.4美國(guó)環(huán)保局采用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框圖4ERA與EIA、ESA區(qū)別環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)的主要區(qū)別見下表表1.1環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)的主要不同點(diǎn)次序項(xiàng)目事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（ERA）正常工況環(huán)境影響評(píng)價(jià)（RIA）1分析重點(diǎn)突發(fā)

15、事故正常運(yùn)行工況2持續(xù)時(shí)間很短很長(zhǎng)3應(yīng)計(jì)算的物理效應(yīng)火、爆炸、向空氣和地面水釋放污染物向空氣、地面水、地下水釋放污染物、噪聲、熱污染等。4釋放類型瞬時(shí)或短時(shí)間連續(xù)釋放長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)釋放5應(yīng)考慮的影響類型突發(fā)性的激烈的效應(yīng)以及事故后期的長(zhǎng)遠(yuǎn)效應(yīng)連續(xù)的、累積的效應(yīng)6主要危害受體人和建筑、生態(tài)人和生態(tài)7危害性質(zhì)急性受毒；災(zāi)難性的慢性受毒8大氣擴(kuò)散模式煙團(tuán)模式、分段煙羽模式連續(xù)煙羽模式9照射時(shí)間很短很長(zhǎng)10源項(xiàng)確定較大的不確定性不確定性小11評(píng)價(jià)方法概率方法確定論方法12防范措施與應(yīng)急計(jì)劃不需要圖1.9某一假想情景釋放的有毒物質(zhì)概率的例示（a）不確定度小，作EIA就夠了；（b）不確定度大，應(yīng)考慮進(jìn)行ERA

16、以有助于決策Cest濃度的估算值Cmal最大允許濃度水平ERA與ESA的主要區(qū)別環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與安全評(píng)價(jià)的主要區(qū)別是:環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要關(guān)注事故對(duì)廠（場(chǎng)）界外環(huán)境和人群的影響，而安全評(píng)價(jià)主要關(guān)注事故對(duì)廠（場(chǎng)）界內(nèi)環(huán)境和職工的影響；拿火災(zāi)和爆炸事故來講，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)不關(guān)注火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射和爆炸產(chǎn)生的沖擊波帶來的破壞影響，而關(guān)注火災(zāi)和爆炸產(chǎn)生或伴生的有毒有害物質(zhì)的泄漏造成的危害，而安全評(píng)價(jià)主要關(guān)注火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射和爆炸產(chǎn)生的沖擊波帶來的破壞影響；我國(guó)目前環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則關(guān)注的是概率很小或極小但環(huán)境危害最嚴(yán)重的最大可信事故，而安全評(píng)價(jià)主要關(guān)注的是概率相對(duì)較大的各類事故，并不能包括最大可信事故。第二章可靠

17、性工程教學(xué)要求：了解系統(tǒng)可靠性含義；可靠性、安全性、風(fēng)險(xiǎn)性定義；掌握系統(tǒng)可靠性計(jì)算；掌握系統(tǒng)可靠性分析方法（事件樹、故障樹分析方法）。教學(xué)重點(diǎn)：系統(tǒng)可靠性計(jì)算授課方式：課堂授課學(xué)時(shí)數(shù)：41.系統(tǒng)可靠性含義；可靠性、安全性、風(fēng)險(xiǎn)性定義可靠性工程是系統(tǒng)工程的重要分支，它的任務(wù)是定性與定量的分析、控制、評(píng)估和改善系統(tǒng)或設(shè)備在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用的各個(gè)階段的可靠性，并在設(shè)計(jì)中達(dá)到可靠性與經(jīng)濟(jì)性綜合平衡。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要任務(wù)之一是識(shí)別系統(tǒng)可能發(fā)生的一切事故序列的頻率，在概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（PRA）中統(tǒng)稱為第一級(jí)任務(wù)；系統(tǒng)可靠性分析與事故序列分析，從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行資料、部件失效的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)資料、規(guī)程等技術(shù)資料

18、定性與定量地取得各類系統(tǒng)的故障頻率，為計(jì)算系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)提供數(shù)據(jù)。可靠性（經(jīng)典定義）：系統(tǒng)或設(shè)備在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。規(guī)定條件包括使用條件、維護(hù)條件、環(huán)境條件等；規(guī)定時(shí)間是可靠性定義中的核心，不談時(shí)間就無可靠性可言；可靠性指標(biāo)與任務(wù)時(shí)間是緊密相關(guān)的；而規(guī)定功能一般指用戶提出的技術(shù)指標(biāo)和要求。由于系統(tǒng)或設(shè)備失效的形式和過程不同，因此評(píng)價(jià)它們的可靠度也會(huì)有不同的方法。一個(gè)系統(tǒng)怎樣才算是失效呢？有兩類常用的失效準(zhǔn)則。瞬時(shí)型失效是指系統(tǒng)在工作過程中隨機(jī)地在某時(shí)刻突然地失去功能。另一種失效準(zhǔn)則是非突發(fā)性的，它伴隨性能衰退、老化和磨損過程，很難明確指出它的確定壽命，這類失效又稱耗

19、損失效或漂移失效。安全性（經(jīng)典定義）：建立一種環(huán)境，使人們?cè)谶@種環(huán)境下生活與工作感受到的危害或危險(xiǎn)是已知的，清楚的，并且是可控制在可接受的水平上。安全性以風(fēng)險(xiǎn)值(風(fēng)險(xiǎn)水平)或接受的危險(xiǎn)概率來定量描述程度。風(fēng)險(xiǎn)性是以事故發(fā)生概率與該事故后果(人員死亡或者財(cái)產(chǎn)損失)的乘積表示。以核電站為例，定量的安全目標(biāo)是：對(duì)電站1英里邊界上的居民所產(chǎn)生的平均瞬時(shí)死亡風(fēng)險(xiǎn)不應(yīng)超過美國(guó)風(fēng)險(xiǎn)本底(5X10-4/a)的0.1%，也就是說，瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的定量設(shè)計(jì)目標(biāo)為5X10-7/a；在50英里范圍的致癌風(fēng)險(xiǎn)不能超過本底致癌風(fēng)險(xiǎn)的0.1%，而美國(guó)癌本底風(fēng)險(xiǎn)值為5X10-3,所以因核電站而造成的致癌風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)目標(biāo)為2X10-6/

20、a。2.系統(tǒng)可靠性計(jì)算可靠度函數(shù)如果用隨機(jī)變量T來表示系統(tǒng)從開始工作到發(fā)生故障的連續(xù)工作時(shí)間，用t表示規(guī)定時(shí)間，則系統(tǒng)在時(shí)刻t的可靠度R(t)是隨機(jī)變量，為T大于時(shí)間t的概率。R(t)=P(Tt)不可靠度F(t)=1-R(t)=P(TWt)假設(shè)有同一種類的產(chǎn)品N0個(gè)，在t=0時(shí)開始使用或試驗(yàn)，令：Ns(t)=工作到時(shí)間t存活的數(shù)目；Nf(t)=工作到時(shí)間t失效的數(shù)目；Ns(t)+Nf(t)=N0,根據(jù)物理意義，產(chǎn)品的可靠度由下式給出：R(t)=N(t)N-N(t)N(t)s二f=1-fNNN000不可靠度F(t)由下式給出:F(t)=N(t)fN0典型系統(tǒng)可靠性計(jì)算的框圖法串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)這網(wǎng)絡(luò)表示一

21、個(gè)由元件(或分系統(tǒng))串聯(lián)連接的系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)中任一個(gè)元件工作不正常，它將引起整個(gè)系統(tǒng)失效，一種k個(gè)元件串聯(lián)的系統(tǒng)如圖2.3所示：對(duì)于k個(gè)獨(dú)立不相同元件串聯(lián)系統(tǒng)，依賴于時(shí)間t的可靠性Rs(t)為：R(t)=1_F(t)-l-F(t)-l-F(t).1F(t)s123k1-F(t)三R(t)1i式中：F(t)第i個(gè)單元或元件失效的概率(i=l,2，3,，k)；iR(t)第i個(gè)單元或元件的可靠性(i=l,2,3,k)。i常用的R(t)表示式為(指數(shù)分布):iR(t)二e-k式中入為失效系數(shù)。所以串聯(lián)系統(tǒng)可靠性可以表示為：R(t)二e-牛-e-九2te-九kts定義多個(gè)連接或單個(gè)元件的失效前

22、平均時(shí)間(MTTF)為：MTTF二八-1ii=1例題2.1：10個(gè)獨(dú)立和相同的分系統(tǒng)組成一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)。每個(gè)分系統(tǒng)的失效時(shí)間符合指數(shù)分布，其MTTF為2000h，假定在時(shí)間t=0時(shí)系統(tǒng)開始工作，計(jì)算50h時(shí)工作系統(tǒng)的可靠性。已知k=10,t=50,入=2000-1失效/h，所以R(50)=e-(2000)-1.(50)10=0.7788s此串聯(lián)系統(tǒng)工作50h后的可靠性為0.7788。并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)一種k個(gè)元件并聯(lián)的系統(tǒng)如圖2.4所示:i=1i=1為了導(dǎo)出這種模型的可靠性方程，假定：系統(tǒng)中所有單元同時(shí)工作并且負(fù)載均分；各單元在統(tǒng)計(jì)上獨(dú)立。在時(shí)間t時(shí)，具有不相同元件并聯(lián)結(jié)構(gòu)的不可靠性為：F(t)=廿F(t

23、)pii=1式中：Fi(t)第i個(gè)元件不可靠性(失效概率)；k系統(tǒng)的元件數(shù)目。因?yàn)镽p(t)+Fp(t)=l，所以并聯(lián)系統(tǒng)可靠性為：R(t)=1-JHf(t)=1-円(1-e-人)pi系統(tǒng)可靠性分析方法事件樹分析(ETA)事件樹分析(EventTreeAnalysis)法是一種邏輯演繹法，它在給定一個(gè)初因事件的情況下，分析此初因事件可能導(dǎo)致的各種事件序列的結(jié)果，從而定性與定量地評(píng)價(jià)系統(tǒng)的特性，并幫助分析人員獲得正確的決策，它常用于安全系統(tǒng)的事故分析和系統(tǒng)的可靠性分析，由于事件序列是以圖形表示的，并且呈扇狀，故得名事件樹。事件樹可以描述系統(tǒng)中可能發(fā)生的事件，特別是安全分析中，在尋找系統(tǒng)可能導(dǎo)致的

24、嚴(yán)重事故時(shí)，是一種有效的方法；比如有兩個(gè)系統(tǒng)組成的事件樹如圖所示：由上圖可知，該系統(tǒng)的可能事件數(shù)目為2n=4。事件樹分析的步驟如下：確定或?qū)ふ铱赡軐?dǎo)致系統(tǒng)嚴(yán)重后果的初因事件，并進(jìn)行分類，對(duì)于那些可能導(dǎo)致相同事件樹的初因事件可劃分為一類；建造事件樹，先建功能事件樹，然后建造系統(tǒng)事件樹；進(jìn)行事件樹簡(jiǎn)化；進(jìn)行事件序列的定量化。下面以一個(gè)例子來說明事件樹的建立及定量化。例2.2圖2.5是一個(gè)連續(xù)工藝過程的冷卻系統(tǒng)，當(dāng)正常冷卻水管道斷裂時(shí)造成系統(tǒng)失水，失水信號(hào)探測(cè)器Q）將啟動(dòng)泵P1和泵P2；如果兩臺(tái)泵均啟動(dòng)成功,則系統(tǒng)成功（S）,如果只有一臺(tái)被啟動(dòng)成功，那么系統(tǒng)是50%的部分成功（P）；第三種情況是系統(tǒng)

25、失敗。那么系統(tǒng)的最終狀態(tài)有三種：完全成功0）、部分成功（P）、系統(tǒng)失?。‵），若已知事件發(fā)生概率均為0.99，請(qǐng)計(jì)算它們各自的發(fā)生概率：p2應(yīng)急冷卻水正常冷卻水圖25冷卻系統(tǒng)ZF意圖該過程的事件樹建造如下：圖2.6冷卻系統(tǒng)事件樹故各自發(fā)生概率計(jì)算如下：P(S)=P(EP)xP(D)xP(P1)xP(P2)=0.960596P(P)=P(EP)xP(D)xP(P)xP(P)+P(EP)xP(D)xP(P)P(P)=0.01940612/12P(F)=P(EP)xP(D)xP(P)xP(P)+P(EP)xP&丿+P(EP)=0.01999812故障樹分析(FTA)故障樹分析(FaultTreeAn

26、alysis)是較為適用于大型復(fù)雜系統(tǒng)安全性與可靠性分析的常用有效方法，它是以圖形的方式表明“系統(tǒng)是怎樣失效的”？它是一種適用于設(shè)計(jì)人員、運(yùn)行人員和管理人員有效地進(jìn)行系統(tǒng)分析的方法。FTA是用圖形的方法有層次地描述系統(tǒng)在失效的進(jìn)程中，各種中間事件的相互關(guān)系，并告訴人們系統(tǒng)是通過什么途徑發(fā)生失效的。FTA的步驟FTA是把系統(tǒng)不希望發(fā)生的事件(失效狀態(tài))作為故障樹的頂事件(Topevent)。用規(guī)定的邏輯符號(hào)表示，找出導(dǎo)致這一不希望事件發(fā)生的所有可能的直接因素和原因，它們是處于過渡狀態(tài)的中間事件，并由此逐步深入分析，直到找出事故的基本原因，即故障樹的底事件為止。這些底事件又稱為基本事件，它們的事件

27、是已知的或者已經(jīng)有過統(tǒng)計(jì)或?qū)嶒?yàn)的結(jié)果。FTA一般可分為以下幾個(gè)階段：選擇合理的頂事件、系統(tǒng)的分析邊界和定義范圍，并且確定成功與失效的準(zhǔn)則；建造故障樹，這是FTA的核心部分之一，通過對(duì)已收集的技術(shù)資料，在設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理人員的幫助下，建造故障樹；對(duì)故障樹進(jìn)行簡(jiǎn)化或者模塊化；定性分析，求出故障樹的全部最小割集，當(dāng)割集的數(shù)量太多時(shí)，可以通過程序進(jìn)行概率截?cái)嗷蚋罴A截?cái)啵欢糠治?，這一階段的任務(wù)是很多的，它包括計(jì)算頂事件發(fā)生概率即系統(tǒng)的點(diǎn)無效度和區(qū)間無效度；此外還要進(jìn)行重要度分析和靈敏度分析。目前已經(jīng)發(fā)展了多種功能的軟件包進(jìn)行FTA的定性與定量研究。FTA的術(shù)語與符號(hào)頂事件，頂事件是被分析的系統(tǒng)的不希望

28、發(fā)生的事件，它位于故障樹頂端。中間事件，它位于頂事件和底事件之間，又稱故障事件，以矩形符號(hào)表示，并且由一個(gè)邏輯門跟著。底事件，位于故障樹底部的事件，在已建成的故障樹中，不必再要求分解；故障樹的底事件又分為：基本事件和菱形事件?；臼录呀?jīng)探明或尚未探明其發(fā)生原因，而有失效數(shù)據(jù)的底事件；菱形事件，又稱為未探明事件，一般可分為兩種情況，一種是在一定條件下可以忽略的次要事件，畫在故障樹中是為了提醒設(shè)計(jì)人員或管理人員，或者暫時(shí)保留它；還有一種情況就是未能探明的二次失效，對(duì)它的影響不清楚，無法繼續(xù)分解下去，只能看做一種假想的基本事件。房形事件，它也位于故障樹底部，它起開關(guān)作用，有時(shí)表示一種系統(tǒng)中的正常

29、條件或故障條件，房形事件的狀態(tài)只能發(fā)生或不發(fā)生，通過使用房形事件，可以描述各種不同條件下的系統(tǒng)故障樹。與門，表示事件關(guān)系的一種邏輯門，僅當(dāng)所有輸入與門的所有輸入事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，門的輸出事件才發(fā)生?；蜷T，表示事件關(guān)系的一種邏輯門，僅當(dāng)輸入事件中至少有一個(gè)發(fā)生時(shí)，則門的輸出事件發(fā)生。表決門，例如k/m門，表示一種表決的邏輯關(guān)系，僅當(dāng)m個(gè)輸入事件中的k個(gè)以上事件發(fā)生時(shí)，門的輸出事件才發(fā)生。禁門，表示在一定條件下才打開的邏輯門，當(dāng)禁門的條件事件存在時(shí)，輸入禁門的事件發(fā)生才會(huì)導(dǎo)致輸出事件的發(fā)生。同與門的情況相比，禁門條件事件不僅可以是故障事件，而且可以是系統(tǒng)的一種狀態(tài)和條件。異或門，表示僅當(dāng)單個(gè)輸入事件

30、發(fā)生時(shí)，而其余輸入事件不發(fā)生，異或門的輸出事件才能發(fā)生，異或門也稱互斥或門。非門，表示門的輸出事件是輸入事件的對(duì)立事件。優(yōu)先與門，表示與門的輸入事件僅當(dāng)按由左至右的順序依次發(fā)生時(shí)，門的輸出事件發(fā)生。轉(zhuǎn)移符號(hào)，有轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出符號(hào)，便于畫樹過程中進(jìn)行轉(zhuǎn)頁和查找。與門或門特門55A鶴復(fù)3故睛羈兩用符號(hào)表事件符號(hào)序號(hào)便用持號(hào)名稱門符號(hào)輸人輸出黃垂序號(hào)便用符口窩稱廣、m/n直中有F個(gè)輸人川“表決門則犠出眩生三萌形轉(zhuǎn)移出上轉(zhuǎn)人輸入小的一牛雄異或門生而另外不發(fā)生則詢出浚生頤土右定夠數(shù)據(jù)的基4料岡堆用于轅門的茱件任何一個(gè)輸人密啟則輸岀發(fā)生在條件存金時(shí)輸人產(chǎn)冬輸出優(yōu)先與門探明事件）-或篇丁呦當(dāng)全部輸人揑生則輜出發(fā)

31、生按左至和的慶序輸人浚生則發(fā)生輸出3一一矩形用|表朋的串件例2.8房形事件使用。房形事件又稱開關(guān)事件，它能表示故障樹結(jié)構(gòu)上的變換。如圖2.8故障樹所示。當(dāng)房形事件（I）發(fā)生時(shí)，則故障樹可變換成圖2.8（a）。當(dāng)房形事件（I）不發(fā)生時(shí)，則故障樹變?yōu)閳D2.8（b）的結(jié)構(gòu)。Hiin圖2房形事件的表示TOP0nnm28TOP圖2竹(b)事件I不發(fā)生事件I蛍生第三章源項(xiàng)分析教學(xué)要求：了解源項(xiàng)分析內(nèi)容和目的；了解源項(xiàng)分析程序；掌握風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別（系統(tǒng)、危險(xiǎn)物質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)、工藝過程危險(xiǎn)性識(shí)別）掌握事故源項(xiàng)分析方法（事件樹，故障樹，原因-結(jié)果分析）教學(xué)重點(diǎn)：風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和事故源項(xiàng)分析方法授課方式：課堂授課學(xué)時(shí)數(shù)：43.

32、1概述3.1.1了解源項(xiàng)分析內(nèi)容和目的源項(xiàng)分析是環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的首要任務(wù)和基礎(chǔ)工作，其分析的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的質(zhì)量。（內(nèi)容）源項(xiàng)分析是通過將一個(gè)工廠或工程項(xiàng)目的大系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，識(shí)別其中哪些物質(zhì)、裝置或部件具有潛在的危險(xiǎn)來源，判斷其危險(xiǎn)類型，了解事故發(fā)生的概率，確定毒物釋放量及其轉(zhuǎn)移途徑等。（目的）源項(xiàng)分析的目的是通過對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行危害識(shí)別和分析，正確地篩選出最大可信事故及確定其源項(xiàng)，為其后果估算提供依據(jù)和基礎(chǔ)資料。源項(xiàng)分析最重要而又最困難的工作是（事故概率的估算）；任何一個(gè)工廠，存在各種潛在事故，而每一個(gè)事故又具有諸多的誘發(fā)因素，帶有隨機(jī)性。事故概率的計(jì)算目前在可靠性工程研

33、究中已發(fā)展了眾多方法，但（歷史事故的實(shí)際調(diào)查）仍為計(jì)算的基礎(chǔ)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的源項(xiàng)分析與安全生產(chǎn)和管理中的事故分析和安全評(píng)價(jià)分析方法相同，但目的各有側(cè)重。安全生產(chǎn)中的事故分析是為了找出事故原因，提出預(yù)防事故的對(duì)策，從而減少和防止同類事故的發(fā)生；通過事故分析了解發(fā)生事故的特點(diǎn)和規(guī)律；發(fā)現(xiàn)新的危險(xiǎn)因素和管理缺陷；從事故中引出新工藝新技術(shù)。安全管理中的安全評(píng)價(jià)是通過分析了解系統(tǒng)中薄弱環(huán)節(jié)和潛在危險(xiǎn)、發(fā)生事故的概率和可能產(chǎn)生的后果，從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)，消除潛在危險(xiǎn)，以達(dá)到系統(tǒng)的最優(yōu)化和安全。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的源項(xiàng)分析是通過系統(tǒng)存在的潛在危險(xiǎn)識(shí)別及其事故概率計(jì)算，篩選出最大可信事故，進(jìn)而計(jì)算事故可能

34、危害，確定本系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)值，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較，評(píng)價(jià)能否達(dá)到可接受風(fēng)險(xiǎn)水平。3.1.2了解源項(xiàng)分析程序源項(xiàng)分析分兩階段，首先是危險(xiǎn)識(shí)別，其次是風(fēng)險(xiǎn)事故源項(xiàng)分析。前一階段以定性分析為主，后一階段以定量為主。源項(xiàng)分析所包括的范圍和對(duì)象是全系統(tǒng)，從物質(zhì)、設(shè)備、裝置、工藝到與其相關(guān)的單元。與之相應(yīng)的要進(jìn)行物質(zhì)危險(xiǎn)性、工藝過程及其反應(yīng)危險(xiǎn)性、設(shè)備裝置危險(xiǎn)性、儲(chǔ)運(yùn)危險(xiǎn)性等方面分析與評(píng)價(jià)。源項(xiàng)分析主要步驟包括：系統(tǒng)、子系統(tǒng)及單元等的劃分；危險(xiǎn)識(shí)別。由物質(zhì)危險(xiǎn)性識(shí)別，篩選出可能的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子；由工藝過程危險(xiǎn)性識(shí)別，篩選出重大危險(xiǎn)源。對(duì)篩選出的重大危險(xiǎn)源，依據(jù)其在線量或貯量，以及所涉及的有毒有害物的毒性，篩選出最終的

35、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子和相應(yīng)的最大可信事故。對(duì)最大可信事故進(jìn)行定量分析，確定有關(guān)源項(xiàng)參數(shù)，包括事故概率、毒物泄漏量及其進(jìn)入環(huán)境的可能轉(zhuǎn)移途徑和危害類型等。3.1.3源項(xiàng)分析中的相關(guān)術(shù)語：危險(xiǎn)性：指在各類生產(chǎn)活動(dòng)中能造成人員傷亡和財(cái)物損失的潛在性原因，它的發(fā)展會(huì)成為實(shí)際的危險(xiǎn)，即事故。事件的發(fā)生概率：危險(xiǎn)性發(fā)展成為事故的概率。即隨機(jī)事件在一定時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)取得的發(fā)生次數(shù)稱為頻率，經(jīng)過實(shí)踐證明的、穩(wěn)定的頻率值即為事件的發(fā)生概率。必然發(fā)生的事件概率為1，不可能發(fā)生的事件概率為0，所以一般隨機(jī)事件的概率介于0與1之間。危險(xiǎn)源：評(píng)價(jià)系統(tǒng)內(nèi)某一部分或部件，因?yàn)楦鞣N原因受到損壞或失去控制導(dǎo)致毒物泄漏或引起火災(zāi)爆炸事故，構(gòu)

36、成危險(xiǎn)源。潛在的危險(xiǎn)源需要通過分析評(píng)價(jià)對(duì)象所涉及的有毒有害物質(zhì)的理化特性和毒理特性及其貯量來識(shí)別。危險(xiǎn)類型：危險(xiǎn)類型可分為：人為災(zāi)害，如工廠的火災(zāi)、爆炸、毒物釋放等；自然災(zāi)害，如區(qū)域性的地震、海嘯等；準(zhǔn)自然災(zāi)害，由于自然和人為共同誘發(fā)，如雷擊引起球罐爆炸、污染事故等。危險(xiǎn)程度：綜合考慮危險(xiǎn)源導(dǎo)致的事故可能產(chǎn)生的后果及其出現(xiàn)頻率。對(duì)危險(xiǎn)強(qiáng)度進(jìn)行分類，總體而言可分為三類：低頻率嚴(yán)重后果的危險(xiǎn)性；偶然中等后果的危險(xiǎn)性；高頻率低危險(xiǎn)水平的危險(xiǎn)性。與之相對(duì)應(yīng)即為高風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)三種水平風(fēng)險(xiǎn)源。對(duì)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)而言，高風(fēng)險(xiǎn)是重點(diǎn)對(duì)象。最大可信事故：在所有可能發(fā)生的重大事故中，對(duì)環(huán)境（或健康）危害

37、最嚴(yán)重的即事故后果最大的事故。在所評(píng)價(jià)的系統(tǒng)中，如其最大可信事故風(fēng)險(xiǎn)值在同類系統(tǒng)的可接受風(fēng)險(xiǎn)值范圍內(nèi)，則認(rèn)為該系統(tǒng)從風(fēng)險(xiǎn)角度來講是可以接受的。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別3.2.1風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及其基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，它是通過定性分析及經(jīng)驗(yàn)判斷，識(shí)別評(píng)價(jià)系統(tǒng)的危險(xiǎn)源或事故源、危險(xiǎn)類型和可能的危險(xiǎn)程度及確定其主要危險(xiǎn)來源。系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別（可靠性）詳見第二章；系統(tǒng)安全性分析其一是對(duì)涉及的物質(zhì)，如工業(yè)原料等的分析，其二是對(duì)系統(tǒng)的可靠性、安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖3.1是一個(gè)工廠安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)的例子。圖3.1工廠安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)示意圖由前面第二章可知，系統(tǒng)可靠性是指系統(tǒng)（設(shè)備）在規(guī)定條件下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力

38、；系統(tǒng)安全性指系統(tǒng)的失效和人員失誤的概率及由于失效可能導(dǎo)致的危害（人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失）。任何一個(gè)系統(tǒng)，其可靠性、安全性與成本、效益之間的關(guān)系是在保證系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)的前提下，使系統(tǒng)的成本費(fèi)用最小。圖3.2為可靠性R與成本費(fèi)用之間的一般關(guān)系。系統(tǒng)（設(shè)備）的可靠性提高，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加，但安全費(fèi)用成本隨著可靠度的增加而降低，A點(diǎn)則為優(yōu)化點(diǎn)。系統(tǒng)安全分析即求取優(yōu)化點(diǎn)A。A費(fèi)用總成本R最佳由前面第二章可知，系統(tǒng)的可靠度隨時(shí)間變化，在穩(wěn)定狀態(tài)下或在確定的周安全費(fèi)用成本圖3.2可靠性R與成本費(fèi)用關(guān)系期內(nèi)，系統(tǒng)的可靠度可用隨機(jī)事件的概率來計(jì)算，系統(tǒng)穩(wěn)定模型可靠度計(jì)算方法如下：串聯(lián)系統(tǒng)：假設(shè)系統(tǒng)S由n個(gè)獨(dú)

39、立單元舛，A2,A3，An組成，當(dāng)其中有一個(gè)失效時(shí)，系統(tǒng)就失效，則S為串聯(lián)系統(tǒng)。已知單元Ai的可靠度為Ri(i=l,2,3,n),則系統(tǒng)S的可靠度Rs為:R二R-R-RRRs123nii=1由于0l,=l,0.5m/s)時(shí)i風(fēng)向、j穩(wěn)定度的聯(lián)合頻ijij率;ujj類穩(wěn)定度的平均風(fēng)速即風(fēng)速倒數(shù)平均值之倒數(shù)。根據(jù)定義，長(zhǎng)期連續(xù)排放時(shí)i風(fēng)向下風(fēng)方位的年均濃度Ci則由源強(qiáng)Q與年平均擴(kuò)散因子(C/Q)之乘積給出。煙團(tuán)模式在事故后果評(píng)價(jià)中，常采用下述形式的煙團(tuán)公式：TOC o 1-5 h z2Q(x-x)2-(y-y)2-z2C(x,y,O)=一exp-丄exp亠yoexp-(425)(2兀)3/20aa

40、2a22a22a2xyz-yz式中C(x,y,0)下風(fēng)向地面(x,y)坐標(biāo)處的空氣中污染物濃度，g/m3；X、y、z煙團(tuán)中心坐標(biāo);000a,a,a為x,y,z方向的擴(kuò)散參數(shù)，m；常取a=0 xyzxyQ事故期間煙團(tuán)的排放量，g。分段煙羽模式當(dāng)事故排放持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)(幾小時(shí)至幾天)，可采用此模式。此模式以一系列的煙羽段來描述煙羽。在每個(gè)彌散時(shí)間段At(如5min或10min),每一個(gè)煙羽段的特性都有所變更。而在每個(gè)“氣象”時(shí)間段tm(取lh)內(nèi)，所有的氣象參數(shù)(穩(wěn)定度、風(fēng)向、風(fēng)速等)和排放參數(shù)都可能改變。每個(gè)煙羽段都將產(chǎn)生一濃度場(chǎng)，此濃度場(chǎng)可由下述高斯煙羽公式描述，即位于S(0，0，z)的點(diǎn)源在

41、接受位置r(x,y,z)產(chǎn)生的濃度C由下式給出：srrrQy2(-+Ah-)2(-+Ah+z)2C二Qexp()exp(zs3)+exp乞V(426)2uaa2a22a22a2yzyzzC相應(yīng)地，其短期擴(kuò)散因子C可表示為：Q1y2Iexp(-l)exp2x002J2yIyz(z+h-z)2丄sr+exp202z(z+h+z)2sr202(427)式中Q污染物釋放速率，g/s；h煙羽抬升高度；0,0下風(fēng)距離x(m)處的水平方向擴(kuò)散參數(shù)和垂直方向擴(kuò)散yzr參數(shù)。多煙團(tuán)模式對(duì)于瞬時(shí)或短時(shí)間事故排放源項(xiàng)，宜采用下述變天條件多煙團(tuán)模式。變天氣條件下的體源煙團(tuán)模式的基本點(diǎn)是把輸送時(shí)間分割成若干時(shí)段，每個(gè)時(shí)

42、段(例如lOmin、30in、lh)內(nèi)的風(fēng)向、風(fēng)速和穩(wěn)定度視為恒定不變，假定每個(gè)時(shí)段發(fā)射一個(gè)煙團(tuán)，按下述方法跟蹤煙團(tuán)軌跡，計(jì)算每個(gè)煙團(tuán)在各個(gè)時(shí)刻對(duì)關(guān)心點(diǎn)的貢獻(xiàn)，即某一時(shí)段的污染物濃度分布視為上一時(shí)段所有無限小體積元dxdydz的貢獻(xiàn)之疊加。設(shè)k時(shí)段結(jié)束時(shí)的濃度分布為C(x，y，z)，kkkk則在一體積元dxdydz中的污染物可視為下一時(shí)段的點(diǎn)源，其源強(qiáng)為dQ(x,y,z,t)=C(x,y,z,t)dx,dy,dz,此點(diǎn)源在(k+1)時(shí)段的貢獻(xiàn)可由下kkkkkkkkk式表示：dQ(x,y,z,t)/xxkui(tt)2yy”u(t)2TOC o 1-5 h zdC(x,y,z,t)=”kk”ex

43、p”一k+1(2兀)3/20ooI2j22j2x,k+1y,k+1z,k+1x,k+1y,k+1(zz)2(z+z)2expk+expk(431)2o22Iz,k+1z,k+1式中u和u在第k+l時(shí)段平均風(fēng)速u在x和y方向的分量。x,k+ly,k+l經(jīng)一定數(shù)學(xué)處理，得到第i個(gè)煙團(tuán)在t時(shí)刻(即第w時(shí)段)在點(diǎn)(x,y,O)產(chǎn)w生的地面濃度C(x,y,O,t)為：ww2QH2I(xxi)2(yyi)2C(x,y,O,t)=Qexp()exp(w(yy“丿.(432)ww(2x)3/2000202I202202Ix,effy,effz,effz,effx,effy,eff式中Q煙團(tuán)排放量，g；Q=QA

44、t;t為時(shí)段長(zhǎng)度；其t時(shí)段的事故擴(kuò)散因子為：w(4-33)/H2I(x一xi)2(y一yi)2TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark168 =exp(e)exp一ww HYPERLINK l bookmark170 Q(2兀)3/2aaa2a2I2a22a2x,effy,effz,effz,effx,effy,eff式中xi和yi第w時(shí)段結(jié)束時(shí)i煙團(tuán)質(zhì)心的x和y坐標(biāo)，由下述兩式給出:w HYPERLINK l bookmark172 xi=u(tt+u(tt)(434)wx,ww1x,kkk1k=1yi=u(tt+u(tt)(435)wy,ww1y,kkk1a、o

45、、ox,effy,eff可由下式估算：k=1分別為煙團(tuán)在w時(shí)段沿x,y和z方向的有效擴(kuò)散參數(shù)，z,eff(j二x,y,z)(436)a2=Xa2j,effj,kk=1其中：(4-37)a2=o2(t)-a2(t)j,kj,kkj,kk-1在計(jì)算某個(gè)關(guān)心點(diǎn)在th的濃度時(shí)，需要考慮各個(gè)煙團(tuán)的可能貢獻(xiàn)。(4-38)C(x,y,0,t)=工C(x,y,0,t)ii=1式中n需要跟蹤的煙團(tuán)數(shù)，可由下式制定:C(x,y,0,t)Wf工C(x,y,0,t)(439)n+1ii=1式中f小于1的系數(shù)，可根據(jù)計(jì)算要求確定。煙羽抬升煙羽或煙團(tuán)的有效排放高度He可以表示為：H=H+AH(4-40)e式中H煙團(tuán)的幾何

46、高度；H煙羽(團(tuán))的抬升高度。煙羽或煙團(tuán)的抬升高度分為動(dòng)力抬升和浮力抬升。對(duì)于通過煙囪排放的煙羽或煙團(tuán)，分別推薦國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)IAEA所建議的公式與國(guó)標(biāo)GB/T3840-91的抬升公式來估算動(dòng)量抬升和浮力抬升。對(duì)于不通過煙囪釋放的煙羽或煙團(tuán)，建議采用Briggs的抬升公式。上述這些公式簡(jiǎn)述如下：動(dòng)量抬升H(無浮力抬升的煙羽或煙團(tuán))(1)中性和不穩(wěn)定天氣條件下按下述兩式分別計(jì)算抬升高度H,取其小者AH=1.44D(Wo)2/3()-C(4-41)iuDi0wAH=3yD(4-42)為抬升值：ui式中w煙囪出口處煙氣流速，m/s；0u煙囪高度處風(fēng)速，m/s；x下風(fēng)向距離，m；D煙囪內(nèi)徑,m；iCw

47、V1.5u時(shí)的下洗修正因子，由下式給出：00wC=3(1.5-o)De0uDe煙囪外徑,m。(2)穩(wěn)定天氣在穩(wěn)定天氣條件下，由式(4-41)及下述兩式計(jì)算AH,取其中最小值為抬升高度。FAH=4(f)1/4(4-43)SFmAH=1.5S-1/6()1/3(4-44)u式中F動(dòng)量通量參數(shù);m定度參數(shù)。它們分別表示為：W2(r)2028.7x104對(duì)E類天氣-心(4-45)1.75x10-3對(duì)F類天氣S穩(wěn)FmS=2熱量抬升(1)有風(fēng)時(shí)，中性和不穩(wěn)定條件下：當(dāng)煙氣熱釋放率Q大于或等于2100kJ/s，且煙氣溫度與環(huán)境溫度的差值ht大于或等于35K時(shí)，H采用下式計(jì)算：AH=nQn1Hn2u-1(4-

48、46)0hQ二0.35PQ箏(4-47)havTtAT二T-T(4-48)ta式中n煙氣熱狀況及地表狀況系數(shù)；0n煙氣熱釋放率指率；1n排氣筒高度指數(shù)，具體數(shù)值見表4.7；2Q煙氣熱釋放率，kJ/s;hH排氣筒距地面幾何高度，m，超過240m時(shí)取H=240m;P大氣壓力，kPa,如無實(shí)測(cè)值，可取鄰近氣象臺(tái)(站)季或年a平均值；Q實(shí)際排煙率，m3/s；vT煙氣出口溫度與環(huán)境溫度差，K；T煙氣出口溫度，K;tT環(huán)境大氣溫度，K,如無實(shí)測(cè)值，可取鄰近氣象臺(tái)(站)季或a年平均值；U排氣筒出口處平均風(fēng)速，m/s。表4.7n、n、n的選取012Q/(kJ/s)hQ$21000h地表狀況n0n1n2農(nóng)村或城

49、市遠(yuǎn)郊區(qū)1.4271/32/3城市及近郊區(qū)1.3031/32/32100WQW21000h農(nóng)村或城市遠(yuǎn)郊區(qū)0.3323/52/5且厶T235K城市及近郊區(qū)0.2923/52/5當(dāng)1700kJ/sVQV2100kJ/s時(shí)；hAH=AH+(AH-AH)Qh-17(4-49)121400AH二2(1.5vD+0.01Q)/u-0.048(Q-1700)/u.(4-50)1shh式中v排氣筒出口處煙氣排出速度，m/s；sD-排氣筒出口直徑，m;H按式(4-46)至(4-48)計(jì)算，n、n、n按表4-7中Q值較小2012h的一類選?。籕，u與式(4-46)至(4-48)中的定義相同。h當(dāng)QW1700可k

50、j/s或者TV35K時(shí)：h(4-51)AH=2(1.5vD+0.01Q)/ush式中各參數(shù)的定義同上。2)有風(fēng)時(shí)，穩(wěn)定條件下：建議按下式計(jì)算煙氣抬升高度厶H(m),XTAH=Q1/3(dTa+0.0098)-1/3u-1/3hdz(4-52)式中dTadz(3)靜風(fēng)(uV0.5m/s)或小風(fēng)(0.5WuV1.5m/s)條件下:1010建議按下式計(jì)算煙氣抬升高度厶H(m),AH=5.50Q1/4(d-a+0.0098)-3/8hdz式中符號(hào)同上，但dTa取值宜小于0.01K/m。dz3Briggs公式排氣筒幾何高度以上的大氣溫度梯度，k/m。(4-53)(1)對(duì)于穩(wěn)定天氣，煙羽(或煙團(tuán))平衡后的

51、有效高度H由下式給出:式中H二2.63.7x10-5Q/(u-S)1/3+HeHQ熱釋放率，4.1868j/s;H(4-54)u平均風(fēng)速;S穩(wěn)定度參數(shù)，其值已在式(4-45)中給出。2)對(duì)于中性或不穩(wěn)定天氣，則采用下式：H二1.63.7x10-5Q(x*2)i/3u-1+He(4-55)式中x*=2.083.7x10-5Q2/5(H)3/5H(4-56)大氣穩(wěn)定度分類高斯擴(kuò)散公式的應(yīng)用，關(guān)鍵在于確定擴(kuò)散參數(shù)。和。；而擴(kuò)散參數(shù)的確定yz又與大氣穩(wěn)定度有關(guān)，因此有必要對(duì)大氣穩(wěn)定度分類作一介紹：1)帕斯奎爾分類帕斯奎爾（Pasquill）根據(jù)五類地面風(fēng)速、三類日間的日射和兩類夜間云量把擴(kuò)散天氣分成6

52、類（表4.8），即強(qiáng)不穩(wěn)定，不穩(wěn)定，弱不穩(wěn)定，中性，較穩(wěn)定和穩(wěn)定。它們分別用英文字母A,B,C,D,E,和F表示。表4.8帕斯奎爾大氣穩(wěn)定度風(fēng)類地面風(fēng)速（在10m處）/（m/s）白天日射夜間濃陰的白天或夜晚強(qiáng)中弱滿天薄云或4/8云量6CDDDDD（2）修訂的帕斯奎爾分類方法我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中,采用修訂的帕斯奎爾穩(wěn)定度分類方法。首先由云量與太陽高度角按表4.9查出太陽輻射等級(jí)數(shù),再由太陽輻射等級(jí)數(shù)與地面風(fēng)速按表4.10查找穩(wěn)定度等級(jí)。表4.9太陽輻射等級(jí)數(shù)日.云量太陽高度角（h。）總云量/低云量夜間h15015h035。35h065hoW(.4-99)式中假定降水發(fā)生在第w時(shí)間段時(shí)。事故釋放期間恰

53、逢降雨（設(shè)降雨時(shí)間長(zhǎng)度為T=MAt即M個(gè)時(shí)間段長(zhǎng)度）,因沖洗造成的地表總沉積量W,則由下式給出（假定降雨從W時(shí)段開始至W時(shí)段12結(jié)束）：W=Y迓W(i)Atw(4-100)ww=Wt=1W（i）由上式給出，wt為w時(shí)段的時(shí)間長(zhǎng)度，這里令t二常數(shù)=toN為ww煙團(tuán)釋放總數(shù)。第五章有毒有害物質(zhì)在湖泊的稀釋擴(kuò)散教學(xué)要求：掌握有毒物質(zhì)在湖泊中擴(kuò)散濃度的預(yù)測(cè)模型教學(xué)重點(diǎn)：有毒物質(zhì)在湖泊中擴(kuò)散預(yù)測(cè)模型授課方式：課堂授課學(xué)時(shí)數(shù)：4有毒物質(zhì)在固/液相中的分配過程常規(guī)污染問題可以用一個(gè)濃度值表征污染的程度，而有毒物質(zhì)在水中則要將它分為顆粒態(tài)和溶解態(tài)兩狀態(tài)進(jìn)行研究，原因在于計(jì)算各在濃度時(shí)需要考慮的物理過程不同，如

54、揮發(fā)作用是污染物從水中向大氣轉(zhuǎn)移，只發(fā)生在溶解相中，而沉積作用只發(fā)生在顆粒態(tài)部分。設(shè)污染總濃度C（卩g/m3）可以分為兩個(gè)濃度分量之和。即C=C+C（5-1）dp式中C溶解態(tài)的濃度分量，Mg/m3；dC顆粒態(tài)的濃度分量，Mg/m3；p這些分量可以用總濃度的一個(gè)固定百分比來表達(dá)，即C二FC(5-2)ddC=FC(5-3)pp式中Fd、Fp溶解態(tài)和顆粒態(tài)濃度占污染物總濃度百分?jǐn)?shù)，該百分?jǐn)?shù)是污染物的分配系數(shù)和懸浮顆粒物濃度的函數(shù)。F=dkmd1+kmd(5-4)(5-5)式中Kd分配系數(shù)，m3/g;懸浮固體物（指其它固體物質(zhì)，非有毒污染物）濃度，g/m3。圖5.1對(duì)上述各關(guān)系函數(shù)給予一定的解釋，懸浮

55、固體從1g/m3（相當(dāng)清澈的湖水）到100g/m3（比較混濁的河流），分配系數(shù)由10-4到1000,隨著km的增加,d有毒物質(zhì)將更多地存在于顆粒態(tài)；而以對(duì)弱吸附污染物（低k值）,在低懸浮顆d粒（低m值）有毒物質(zhì)主要存在為溶解態(tài)。混合均勻的湖泊有毒物質(zhì)濃度預(yù)測(cè)模型對(duì)于混合均勻的湖泊（不考慮沉積物的影響）,有毒物質(zhì)分別在溶解態(tài)和顆粒態(tài)中的濃度可以用下述方法進(jìn)行計(jì)算。顆粒濃度的平衡方程對(duì)于固/液分開計(jì)算的固體顆粒,正如常規(guī)模型要計(jì)算污染物被水流帶走多少一樣,對(duì)固/液分開的固體顆粒也要計(jì)算會(huì)被水流帶走多少污染物,如圖5.2所示,固體流入一個(gè)混合均勻的湖泊,考慮其沉降及流出,其物質(zhì)平衡原理可寫出：負(fù)何流

56、出圖5.2無沉積物時(shí)混合均勻源泊的固體顆粒收支帳Vdm=Qm-Qm-VsAm（5-7）dtin式中m流入懸浮固體的濃度，g/m3；inVs沉降速率，m/a；A湖泊表面積，m2；m平衡時(shí)湖泊中懸浮物固體濃度，g/m3；Q湖泊流量，ms/a。在恒定狀態(tài)下式（5-7）可改寫為：Qm一Qm一VsAm=0(5一8)in艮卩：m-Qmin=0mQ+VAins式中QQ+VAs(5一9)污染物濃度的平衡方程圖5.3為混合均勻的湖泊中有毒物質(zhì)，在溶解態(tài)中考慮揮發(fā)作用，在顆粒態(tài)中考慮沉降作用，其平均方程為：V-=QC-QC-VAFC-VFAC（5-10）dtinvdsp式中V物質(zhì)的揮發(fā)傳輸系數(shù)，m/a；vC有毒物

57、質(zhì)流入湖泊時(shí)的濃度；inC有毒物質(zhì)在湖泊中平衡時(shí)的濃度；Fd、Fp溶解態(tài)和顆粒態(tài)濃度占污染物總濃度百分?jǐn)?shù)。在恒定狀態(tài)下，式（5-10）可以簡(jiǎn)化為：C=Qn=0C(5-11)Q+VAF+VAFinvdsp式中0=Q+VaF+VAFvdsp(5-12)【例題5.1】Huron湖PCB（聚氯聯(lián)二苯）稀釋作用（不考慮沉積作用），有關(guān)參數(shù)見表5.1、5.2。表5.1有關(guān)特征值參數(shù)符號(hào)單位值懸浮物固體濃度mg/m30.531懸浮物固體負(fù)荷WZ二Qmsing/a6.15X1012PCB負(fù)荷cMg/a5.37X1012表5.2Huron湖參數(shù)參數(shù)符號(hào)單位值體積Vm33515X109表面面積Am359570X1

58、06水深Hm59進(jìn)出流量Qm3/a161X109若不考慮沉積物的影響，確定高分子PCB在湖中的濃度，其中已知K=0.0301m3/g,V=178.45m/a,求出：dv固體物質(zhì)沉降速度Vs；污染物流入時(shí)的濃度C；in恒定狀態(tài)下的濃度和傳輸系數(shù)反應(yīng)到95%的時(shí)間。解:根據(jù)式（5-8）,恒定狀態(tài)下的沉降速度:Vs=Q%一Qm=6.15X1012(161X109X0.531)/(59570X106X0.531)Am=191.82(m/a)進(jìn)入Huron湖的PCB濃度：=33.35pg/m3w5.37XIO12C=inQ161x109恒定狀態(tài)下的濃度和傳輸系數(shù)由式(54)、(55)可得溶解態(tài)和顆粒態(tài)的

59、百分比：F二二1/(1+0.0301X0.531)=0.9843(溶解態(tài)百分比)d1+kmdF=kdm二1-0.9843=0.0157(顆粒態(tài)百分比)p1+kmd由式(5-12)可得轉(zhuǎn)換系數(shù)0：B=(161X109)/161X109+(178.45X59570X106XQ+VAF+VAFvdsp0.9843)+(191.82X59570X106X0.0157)=0.0149因此平衡濃度C=0C=0.0149X33.35=0.497g/m3in減少95%的時(shí)間通過沉降、揮發(fā)、流出掉95%的時(shí)間如下：流入湖水中總量的95%t=流出量+揮發(fā)量+沉降量161x109x33.35x0.95(161x10

60、9+178.45x0.9843x59570 x106+191.82x0.0157x59570 x106)x0.4970.95a各種作用的數(shù)量及比重見圖5.55.37X1Q12(100%)流入fA揮S5.2X1012(96.8%)揮發(fā):溶解態(tài)0.09X1012(1.7%)圖5.5Huron湖PCB的平衡示意圖考慮沉積物時(shí)有毒物質(zhì)的濃度預(yù)測(cè)模型如果考慮到混合均勻的湖泊下面的沉積物層，湖水和沉積層分別用腳標(biāo)12加以表示。首先我們?cè)诔练e物層中引入孔隙率的概念。V申=d2(513)V72式中V沉積物層中液體的體積，m3；d2V沉積物層的總?cè)莘e，m3。2定義沉積物層的密度P=M，Vp2式中M沉積物層中固體