《环境风险评价》教学大纲1

合肥学院教案

课程名称：环境风险分析与评估

课程编码：120021604

总学时(周学时)：32(4)

开课时间：2013年4月22日

适用年级：2012级

专业：环境工程硕士班

使用教材：环境风险评判实用技术、方法和案例

授课教师：张金流

教学目的：通过本课程的学习，使学生把握环境风险评判的一样

流程，方法，为学生进入工程实践学习打下坚实的理论基础。

教学方法：本课程教学采取课堂PPT与板书相结合的教学方式，

以授课老师传授为主，同时发挥学生的学习主动性，使学生在课

堂上积极参与到课堂教学中。

教学要求：见各章节

考核方式：课堂考核与期末考试相结合

目录

第一章概论.........................................................4

第二章可靠性工程.................................................13

第三章源项分析....................................................23

第四章有毒有害害物质在大气中的弥散................................38

第五章有毒有害物质在湖泊的稀释扩散................................53

第六章污染物在食物链中的动态转移..................................62

第七章环境污染健康风险评判........................................71

第八章环境风险评判标准............................................86

第一章概论

教学要求：

1把握风险及环境风险评判概念及其运算方法；

2了解环境风险评判研究进展及研究重点；

3把握环境风险评判主要内容及程序；

4了解ERA与EIA、ESA区别。

教学重点：

环境风险评判主要内容及程序

教学方法：

课堂授课

学时数：2

1环境风险评判基本概念及其运算方法

风险

①生命与财产缺失或伤害的可能性；

②用事故的可能性或缺失的幅度来表达的经济缺失与人员伤害的度量；

③不确定危害的度量；

④灾难发生的几率；

⑤某种危害发生的可能性或几率，以及发生这种风险所造成后果的影响程度。

运算方法

风险（R）是事故发生概率（P）与事故造成的环境（或健康）后果（C）的

乘积，即：

（危害］（事故］（危害］

〔单位时间厂〔单位时间尸〔事故J

风险评判是指对某一过程或情形涉及的潜在危害引起的风险在量或质上进

行评判的过程。

环境风险评判

环境风险评判则是对由自发的自然原因或人为活动引发的，通过环境介质传

播的、能对人类社会及环境产生破坏、损害等严重不良后果事件的危害（R）程

度的评判；

环境风险评判（ERA）是对那些造成生成生态系统、动物或人类威逼的技

术所引起的风险进行的考察。它包括人类健康风险评判，生态或生态毒理学风险

评判以及特定的工业应用风险评判，考察其在人类、生物群或生态系统中的终点。

2环境风险评判研究进展及研究重点；

与现代工业高速发展的同时，突发性的重大事故频发，给人类健康和环境带

来严重后果，因此，人们越来越重视重大突发性事故造成的环境危害的评判问题,

这类危害的评判常称为事故风险评判，它主要考虑与项目连在一起的突发性灾难

事故，包括易燃易爆和有毒物质、放射性物质失控状态下的泄漏；大型技术系统

（如化工生产、桥梁、水坝等）的故障或跨塌；发生这种灾难事故的概率虽然很

小，但影响的危害程度往往是庞大的。

（2012年12月31日，山西天脊煤化工集团股份有限公司8.7吨笨胺发生泄

漏流入浊漳河；山西省以及位于河水下游的河北、河南两省共2万多人受到影响。

2013年2月15日7时•，山西省洪洞县曲亭水库的灌溉输水洞洞顶发生垮塌，

导致下游坝体显现管涌。虽然当地进行了全力抢修，但最终还是因为大坝涵管老

化严重而漏水，形成坝体塌陷，致大坝在涵管处坍塌过水；事故导致上万群众紧

急疏散同时导致南同蒲线8趟列车停运）

（其它例子见教材82页3.若干最大可信事故实例。）

关于事故风险（或事故后果）评判，国际上是沿着三条线发展的。

其一称为概率风险评判（PRA,ProbabilityRiskAssessment）,它是在事故发

生前、猜测某设施（或项目）可能发生事故及其可能造成的环境（或健康）风险。

其最好的范例是美国核管会（NRC）于1975年完成的对核电站所进行的极其系

统的安全研究，其研究成果就是著名的巨著WASH-1400报告，其中系统地发展

和建立了所谓的概率风险评判方法。

其二为实时后果评判（Real-time）,其主要研究对象是在事故发生期间给出

实时的有毒物质的迁移轨迹及实时浓度分布，以便作出正确的防护措施决策，减

少事故的危害。主要象征之一是国际原子能机构（IAEA）于1988年10月于美

国利物莫国立实验室所在所联合召开的第一届实时剂量评判国际研讨会。

其三称为事故后果（Over-event或PastAccident）评判，主要研究事故停止

后对环境的影响；其主要象征是1988-1994年由IAEA及欧盟共同发起主持的有

20多个国家参加的大型长期国际和谐调研项目“核素在陆地、水体、城市诸环

境中迁移模式有效性研究”，简称VAMP,主要研究前苏联切尔诺贝利核电站事

故停止后对中、西欧影响的后果。

环境风险评判学科的研究内容，不但包括突发性事故的环境风险影响，也包

括长期低浓度排放累积效应的风险；不但研究突发性事故和长期低浓度排放对人

体健康的危害影响，也研究它们对生态系统的危害影响，而后者正是目前这门学

科研究、发展的重点。目前国内外开展较多、较成熟，也是本课程和国内导则主

要讨论的环境风险评判可以归属于事故风险评判的第一类，即猜测某设施（或项

目）建成后可能造成的风险。

环境风险评判研究重点

本课程研究重点主要是经济开发项目对人群产生的危害风险，主要包括化学

风险（来自产品加工过程中产生的有毒、易燃、易爆物的风险）和物理风险（来

自极端条件下的风险）；物理风险来自潜在的运输事故、水坝溃塌、会导致物理

伤害与危害的机械事故或其他事故。

产生上述风险的危害主要来自经济开发项目中：

①开释对人、动物与植物有毒的化学物质；

②易燃易爆物质；

③危及生命财产的机械设备故障；

④构造物（例如桥梁、水坝）垮、塌；

⑤生态危害（例如富营养化、土壤腐蚀）。

上述风险类型的主要环境途径如下：

怔蜀一反嗣T浓度|一丽阑一丽IT效应犍康与安全、生态系统、物理丽

（a）有徐化学物质危害

一筋|一底力、热量、有毒产网一回叫一效应:健康与安全、生态系统、物理危害

（b）易燃易爆物的危害

丽］一|事故初始和©4唧而能的靴锚

效应:健康与安全、4态神、物理危害

（C）物理条件危害

图1.1不同有害物质的危害序列

有毒化学物环境风险评判中贮量、开释、环境浓度、人员受照射剂量及其健

康效应关系见下图：

贮量一＞释放

后

如

定

贮•照射盘：取剂量:表征多健康效应:

某

在

特释放:化学

了浓度:污染

•决f・多少人少污染物进入不仅取决J-

位

置

有物质泄漏至

定*

物的浓度不多长时间吸人体,它不仅剂眈也取

学

的环境时发生

物

化

质仅取决「释入（或食入,取决干照射量,决于下述因

量

型

。

类污染物的释

总放速率也或与皮肤接也与某些因素,素,例如年

器

述

描放。

，J与环境条件

容触）多大浓度例如呼吸速率、龄、性别、

置

贮

与

藏有关是否吸烟,

装的污染物C粒子大小等有

条

的

件.关。是否有其他

疾病等。

图1.2贮量、释放、浓度和人受到的照射量、剂量及其健黝应的关系

环境风险评判从其评判范畴而言又可分成三个等级，即微观风险评判（Micro

Assessment）＞系统风险评判（SystemRiskAssessment）和宏观风险评判（Macro

RiskAssessment）o所谓微观风险评判是指对某单一设施进行风险评判；所谓系

统风险评判即对整个项目中所包含的相关联的各个设施进行风险评判，它可以包

含项目中的不同设施（例如运输、贮藏、加工）、涉及不同的活动（例如建造、

运行、拆除）、包含不同的风险种类（例如致癌、事故伤害）及不同的人群（公

众、职业人员）。框定其边界的四个要素是：关心的空间范畴；关心的时间长度；

关心的人群；关心的效应。宏观的风险评判是指规划或政策的风险评判，例如某

一行业规划的风险评判。

本书讨论的重点是第一类即微观风险评判。

3环境风险评判的主要内容及评判程序

狭义的环境风险评判的主要内容包括如下三个部分：

①第一阶段为源项分析。这一阶段的主要任务第一通过危害识别确定是火

灾、爆炸、垮坝、还是有毒有害物质的开释。若是后者，则应给出开释何种物质、

开释量、开释方式、开释时间等数据，并应给出其发生频率；此外确定评判的等

级、评判范畴、评判时间跨度、评判人群（如只评判居民还是包含工作人员）等。

（详细内容将在第3章讲解。）

②第二阶段为环境后果分析。此阶段的主要任务是估算有毒有害物在环境中

的迁移、扩散、浓度分布及人员受到的暴露与剂量。（详细内容将在第4-6章讲

解。）

③第三阶段为风险表征或风险评判。此阶段的主要任务是给出风险的运算结

果及评判范畴内某给定群体的致死率或有害效应的发生率。（详细内容将在第7

章讲解。）

在上述风险评判中,最困难的是估算在一年或某一规定时间内的设施运行中

某一情形显现的频率（或概率）。

广义的环境风险评判或称为环境风险评判与治理还包括第四个阶段一一风

险治理。

风险治理是指在一系列的选项中挑选一个可以达到''所需结果”的决策过程，

这种“所需结果”可以在环境标准中予以明确，也可以通过正式的风险-成本-效

益分析或者“行业标准”或“惯例”等其它过程决定。其结果应该是在现有资源

的限制条件下，将风险降到''可接受"的水平。

风险可以通过多种方式进行治理：

风险可以被排除：完全禁止某种化学品的使用或销售就是风险排除的一个例

子。然而，风险排除通常是不可能的，因为这就需要用另外一种化学品来代替被

禁止的产品，在这种情形下，一种风险要被另一种风险所代替。

风险可以被转移到其他实体上：如工厂可以将环境责任风险转移到保险公司

上。

风险可以被降低：在很多政策和法规决策中，降低风险都是风险治理常用的

方法。虽然降低风险通常与法规相关联，但降低风险还可以通过许多其他方法来

实现。如自然签订行业协议以及为消费者提供良好的风险信息，以便他们挑选较

低风险的产品。

风险可以被公司或政府保留：这可以是在知情的情形下动作，例如当某公司

作了风险评判并且作出相关的规定承担可能由此风险造成的一切缺失；然而，风

险通常是在未被认知的情形下被保留，例如评判未被执行或者危害物未被鉴定。

阶段1

阶段2

阶段3

阶段4

图1.3风险定量分析通用程序

研究风险评价风险管理

某陶

起

“危害识别（引起布制定管理措施

帆

应害效应的剂量?）

观

察

剂量-效应评价

关于由高剂量至低

（剂量和人体孑了害

剂量及由动物到人

效应发生率间的

体的外推方法的资关系?）

料

野外测吊：暴露依暴露量估算（不同

估算；人群特征条件下受到的照射当局决策和措施

吊:？）

图1.4美国环保局采用的环境风险评价框图

危害识别

(HazardIdentification)

危害核算

(HazardAccounting)

环境途径评价

(EnvironmentalPathwayEvaluation)

风险表征（或评价）

（RiskCharacterization）

风险管理

（RiskManagement）

图1.5亚洲开发银行建议的环境风险评价程序框图

4ERA与EIA、ESA区别

环境风险评判与环境影响评判的主要区别见下表：

表1.1环境风险评判与环境影响评判的主要不同点

次序项目事故风险评判（ERA）正常工况环境影响评判（RIA）

1分析重点突发事故正常运行工况

2连续时间很欠I很长

3应运算的物理效应火、爆炸、向空气和地面水向空气、地面水、地下水开释

开释污染物污染物、噪声、热污染等。

4开释类型瞬时或短时间连续开释长时间连续开释

5应考虑的影响类型突发性的猛烈的效应以及连续的、累积的效应

事故后期的长远效应

6主要危害受体人和建筑、生态人和生态

7危害性质急性受毒；灾难性的慢性受毒

8大气扩散模式烟团模式、分段烟羽模式连续烟羽模式

9照射时间很短很长

10源项确定较大的不确定性不确定性小

11评判方法概率方法确定论方法

12防范措施与应急计划需要不需要

“浓度的估算位

CMAL最大允许浓度水平

图1.9某一假想情景释放的有毒物质概率的例示

（a）不确定度小，作日A就够了：（b）不确定度大，应考虑进行ERA以仃助于决策

ERA与ESA的主要区别

环境风险评判与安全评判的主要区别是:①环境风险评判主要关注事故对厂（场）

界外环境和人群的影响，而安全评判主要关注事故对厂（场）界内环境和职工的

影响；②拿火灾和爆炸事故来讲，环境风险评判不关注火灾产生的热辐射和爆炸

产生的冲击波带来的破坏影响，而关注火灾和爆炸产生或伴生的有毒有害物质的

泄漏造成的危害，而安全评判主要关注火灾产生的热辐射和爆炸产生的冲击波带

来的破坏影响；③我国目前环境风险评判导则关注的是概率很小或极小但环境危

害最严重的最大可信事故，而安全评判主要关注的是概率相对较大的各类事故,

并不能包括最大可信事故。

第二章可靠性工程

教学要求：

1.了解系统可靠性含义；可靠性、安全性、风险性定义；

2.把握系统可靠性运算；

3.把握系统可靠性分析方法（事件树、故障树分析方法）。

教学重点：

系统可靠性运算

授课方式：

课堂授课

学时数：4

1.系统可靠性含义；可靠性、安全性、风险性定义

可靠性工程是系统工程的重要分支，它的任务是定性与定量的分析、控制、

评估和改善系统或设备在设计、生产和使用的各个阶段的可靠性，并在设计中达

到可靠性与经济性综合平稳。

环境风险评判的重要任务之一是识别系统可能发生的一切事故序列的频率，

在概率风险评判（PRA）中统称为第一级任务；系统可靠性分析与事故序列分析,

从系统的设计运行资料、部件失效的统计数据、实验资料、规程等技术资料定性

与定量地取得各类系统的故障频率，为运算系统的风险提供数据。

可靠性（经典定义）：系统或设备在规定的条件下，在规定的时间内，完成

规定功能的能力。规定条件包括使用条件、保护条件、环境条件等；规定时间是

可靠性定义中的核心，不谈时间就无可靠性可言；可靠性指标与任务时间是紧密

相关的；而规定功能一样指用户提出的技术指标和要求。

由于系统或设备失效的形式和过程不同，因此评判它们的可靠度也会有不同

的方法。一个系统怎样才算是失效呢？有两类常用的失效准则。瞬时型失效是指

系统在工作过程中随机地在某时刻突然地失去功能。另一种失效准则是非突发性

的，它相伴性能衰退、老化和磨损过程，很难明确指出它的确定寿命，这类失效

又称耗缺失效或漂移失效。

安全性（经典定义）：建立一种环境，使人们在这种环境下生活与工作感受

到的危害或危险是已知的，清楚的，并且是可控制在可接受的水平上。安全性以

风险值(风险水平)或接受的危险概率来定量描述程度。

风险性是以事故发生概率与该事故后果(人员死亡或者财产缺失)的乘积表

Zj\o

以核电站为例，定量的安全目标是：①对电站1英里边界上的居民所产生的

平均瞬时死亡风险不应超过美国风险本底(5X107a)的0.1%,也就是说，瞬

时风险的定量设计目标为5X10『/a；②在50英里范畴的致癌风险不能超过本底

致癌风险的0.1%,而美国癌本底风险值为5X10、所以因核电站而造成的致癌

风险设计目标为2Xl(T7a。

2.系统可靠性运算

可靠度函数

如果用随机变量T来表示系统从开始工作到发生故障的连续工作时间，用t

表示规定时间，则系统在时刻t的可靠度R(t)是随机变量，为T大于时间t的概

率。R(t)=P(T>t)

不可靠度F(t)=l-R(t)=P(TWt)

假设有同一种类的产品No个，在t=0时开始使用或试验，

令：Ns(t)=工作到时间t存活的数目；

N《t尸工作到时间t失效的数目；

Ns(t)+Nf(t)=No,根据物理意义，产品的可靠度由下式给出：

._此0)_3*)一Nf(t)

N°N。No

不可靠度F(t)由下式给出：

典型系统可靠性运算的框图法

1串联网络

这网络表示一个由元件(或分系统)串联连接的系统。在系统中，如果系统

中任一个元件工作不正常，它将引起整个系统失效，一种k个元件串联的系统如

图2.3所示:

k

图2.3串联网络系统方框图

对于k个独立不相同元件串联系统，依靠于时间t的可靠性Rs（t）为：

尺⑺={1一耳（力卜{1—6（。卜{1—居⑺}……{1一6⑺}

{1—片⑺}三为⑺

式中：F，（t）一一第i个单元或元件失效的概率（i=l,2,3,…，k）；

RMt）——第i个单元或元件的可靠性（i=l,2,3,…，k）o

常用的&（t）表示式为（指数分布）：

R（t）=e,J

式中人为失效系数。

所以串联系统可靠性可以表示为：

用«）=/'•e-勾…e”

定义多个连接或单个元件的失效前平均时间（MTTF）为：

MTTF

1=1

［例题2.1］：10个独立和相同的分系统组成一个串联系统。每个分系统的失

效时间符合指数分布，其MTTF为2000h,假定在时间t=0时系统开始工作，运

算50h时工作系统的可靠性。

已知k=10,t=50,入=200（）T失效/h,所以

尺（50）=*-（2000/（5。）,=0.7788

此串联系统工作50h后的可靠性为0.7788o

2并联网络

一种k个元件并联的系统如图2.4所示:

图2.4并联网络系统方框图

为了导出这种模型的可靠性方程，假定：①系统中所有单元同时工作并且负

载均分；②各单元在统计上独立。在时间t时，具有不相同元件并联结构的不可

靠性为：

F*)=lW)

/=1

式中：F,(t)一一第i个元件不可靠性(失效概率)；

k一一系统的元件数目。

因为Rp(t)+Fp⑴=1,所以并联系统可靠性为：

kk

(«)=1一口耳⑺=1一口(1一"力

1=1/=1

系统可靠性分析方法

(1)事件树分析(ETA)

事件树分析(EventTreeAnalysis)法是一种逻辑演绎法，它在给定一个初因

事件的情形下，分析此初因事件可能导致的各种事件序列的结果，从而定性与定

量地评判系统的特性，并帮助分析人员获得正确的决策，它常用于安全系统的事

故分析和系统的可靠性分析，由于事件序列是以图形表示的，并且呈扇状，故得

名事件树。

事件树可以描述系统中可能发生的事件，特别是安全分析中，在寻找系统可

能导致的严重事故时，是一种有效的方法；比如有两个系统组成的事件树如图

2.4所示：

图2.4事件树分叉示意图

由上图可知，该系统的可能事件数目为2n=4。

事件树分析的步骤如下：

①确定或寻找可能导致系统严重后果的初因事件，并进行分类，对于那些可

能导致相同事件树的初因事件可划分为一类;

②建造事件树，先建功能事件树，然后建造系统事件树;

③进行事件树简化；

④进行事件序列的定量化。

下面以一个例子来说明事件树的建立及定量化。

［例2.2］图2.5是一个连续工艺过程的冷却系统，当正常冷却水管道断裂时造成

系统失水，失水信号探测器（D）将启动泵P1和泵P2；如果两台泵均启动成功,

则系统成功（S）,如果只有一台被启动成功，那么系统是50%的部分成功（P）；

第三种情形是系统失败。那么系统的最终状态有三种：完全成功（S）、部分成功

（P）、系统失败（F）,若已知事件发生概率均为0.99,请运算它们各自的发生

概率:

图2.5冷却系统示意图

该过程的事件树建造如下:

管道破裂电源EPDPiP?

—1S

—2P

—3P

VA4A匚r

断管

V

Aor

V

Aor

X系统停止工作

图2.6冷却系统事件树

故各自发生概率运算如下：

P(S)=P(EP)xP(D)xP(P1)xP(P2)=0.960596

P(P)=P(EP)xP(D)xP(P1)xP(^)+P(EP)xP(D)xP(P,)P(/>)=0.019406

P(F)=P(EP)xP(D)xP(P,)xP(^)+P(EP)xP(D)+P(EP)=0.019998

(2)故障树分析(FTA)

故障树分析(FaultTreeAnalysis)是较为适用于大型复杂系统安全性与可靠性

分析的常用有效方法，它是以图形的方式表明“系统是怎样失效的”？它是一种

适用于设计人员、运行人员和治理人员有效地进行系统分析的方法。

FTA是用图形的方法有层次地描述系统在失效的进程中，各种中间事件的相

互关系，并告诉人们系统是通过什么途径发生失效的。

FTA的步骤

FTA是把系统不期望发生的事件(失效状态)作为故障树的顶事件(Top

event)0用规定的逻辑符号表示，找出导致这一不期望事件发生的所有可能的直

接因素和原因，它们是处于过渡状态的中间事件，并由此逐步深入分析，直到找

出事故的基本原因，即故障树的底事件为止。这些底事件又称为基本事件，它们

的事件是已知的或者已经有过统计或实验的结果。FTA一样可分为以下几个阶

段：①挑选合理的顶事件、系统的分析边界和定义范畴，并且确定成功与失效的

准则；②建造故障树，这是FTA的核心部分之一，通过对已收集的技术资料，

在设计、运行治理人员的帮助下，建造故障树；③对故障树进行简化或者模块化;

④定性分析，求出故障树的全部最小割集，当割集的数量太多时，可以通过程序

进行概率截断或割集阶截断；⑤定量分析，这一阶段的任务是很多的，它包括运

算顶事件发生概率即系统的点无效度和区间无效度；此外还要进行重要度分析和

灵敏度分析。目前已经发展了多种功能的软件包进行FTA的定性与定量研究。

FTA的术语与符号

⑴顶事件，顶事件是被分析的系统的不期望发生的事件，它位于故障树顶端。

⑵中间事件，它位于顶事件和底事件之间，又称故障事件，以矩形符号表示，并

且由一个逻辑门跟着。

⑶底事件，位于故障树底部的事件，在已建成的故障树中，不必再要求分解；

故障树的底事件又分为：基本事件和菱形事件。基本事件，已经探明或尚未

探明其发生原因，而有失效数据的底事件；菱形事件，又称为未探明事件，

一样可分为两种情形，一种是在一定条件下可以忽略的次要事件，画在故障

树中是为了提醒设计人员或治理人员，或者暂时保留它；还有一种情形就是

未能探明的二次失效，对它的影响不清楚，无法连续分解下去，只能看做一

种假想的基本事件。

⑷房形事件，它也位于故障树底部，它起开关作用，有时表示一种系统中的正

常条件或故障条件，房形事件的状态只能发生或不发生，通过使用房形事件，

可以描述各种不同条件下的系统故障树。

⑸与门，表示事件关系的一种逻辑门，仅当所有输入与门的所有输入事件同时

发生时，门的输出事件才发生。

(6)或门，表示事件关系的一种逻辑门，仅当输入事件中至少有一个发生时，则

门的输出事件发生。

⑺表决门，例如k/m门，表示一种表决的逻辑关系，仅当m个输入事件中的k

个以上事件发生时，门的输出事件才发生。

(8)禁门，表示在一定条件下才打开的逻辑门，当禁门的条件事件存在时，输入

禁门的事件发生才会导致输出事件的发生。同与门的情形相比，禁门条件事

件不仅可以是故障事件，而且可以是系统的一种状态和条件。

(9)异或门，表示仅当单个输入事件发生时，而其余输入事件不发生，异或门的

输出事件才能发生，异或门也称互斥或门。

(10)非门，表示门的输出事件是输入事件的对立事件。

(11)优先与门，表示与门的输入事件仅当按由左至右的顺序依次发生时，门的输

出事件发生。

⑫转移符号，有转入与转出符号，便于画树过程中进行转页和查找。

衰2.3故障树所用符号裹

门符号事件符号

序号使用符号名称输入输出关系名称意义

上当全部雄人发生有足够数据的基

叫形q

□则输出发生本事件

人若形不发展事件《未

任何一个输入存

在则输出发生探明事件)

―在条件存在时㈱

禁门入产生输出矩形用门表示的事件

按左至布的次序

笠输人发生则发生

尚解形川F禁门的条件

与门输出

幡人中的一个发

开关事件《发生

异或门生而另外不发生则房”或不发生)

♦出发生

中有m个轴人

三角形转移出去转入

表决门则输出发生A

［例2.8］房形事件使用。房形事件又称开关事件，它能表示故障树结构上的变换。

如图2.8故障树所示。

当房形事件(I)发生时，则故障树可变换成图2.8(a)。

当房形事件(D不发生时，则故障树变为图2.8(b)的结构。

图2.8房形事件的表示

图2.8(a)图2.8(b)

事件I发生事件I不发生

第三章源项分析

教学要求：

1了解源项分析内容和目的；

2了解源项分析程序；

3把握风险识别（系统、危险物质、化学反应、工艺过程危险性识别）

4把握事故源项分析方法（事件树，故障树，原因-结果分析）

教学重点：

风险识别和事故源项分析方法

授课方式：

课堂授课

学时数：4

3.1概述

3.1.1了解源项分析内容和目的

源项分析是环境风险评判的首要任务和基础工作，其分析的准确与否直接关

系到环境风险评判的质量。

（内容）源项分析是通过将一个工厂或工程项目的大系统分解为若干子系

统，识别其中哪些物质、装置或部件具有潜在的危险来源，判定其危险类型，了

解事故发生的概率，确定毒物开释量及其转移途径等。

（目的）源项分析的目的是通过对评判系统进行危害识别和分析，正确地挑

选出最大可信事故及确定其源项，为其后果估算提供依据和基础资料。

源项分析最重要而又最困难的工作是（事故概率的估算）；任何一个工厂，

存在各种潜在事故，而每一个事故又具有诸多的诱发因素，带有随机性。事故概

率的运算目前在可靠性工程研究中已发展了众多方法，但（历史事故的实际调查）

仍为运算的基础。

风险评判中的源项分析与安全生产和治理中的事故分析和安全评判分析方

法相同，但目的各有侧重。

安全生产中的事故分析是为了找出事故原因，提出预防事故的计策，从而减

少和防止同类事故的发生；通过事故分析了解发生事故的特点和规律；发觉新的

危险因素和治理缺陷；从事故中引出新工艺新技术。

安全治理中的安全评判是通过分析了解系统中薄弱环节和潜在危险、发生事

故的概率和可能产生的后果，从而对系统进行调整，加强薄弱环节，排除潜在危

险，以达到系统的最优化和安全。

风险评判中的源项分析是通过系统存在的潜在危险识别及其事故概率运算，

挑选出最大可信事故，进而运算事故可能危害，确定本系统的风险值，与相关标

准比较，评判能否达到可接受风险水平。

3.1.2了解源项分析程序

源项分析分两阶段，第一是危险识别，其次是风险事故源项分析。前一阶段

以定性分析为主，后一阶段以定量为主。源项分析所包括的范畴和对象是全系统,

从物质、设备、装置、工艺到与其相关的单元。与之相应的要进行物质危险性、

工艺过程及其反应危险性、设备装置危险性、储运危险性等方面分析与评判。

源项分析主要步骤包括：

①系统、子系统及单元等的划分；

②危险识别。由物质危险性识别，挑选出可能的风险评判因子；由工艺过

程危险性识别，挑选出重大危险源。

③对挑选出的重大危险源，依据其在线量或贮量，以及所涉及的有毒有害

物的毒性，挑选出最终的风险评判因子和相应的最大可信事故。

④对最大可信事故进行定量分析，确定有关源项参数，包括事故概率、毒

物泄漏量及其进入环境的可能转移途径和危害类型等。

3.1.3源项分析中的相关术语：

危险性：指在各类生产活动中能造成人员伤亡和财物缺失的潜在性原

因，它的发展会成为实际的危险，即事故。

事件的发生概率：危险性发展成为事故的概率。即随机事件在一定时间

内统计取得的发生次数称为频率，经过实践证明的、稳固的频率值即为事件

的发生概率。必然发生的事件概率为1,不可能发生的事件概率为0,所以

一样随机事件的概率介于。与1之间。

危险源：评判系统内某一部分或部件，因为各种原因受到损坏或失去控

制导致毒物泄漏或引起火灾爆炸事故，构成危险源。潜在的危险源需要通过

分析评判对象所涉及的有毒有害物质的理化特性和毒理特性及其贮量来识

别。

危险类型：危险类型可分为：①人为灾害，如工厂的火灾、爆炸、毒物

开释等；②自然灾害，如区域性的地震、海啸等；③准自然灾害，由于自然

和人为共同诱发，如雷击引起球罐爆炸、污染事故等。

危险程度：综合考虑危险源导致的事故可能产生的后果及其显现频率。

对危险强度进行分类，总体而言可分为三类：①低频率一一严重后果的危险

性；②偶然一一中等后果的危险性；③高频率一一低危险水平的危险性。与

之相对应即为高风险、中等风险和低风险三种水平风险源。对项目环境风险

评判而言，高风险是重点对象。

最大可信事故：在所有可能发生的重大事故中，对环境（或健康）危害

最严重的即事故后果最大的事故。在所评判的系统中，如其最大可信事故风

险值在同类系统的可接受风险值范畴内，则认为该系统从风险角度来讲是可

以接受的。

3.2风险识别

3.2.1风险识别及其基础

风险识别是风险评判的基础，它是通过定性分析及体会判定，识别评判系统

的危险源或事故源、危险类型和可能的危险程度及确定其主要危险来源。

1系统风险识别

系统风险识别（可靠性）详见第二章；系统安全性分析其一是对涉及的物质，

如工业原料等的分析，其二是对系统的可靠性、安全性进行评判。图3.1是一个

工厂安全评判系统的例子。

图3.1工厂安全评价系统示意图

由前面第二章可知，系统可靠性是指系统（设备）在规定条件下，在规定时

间内完成规定功能的能力；系统安全性指系统的失效和人员失误的概率及由于失

效可能导致的危害（人员伤亡和财产缺失）。

任何一个系统，其可靠性、安全性与成本、效益之间的关系是在保证系统的

可靠性指标的前提下，使系统的成本费用最小。图3.2为可靠性R与成本费用之

间的一样关系。系统（设备）的可靠性提高，会导致生产成本的增加，但安全费

用成本随着可靠度的增加而降低，A点则为优化点。系统安全分析即求取优化点

Ao

图3.2可靠性R与成本费用关系

由前面第二章可知，系统的可靠度随时间变化，在稳固状态下或在确定的周

期内，系统的可靠度可用随机事件的概率来运算，系统稳固模型可靠度运算方法

如下：

①串联系统：假设系统S由n个独立单元Ai,A2,A3,…An组成，当其中

有一个失效时，系统就失效，则S为串联系统。己知单元缶的可靠度为

Ri(i=l,2,3,…n),则系统S的可靠度Rs为：

RLSKR…R“=f[R,

/=|

由于0<RiWl,因此串联系统的可靠度小于等于其各组成单元的可靠度。

②并联系统：当系统S中，n个单元都失效后，系统S才失效，则S为并联

系统,已知单元4的可靠度为R(i=l,2,3,…n),则统的不可靠度FE-Ri。由于

所有的单元都失效后系统S才失效，故系统S的不可靠度F为：

尸=耳鸟鸣…耳=:耳

故系统的可靠度Rs为:

y?v=i-n(i-7?,)

/=l

③串联、并联复合系统：当系统由串联单元、并联单元综合组成时，其可靠

度运算是先将系统分解为若干个子系统，根据串联、并联单元分别算出各个子系

统的可靠度，然后复合运算系统的可靠度：

凡=4•&,,,&.

2事故分析技术

事故分析是用来防止事故，提高事故防治计策的有效性的方法之一。事故分

析在风险评判中则是识别危险因素，了解各种工艺条件下发生事故的特点和规

律，是确定源项的重要依据；在风险评判中，对所评判的行业系统要用大量的事

故统计调查分析，以提高评判的可靠性和准确度。

(1)事故原点理论事故原点指事故隐患转化为事故的具有初始性突变特点

并与事故发展过程有直接因果联系的点。它是构成事故的最初起点，如火灾事故

的第一起火点，爆炸事故的第一起爆点。事故原点只有一个，它不是事故原因，

亦不是责任分析，是研究潜在隐患转化为突变的联结点，是事故定性定量分析的

基础和关键。所以事故原点理论是事故调查分析工作的基础。

事故原点的确定有定义法、逻辑推理法和技术鉴定法。根据不同的事故选用

不同的方法。

(2)事故分析事故分析具体地讲就是对危险因素的性质、能量和感度三个

基本要素的分析。从评判的角度对事故分析采用的技术有：

①事故结构分析：找出事故原点，它存在于事故的发生、发展过程中，由此

而建立事故模型图。

②事故的数理统计分析：通过对一定时间、空间和系统中发生的大量的偶然

事故进行数理统计分析，以找出某些必然性的规律。

③事故过程分析：对同类事故，从发生发展过程找出与事故的有关因素，进

行定性定量分析。常用的方法有因果分析图、事故树分析图、事件树分析和逻辑

分析图。

④事故的综合分析:在一定的时间空间内，对某种或多种事故进行综合分析,

以确定评判的重点。例如日本和我国一段时间事故分析如下图所示:

3.2.2物质危险性识别

在工业生产过程中，要使用不同材料制成的设备、装置；处理处置、使用、

贮存和运输各种不同原料、中间产品、副产品、产品和废弃物。这些物质具有不

同的物理和化学性质及毒理特性，其中不少物质属于易燃、易爆和有毒物质，因

此，具有潜在的危险性，为了评判某一生产系统的风险性，有别要对这些危险物

质进行识别。

1.易燃易爆物质

具有火灾爆炸危险性物质可分为爆炸性物质、氧化剂、可燃性气体、自燃性

物质、遇水燃烧物质、易燃与可燃液体、易燃与可燃固体等。

（1）爆炸性物质爆炸性物质是指凡受到高热、摩擦、撞击或受到一定物质

激发能瞬时发生急剧的物理、化学变化，且伴有能量快速开释、急剧转化为强压

缩能，强压缩能急剧绝热膨胀对外做功，引起被作用介质的变形、移动和破坏的

物质。

爆炸性物质的爆炸具有三个显著特点：①变化速度非常快。爆炸反应一样在

10-5〜10%间完成，爆炸传播速度一样在2000〜9000m/s之间；②反应中开释出

大量的热或快速吸取热量，反应热一样在3000〜6300J/kg之间；③生成大量的

气体产物，IKg炸药爆炸时能产生700〜1000L气体，压力达数万兆帕，使周围

介质受到压缩或破坏。

爆炸性物质按组分分为爆炸化合物和爆炸混合物两大类。前者具有一定的化

学组成，其分子中含有不稳固的爆炸基团，这中基团容易被活化，在外界能量作

用下其化学键易破裂，引起爆炸反应。这类化合物包括硝基化合物、硝基酯、硝

胺、叠氮化合物、重氮化合物、雷酸盐、乙怏化合物、过氧化物和氮氧化物、氮

的卤化物、氯酸盐和高氯酸盐等。后者通常由两种或两种以上的爆炸组分和非爆

炸组分经机械混合而成；这类混合物如硝胺炸药等。

（2）氧化剂氧化剂具有较强的氧化性能，能发生分解反应并引起燃烧或爆

炸。其分解温度均在500℃以下。氧化剂分为无机氧化剂和有机氧化剂，其分类

如下表3.1。氧化剂的危险性在于其遇酸碱、潮湿、强热、摩擦、撞击、或与易

燃物、还原剂等接触时，发生分解反应，放出氧，有些反应急剧，引起燃烧和爆

炸。

类别级别举例危险性

无机一级，能引碱金属过氧化物类；含本身不燃不爆（大多数）；受

氧化起燃烧和爆或碱土氯酸及其盐类；热、受撞击、摩擦易分解出

剂如金属的硝酸盐类；高锦氧；接触易燃物、有机物引

过氧化酸盐类等。起燃烧爆炸；有些氧化剂在

物和盐遇酸、遇水等引起剧烈反应，

类引起燃烧或爆炸。

二级，能引除一级以外的无机氧化剂。

起燃烧。

有机一级，能引有机过氧化物，如过氧化苯本身是氧化剂，同时具有燃

氧化起燃烧和爆甲酰、过氧化二叔丁醇等；烧和爆炸性；为过氧化物，

剂炸有机硝酸盐等，如硝酸胭、能进行自身氧化-还原反应，

硝酸胭等。反应生成气体，反应迅速时

引起燃烧、爆炸。

二级能引起除一级以外的有机氧化剂。

燃烧

（3）可燃气体可燃气体指遇火、受热或与氧化剂接触能引起燃烧或爆炸的气

体。可分为一级和二级可燃气体；凡着火（爆炸）浓度下限W10%为一级可燃气

体，下限＞10%的为二级可燃气体。

可燃气体的危险性主要为其燃烧性、爆炸性和自燃性，同时由于其具有高度

的化学活泼性，易于氧化剂等物质起反应，引起火灾爆炸。当其比空气轻时，可

逸散在空气中无限制扩散，易与空气形成爆炸性化合物；当其比空气重时，集合

于地表和管沟不散,遇火源时燃烧或爆炸。有些可燃气体同时具有腐蚀性或毒性、

带电性。

可燃气体的燃烧爆炸性以其燃烧（爆炸）极限表征。在一定的温度和压力下,

可燃气体与空气混合，形成混合气体，当其中可燃气体浓度达到一定范畴才能在

遇火源时发生燃烧或爆炸。这个可燃气体浓度范畴即是该气体燃烧（爆炸）极限。

通常以可燃气体在空气中的体积百分比表示。燃烧极限的下限即着火下限，燃烧

极限的上限即着火上限。

可燃气体的燃烧爆炸危险度H运算为：

H=-----

L

式中R——燃烧（爆炸）上限；

L一一燃烧（爆炸）下限；

H------危险度。

可燃气体的危险度H值越大，表示其危险性越大，表3.2列出部分可燃气体

的危险度。

可燃气体受热到一定温度，可发生自燃，能发生自燃的最低温度即为该气体

的自燃点。通常以反映当量深度时的自燃点作为标准自燃点。自燃点越低，自燃

的危险性越大。自燃点与压力、密度、容器直径、浓度等因素有关。

运算可燃气体的危险度？

（4）自燃性物质自燃性物质即不需要明火作用，由于本身受空气氧化或

外界温度、湿度影响发热达到自燃点而发生自行燃烧的物质。

根据自燃点的高低，自燃性物质分为一、二两级；一级物质其在空气中能发

生剧烈氧化，自燃点低，易于自燃，而且燃烧猛烈、危险性大；如黄磷、三乙基

铝、硝化棉、铝铁熔剂等；二级物质在空气中氧化比较缓慢，自燃点较低，在积

热不散的条件下能够自燃，如油脂等物质。

影响自燃性物质自燃的因素包括：①热量的积存，如导热率、堆积状态、空

气的流通性等；②热量发生率，如温度、发热量、湿度、表面积、催化剂等；③

压力，压力越高，自燃点越低；④分子结构；⑤粒度，粒径越细，自燃点越低。

（5）遇水燃烧物质遇水燃烧物质指凡遇水或潮湿空气能分解产生可燃气

体，并放出热量而引起燃烧或爆炸的物质。通常分为一、二级。一级物质遇水后

发生剧烈反应，产生易燃气体，放出大量热，容易引起自燃或爆炸。这类物质主

要为锂、钾等金属及其氢化物和硼烷等。

遇水燃烧物质在遇酸或氧化剂情形下亦发生反应，反应剧烈。

请指出上述五类物质分为一二级的分