概率論方法在事故大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

黃丹++葛雄鷹

摘 要：事故工況下的大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)方法一般分為確定論和概率論兩種，目前建設(shè)項(xiàng)目的大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)大部分采用確定論方法。該文介紹了概率論方法的原理，通過實(shí)例說明了概率論方法在事故大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)中的應(yīng)用，并與確定論計(jì)算結(jié)果加以比較，可以看出后者的計(jì)算結(jié)果比前者偏大，更符合事故環(huán)境影響評(píng)價(jià)保守性原則。

關(guān)鍵詞：概率論方法 事故工況 大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：X820.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0202-02

事故工況下的大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)是大型建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。事故大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)方法一般分為確定論和概率論兩種，目前國(guó)內(nèi)環(huán)評(píng)單位大多采用確定論方法。確定論方法以現(xiàn)行《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ 2.2-2008）為代表，在設(shè)定的最惡劣氣象條件下，按照高斯煙羽大氣擴(kuò)散模式計(jì)算污染物在大氣中的擴(kuò)散濃度[1]。概率論方法在確定論方法計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，考慮一定累積概率，推算出在該概率水平下的大氣擴(kuò)散濃度。美國(guó)核管委（NRC）導(dǎo)則RG1.145《用于核電站潛在事故后果評(píng)價(jià)的大氣擴(kuò)散模型》提供了一種典型的概率論事故大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)方法[2]。下面對(duì)這種方法的原理進(jìn)行介紹，并通過實(shí)例與確定論的計(jì)算結(jié)果加以比較。

1 概率論方法的原理

大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)一個(gè)變量受到大量微小的、相互獨(dú)立的隨機(jī)因素影響時(shí)，這個(gè)變量往往服從或近似服從正態(tài)分布。服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量超過某個(gè)給定值Zα的概率可以表示為，Zα稱為分位點(diǎn)。通常取α很小，使得隨機(jī)變量X超過Zα的事件是一個(gè)小概率事件。

研究發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)未必跟其對(duì)應(yīng)的累積概率有線性關(guān)系，但是將其轉(zhuǎn)換為自然對(duì)數(shù)，將累積概率轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)，以自然對(duì)數(shù)值和累積概率的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)繪制的散點(diǎn)圖呈直線趨勢(shì)。由于大氣擴(kuò)散因子（即大氣擴(kuò)散濃度與污染物排放源項(xiàng)的比值）是風(fēng)速-穩(wěn)定度氣象組合的函數(shù)，在自然對(duì)數(shù)坐標(biāo)下，大氣擴(kuò)散因子值與其累積概率標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)呈線性關(guān)系。

在此基礎(chǔ)上，大氣擴(kuò)散因子的計(jì)算分為兩步。第一步求取樣本點(diǎn)，第二步由獲得的樣本點(diǎn)及其累計(jì)概率進(jìn)行曲線擬合，得到規(guī)定累積概率水平對(duì)應(yīng)的大氣擴(kuò)散因子值，即超過這個(gè)大氣擴(kuò)散因子的概率是該規(guī)定累積概率值。

第一步所采用的模式與確定論方法相同，采用短期大氣擴(kuò)散模式計(jì)算連續(xù)一段時(shí)間內(nèi)每一種風(fēng)向-穩(wěn)定度-風(fēng)速氣象組合對(duì)應(yīng)的大氣擴(kuò)散因子值，大氣擴(kuò)散因子值是風(fēng)速、穩(wěn)定度、下風(fēng)向距離的函數(shù)，確定論方法中有很多模式計(jì)算短期大氣擴(kuò)散因子，本文不再詳述。然后將得到的計(jì)算值取其自然對(duì)數(shù)作為樣本點(diǎn)按照從大到小的順序排列，并通過樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的出現(xiàn)概率計(jì)算得到累積概率。累積概率可以理解為該大氣擴(kuò)散因子樣本點(diǎn)被超越的概率。

第二步對(duì)大氣擴(kuò)散因子樣本點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)的累積概率進(jìn)行曲線擬合，即對(duì)累積概率求標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)作為x變量，將自然對(duì)數(shù)大氣擴(kuò)散因子樣本點(diǎn)作為y變量，求出涵蓋所有樣本點(diǎn)范圍的上包絡(luò)線。在自然對(duì)數(shù)大氣擴(kuò)散因子和標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)坐標(biāo)平面上，首先將最大樣本點(diǎn)與其他從大到小的10個(gè)樣本點(diǎn)逐一相連，取斜率最大的連線上的樣本點(diǎn)作為包絡(luò)線的第二個(gè)樣本點(diǎn)保留，然后將保留的第二個(gè)樣本點(diǎn)與剩余的從大到小的10個(gè)樣本點(diǎn)逐一相連，取斜率最大的連線上的樣本點(diǎn)作為第三個(gè)樣本點(diǎn)保留，依此類推。由此得到的分段曲線包絡(luò)了所有的樣本點(diǎn)，擬合后的曲線更加保守。

得到擬合曲線后，根據(jù)規(guī)定的累積概率值求得的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)，以及該分位點(diǎn)在坐標(biāo)平面軸線上的位置，進(jìn)行內(nèi)插或外推即可求得相應(yīng)的自然對(duì)數(shù)大氣擴(kuò)散因子，經(jīng)過簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換后便可以得到超過規(guī)定累積概率值的短期大氣擴(kuò)散因子值。

2 實(shí)例

以某核設(shè)施項(xiàng)目的事故大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)為例，要求預(yù)測(cè)事故工況下每個(gè)風(fēng)向在99.5%概率水平下的短期大氣擴(kuò)散因子值，即超過這個(gè)短期大氣擴(kuò)散因子的概率是0.5%。下面以S方向下風(fēng)向4000 m距離處的計(jì)算點(diǎn)為例，詳細(xì)說明概率論方法的應(yīng)用。

（1）獲得樣本點(diǎn)

首先由項(xiàng)目廠址所在區(qū)域連續(xù)一年S方向的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)（穩(wěn)定度、風(fēng)速）計(jì)算大氣擴(kuò)散因子值，同時(shí)列出每一個(gè)穩(wěn)定度-風(fēng)速氣象組合的出現(xiàn)概率。穩(wěn)定度分為從A到F共6類，風(fēng)速劃分為6個(gè)等級(jí)，理論上每個(gè)方向上共有36個(gè)氣象組合，但實(shí)際情況是某些氣象組合的出現(xiàn)概率為0，因此不再列出，共獲得29個(gè)穩(wěn)定度-風(fēng)速氣象組合，見表1。

將得到的大氣擴(kuò)散因子取其自然對(duì)數(shù)值作為樣本點(diǎn)，然后對(duì)樣本點(diǎn)排序，得到對(duì)應(yīng)累積概率，并將累積概率轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)。得到的結(jié)果見表2。

（2）曲線擬合

得到樣本點(diǎn)后求包絡(luò)線y=kx+b。下表給出了求第一段包絡(luò)線用到的樣本點(diǎn)，x是累積概率的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)，y是大氣擴(kuò)散因子的自然對(duì)數(shù)值。將第2個(gè)樣本點(diǎn)到第11個(gè)樣本點(diǎn)分別與第1個(gè)樣本點(diǎn)兩兩連線求直線的斜率k、截距b，得到的結(jié)果見表3。根據(jù)包絡(luò)線的定義，斜率k最大值對(duì)應(yīng)的樣本點(diǎn)（即第6個(gè)樣本點(diǎn)）是包絡(luò)線上的點(diǎn)，因此由第1、第6個(gè)樣本點(diǎn)確定了第一段包絡(luò)線。將規(guī)定概率0.5%轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)-2.58，代入式y(tǒng)=kx+b即可得到超過概率0.5%的大氣擴(kuò)散因子值為6.59×10-4 s3/m。

由于該段包絡(luò)線上第一個(gè)樣本點(diǎn)的累積概率為3.97%，大于規(guī)定概率0.5%，因此不用再求其他包絡(luò)線，只需用該段包絡(luò)線上的兩個(gè)樣本點(diǎn)外推即可得到S方向下風(fēng)向4000 m距離處的大氣擴(kuò)散因子值。

3 結(jié)語

根據(jù)概率論方法計(jì)算得到的累積概率為0.5%的大氣擴(kuò)散因子值為6.59×10-4 s3/m，由表1可見，根據(jù)確定論計(jì)算得到的大氣擴(kuò)散因子最大值為7.57×10-6 s3/m，兩種方法的計(jì)算結(jié)果相比較，概率論計(jì)算結(jié)果比確定論偏保守。

上述例子中的項(xiàng)目所在地位于內(nèi)陸丘陵地區(qū)，由于該地區(qū)的靜、小風(fēng)頻率較大，而大氣擴(kuò)散因子樣本點(diǎn)最大值對(duì)應(yīng)的是靜、小風(fēng)氣象條件，靜、小風(fēng)氣象條件的出現(xiàn)概率即是它們的累積概率，而這個(gè)值往往遠(yuǎn)大于規(guī)定概率值0.5%，使得在曲線擬合時(shí)包絡(luò)線的斜率偏大，造成外推計(jì)算結(jié)果偏大。從上述實(shí)例中可以看出，采用概率論方法計(jì)算得到的結(jié)果比確定論大將近兩個(gè)量級(jí)。

基于此，為了使根據(jù)兩個(gè)樣本點(diǎn)外推得出的大氣擴(kuò)散因子值更為精確，可以將靜、小風(fēng)風(fēng)速組劃分為更多的風(fēng)速等級(jí)，獲得更多的樣本點(diǎn)，降低樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的累積概率值，使得計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。

綜上所述，與確定論相比，概率論考慮了項(xiàng)目所在地區(qū)的實(shí)際氣象條件，以及發(fā)生的概率，使計(jì)算的結(jié)果偏大，更加符合事故環(huán)境影響評(píng)價(jià)保守性原則。但是在應(yīng)用時(shí)要注意靜、小風(fēng)風(fēng)速等級(jí)的劃分，做到合理保守。

參考文獻(xiàn)

[1] 環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則.大氣環(huán)境（HJ 2.2-2008）[S].

[2] USNRC.Regulatory Guide 1.145.Atmospheric dispersion models for potential accident consequence assessments at nuclear power plants.1979.endprint

摘 要：事故工況下的大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)方法一般分為確定論和概率論兩種，目前建設(shè)項(xiàng)目的大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)大部分采用確定論方法。該文介紹了概率論方法的原理，通過實(shí)例說明了概率論方法在事故大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)中的應(yīng)用，并與確定論計(jì)算結(jié)果加以比較，可以看出后者的計(jì)算結(jié)果比前者偏大，更符合事故環(huán)境影響評(píng)價(jià)保守性原則。

關(guān)鍵詞：概率論方法 事故工況 大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：X820.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0202-02

事故工況下的大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)是大型建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。事故大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)方法一般分為確定論和概率論兩種，目前國(guó)內(nèi)環(huán)評(píng)單位大多采用確定論方法。確定論方法以現(xiàn)行《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ 2.2-2008）為代表，在設(shè)定的最惡劣氣象條件下，按照高斯煙羽大氣擴(kuò)散模式計(jì)算污染物在大氣中的擴(kuò)散濃度[1]。概率論方法在確定論方法計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，考慮一定累積概率，推算出在該概率水平下的大氣擴(kuò)散濃度。美國(guó)核管委（NRC）導(dǎo)則RG1.145《用于核電站潛在事故后果評(píng)價(jià)的大氣擴(kuò)散模型》提供了一種典型的概率論事故大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)方法[2]。下面對(duì)這種方法的原理進(jìn)行介紹，并通過實(shí)例與確定論的計(jì)算結(jié)果加以比較。

1 概率論方法的原理

大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)一個(gè)變量受到大量微小的、相互獨(dú)立的隨機(jī)因素影響時(shí)，這個(gè)變量往往服從或近似服從正態(tài)分布。服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量超過某個(gè)給定值Zα的概率可以表示為，Zα稱為分位點(diǎn)。通常取α很小，使得隨機(jī)變量X超過Zα的事件是一個(gè)小概率事件。

研究發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)未必跟其對(duì)應(yīng)的累積概率有線性關(guān)系，但是將其轉(zhuǎn)換為自然對(duì)數(shù)，將累積概率轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)，以自然對(duì)數(shù)值和累積概率的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)繪制的散點(diǎn)圖呈直線趨勢(shì)。由于大氣擴(kuò)散因子（即大氣擴(kuò)散濃度與污染物排放源項(xiàng)的比值）是風(fēng)速-穩(wěn)定度氣象組合的函數(shù)，在自然對(duì)數(shù)坐標(biāo)下，大氣擴(kuò)散因子值與其累積概率標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)呈線性關(guān)系。

在此基礎(chǔ)上，大氣擴(kuò)散因子的計(jì)算分為兩步。第一步求取樣本點(diǎn)，第二步由獲得的樣本點(diǎn)及其累計(jì)概率進(jìn)行曲線擬合，得到規(guī)定累積概率水平對(duì)應(yīng)的大氣擴(kuò)散因子值，即超過這個(gè)大氣擴(kuò)散因子的概率是該規(guī)定累積概率值。

第一步所采用的模式與確定論方法相同，采用短期大氣擴(kuò)散模式計(jì)算連續(xù)一段時(shí)間內(nèi)每一種風(fēng)向-穩(wěn)定度-風(fēng)速氣象組合對(duì)應(yīng)的大氣擴(kuò)散因子值，大氣擴(kuò)散因子值是風(fēng)速、穩(wěn)定度、下風(fēng)向距離的函數(shù)，確定論方法中有很多模式計(jì)算短期大氣擴(kuò)散因子，本文不再詳述。然后將得到的計(jì)算值取其自然對(duì)數(shù)作為樣本點(diǎn)按照從大到小的順序排列，并通過樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的出現(xiàn)概率計(jì)算得到累積概率。累積概率可以理解為該大氣擴(kuò)散因子樣本點(diǎn)被超越的概率。

第二步對(duì)大氣擴(kuò)散因子樣本點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)的累積概率進(jìn)行曲線擬合，即對(duì)累積概率求標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)作為x變量，將自然對(duì)數(shù)大氣擴(kuò)散因子樣本點(diǎn)作為y變量，求出涵蓋所有樣本點(diǎn)范圍的上包絡(luò)線。在自然對(duì)數(shù)大氣擴(kuò)散因子和標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)坐標(biāo)平面上，首先將最大樣本點(diǎn)與其他從大到小的10個(gè)樣本點(diǎn)逐一相連，取斜率最大的連線上的樣本點(diǎn)作為包絡(luò)線的第二個(gè)樣本點(diǎn)保留，然后將保留的第二個(gè)樣本點(diǎn)與剩余的從大到小的10個(gè)樣本點(diǎn)逐一相連，取斜率最大的連線上的樣本點(diǎn)作為第三個(gè)樣本點(diǎn)保留，依此類推。由此得到的分段曲線包絡(luò)了所有的樣本點(diǎn)，擬合后的曲線更加保守。

得到擬合曲線后，根據(jù)規(guī)定的累積概率值求得的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)，以及該分位點(diǎn)在坐標(biāo)平面軸線上的位置，進(jìn)行內(nèi)插或外推即可求得相應(yīng)的自然對(duì)數(shù)大氣擴(kuò)散因子，經(jīng)過簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換后便可以得到超過規(guī)定累積概率值的短期大氣擴(kuò)散因子值。

2 實(shí)例

以某核設(shè)施項(xiàng)目的事故大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)為例，要求預(yù)測(cè)事故工況下每個(gè)風(fēng)向在99.5%概率水平下的短期大氣擴(kuò)散因子值，即超過這個(gè)短期大氣擴(kuò)散因子的概率是0.5%。下面以S方向下風(fēng)向4000 m距離處的計(jì)算點(diǎn)為例，詳細(xì)說明概率論方法的應(yīng)用。

（1）獲得樣本點(diǎn)

首先由項(xiàng)目廠址所在區(qū)域連續(xù)一年S方向的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)（穩(wěn)定度、風(fēng)速）計(jì)算大氣擴(kuò)散因子值，同時(shí)列出每一個(gè)穩(wěn)定度-風(fēng)速氣象組合的出現(xiàn)概率。穩(wěn)定度分為從A到F共6類，風(fēng)速劃分為6個(gè)等級(jí)，理論上每個(gè)方向上共有36個(gè)氣象組合，但實(shí)際情況是某些氣象組合的出現(xiàn)概率為0，因此不再列出，共獲得29個(gè)穩(wěn)定度-風(fēng)速氣象組合，見表1。

將得到的大氣擴(kuò)散因子取其自然對(duì)數(shù)值作為樣本點(diǎn)，然后對(duì)樣本點(diǎn)排序，得到對(duì)應(yīng)累積概率，并將累積概率轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)。得到的結(jié)果見表2。

（2）曲線擬合

得到樣本點(diǎn)后求包絡(luò)線y=kx+b。下表給出了求第一段包絡(luò)線用到的樣本點(diǎn)，x是累積概率的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)，y是大氣擴(kuò)散因子的自然對(duì)數(shù)值。將第2個(gè)樣本點(diǎn)到第11個(gè)樣本點(diǎn)分別與第1個(gè)樣本點(diǎn)兩兩連線求直線的斜率k、截距b，得到的結(jié)果見表3。根據(jù)包絡(luò)線的定義，斜率k最大值對(duì)應(yīng)的樣本點(diǎn)（即第6個(gè)樣本點(diǎn)）是包絡(luò)線上的點(diǎn)，因此由第1、第6個(gè)樣本點(diǎn)確定了第一段包絡(luò)線。將規(guī)定概率0.5%轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)-2.58，代入式y(tǒng)=kx+b即可得到超過概率0.5%的大氣擴(kuò)散因子值為6.59×10-4 s3/m。

由于該段包絡(luò)線上第一個(gè)樣本點(diǎn)的累積概率為3.97%，大于規(guī)定概率0.5%，因此不用再求其他包絡(luò)線，只需用該段包絡(luò)線上的兩個(gè)樣本點(diǎn)外推即可得到S方向下風(fēng)向4000 m距離處的大氣擴(kuò)散因子值。

3 結(jié)語

根據(jù)概率論方法計(jì)算得到的累積概率為0.5%的大氣擴(kuò)散因子值為6.59×10-4 s3/m，由表1可見，根據(jù)確定論計(jì)算得到的大氣擴(kuò)散因子最大值為7.57×10-6 s3/m，兩種方法的計(jì)算結(jié)果相比較，概率論計(jì)算結(jié)果比確定論偏保守。

上述例子中的項(xiàng)目所在地位于內(nèi)陸丘陵地區(qū)，由于該地區(qū)的靜、小風(fēng)頻率較大，而大氣擴(kuò)散因子樣本點(diǎn)最大值對(duì)應(yīng)的是靜、小風(fēng)氣象條件，靜、小風(fēng)氣象條件的出現(xiàn)概率即是它們的累積概率，而這個(gè)值往往遠(yuǎn)大于規(guī)定概率值0.5%，使得在曲線擬合時(shí)包絡(luò)線的斜率偏大，造成外推計(jì)算結(jié)果偏大。從上述實(shí)例中可以看出，采用概率論方法計(jì)算得到的結(jié)果比確定論大將近兩個(gè)量級(jí)。

基于此，為了使根據(jù)兩個(gè)樣本點(diǎn)外推得出的大氣擴(kuò)散因子值更為精確，可以將靜、小風(fēng)風(fēng)速組劃分為更多的風(fēng)速等級(jí)，獲得更多的樣本點(diǎn)，降低樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的累積概率值，使得計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。

綜上所述，與確定論相比，概率論考慮了項(xiàng)目所在地區(qū)的實(shí)際氣象條件，以及發(fā)生的概率，使計(jì)算的結(jié)果偏大，更加符合事故環(huán)境影響評(píng)價(jià)保守性原則。但是在應(yīng)用時(shí)要注意靜、小風(fēng)風(fēng)速等級(jí)的劃分，做到合理保守。

參考文獻(xiàn)

[1] 環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則.大氣環(huán)境（HJ 2.2-2008）[S].

[2] USNRC.Regulatory Guide 1.145.Atmospheric dispersion models for potential accident consequence assessments at nuclear power plants.1979.endprint

摘 要：事故工況下的大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)方法一般分為確定論和概率論兩種，目前建設(shè)項(xiàng)目的大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)大部分采用確定論方法。該文介紹了概率論方法的原理，通過實(shí)例說明了概率論方法在事故大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)中的應(yīng)用，并與確定論計(jì)算結(jié)果加以比較，可以看出后者的計(jì)算結(jié)果比前者偏大，更符合事故環(huán)境影響評(píng)價(jià)保守性原則。

關(guān)鍵詞：概率論方法 事故工況 大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：X820.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0202-02

事故工況下的大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)是大型建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。事故大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)方法一般分為確定論和概率論兩種，目前國(guó)內(nèi)環(huán)評(píng)單位大多采用確定論方法。確定論方法以現(xiàn)行《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ 2.2-2008）為代表，在設(shè)定的最惡劣氣象條件下，按照高斯煙羽大氣擴(kuò)散模式計(jì)算污染物在大氣中的擴(kuò)散濃度[1]。概率論方法在確定論方法計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，考慮一定累積概率，推算出在該概率水平下的大氣擴(kuò)散濃度。美國(guó)核管委（NRC）導(dǎo)則RG1.145《用于核電站潛在事故后果評(píng)價(jià)的大氣擴(kuò)散模型》提供了一種典型的概率論事故大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)方法[2]。下面對(duì)這種方法的原理進(jìn)行介紹，并通過實(shí)例與確定論的計(jì)算結(jié)果加以比較。

1 概率論方法的原理

大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)一個(gè)變量受到大量微小的、相互獨(dú)立的隨機(jī)因素影響時(shí)，這個(gè)變量往往服從或近似服從正態(tài)分布。服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量超過某個(gè)給定值Zα的概率可以表示為，Zα稱為分位點(diǎn)。通常取α很小，使得隨機(jī)變量X超過Zα的事件是一個(gè)小概率事件。

研究發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)未必跟其對(duì)應(yīng)的累積概率有線性關(guān)系，但是將其轉(zhuǎn)換為自然對(duì)數(shù)，將累積概率轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)，以自然對(duì)數(shù)值和累積概率的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)繪制的散點(diǎn)圖呈直線趨勢(shì)。由于大氣擴(kuò)散因子（即大氣擴(kuò)散濃度與污染物排放源項(xiàng)的比值）是風(fēng)速-穩(wěn)定度氣象組合的函數(shù)，在自然對(duì)數(shù)坐標(biāo)下，大氣擴(kuò)散因子值與其累積概率標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)呈線性關(guān)系。

在此基礎(chǔ)上，大氣擴(kuò)散因子的計(jì)算分為兩步。第一步求取樣本點(diǎn)，第二步由獲得的樣本點(diǎn)及其累計(jì)概率進(jìn)行曲線擬合，得到規(guī)定累積概率水平對(duì)應(yīng)的大氣擴(kuò)散因子值，即超過這個(gè)大氣擴(kuò)散因子的概率是該規(guī)定累積概率值。

第一步所采用的模式與確定論方法相同，采用短期大氣擴(kuò)散模式計(jì)算連續(xù)一段時(shí)間內(nèi)每一種風(fēng)向-穩(wěn)定度-風(fēng)速氣象組合對(duì)應(yīng)的大氣擴(kuò)散因子值，大氣擴(kuò)散因子值是風(fēng)速、穩(wěn)定度、下風(fēng)向距離的函數(shù)，確定論方法中有很多模式計(jì)算短期大氣擴(kuò)散因子，本文不再詳述。然后將得到的計(jì)算值取其自然對(duì)數(shù)作為樣本點(diǎn)按照從大到小的順序排列，并通過樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的出現(xiàn)概率計(jì)算得到累積概率。累積概率可以理解為該大氣擴(kuò)散因子樣本點(diǎn)被超越的概率。

第二步對(duì)大氣擴(kuò)散因子樣本點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)的累積概率進(jìn)行曲線擬合，即對(duì)累積概率求標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)作為x變量，將自然對(duì)數(shù)大氣擴(kuò)散因子樣本點(diǎn)作為y變量，求出涵蓋所有樣本點(diǎn)范圍的上包絡(luò)線。在自然對(duì)數(shù)大氣擴(kuò)散因子和標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)坐標(biāo)平面上，首先將最大樣本點(diǎn)與其他從大到小的10個(gè)樣本點(diǎn)逐一相連，取斜率最大的連線上的樣本點(diǎn)作為包絡(luò)線的第二個(gè)樣本點(diǎn)保留，然后將保留的第二個(gè)樣本點(diǎn)與剩余的從大到小的10個(gè)樣本點(diǎn)逐一相連，取斜率最大的連線上的樣本點(diǎn)作為第三個(gè)樣本點(diǎn)保留，依此類推。由此得到的分段曲線包絡(luò)了所有的樣本點(diǎn)，擬合后的曲線更加保守。

得到擬合曲線后，根據(jù)規(guī)定的累積概率值求得的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)，以及該分位點(diǎn)在坐標(biāo)平面軸線上的位置，進(jìn)行內(nèi)插或外推即可求得相應(yīng)的自然對(duì)數(shù)大氣擴(kuò)散因子，經(jīng)過簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換后便可以得到超過規(guī)定累積概率值的短期大氣擴(kuò)散因子值。

2 實(shí)例

以某核設(shè)施項(xiàng)目的事故大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)為例，要求預(yù)測(cè)事故工況下每個(gè)風(fēng)向在99.5%概率水平下的短期大氣擴(kuò)散因子值，即超過這個(gè)短期大氣擴(kuò)散因子的概率是0.5%。下面以S方向下風(fēng)向4000 m距離處的計(jì)算點(diǎn)為例，詳細(xì)說明概率論方法的應(yīng)用。

（1）獲得樣本點(diǎn)

首先由項(xiàng)目廠址所在區(qū)域連續(xù)一年S方向的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)（穩(wěn)定度、風(fēng)速）計(jì)算大氣擴(kuò)散因子值，同時(shí)列出每一個(gè)穩(wěn)定度-風(fēng)速氣象組合的出現(xiàn)概率。穩(wěn)定度分為從A到F共6類，風(fēng)速劃分為6個(gè)等級(jí)，理論上每個(gè)方向上共有36個(gè)氣象組合，但實(shí)際情況是某些氣象組合的出現(xiàn)概率為0，因此不再列出，共獲得29個(gè)穩(wěn)定度-風(fēng)速氣象組合，見表1。

將得到的大氣擴(kuò)散因子取其自然對(duì)數(shù)值作為樣本點(diǎn)，然后對(duì)樣本點(diǎn)排序，得到對(duì)應(yīng)累積概率，并將累積概率轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)。得到的結(jié)果見表2。

（2）曲線擬合

得到樣本點(diǎn)后求包絡(luò)線y=kx+b。下表給出了求第一段包絡(luò)線用到的樣本點(diǎn)，x是累積概率的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)，y是大氣擴(kuò)散因子的自然對(duì)數(shù)值。將第2個(gè)樣本點(diǎn)到第11個(gè)樣本點(diǎn)分別與第1個(gè)樣本點(diǎn)兩兩連線求直線的斜率k、截距b，得到的結(jié)果見表3。根據(jù)包絡(luò)線的定義，斜率k最大值對(duì)應(yīng)的樣本點(diǎn)（即第6個(gè)樣本點(diǎn)）是包絡(luò)線上的點(diǎn)，因此由第1、第6個(gè)樣本點(diǎn)確定了第一段包絡(luò)線。將規(guī)定概率0.5%轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位點(diǎn)-2.58，代入式y(tǒng)=kx+b即可得到超過概率0.5%的大氣擴(kuò)散因子值為6.59×10-4 s3/m。

由于該段包絡(luò)線上第一個(gè)樣本點(diǎn)的累積概率為3.97%，大于規(guī)定概率0.5%，因此不用再求其他包絡(luò)線，只需用該段包絡(luò)線上的兩個(gè)樣本點(diǎn)外推即可得到S方向下風(fēng)向4000 m距離處的大氣擴(kuò)散因子值。

3 結(jié)語

根據(jù)概率論方法計(jì)算得到的累積概率為0.5%的大氣擴(kuò)散因子值為6.59×10-4 s3/m，由表1可見，根據(jù)確定論計(jì)算得到的大氣擴(kuò)散因子最大值為7.57×10-6 s3/m，兩種方法的計(jì)算結(jié)果相比較，概率論計(jì)算結(jié)果比確定論偏保守。

上述例子中的項(xiàng)目所在地位于內(nèi)陸丘陵地區(qū)，由于該地區(qū)的靜、小風(fēng)頻率較大，而大氣擴(kuò)散因子樣本點(diǎn)最大值對(duì)應(yīng)的是靜、小風(fēng)氣象條件，靜、小風(fēng)氣象條件的出現(xiàn)概率即是它們的累積概率，而這個(gè)值往往遠(yuǎn)大于規(guī)定概率值0.5%，使得在曲線擬合時(shí)包絡(luò)線的斜率偏大，造成外推計(jì)算結(jié)果偏大。從上述實(shí)例中可以看出，采用概率論方法計(jì)算得到的結(jié)果比確定論大將近兩個(gè)量級(jí)。

基于此，為了使根據(jù)兩個(gè)樣本點(diǎn)外推得出的大氣擴(kuò)散因子值更為精確，可以將靜、小風(fēng)風(fēng)速組劃分為更多的風(fēng)速等級(jí)，獲得更多的樣本點(diǎn)，降低樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的累積概率值，使得計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。

綜上所述，與確定論相比，概率論考慮了項(xiàng)目所在地區(qū)的實(shí)際氣象條件，以及發(fā)生的概率，使計(jì)算的結(jié)果偏大，更加符合事故環(huán)境影響評(píng)價(jià)保守性原則。但是在應(yīng)用時(shí)要注意靜、小風(fēng)風(fēng)速等級(jí)的劃分，做到合理保守。

參考文獻(xiàn)

[1] 環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則.大氣環(huán)境（HJ 2.2-2008）[S].

[2] USNRC.Regulatory Guide 1.145.Atmospheric dispersion models for potential accident consequence assessments at nuclear power plants.1979.endprint