一种多个化学风险源优化布局方法技术

本技术方案公开了一种多个化学风险源优化布局方法，利用毒气扩散模式求解化学风险源的潜在危害即风险度，通过伴随模式，通过求解包含地价成本、交通成本和罚函数的选址代价函数关于化学风险源位置坐标构成的控制变量的梯度，并应用梯度信息迭代求解化学风险源的优化布局，即利用梯度信息调整化学风险源位置，逐次迭代，直到代价函数降到极小值。既避免保护目标受到化学风险源的严重威胁，又能使化学风险源布局经济成本最小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大气污染化学事故危害控制方法，尤其涉及一种关于多个化学风 险源优化布局方法，属于化学风险控制领域。
技术介绍
大气污染化学事故是直接威胁人们生命健康和社会稳定的严重安全隐患。首先， 随着我国化工行业规模增长迅速，化工原料的消耗量巨大，其中相当一部分具有强烈毒性。 在这些化工原料的生产、贮存、运输等过程中，由于人为或自然原因，有可能造成有毒化学 品爆炸或泄漏的事故发生。其次，随着恐怖主义形势的日益严峻，民用化学设施遭受恐怖袭 击的可能性增大，有预谋的化学恐怖袭击可能造成灾难性后果。如果泄漏的有毒化学品为 气态，或者由于挥发、燃烧、爆炸等原因形成有毒气体或气溶胶，便容易在大气中扩散，严重 污染周围环境，并直接威胁其影响范围内人群的生命和健康。对于以上所述大气污染化学事故的风险必须进行客观评价和有效控 制。关于化学 事故风险的评价，国内外有不少研究者以多种方法从不同角度进行了深入的研究，在理论 和实践方面均打下了较为坚实的基础。通常的化学事故风险评价分为事先评价、事故应急 评估和事后评价，分别为事故预案、应急处置和善后处理提供科学依据。对大气污染化学事 故风险的定量评价研究，综合了大气环境科学、安全科学、计算机科学和化学毒理学等学科 的理论和方法，取得了丰硕的成果，并提高了风险评价的准确性。风险评价的目标，最终是 为了对化学事故进行有效的控制，以降低风险。化学风险的控制，除了事故应急控制以外， 事先防范也是重要的方面，可起到事半功倍的作用。化学风险防范，一种途径是从改进生产 工艺、严格生产规程入手，以降低事故发生的概率，另一种途径则是通过合理布局化学设施 等，以降低化学事故对人口密集区和政治、生态敏感区的威胁。目前，关于生产工艺和规程 的改进已经有大量研究和实践，而关于化学设施布局规划的研究则要少得多。2005年刘峰、胡非、朱江发表在《中国科学》上的“用伴随方法求解多个工业污染 源优化布局问题”中，讨论了利用罚函数来约束环境不等式，并且从理论上推导了伴随方程 和目标函数梯度公式，通过求解伴随方程得到目标的梯度，利用梯度信息使得目标函数下 降，用迭代的方法逼近最优解，解决工业污染源布局问题，该文献主要针对常规工业污染物 长年排放对生态环境的长期影响，采用的是统计平均气象场。而对化学工厂进行有毒化学 品事故性瞬间排放造成的风险控制问题，采用的气象条件是典型不利于大气扩散稀释的条 件。在研究污染物类型、大气扩散模型、排放方式、危害评价方式和气象条件选择均不相同。 因此需要针对多个化学风险源建立优化布局的方法，以减少大气污染化学事故的出现。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了预防化学工厂发生有毒化学品事故性瞬间排放对保护目标 造成危害，提出。通过建立风险度来综合描述多个化学 风险源对保护目标的潜在危害大小，并利用伴随模式求解代价函数关于化学风险源位置坐标构成的控制变量的梯度，应用梯度信息迭代求解化学设施优化布局，即，利用梯度信息调整化学风险源位置，逐次迭代，直到代价函数降到极小值。本专利技术方法是通过下述技术方案实现的。1、随机产生每个化学风险源布局位置的初始值(Xi，yi)，i = 1，2，...，N，N为化学 风险源的个数；2、对当地常年气象观测数据进行统计，得到典型不利于大气扩散的气象条件，包 括小风，逆温，及二者同时出现的天气情况，并且以氯气为标准对第i个化学风险源的源强 Qi进行调整，即乘以一个系数ki;使得调整后的源强Qi' = 1^说，1^越大则毒性越强；3、①将步骤2获得的典型不利于大气扩散的气象条件和调整后的源强作为毒气 扩散模式的输入数据，利用毒气扩散模式模拟t时刻第i个化学风险源在预先设定的位置 为(Xj，yj)的保护目标处的毒气浓度Ci(Xj，yj，t)；②由于化学事故泄漏与常规污染物排放不同，它是剧毒化学品的短时间排放，其危害与浓度和持续时间都有直接关系，计算剂量ACw,)= \c,(xryj^t，作为第i个化学风险源对位置为(\，Yj)的预先设定的保护目标的风险度，其中j = 1,2, ...，M为保护 目标的编号，M为保护目标的个数，T为化学事故处置反应的时间，典型的取值为30分钟；③根据下式计算所有N个化学风险源对位置为(\，Yj)的预先设定的保护目标的 总风险度D(Xj，yp <formula>formula see original document page 5</formula>4、根据N个化学风险源的位置坐标和步骤3得出的N个化学风险源对每个预先设 定的保护目标的总风险度，利用下式获得当前化学风险源布局的代价<formula>formula see original document page 5</formula>其中 &/(Α，少,)是应用区位经济学理论且只考虑地价成本、交通成本的选址代价，所述交通成本还包括管路铺设成本，N为化学风险源的数目，Si为第i个化学风险源的 占地面积，而f为价格系数，它是空间位置坐标的函数，综合反映了土地价格和交通成本， 通过实地调查得到；所述罚函数P为<formula>formula see original document page 5</formula>其中M为保护目标的个数，<formula>formula see original document page 5</formula>参数Y，β分别为常人所接受的最大预置常数和最小预置常数，典型取值为Y =IO5, β = ΙΟ10, D (Xjj7j)是通过步骤3获得的所有N个化学风险源对位置为(Xj，yj)的 预先设定的保护目标的总风险度，E^是位置为(\，yp的保护目标的预置的许可风险度，即 保护目标受到严重威胁时的风险度门限，根据保护目标的重要程度区分，每个保护目标的预置许可风险度可以不相同5、为了求解最优化问题，将所有化学风险源位置(Xi，yi)排列成一个控制向量X = [X1, X2,... , XN, Y1, y2，...，yN]，利用大气扩散模式的伴随模式计算当前化学风险源布局的 代价J关于控制向量的导数，将这些导数相应地排成一个列向量，就得到代价J关于控制向 量X的梯度g ；6、如果梯度g满足判断条件Il g Il彡ε，则结束操作，记录当前多个化学风险源的 位置，其中ε为预设的一个适当的小量，与化学风险源的源强、数目和保护目标数目有关， 需要在模拟中通过经验确定；如果梯度g不满足判断条件Ilgll ^ ε，则应用最速下降方法，即选择梯度g的 反方向，选择一个合理的步长λ，对化学风险源的位置进行如下调整，得到更新后的控制向 量X膽=X-Xg使代价函数J下降，根据调整后的化学风险源位置，再次执行步骤 2-6。关于步长 λ的选取技术，详见文献袁亚湘等《最优化方法》。至此，就完成了多个化学风险源优化布局问题的求解，使得在满足保护目标安全 的前提下实现代价的最小。有益效果本方法可以求解多个化学风险源进行优化布局问题，实现既避免保护 目标受到化学风险源的严重威胁，又能使化学风险源布局经济成本最小。附图说明图1本专利技术所述多个化学风险源优化布局方法流程示意图。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多个化学风险源优化布局方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤１、随机产生每个化学风险源布局位置的初始值（ｘ↓［ｉ］，ｙ↓［ｉ］），ｉ＝１，２，．．．，Ｎ，Ｎ为化学风险源的个数；步骤２、对当地常年气象观测数据进行统计，得到典型不利于大气扩散的气象条件，包括小风、逆温及二者同时出现的天气情况，并且以氯气为标准对第ｉ个化学风险源的源强Ｑ↓［ｉ］进行调整，即乘以一个系数ｋ↓［ｉ］，使得调整后的源强Ｑ↓［ｉ］′＝ｋ↓［ｉ］Ｑ↓［ｉ］；步骤３、①将步骤２获得的典型不利于大气扩散的气象条化学风险源的位置，其中ε为预设的一个适当的小量，与化学风险源的源强、数目和保护目标数目有关，需要在模拟中根据相关数据确定；如果梯度ｇ不满足判断条件｜｜ｇ｜｜≤ε，则应用最速下降方法，即选择梯度ｇ的反方向，选择一个合理的步长λ，对化学风险源的位置进行如下调整，得到更新后的控制向量：Ｘ↓［ｎｅｗ］＝Ｘ－λｇ使代价函数Ｊ下降，根据调整后的化学风险源位置，再次执行步骤２－６。件和调整后的源强作为毒气扩散模式的输入数据，利用毒气扩散模式模拟ｔ时刻第ｉ个化学风险源在预先设定的位置为（ｘ↓［ｊ］，ｙ↓［ｊ］）的保护目标处的毒气浓度Ｃ↓［ｉ］（ｘ↓［ｊ］，ｙ↓［ｊ］，ｔ）；②计算剂量Ｄ↓［ｉ］（ｘ↓［ｊ］，ｙ↓［ｊ］）＝＊Ｃ↓［ｉ］（ｘ↓［ｊ］，ｙ↓［ｊ］，ｔ）ｄｔ，作为第ｉ个化学风险源对位置为（ｘ↓［ｊ］，ｙ↓［ｊ］）的预先设定的保护目标的风险度，其中ｊ＝１，２，．．．，Ｍ为保护目标的编号，Ｍ为保护目标的个数，Ｔ为化学事故处置反应的时间；③根据下式计算所有Ｎ个化学风险源对位置为（ｘ↓［ｊ］，ｙ↓［ｊ］）的预先设定的保护目标的总风险度Ｄ（ｘ↓［ｊ］，ｙ↓［ｊ］）：Ｄ（ｘ↓［ｊ］，ｙ↓［ｊ］）＝＊Ｄ↓［ｉ］（ｘ↓［ｊ］，ｙ↓［ｊ］）；步骤４、根据Ｎ个化学风险源的位置坐标和步骤３得出的Ｎ个化学风险源对每个预先设定的保护目标的总风险度，利用下式获得当前化学风险源布局的代价：Ｊ＝＊Ｓ↓［ｉ］ｆ（ｘ↓［ｉ］，ｙ↓［ｉ］）＋Ｐ其中＊Ｓ↓［ｉ］ｆ（ｘ↓［ｉ］，ｙ↓［ｉ］）是应用区位经济学理论且只考虑地价成本、交通成本的选址代价，所述交通成本还包括管路铺设成本，Ｎ为化学风险源的数目，Ｓ↓［ｉ］为第ｉ个化学风险源的占地面积；ｆ为价格系数，它是空间位置坐标的函数，综合反映了土地价格和交通成本，通过实地调查得到；所述罚函数Ｐ为Ｐ＝γ＊ｗ（Ｄ（ｘ↓［ｊ］，ｙ↓［ｊ］）－Ｅ↓［ｊ］...

【技术特征摘要】
一种多个化学风险源优化布局方法，其特征在于，包含以下步骤步骤1、随机产生每个化学风险源布局位置的初始值(xi，yi)，i＝1，2，...，N，N为化学风险源的个数；步骤2、对当地常年气象观测数据进行统计，得到典型不利于大气扩散的气象条件，包括小风、逆温及二者同时出现的天气情况，并且以氯气为标准对第i个化学风险源的源强Qi进行调整，即乘以一个系数ki，使得调整后的源强Qi′＝kiQi；步骤3、①将步骤2获得的典型不利于大气扩散的气象条件和调整后的源强作为毒气扩散模式的输入数据，利用毒气扩散模式模拟t时刻第i个化学风险源在预先设定的位置为(xj，yj)的保护目标处的毒气浓度Ci(xj，yj，t)；②计算剂量作为第i个化学风险源对位置为(xj，yj)的预先设定的保护目标的风险度，其中j＝1，2，...，M为保护目标的编号，M为保护目标的个数，T为化学事故处置反应的时间；③根据下式计算所有N个化学风险源对位置为(xj，yj)的预先设定的保护目标的总风险度D(xj，yj)步骤4、根据N个化学风险源的位置坐标和步骤3得出的N个化学风险源对每个预先设定的保护目标的总风险度，利用下式获得当前化学风险源布局的代价其中 是应用区位经济学理论且只考虑地价成本、交通成本的选址代价，所述交通成本还包括管路铺设成本，N为化学风险源的数目，Si为第i个化学风险源的占地面积；f为价格系数，它是空间位置坐标的函数，综合反映了土地价格和交通成本，通过实地调查得到；所述罚函数P为其中M为保护目标的个数， 参数γ，β分别为常人所接受的最大预置常数和最小预置常数；D(xj，yj)是通过步骤3获得的所有N个化学风险源对位置为(xj，yj)的预先设定的保护目标的总风险度，Ej是位置为(xj，yj)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周学志，刘峰，黄顺祥，朱江，梁涛，王黎娜，
申请(专利权)人：中国人民解放军防化指挥工程学院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]