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环境风险评价中的不确定性研究 张有贤 姜 涛 兰州大学资源环境学院, 兰州 730000 摘要 在环境风险评价中经常会遇见不确定性问题, 以无水氢氟酸储罐泄漏为例, 分别研究了在计算事故发生概率、确 定泄漏源、应用扩散模式、评价事故损伤结果等工作中遇到的不确定性问题。 并以此分析了造成这些不确定性因素的 原因, 同时提出相应的解决方法, 最后介绍了环境风险评价中不确定性问题的研究现状和方向。 关键词 风险评价; 不确定性; 储罐泄漏; 氢氟酸 STUDY ON UNCERTAINTIES OF ENVIRONMENTAL RISK ASSESSMENT Zhang Youxian Jiang Tao Environmental and Resources College of Lanzhou University , Lanzhou 730000, China Abstract Uncertainty issues are often encountered in environmental risk assessment. Taking the leakage of hydrofluoric acid storage tank for example, it is studied that many uncertainties from calculating accident s probability , determining leakage source, applying diffusion model, assessing accident  s damage results. In the meantime, it is expounded that the causations of above issues, and some corresponding solutions are proposed.Finally, the present research situation and direction of uncertainty issues in environmental risk assessment are also introduced. Keywordsrisk assessment; uncertainty; storage tank leakage; hydrofluoric acid 在从事建设项目环境影响评价过程中,环境风险 评价非常重要, 尤其是化工项目, 其原料及产品多数 属于易燃 、 易爆物品 ,有些还具有毒性, 因此准确的预 测结果能为项目管理者制定风险防范措施提供可靠 的科学依据。 本研究以无水氢氟酸储罐泄漏为例 ,分析了低温 气体储罐在环境风险评价过程中不确定因素对评价 结果准确性的影响。在事故发生概率的计算 、 源强的 确定 、 泄漏源参数和预测模式的选择以及事故危害评 价等方面都存在很多不确定性 ,合理确定这些因素成 为影响环境风险评价预测结果可靠性的关键 ,最终为 决策者对建设项目决策提供科学的依据 。 1 事故风险评价中的不确定性分析 1. 1 发生概率的不确定性 目前国内外在确定低温气体储罐泄漏事故发生 概率时常用事故树分析方法 FTA 。该法是一种用 图形演绎事故事件在一定条件下的逻辑推理方法 ,它 首先需要评价人员熟悉系统, 确定出顶事件 ,然后调 查事故发生的直接、间接原因 ,汇编出事故树 ,最后通 过定性、 定量分析法计算出事故发生概率 。 采用事故树分析无水氢氟酸储罐泄漏发生概率, 从各个基本事件的发生概率出发,分层逐级向顶事件 推算 。由于各基本事件发生概率是不确定的数据 ,这 些不确定量在事故树分析过程中传递和合成 ,对顶事 件发生概率产生影响 。不难发现利用事故树确定事 故发生概率存在不确定性 1 不同分析人员编制的事故树和分析结果往往 并不相同。 2 分析人员根据资料和实际经验确定的事故树 基本事件的发生概率存在不确定性 。 3 风险防范措施是否得当可使事故发生概率会 在相差数量级的数据范围内波动。 目前的环境风险评价工作者往往计算出 1 个单 一的数据作为事故发生概率, 这样并不能真实地反映 实际情况。为了克服计算事故发生概率的不确定性, 可采用蒙特卡罗或随机抽样推测等概率方法 ,但蒙特 卡罗法计算量较大, 且需要事故树中基本事件的概率 密度函数。而随机抽样推测法与蒙特卡罗法有相似 114 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 之处 ,不同点却在于该法对不确定参数在其取值域内 进行随机抽样, 而不是通过统计资料构成概率密度函 数,减少了计算量,在实际中可实施性较强 [ 1-2] 。 随机抽样推测法首先需要结合实际情况对事故 树的各基本事件随机赋值 , 计算出顶事件的发生概 率。如此反复随机输入基本事件的概率值 x 次, 便 可得出 x 个顶事件发生概率值 。对计算出的 x 个目 标值进行统计分析生成相应的概率密度分布。找出 发生最大概率 p 的风险值C p,在风险评价中一般取 α 0. 05,即 95的置信度 。C p的精确度随着样本 数量的增加而提高, 利用 C p的置信区间表征其不确 定性 [ 3] 。置信区间的上下边界定义见式 1 。 Prob ClowerC pC p 2 同时定义1 个随机变量 K , K 为当 I 1 时的检 验次数 ,随机变量 K 满足二项式分布, 均值为 np, 方 差为 np 1 -p ,即 prob ∑ n i 1 IiK n K n -K p K 1 -pn- K 3 式中 n 表示C 的自变量 即基本事件 个数。当 C K 是第 K 个最小模拟值时, K 低于给定正整数的概率 就是C K 20 或更大时的二项式分布接近正态分布, 给出计算 近似正态分布值公式, 简单的近似计算函数值 r 和s 见式 4 、 式 5 r np za 2[ np 1 -p ] 1 2 4 s np z1- a 2[ np 1 -p ] 1 2 5 式中 za 2和 z1-a 2是标准正态分布的分位数 。通过 r 和s 得到相应的C r和 C s 值 ,从而给出相应的置信 区间见式 6 。 Prob{ C rC pRL, 则对该项目需要采取保障安全 的措施 ,以达到可接受水平 ,否则项目的建设是不可 接受的。 2 风险评价中不确定因素归纳 根据以上风险评价中不确定因素的分析 ,结合相 关资料总结,可将环境风险评价中的不确定性归纳如 图1 [ 10- 11] 。 风险 评价 中不 确定 因素 分类 1、由于人们认识能 力的局限, 对评价 中某些现象、机理 本身仍不清楚, 不 能准确描述的不确 定性。 2、可以用较确 切语言描述的 不确定性 1、自然界 所固有的 不确定性 2、风险分 析过程引 起的不确 定性 1、模 式不 确 定 性 方程形式有误、边 界 条 件 设 置不 合 理 2、参 数不 确 定 性 监测或推 导过程 引起的不确定性 图 1 环境风险评价中不确定因素分类 3 解决方法发展现状及展望 风险评价中的不确定性有 2 个根源, 即随机性和 不完整性 。对应这 2 个不确定性根源 ,常用概率论和 模糊逻辑来克服。当有足够的信息资料计算不确定 参数的密度函数时就用概率方法; 而模糊逻辑法适用 于信息量不足的不确定问题。 3. 1 概率论 概率论是风险评价中应用最多的方法。如果假 设所有的不确定性都是源于随机性 ,概率风险评价就 可用一个或更多变量的概率密度函数来量化结果中 的变量和不确定性 。概率风险评价的输出结果就是 一个综合反映输入变量概率分布的风险密度函数 。 但它有一定的数据输入要求, 因此在进行环境风 险分析过程中可能有 2 个潜在的缺陷 1 研究者大多假设各输入参数间是相互独立的, 即使有些参数明显不是这种情况。 2 输入参数的概率分布可能并不完全清楚 尤其 是蒙特卡罗法要求有准确的输入参数的概率分布 。 3. 2 模糊逻辑 当不确定性并非由随机性引起时,模糊逻辑对环 境评估的方法和结果都带来了很大的改变 。它反映 了人类思维对存储和处理不精确、 不确定和不易分类 信息的能力 。不能用充分的数据来描述风险方程中 参数的概率密度函数时, 用模糊逻辑数字来表征这些 参数会更合理。但是模糊逻辑至少有 2个局限性 1 太过于依赖主观经验判断 。 2 不能确定复杂数据集合的边界范围以及参数 间的联系和相关性。 在风险评价研究领域 ,开发应用概率论方法和模 糊逻辑集合理论的混合方式是未来新的趋势 ,这种混 合方法的最大的优点是既利用了概率分布所提供的 丰富信息, 尊重了客观事件的自然随机属性 ,同时也 保留了一些专家的实际经验, 遵循了一系列的逻辑规 则,克服一些目前认识能力的局限 [ 12] 。 4 结论 环境风险评价中的不确定现象贯穿于环境风险 评价的整个过程 ,是客观存在的, 有些不确定问题目 前还无法完全克服避免, 但是人类通过主动地认识风 险、 积极管理风险、 有效地控制风险 、 可不断地减少风 险评价中的不确定性问题 。 参考文献 [ 1] 张一先, 董雪芳, 王建平, 等. 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