ALOHA模型参数敏感性分析在化工环评中的应用
杨大卫
(上海优咨环境科技有限公司，上海 201102)
摘 要： 以毒性终点浓度涉及最远距离为研究对象，研究了ALOHA模型中风速、云量、温度、湿度4个气象参数的敏感性分析的原理和方法及其在化工项目环境风险评价中的应用，确定了毒性终点浓度涉及最远距离相对峰值所对应的参数条件，筛选出实例中风速、云量、温度、湿度的最不利气象条件组合，以期为ALOHA模型应用于化工项目选址、环境风险评价等技术评估提供参考依据。
关键词： ALOHA模型；参数敏感性分析；不利气象条件
2018年10月颁布的《建设项目环境风险评价技术导则》(HJ169-2018)[1](以下简称“导则”)中的大气环境风险预测内容中，要求“选取最不利气象条件，选用适用的数值方法进行分析预测，给出风险事故情形下危险物质释放可能造成的大气环境影响范围和程度”。ALOHA(Areal Locations of Hazardous Atmospheres)模型作为美国环境保护署(EPA)推荐的环境风险预测模型之一，在环境风险评价领域得到了一定程度的应用。但在该模型应用的过程中，由于应用人员在气象参数的来源、理解和分析程度等方面存在差异，导致参数的选择不同，并使预测结果不一致。因此，对ALOHA模型的不同气象参数进行敏感性分析。为此，作者以ALOHA模型中PAC-3和PAC-2涉及最远距离为研究对象，分析ALOHA模型气象参数的敏感性，以期为筛选最不利气象条件进行环境风险预测、环境风险评估分析和技术复核等积累经验。
钟表品牌宝玑的创始人阿伯拉罕·路易·宝玑(Abraham-Louis Breguet)认识到了保护轴榫不受伤害的重要性，出现这种问题不仅会导致摆轮轴榫损坏影响走时精准度，更重要的是也会影响制表师的声誉。为了解决这一问题，钟表品牌宝玑的创始人阿伯拉罕·路易·宝玑做了一项发明，他用一个金属片固定红宝石轴榫，而不是直接将红宝石轴承固定在夹板上，这样就可以利用金属的弹性将手表受到撞击时的部分力量消耗掉，进而保证摆轮轴榫的安全。为了提高防震效果，这个金属片被做得尽量地曲折，因为越曲折就越长，越长防震效果越好。
1 ALOHA 模型及气象参数敏感性分析方法
1.1 ALOHA模型
ALOHA模型是由美国环境保护署(EPA)和国家海洋大气管理办公室(NOAA)共同开发的程序，是计算机辅助突发事件操作管理(CAMEO)套装中的一部分[2]。目前，ALOHA模型在世界各地已广泛应用于风险评价和应急辅助决策等领域。ALOHA具有1个近1000种常用化学品的数据库，数据库信息包括化学品类型、意外事故位置、天气状况及意外事故变量等。ALOHA中采用的数学模型有：高斯模型、DEGADIS重气扩散模型、蒸汽云爆炸、BELEVE火球等成熟的计算模型[3]。
ALOHA模型中，毒物的关注浓度有急性暴露水平指南浓度(AEGL)、应急反应指南浓度(ERPG)、保护行动标准浓度(PAC)等[4]。其中，PAC又分为三个等级，PAC-3对应于《导则》附录H中的毒性终点浓度-1，当大气中的危险物质低于该限值时，绝大多数人员暴露1 h不会对生命造成威胁；PAC-2对应于毒性终点浓度-2，当大气中的危险物质低于该限值时，暴露1h一般不会对人体造成不可逆的伤害。
1.2 ALOHA模型气象参数
在ALOHA模型中，除了需要输入源地理位置参数、风险物质类型参数、风险源强参数外，还需输入不同的气象参数。考虑到作者进行参数敏感性分析的重点在于判定系统输入的气象参数对输出结果的影响，以期为筛选出最不利气象条件提供依据，因此，敏感性分析的参数确定为风速(U)、云量(C)、温度(T)、湿度(H)。
1.3 参数敏感性分析实验设计
根据正交实验表1进行计算，结果如表2所示。对表2的正交实验结果进行计算并作极差分析，分析结果如表3所示。
(1)风速。结合表2及表3可知，终点浓度涉及最远距离随着风速(U)的增加呈现出降低的趋势，当风速取0.5 m/s时，终点浓度涉及最远距离出现最大值。源高为7 m时，不同风速条件下终点浓度涉及最远距离变化程度最大。以PAC-3作为终点浓度，涉及距离从86 m增加到135 m，变化程度为56%；以PAC-2作为终点浓度，涉及距离从233 m增加到345 m，变化程度为48%。因此，合理选择风速条件非常重要。
1.3.2 变量参数
从表3可以看出，对于不同的源高，终点浓度涉及最远距离对各参数的敏感性为：风速>云量>湿度>温度。随着面源高度的增加，终点浓度涉及最远距离有所减小，污染物扩散的空间增大，相应达到终点浓度的距离有所减小。
根据ALOHA模型的气象参数，结合各因素在所设定的事故发生区域的取值范围，进行四因素三水平正交设计，选用正交分析表L9(34)安排实验，因素水平如表1所示。
(2)云量。终点浓度涉及最远距离随着云量(C)的增加呈现逐渐增加的趋势，当云量取8时，终点浓度涉及最远距离出现最大值。源高为0 m时，不同云量条件下终点浓度涉及最远距离变化程度最大。以PAC-3作为终点浓度，涉及距离从126 m增加到138 m，变化程度为9.5%；以PAC-2作为终点浓度，涉及距离从320 m增加到353 m，变化程度为10.4%。
本次研究忽略实验各气象因素之间的交互作用，以PAC-3(对应于《导则》中大气毒性终点浓度-1)、PAC-2(对应于《导则》中大气毒性终点浓度-2)的涉及最远距离为考察指标。
表 1各因素水平表
Table 1Parameters of various factors and levels
2 结果与讨论
1.3.1 基本参数
本文所讲的微电网，不是指对电力系统发展初期的孤立系统的简单回归，而是指在智能电网的范畴内，由分布式电源、储能和负荷构成的，以供应电力为主的独立可控系统，采用大量先进的现代电力技术且可实现局部地区的电力电量自平衡。随着其智能性与灵活性的不断提升，微电网既是智能电网的重要组成部分，又体现着其有独特的优点和价值。
两组妊娠期贫血的发生率比较差异无统计学意义，与妊娠期血容量增加，血液相对稀释，这是机体生理性变化，并且对照组孕妇在妊娠期也给予了常规的健康教育的指导，因此两组妊娠期贫血发生率比较，差异无统计学意义。
表 2正交实验结果
Table 2Results of orthogonal experiments
表 3各指标的参数敏感性分析
Table 3Statistics of forecasting results in different parameter sensibility tests
2.1 终点浓度涉及最远距离与各参数的相互影响
2.1.1 终点浓度对各参数的敏感性
为了减少计算工作量，提高计算精度，作者采用正交实验法分析参数敏感性。正交实验法是利用排列整齐的正交表来对实验进行整体设计、综合比较、统计分析[5]。这种实验设计法是从大量的实验点中挑选适量的具有代表性的点，只需做较少次的实验便可判断出较优的条件，若再对实验结果进行简单的统计分析，还可以更全面、更系统地掌握实验结果，作出正确的判断。
从经济的角度看，有利于发展成旅游产业经济增长点。如在浙江绍兴举行的“中国兰亭书法节”就是比较典型的把以书法作为休闲活动与旅游产业结合的典型活动，到2012年，书法节已连续举行了28届，在书法节期间组织如曲水流觞、书画艺术博览会、兰亭讲堂、绍台两地书画艺术交流友好关系结对和系列展览等大型活动。参与的人员中，很大部分并不是专业创作的书法家，它包容了一切爱好书法的普通群众。通过活动带动书法旅游产业的发展，人们旅游书法名胜、收藏名人字画，采购用于赏玩的文房四宝，已成为一个新的经济增长点。
2.1.2 各参数对终点浓度涉及最远距离的影响
本次敏感性分析所设定的项目属于化工石化类，位于城市区域，简单地形，不考虑岸边熏烟。环境风险可信事故设定为液氨储罐泄漏，为了考虑不同污染源高度的影响，污染源高度分别设定为0 m、7 m，液氨泄漏后在围堰内形成液池，并以100 kg/min的速率挥发至大气中，持续时间为60 min，总挥发量为6000 kg。
CCA排序图(图4)较好地反映了3类生态系统环境因子和群落物种的关系。综合来看，仅有少量物种对土壤深度(SD)、碎石含量、0～10 cm土层的土壤含水量敏感，其中大部分草本生长在露石出露面积较高的环境中，高露石面积的环境中乔灌木物种分布较少。乔灌木物种对0～10 cm深的土壤水分和土壤深度的环境条件要求比草本要高。
(3)温度。终点浓度涉及最远距离随着温度(T)的增加呈现先增加后降低的趋势，当温度取35 ℃时，终点浓度涉及最远距离出现最大值。源高为0 m时，不同温度条件下终点浓度涉及最远距离变化程度最大。以PAC-3作为终点浓度，涉及距离从131 m增加到138 m，变化程度为5.3%；以PAC-2作为终点浓度，涉及距离从331 m增加到353 m，变化程度为6.7%。变化量不是很大。
(4)湿度。终点浓度涉及最远距离随着湿度(H)的增加呈现先降低后增加的趋势，当湿度取90%时，终点浓度涉及最远距离出现最大值。源高为0 m时，不同湿度条件下终点浓度涉及最远距离变化程度最大。以PAC-3作为终点浓度，涉及距离从127 m增加到139 m，变化程度为9.5%；以PAC-2作为终点浓度，涉及距离从321 m增加到354 m，变化程度为10.2%。该参数同云量的敏感性基本处于同一水平。
2.2 不利气象条件参数选定
图 1不利气象条件下最大危险范围
Fig.1 Forecasting results of maximum hazardous area in unfavorable meteorological conditions
综上分析，上述源项所处的不利气象条件筛选为静风(U=0.5 m/s)，云量取8，温度为35 ℃高温，湿度为90%的气象条件组合，在此情况下源高分别为0 m和7 m的所涉及的危险范围见图1。其中，红色区域为涉及终点浓度PAC-3的区域(最大值为167 m)，橙色区域为涉及终点浓度PAC-2的区域(最大值为419 m)。
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3 结 论
(1)对于毒性终点浓度涉及最远距离，预测结果对各气象参数的敏感性表现为风速>云量>湿度>温度，其中云量和湿度的敏感性基本处于同一水平。随着源高的增大，终点浓度涉及最远距离降低，对风速的敏感性呈上升趋势，但对其他参数的敏感性呈下降趋势。
(2)通过本文分析，所涉及案例的最不利气象条件筛选为静风、多云、高温、高湿的静稳气象条件，终点浓度涉及最远距离达到最大值。
参考文献
[1] 生态环境部.HJ169-2018 建设项目环境风险评价技术导则[S].
[2] USEPA NOAA. ALOHA: Areal locations of hazardous atmospheres user’s manual[M]. Washington D.C,2007:20-56.
[3] 相艳景,刘茂,张永强,等.ALOHA软件模拟分析环氧乙烷储罐泄漏事故[J].风险管理,2008,13(9):49-53.
[4] 蒋姬.ALOHA软件在氯乙烯事故环境风险评价中的应用[J].广州化工,2017,45(6):134-137.
[5] 丁峰,赵越,伯鑫.ADMS模型参数的敏感性分析[J].安全与环境工程,2009,16(5):25-29.
Application of Parameter Sensitivity Analysis of ALOHA Model in ELA of Chemical Engineering Project
YANG Da -wei
(Shanghai Youzi Environmental Science and Technology Co., Ltd., Shanghai 201102, China)
Abstract : There are numerous influencing factors for the result of ALOHA model forecasting. The forecasting result will be greatly inflected by various parameters such as wind speed, cloud cover, temperature and humidity. Taking the maximum distance of air toxic endpoint as the research object, every meteorological parameter was analyzed by orthogonal test to confirm the parameter sensitivity of ALOHA and its application in environmental risk assessment of chemical engineering project. The unfavorable meteorological conditions was also screened in the living example, with the hope to provide the reference for ALOHA model application in site selection of chemical engineering project, environmental risk analysis, etc.
Key words : ALOHA model; parameter sensitivity analysis; unfavorable meteorological conditions
中图分类号： X828
文献标志码： A
文章编号： 1001-9677(2019)09-0159-03
作者简介： 杨大卫(1980-)，男，硕士，主要研究方向为环境风险评价与技术方法。
标签：ALOHA模型论文; 参数敏感性分析论文; 不利气象条件论文; 上海优咨环境科技有限公司论文;