基于GIS的重气体扩散预测模拟研究

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基于GIS的桌面应急演练系统

陈诚张敬谊童庆吴东保
（万达信息股份有限公司研究发展中心（华东理工大学信息科学与工程学院上海２０１１１２）上海２００２３７）
摘
要
为了减少化学气体泄漏事故的伤害和损失，研究开发一个基于ＧＩＳ的桌面应急演练系统。该系统采用基于高斯烟团模
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｎｊｕｒｉｅｓａｎｄｌｏｓｓｅｓｉｎｃｈｅｍｉｃａｌｇａｓｌｅａｋａｇｅａｃｃｉｄｅｎｔｓ，ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｅｄｅｖｅｌｏｐａＧＩＳ — ｂａｓｅｄｄｅｓｋｔｏｐ
型的新模型和新数值化仿真运算算法模拟气体扩散，并采用一种车辆紧急调度模型和启发式求解算法进行人员调度疏散演练。最
后，该系统在Ｆｌｅｘ架构下实现了前端交互式界面。桌面应急演练系统的研究有助于应急管理的信息化和智能化。
关键词
中图分类号
有助于在应急管理中的应急决策。
０引言
１面向应急管理的桌面应急演练系统
ＣｈｅｎＣｈｅｎｇＺｈａｎｇＪｉｎｇｙｉＴｏｎｇＱｉｎｇＷｕＤｏｎｇｂａｏ
（Ｒ＆ＤＣｅｎｔｅｒ，ＷｏｎｄｅｒｓＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１１２，Ｃｈｉｎａ）。（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎＪｂｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｙ ’ Ｓｃｉｅ Байду номын сангаас ｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３７，Ｃｈｉｎａ）

气体扩散浓度计算模型介绍(1).

气体扩散浓度计算模型介绍
华东理工大学沈艳涛
2006.8.31
第一部分扩散过程与模型分类介绍
相关背景——污染性泄露
大气污染性泄露的形式：
– 自然方面：火山喷发的有害气体，某些物质自燃或在一定条件下产生的有毒气体，环境微生物产生的某些气体 – 日常生活方面：生活用煤产生的含氮硫氧气体 – 石化燃料动力的交通车辆产生的尾气将在一定气候下生成光化学雾 – 工业用气体的泄漏，特别是化学工业用到的大量的有毒有害，易燃易爆的气体 – 其他方面产生的一些气体及烟尘
模型验证情况
ⅡT Heavy Gas Models瞬时泄漏扩散模型对Thorney Island Tests系列试验下风向不同距离的泄漏物质最大浓度进行了模拟验证，ⅡT Heavy Gas Models连续泄漏扩散模型对Maplin Sands Tests系列试验下风向不同距离的泄漏物质最大浓度进行了模拟验证，两个试验的模拟结果都是较好的，基本上反映了重气的扩散情形。
箱模型：重性气向非重气的转折
随着云团的稀释冲淡过程，重气效应逐步地消失，当重气扩散转变为非重气扩散时，大气湍流对云团的扩散起支配作用，云团的高度、半径及运行状态完全取决于大气湍流特性，实际上气体的浓度分布开始接近为高斯形状，仍然假定为均匀就不再合理。因此箱模型通常都有从均匀气云向高斯分布的转折点，即重气扩散向非重气扩散的转折点，采用理查逊数、沉降速度和速度尺度的关系，或者运用云团密度与周围空气的密度差来判断。
箱模型实例（by Van Ulden，1970）
g ( a )H dR Uf k dt r
1 2
ρr，ρa－为气云的“参考”密度和空气密度，kg· m-3； K－为常数。

气体扩散模型

放射气体模型的预估模型摘要本文是以日本福岛核电站遭遇自然灾害发生核泄漏的背景而提出的。

且结合了高斯烟羽模型、线性拟合，以及微分方程模型，运用MATLAB软件，分析泄漏源强度、风速、大气稳定度参数等因素对放射性气体扩散的影响，预测了放射性气体浓度在不同时间，不同地区的浓度变化，并且本文模型中数据可以根据不同的实际情况而加以改变，因而是本文的应用范围大大增加，可以适用于具有较强的应用型。

对于问题一，讨论在无风的情况下，放射性气体以s m/s的匀速在大气中向四周扩散。

本问中由于不考虑风力的影响，且扩散出来的气体匀速向四周散开，这样经过任意时刻t，扩散的气体围成一个半径为st的球，且距球心位置不同的地方浓度值不同。

采用列数列的表现方法，设定相同时间段t，把条件进行整理，并经过简单计算得出每段时间所预测得到的扩散距离r和浓度C。

利用MATLAB软件对数据进行线性拟合，采用微分方程模型得到核电站周边放射性气体在不同地区，不同时间段的浓度变化，得出随着离泄漏源距离的延伸，最后放射性物质的浓度越来越小，趋近于零，即当x趋向无穷时，C(x,y,z,t)趋向于零；当时间趋向于无穷时，C(x,y,z,t)也趋于无穷。

对于问题二，要探究风速对放射性物质浓度分布的影响。

风速的处理是问题的中心，采用大气污染的经典高斯扩散模型,实现了高斯烟团气体扩散模型的动态预测,分析计算了气体扩散过程中的各关键参数。

对于问题三，本文在问题二的基础上，结合考虑风速和放射性物质扩散速度在空间中的矢量运算，将在上风和在下风不同情况下与传播速度s之间的比较的分析，利用高斯烟羽模型对核电站周边地区的浓度进行预测，然后，利用MATLAB软件，将相关数据代入程序，我们得到核电站周边地区的浓度分布的等高曲线。

对于问题四，本文参阅整理大量气象、地理、新闻资料，选择我国东海岸典型地域---山东半岛作为研究对象，综合考虑对应海域平均风速及风向、地理距离、海水对放射性物质扩散的部分反射系数等因素，集合核电站周边的浓度等高线，可。

SLAB用户手册模拟重气体泄漏的空气扩散模型中文简要

SLAB 用户手册:模拟重气体泄漏的空气扩散模型中文简要用户使用手册环境保护部环境工程评估中心国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室手册说明本用户手册基于《USER’S MANUAL FOR SLAB: AN ATMOSPHERIC DISPERSION MODEL FOR DENSER-THAN-AIR RELEASES》(1990.06)编写，仅对美国EPA网站所提供的模拟重气体泄漏的空气扩散模型SLAB的使用方法提供中文版简要说明，更详细的程序使用说明请查阅相关的软件手册及文档，或采用带图形界面版的商业软件。

本手册由环境保护部环境工程评估中心国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室负责编写，参与人员包括：易爱华、陈陆霞、胡翠娟、梁昊、杨晔、丁峰等。

本手册所涉及的模型系统及本手册电子版本下载地址：一、SLAB简介SLAB是用于模拟重气体泄漏的空气扩散模型。

该模型最初基于Zeman于1982年提出的关于重气体云的空气卷吸和重力扩散的理念而开发。

SLAB早期相关工作由美国能源署支持。

SLAB的进一步开发由USAF工程和服务中心（1986年开始）和美国石油学会（1987开始）共同提供支持。

现行的SLAB版本可以模拟连续的、限时的和瞬时的物质泄漏，泄漏源包括以下4种：地面液池蒸发、高于地面的水平射流、烟囱或高于地面的垂直射流，以及瞬时释放。

SLAB除可以用于模拟重气体的扩散，还可以模拟中性浮力气体的烟云扩散，以及烟云轻于空气时的上升过程。

泄漏时的空气扩散过程可以通过求解质量、动量、能力和物质的守恒方程来计算，如图1所示。

为了简化守恒方程的求解过程，方程可以通过将烟云作为稳态烟羽或瞬时烟团在空间上进行平均。

连续排放（持续时间非常长的排放源）可以作为稳态烟羽。

有限时间的排放采用稳态烟羽模式描述最初烟云的扩散，而且在该排放源持续泄漏的时间段内，可以一直使用稳态烟羽模式。

大气污染物的传输与扩散模拟及风险评估

大气污染物的传输与扩散模拟及风险评估大气污染是当今社会面临的一个严重问题，它不仅对人类健康产生负面影响，还对环境造成破坏。

为了有效应对大气污染的问题，科学家们进行了大气污染物的传输与扩散模拟，并进行了风险评估，以便更好地理解和应对大气污染的挑战。

大气污染物的传输与扩散模拟是基于空气动力学原理和气象学知识的模拟和预测过程。

首先，科学家们收集大气污染物的相关数据，包括源头排放量、污染物类型、环境因素等。

然后，他们使用数学模型和计算机程序来模拟大气污染物的传输和扩散过程。

这些模型通常是基于空气动力学原理和气象学知识的方程式和算法。

它们考虑了大气层的物理和化学特性，如风速、风向、温度、湿度等。

通过模拟这些因素的相互作用，科学家们能够预测大气污染物的传输路径和浓度分布。

模拟结果通常以污染物的浓度分布图或污染物的传输路径图的形式呈现。

这些图像可以帮助我们直观地了解污染物的传播范围和浓度水平。

此外，科学家们还可以使用这些模拟结果来预测未来的污染情况，并制定相应的应对措施。

风险评估是大气污染问题的另一个重要方面。

它通过对大气污染物的特性、暴露水平和人类健康效应的研究，评估污染物对人类健康和环境的潜在风险。

风险评估的目的是为决策者提供科学依据，以制定有效的政策和措施来减少大气污染对人类健康和环境的危害。

在风险评估中，科学家们需要收集大量的数据，包括大气污染物的毒性数据、人类暴露水平数据、环境因素数据等。

然后，他们使用统计学和风险模型来分析这些数据，确定大气污染物的风险水平。

风险评估的结果通常以风险矩阵、风险图或风险指数的形式呈现。

这些结果可以帮助决策者更好地了解大气污染对人类健康和环境的潜在风险，并制定相应的风险管理策略。

总之，大气污染物的传输与扩散模拟及风险评估是帮助我们更好地理解和应对大气污染问题的重要工具。

通过模拟大气污染物的传输路径和浓度分布，我们可以预测污染物的扩散情况，并制定相应的应对措施。

通过风险评估，我们可以评估大气污染对人类健康和环境的潜在风险，并制定相应的风险管理策略。

基于GIS技术的环境监测与预警

基于GIS技术的环境监测与预警一、GIS技术概述地理信息系统（GIS）技术是一种集数据获取、处理、管理、分析、展示等功能于一体的综合性技术。

它将地球表面空间信息与属性信息相结合，以地图为基础，以计算机为工具，以统计分析为方法，用图形形式表达和展现空间信息，从而支持沙盘模拟、空间分析以及决策制定等功能。

二、环境监测与GIS应用环境监测是指从环境角度考虑，对环境污染物及其行为的观测、记录和评价，以控制污染和保护环境。

在环境监测工作中，GIS技术通常被作为一个重要的支撑工具。

1. 数据获取GIS技术可以实现对各类环境信息的收集、整合和分析，包括地形、地貌、地物、气象、水文、地化等多个方面的数据。

同时，GIS可以存储和管理这些数据，将其组织成数据集，为后续的环境分析和应用提供便利。

2. 空间分析环境监测需要涉及到较大范围的空间区域。

GIS技术可以针对不同的污染源和不同的污染物，使用空间分析工具进行定量分析、空间叠置和交叉，从而提供决策具有重要的支撑作用。

3. 环境模拟GIS技术的空间分析功能可以快速准确模拟某种环境污染物的传播和扩散过程，这有助于环境监测的实时性和全面性。

4. 海量数据处理环境监测涉及到海量的、异构的数据源，需要进行走运算、处理和分析。

GIS技术的数据处理速度快、精度高、存储能力大，可以提高环境监测的效率和可靠性。

5. 数据可视化GIS技术具有良好的数据可视化性，可以将复杂的各类环境信息以图形化的形式表现出来。

这有助于环境监测的数据解释和向公众传递环境信息。

三、环境预警与GIS应用环境预警是指通过对环境监测数据的实时监控和分析，及时发现和提示环境危险事件的可能性，并根据预测结果进行相应的应对和防范。

GIS技术在环境预警中，同样发挥着非常重要的作用。

1. 实时数据监测GIS技术可以将分布在全国各地的传感器和监测站实时数据进行采集、传输、展示和分析。

这样就可以建立起一个完整的实时监测系统，可以及时掌握环境变化情况。

SLAB用户手册模拟重气体泄漏的空气扩散模型中文简要用户使用手册

本手册所涉及的模型系统及本手册电子版本下载地址：一、SLAB简介SLAB是用于模拟重气体泄漏的空气扩散模型。

该模型最初基于Zeman于1982年提出的关于重气体云的空气卷吸和重力扩散的理念而开发。

SLAB早期相关工作由美国能源署支持。

SLAB的进一步开发由USAF工程和服务中心（1986年开始）和美国石油学会（1987开始）共同提供支持。

SLAB除可以用于模拟重气体的扩散，还可以模拟中性浮力气体的烟云扩散，以及烟云轻于空气时的上升过程。

泄漏时的空气扩散过程可以通过求解质量、动量、能力和物质的守恒方程来计算，如图1所示。

为了简化守恒方程的求解过程，方程可以通过将烟云作为稳态烟羽或瞬时烟团在空间上进行平均。

连续排放（持续时间非常长的排放源）可以作为稳态烟羽。

有限时间的排放采用稳态烟羽模式描述最初烟云的扩散，而且在该排放源持续泄漏的时间段内，可以一直使用稳态烟羽模式。

基于GIS的化工毒气危险区域分析

风向扩散系数，ｍ；ｏ横风向扩散系数，为，为ｍ；垂直风向扩散系数，ｍ；Ｌ为人气混合层高度，ｍ；
续泄漏看作 △ ｆ时间内气团泄漏量为Ｑ△ ｆ的瞬时泄漏的迭加，只考虑对地面的影响，垂直方向不予考虑。于是，以泄漏源为坐标原点，下风向为轴的三维空间一点（，，）的浓度为：Ｙｚ处
熟。
表１模型特性比较表
１１高斯烟羽模型．
当连续泄漏产生的气团中有毒物质浓度分布服
１）风速大于１ｓ，ｓ．ｍ／１厶时，以泄漏源为坐标６ｌ点，ｇ．Ｆ风向为轴的三维空间中点，处浓度为：ｚ）
以泄漏源为坐标原点，下风向为轴的三维空间一点，，）的浓度见式（）Ｙｚ处４：
式中：Ｃｆ为距泄漏源处的浓度，ｋ／；ａｒ１ｇｍ、
ｂ为扩散系数，ｍＡ为静风持续时间，ｍ；Ａ＝３０ｍ，０６
２０１１０１．
兵工自动化
ＯｒｎｎｅＩｄｔｙＡｕｏａｉｎｄａｃｎｕｓｒｔｍｔｏ・３・９
３（）０１
基于ＧＩＳ的化工毒气危险区域分析
伍宗９即
（放军理工大学工程兵工程学院，江苏南京２００）解１０７

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基于ＧＩＳ的重气体扩散预测模拟研 பைடு நூலகம்
肖微炜，赵永欣，张以飞，陆朝阳，
（１．江苏南大金山环保科技有限公司国家环境保护有机化工废水治理与资源化工程技术中心，江苏南京２１００４６；
２．南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏南京２１００９３）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｆｒｅｑｕｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｌａｉｎｃｉｄｅｎｔｓｈｉｇｈｌｉｇｈｔｔｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｒｓｋｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅｒｅｉｓｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｍｏｄｅｌｓｆｏｒｅｎｖｉｏｎｒｍｅｎｔｒｉｓｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｏｍｅｅｔｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｄｅｍａｎｄｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｓｒｋｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｉｎｃｉｄｅｎｔｅａｒｌｙ—ｗａｒｎｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｓｃｅｎａｉｒｏｏｆｉｎｃｉｄｅｎｔａｌｌｉｑｕｉｄｃｈｌｏｉｎｒｅｌｅａｋａｇｅｉｓｓｉｍｕｌａ－ｔｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅａｆｅｃｔｅｄｒｅｇｉｏｎａｎｄｐｅｏｐｌｅｗｉｔｈＡｒｃ／ＩｎｆｏａｎｄｄｅｎｓｅｇａｓｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌＡＬＯＨＡ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｏ．ｒ
ｖｉｄｅａｓｓｉｓｔａｎｃｅｏｒｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｓｒｋｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｅｍｅｒｇｅｎｃｙｐｌａｎｏｆｉｎｄｕｓｔｉａｒｌｐａｒｋｓａｎｄｅｎｔｅｒｐｉｓｒｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｎｓｅｇａｓｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｓｒｋｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ；ＧＩＳ
摘
要：近年来国内环境风险事故频发，凸显了环境风险管理尤其是环境风险控制的必要性。因为针对园区及
企业建立环境风险定量化模拟手段具有重要意义。针对目前环境风险管理与突发事件模拟预警的需求，以假
定液氯扩散情景为例，结合重气体扩散模拟模型ＡＬＯＨＡ与Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ，对重气体扩散的影响范围以及对象进行
ＸｉａｏＷｅｉｗｅｉ，ＺｈａｏＹｏｎｇｘｉｎ，ＺｈａｎｇＹｉｆｅｉ，ＬｕＺｈａｏｙａｎｇ ’
（１．ＳｔａｔｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＣｅｎｔｅｒｏｆＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｉｒａｌＷａｓｔｅｗａｔｅｒＤｉｓｐｏｓｌａ
分析，为工业园区及企业的环境风险防范与应急提供依据。关键词：重气体扩散；风险预测；ＧＩＳ
中图分类号：）（５
文献标志码：Ａ
ＧＩＳｂａｓｅｄＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＤｅｎｓｅＧａｓＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ
第３９卷第２期２０１４年２月
环境科学与管理
ＥＮＶｍ０ＮＭ咂ＮＴＡＬＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＭＡＮＡＧＥＭＮＴ
Ｖｏ１．３９Ｎｏ．２Ｆｅｂ．２０１４
文章编号：１６７４—６１３９（２Ｏ１４）Ｏ２－０１０４—０４
ａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓＲｅｕｓｅ，ＪｉａｎｇｓｕＮ＆ＪＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４６，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓＲｅｕｓｅ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｏｎｒｍｅｎｔ，ＮｎｊａｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９３．Ｃｈｉｎａ）