2.2毒物泄漏和擴散模型

　　毒氣泄漏擴散對人的影響最難預測。完整的后果分析要求知道泄漏區(qū)毒氣地面濃度隨時間變化的整個過程，同樣濃度值的毒物對生命和健康影響的毒理學等知識。這樣就可以確定出危險區(qū)。

　　泄漏擴散問題較為復雜，影響因素有很多。首先，確定源泄漏模型就非常困難，因為泄漏時存在不同類型。泄放過程也可分為連續(xù)的和瞬時的。此外泄漏物質(zhì)的動量也隨泄放率或泄放速度變化，這些使模型更為復雜。

　　如果泄漏物質(zhì)為液體，在泄放點會形成液池。液池會以一定速率蒸發(fā)，這與液體熱力學性質(zhì)、熱源和周圍大氣的流體力學性質(zhì)（如風速、風向、湍流度）有關。

　　第二個問題是毒氣在大氣中的擴散，可用各種模型進行模擬。最簡單情況是主導風向下高架煙囪的中性浮力污染物的擴散。這種情況可采用高斯擴散模型，它的擴散參數(shù)需經(jīng)過實驗確定或通過與大氣湍流度有關的參數(shù)的關系式確定。

　　可是這種模型對于比空氣重的泄放氣體并不適用，現(xiàn)在已經(jīng)有很多描述重氣擴散現(xiàn)象的模型。有些還考慮地形條件和氣象條件，使模型變得更復雜。

　　目前這些模型可以描述泄漏-擴散現(xiàn)象的以下方面：

　　源泄放率

　　氣體射流

　　液體射流

　　氣液兩相泄漏

　　閃蒸

　　液池蒸發(fā)（固定區(qū)域）

　　延展式液池蒸發(fā)

　　多組分蒸發(fā)

　　中性氣體煙羽擴散

　　重氣擴散

　　大氣穩(wěn)定度效應

　　地面加熱效應

　　地形影響

　　風場影響

　　將這些單個模型結(jié)合起來編成的軟件從理論上可描述整個泄漏擴散現(xiàn)象。這些模型能確定以時間、空間、泄漏類型、氣象條件和其它相關因素為變量的毒物濃度函數(shù)分布圖。現(xiàn)在有許多計算機商業(yè)軟件可以預測毒氣濃度分布圖。這些軟件可確定出不同泄漏場景下的濃度分布，這在工廠風險分析和應急準備中非常重要。

　　很明顯，由于泄漏現(xiàn)象本身的復雜性，最好的軟件也不能完全可靠地預測實際濃度分布。相同條件下，每次實驗所做出的結(jié)果也不盡相同，有時甚至有數(shù)量級的差異。這表明擴散過程的內(nèi)在隨機可變性是準確預測泄漏擴散濃度的最大障礙。盡管這樣，泄漏的計算機模擬仍然是整體應急準備，特別是后果分析中的重要內(nèi)容。

　　這些模型，以及應用它們確定出的傷害區(qū)范圍，會在風險評價甚至在風險管理中占有越來越重要的地位。實際目前在美國某些州（如新澤西州）的立法中已經(jīng)要求對某些使用極危險物質(zhì)的工廠的風險評價中，必須包括擴散分析。

　　2.3毒性數(shù)據(jù)和有關級別

　　使用擴散模型確定泄漏毒氣影響區(qū)域，需要知道什么濃度對生命和健康是危險的。這并不是個簡單問題。目前，對這個問題還沒有一致的研究結(jié)果。許多因素使這個問題變得復雜，如：

　　不同人群的所產(chǎn)生的效應會有很大差別（例如，年輕男性和懷孕婦女或老年人）

　　毒性效應和最大允許暴露濃度隨暴露時間而變化；

　　可降低現(xiàn)有最大允許暴露濃度極限有不同“安全系數(shù)”；

　　有不同允許濃度值、閾值和致死濃度；

　　許多人的急性毒性數(shù)據(jù)是通過動物實驗推算出的；

　　許多化合物沒有毒性數(shù)據(jù)

　　在幾種確定“臨界”濃度的方法中，對生命和健康有立即危險的濃度（IDLH）是最有效的。這個概念是由NIOSH用于確定空氣中使人無損傷（如眼刺激或肺）逃逸時的毒物濃度。這種定義，主要考慮急性暴露數(shù)據(jù)，而基本不考慮慢性暴露數(shù)據(jù)。對任何一種物質(zhì)，IDLH可通過哺乳動物短期暴露死亡的最低濃度來確定。當沒有數(shù)據(jù)時，IDLH也可以按其它毒性數(shù)據(jù)的百分數(shù)來確定。

　　最常使用可能導致嚴重健康損害或死亡的大氣中物質(zhì)濃度定義稱為“閾限值”。

　　以IDLH濃度定義作為參考點，對于使用IDLH濃度毒性泄漏計算最大允許或“安全”濃度的安全系數(shù)的確定仍沒有達成一致。美國環(huán)保局定義自己的“警戒濃度級”為IDLH的1/10。

　　無論什么定義，重要的是使用對大多數(shù)人口是安全的某濃度值，作為計算有毒氣體泄漏的基礎。

　　2.4毒物泄漏影響區(qū)域計算

　　根據(jù)泄漏－擴散模型和有毒物質(zhì)不同濃度的毒理學效應，就可以確定泄漏影響的區(qū)域范圍。

　　許多簡單模型可用在這個方面。例如美國環(huán)保局推薦用于初步調(diào)查的簡單模型，該模型的依據(jù)是高斯分布擴散。計算泄放率和某種泄放類型的后果效應還需要一些其它假設條件。一旦最大允許濃度確定，這種簡單模型就能確定泄漏影響的區(qū)域。這種情況下，區(qū)域是一個以泄漏源為中心的圓。

　　其它確定方法通常是按照可信最嚴重后果來假設。它假定瞬時條件下物質(zhì)發(fā)生最大量泄漏，已知主導風向，且風速較低（例如2km/小時）、大氣穩(wěn)定度較高（按Pasquill-Gifford方法的F級表示）。

　　更復雜的方法是使用統(tǒng)一泄漏擴散過程的模型，這些模型使用概率分析子模型，考慮風速、風向、大氣穩(wěn)定度、泄漏形式等變量。結(jié)果按一定量泄漏物質(zhì)達到某一濃度區(qū)域的概率表示。