高速公路突發(fā)環(huán)境事件及其后果分析

楊 磊

（山西省交通環(huán)境保護(hù)中心站（有限公司），山西 太原 030032）

高速公路作為綜合交通運輸網(wǎng)絡(luò)的組成部分，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要支撐。截止2018年底，山西省已通車高速公路里程達(dá)到5 605 km，全省已打通26個高速出省口[1]，為全面建成小康社會提供了堅實保障。

高速公路往往占地范圍廣，涉及的環(huán)境敏感目標(biāo)多，公路上行駛的危化品車輛多，危化品種類和數(shù)量不確定，一旦發(fā)生交通事故，造成危化品泄漏或爆炸，將對公路周邊的河流、村莊等產(chǎn)生重大環(huán)境影響[2]。因此，本文以山西省某高速公路為例，對可能發(fā)生的典型突發(fā)環(huán)境事件進(jìn)行了情景分析，對環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)進(jìn)行了源強(qiáng)和擴(kuò)散分析，對可能造成的環(huán)境風(fēng)險后果進(jìn)行了預(yù)測，為高速公路的突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案編制提供參考依據(jù)。

1 典型突發(fā)環(huán)境事件情景分析

高速公路為區(qū)域的重要運輸通道，危險化學(xué)品的運輸不可避免。通過現(xiàn)場調(diào)查，并結(jié)合公路沿線環(huán)境特點及公路運輸物質(zhì)的種類以及高速公路事故經(jīng)驗，原神高速公路運營期的環(huán)境風(fēng)險源主要為危險化學(xué)品運輸事故、收費站服務(wù)區(qū)污水泄漏進(jìn)入環(huán)境等。

1.1 情景一 危化品運輸事故

危化品運輸事故根據(jù)事故的嚴(yán)重性以及事故造成的環(huán)境危害大小可分為重大事故和一般事故，若事故造成重大環(huán)境污染或破壞，則為重大事故；造成輕微環(huán)境污染和破壞或未造成環(huán)境污染和破壞的為一般事故。此類事故可能造成危化品的泄漏或爆炸，如果不采取有效措施加以控制，將對周圍的環(huán)境產(chǎn)生不利影響。危險品運輸車輛在隧道、橋梁、路基段發(fā)生事故，使運送的固態(tài)或液態(tài)危險品如農(nóng)藥、汽油、化工品等泄漏進(jìn)入周圍環(huán)境，造成沿線河流水體和地下水污染，或產(chǎn)生有毒有害氣體對周邊的大氣敏感點造成影響。

1.2 情景二 站區(qū)污水處理設(shè)備非正常運行

收費站、服務(wù)區(qū)和停車區(qū)污水收集池泄漏導(dǎo)致污水進(jìn)入周圍環(huán)境，造成河流水體和地下水污染。

服務(wù)區(qū)、停車區(qū)和收費站的污水處理設(shè)備損壞或污水池坍塌導(dǎo)致污水發(fā)生泄漏，污水的環(huán)境影響范圍僅限于服務(wù)區(qū)、停車區(qū)和收費站場區(qū)內(nèi)，不會波及外環(huán)境。

2 突發(fā)環(huán)境事件源強(qiáng)分析

高速公路站區(qū)不存放和使用危化品，不存在重大危險源。因此本次研究對象重大危險源為通行車輛運輸?shù)奈ｋU化學(xué)品。鑒于公路危險化學(xué)品運輸車輛載重不同，運輸危險化學(xué)品種類多樣，且不適用《危險化學(xué)品重大危險源辨識》（GB18218—2018）要求，為此按照其物理特性劃分為固體危險化學(xué)品（爆炸物、毒性固體、遇水反應(yīng)固體）、氣體危險化學(xué)品（毒性氣體、易燃?xì)怏w）和液體危險化學(xué)品（毒性液體、易燃液體）。這些危化品一旦泄漏，將對周圍環(huán)境風(fēng)險敏感目標(biāo)造成影響。

選擇公路上行駛車輛運載的天然氣、汽油、健康危險急性毒性物質(zhì)3種常見環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)進(jìn)行源強(qiáng)分析，根據(jù)國家關(guān)于企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件分級的相關(guān)規(guī)范及管理辦法[3]，3種物質(zhì)情況詳見表1。

其中天然氣運輸車的Q值最高，為0.98。

表1 主要環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)一覽表

選取高速公路運輸最廣泛的天然氣和液態(tài)危化品進(jìn)行泄漏源強(qiáng)估算[4]。

2.1 天然氣泄漏分析

按照氣體泄漏速率計算公式進(jìn)行估算，公式如式（1）：

式中：QG為氣體泄漏速度，kg/s；P 為容器壓力，Pa；Cd為氣體泄漏系數(shù)；A為裂口面積，m2；M為分子量；R為氣體常數(shù)，J（/mol·K）；TG為氣體溫度，K；Y為流出系數(shù)。

按照天然氣罐車裂開半徑為3 cm的圓形小孔，其他參數(shù)分別為溫度T=20℃，大氣壓力為P0=101.325 kPa，儲罐工作壓力為P=111.325 kPa，天然氣的絕熱指數(shù)k=1.36進(jìn)行計算。

最終求得天然氣QG=0.32 kg/s。

持續(xù)時間t=8.7 h（按照最大泄漏速度計算）。

2.2 液態(tài)危化品泄漏分析

按照液體泄漏速率計算公式進(jìn)行估算，公式如式（2）：

式中：QL為液體泄漏速度，kg/s；Cd為液體泄漏系數(shù)，本次取0.6；A為裂口面積，m2；P為容器內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa；P0為環(huán)境壓力，Pa；g為重力加速度；h 為裂口之上液位高度，m；ρ為泄漏液體的密度，kg/m3。

按照危化品罐車裂開半徑為3 cm的圓形小孔，其他參數(shù)分別為液面高度h=2 m，環(huán)境壓力和介質(zhì)壓力均取101.325 kPa，ρ按照1 m/s進(jìn)行計算。

最終求得液態(tài)危化品QL=3.14 kg/s。

持續(xù)時間t=1.77 h（按照最大泄漏速度計算）。

3 釋放環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)的擴(kuò)散途徑與應(yīng)急措施、應(yīng)急物資情況分析

3.1 釋放環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)的擴(kuò)散途徑

公路涉及的環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)種類多且不確定，按照環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)的形態(tài)進(jìn)行擴(kuò)散分析見表2。

表2 環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)的擴(kuò)散途徑

公路易發(fā)生的環(huán)境風(fēng)險共分為三類，分別為火災(zāi)、爆炸和泄漏[5]。

3.1.1 火災(zāi)

公路行駛的危險化學(xué)品運輸車輛（運輸易燃、易爆品）發(fā)生交通事故后引起火災(zāi)，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。

3.1.2 爆炸

公路行駛的危險化學(xué)品運輸車輛（運輸易燃、易爆品）發(fā)生交通事故后引起爆炸，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。

3.1.3 泄漏

公路行駛的危險化學(xué)品運輸車輛發(fā)生交通事故后因貯存容器破裂產(chǎn)生泄漏，泄漏物擴(kuò)散至周圍環(huán)境導(dǎo)致環(huán)境污染。

3.2 應(yīng)急措施與應(yīng)急物資情況分析

3.2.1 應(yīng)急設(shè)施（備）有效性分析

3.2.1.1 橋面徑流收集系統(tǒng)

本高速公路共設(shè)跨河橋梁4處，在4處橋梁均設(shè)置了橋面徑流水收集系統(tǒng)，對橋面徑流進(jìn)行全面收集，并在橋頭設(shè)置了事故水收集池。保證事故狀態(tài)下廢水全部進(jìn)入收集池，不外排，確保河流不受污染。

3.2.1.2 路基排水

泉域巖溶裸露區(qū)路基段內(nèi)設(shè)置2處路基事故水收集池，容積為150 m3。

3.2.1.3 收集池的有效性分析

本項目在跨越河流橋梁下及泉域巖溶裸露區(qū)設(shè)置的事故水收集池容積為150 m3。橋下建設(shè)的事故水收集池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工前對地面進(jìn)行了壓實處理，由養(yǎng)護(hù)工區(qū)工人定期清理事故水收集池中的積水，保障事故水收集池平常處于清空狀態(tài)。收集池的容量按照運輸車輛單車最大載運量20 t計算，考慮消防用水和沖洗清潔用水10 t計算，收集池大小可滿足要求。

3.2.1.4 日常養(yǎng)護(hù)措施的有效性分析

本項目由高速公路公司進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理，養(yǎng)護(hù)工區(qū)位于收費站，養(yǎng)護(hù)工區(qū)配備了相關(guān)設(shè)備，包括抽水車。本文建議建設(shè)單位建立橋面徑流收集系統(tǒng)和事故水收集池日常巡查和維護(hù)制度，派專人對該系統(tǒng)進(jìn)行日常檢查和維護(hù)（包括定期和非定期——下雨后），并購買便攜式抽水泵，使用抽水車及便攜式抽水泵及時將事故水收集池中的存水抽取，并妥善處置，確保事故水收集池日常處于清空狀態(tài)。嚴(yán)禁將事故水收集池中的水外排至水環(huán)境敏感區(qū)中。

3.2.1.5 事故狀態(tài)下應(yīng)急救援

建設(shè)單位在各個站區(qū)儲備了環(huán)境應(yīng)急物資，主要包括砂子、石灰、堵塞橋梁泄水孔材料、滅火器、應(yīng)急車輛和施工機(jī)械等，一旦有運輸危險化學(xué)品的車輛發(fā)生事故，事故處理部門可及時到達(dá)事故現(xiàn)場處理事故，對事故現(xiàn)場采取應(yīng)急措施。

3.2.2 應(yīng)急物資有效性分析

3.2.2.1 時間保障

運營單位在沿線的服務(wù)和管理設(shè)施均儲備了足夠數(shù)量的應(yīng)急物資，應(yīng)急物資儲備于沿線各收費站、服務(wù)區(qū)和停車區(qū)中。

應(yīng)急物資儲備點最大距離間隔為21.6 km，即事故發(fā)生地與最近物資儲備點的最遠(yuǎn)距離為11 km，按照車輛在公路以60 km/h行駛，一旦發(fā)生事故，應(yīng)急物資運輸車輛可在15 min內(nèi)到達(dá)事故現(xiàn)場，保證第一時間進(jìn)行救援。

3.2.2.2 物資保障

高速公路運營管理單位應(yīng)依據(jù)現(xiàn)有資源的評估結(jié)果，在相應(yīng)站區(qū)儲存滿足危險化學(xué)品事故發(fā)生后所需的應(yīng)急物資。

4 突發(fā)環(huán)境事件危害后果分析

4.1 汽油、柴油泄漏

4.1.1 泄漏原因

根據(jù)前述物質(zhì)泄漏風(fēng)險識別結(jié)果，汽油、柴油泄漏大致分為兩個方面的原因：

a）車輛發(fā)生交通事故導(dǎo)致汽油、柴油泄漏，表現(xiàn)為點狀區(qū)域短時間影響。

b）車輛貯存容器破裂造成的泄漏，表現(xiàn)為線狀擴(kuò)散。

4.1.2 風(fēng)險分析

a）汽油、柴油為易燃易爆品，極易發(fā)生爆炸、火災(zāi)、產(chǎn)生次生環(huán)境風(fēng)險。

b）汽油為易揮發(fā)物質(zhì)，汽油揮發(fā)產(chǎn)生的汽油蒸汽導(dǎo)致大氣中的非甲烷總烴超標(biāo)，造成大氣環(huán)境污染。

c）汽油柴油泄漏進(jìn)入水體，導(dǎo)致水體中的石油類物質(zhì)超標(biāo)，造成水環(huán)境污染。

d）汽油柴油泄漏進(jìn)入土壤，對土壤造成污染，使土壤失去原有生態(tài)功能，甚至可能透過土壤進(jìn)入地下水，對人類的飲用水造成風(fēng)險。

4.2 固體危險化學(xué)品

4.2.1 泄漏原因

根據(jù)前述物質(zhì)泄漏風(fēng)險識別結(jié)果，固體危險化學(xué)品泄漏大致分為兩個方面的原因：

a）車輛發(fā)生交通事故導(dǎo)致危險化學(xué)品泄漏，表現(xiàn)為固體危險化學(xué)品點狀大量集中特點。

b）車輛貯存容器破裂造成的泄漏，表現(xiàn)為固體危險化學(xué)品線狀微量散落特點。

4.2.2 風(fēng)險分析

固體危險化學(xué)品分為爆炸物、毒性固體、遇水反應(yīng)固體三類，會出現(xiàn)兩類環(huán)境風(fēng)險，即遇水化學(xué)反應(yīng)生成氣體進(jìn)入大氣或者溶解于液體進(jìn)入水體、土壤對環(huán)境造成污染。

4.3 液體危險化學(xué)品

4.3.1 泄漏原因

根據(jù)前述物質(zhì)泄漏風(fēng)險識別結(jié)果，液體危險化學(xué)品泄漏大致分為兩個方面的原因：

a）車輛發(fā)生交通事故導(dǎo)致危險化學(xué)品泄漏，表現(xiàn)為液體危險化學(xué)品點狀大量集中特點。

b）車輛貯存容器破裂造成的泄漏，表現(xiàn)為液體危險化學(xué)品線狀微量散落特點。

4.3.2 風(fēng)險分析

液體危險化學(xué)品分為毒性液體、易燃液體兩大類，會出現(xiàn)兩類環(huán)境風(fēng)險，即氣化或燃燒生成氣體進(jìn)入大氣或者進(jìn)入水體、土壤對環(huán)境造成污染。

4.4 氣體危險化學(xué)品

4.4.1 泄漏原因

根據(jù)前述物質(zhì)泄漏風(fēng)險識別結(jié)果，氣體危險化學(xué)品泄漏大致分為兩個方面的原因：

a）車輛發(fā)生交通事故導(dǎo)致危險化學(xué)品泄漏，表現(xiàn)為氣體危險化學(xué)品點狀區(qū)域短時間影響。

b）車輛貯存容器破裂造成的泄漏，表現(xiàn)為氣體危險化學(xué)品線狀擴(kuò)散。

4.4.2 風(fēng)險分析

氣體危險化學(xué)品分為毒性氣體、易燃?xì)怏w兩大類，會出現(xiàn)一類環(huán)境風(fēng)險，即進(jìn)入大氣污染環(huán)境。

影響人群環(huán)境保護(hù)目標(biāo)為公路沿線的所有人群敏感點，若發(fā)生上述大氣突發(fā)環(huán)境事件將會危害公路沿線人群環(huán)境保護(hù)目標(biāo)。

4.5 消防水

車輛交通事故狀態(tài)下發(fā)生火災(zāi)時需要大量的水降低車體周圍的溫度，避免發(fā)生更大的連環(huán)事故。因此，在滅火和降溫的時候就會利用大量的水，這些水中將帶有油類物質(zhì)及溶于水的危險化學(xué)品未經(jīng)處理進(jìn)入水體，將會對外環(huán)境造成污染。

5 結(jié)論

高速公路作為線性工程，其環(huán)境風(fēng)險事故主要表現(xiàn)為汽柴油泄漏、爆炸進(jìn)入環(huán)境產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險及次生環(huán)境風(fēng)險；固體、液體、氣體危險化學(xué)品事故產(chǎn)生爆炸或泄漏產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險；事故消防水未經(jīng)處理進(jìn)入環(huán)境產(chǎn)生的次生環(huán)境風(fēng)險等，一旦發(fā)生上述環(huán)境風(fēng)險事故將對周邊環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。因此，建設(shè)運營管理單位應(yīng)制定相應(yīng)的環(huán)境風(fēng)險應(yīng)急預(yù)案，采取相應(yīng)的防范和應(yīng)急措施，以確保在發(fā)生事故后能及時啟動環(huán)境風(fēng)險應(yīng)急預(yù)案，并正確采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。