摘要：由于化工园区入驻企业的特殊性，园区内危险物质贮存量大、特征有毒有害污染因子种类较多且复杂。因此，相比其他非化工园区有更高的环境和安全风险，对有毒有害气体的监测和事故的预警预报难度更大。为切实提高化工园环境安全管理水平和人民群众的生命财产安全保障,应建立先进、智能的化工园区有毒有害气体环境安全预警体系。本文详细分析国内化工园区现有预警体系的现状,结合长寿经开区环境安全预警系统设计及建设典型案例，总结出相应的经验。提出化工园区预警系统的框架、技术实现路线和运行机制,为化工园区环境安全预警系统建设及运行提供参考。
关键词：化工园区，有毒有害气体，环境安全预警系统，运行机制
引言
随着化学工业及相关行业总量规模迅速增长，全国化学工业及上下游产业逐步形成相对集中的产业布局。近年来，化工园区发生了多起有毒有害气体泄漏引起的突发环境安全事件，引起社会上的极大关注。开展在事故发生前的预防规避、事故发生中应急预案执行、事故后的事件归档总结及应急预案优化等方面的研究工作已经刻不容缓，构建化工园区有毒有害气体预警预报体系的研究具有重要意义。
1.建设现状
对国内已经开展有毒有害气体预警系统相关建设和运行的园区进行调研，总结得出几种典型的预警类型：
（1）应急响应型
典型代表是天津临港工业园预警系统。该预警体系核心是为应急处置、预案决策提供支撑。通过模型的预测模拟，获得污染物扩散的时间和空间分布，进一步评估对环境和人身安全可能造成的影响。该类系统处理的核心是可靠的污染物扩散模型，为了参与模型计算，需要足够的辅助监测参数，包括风向/风速/气压/温度等气象参数、空中有毒有害气体物实时浓度数据、有毒有害气体理化性质和重点危险源GIS分布等信息，为此需合理配置小区域气象监测点位、关键点位有毒有害气体监测设施、环境风险源、特征污染物理化性质数据库以及相应的移动应急监测力量。
（2）日常监控型
典型代表是如东沿海经开区化工片区。该预警体系特点是针对性监控企业的废气有组织排放，减轻附近环境敏感点的环境压力，改善化工园区及周边区域的环境空气质量。该类系统的重点是在线监控点位的设置、特征污染因子的筛选和合适的在线监测仪器配置，监测数据上传智能化监测、监控平台，实现数据的科学利用和实时的监控预警的功能。
（3）全方位监控型
典型代表是大连大孤山园区。该类型系统，既着力监控大气环境质量，又兼顾突发污染、安全事件时的预警预报功能，以达到园区环境和安全全方位监控的目的。该类型重点是结合园区特点，配合空气站或超级站大气污染物监测数据，增加园区特征因子监测在线设备，通过多布设特征因子监测点位结合气象数据进行针对性全方位监控。
2.国内环境安全预警体系建设的不足
（1）建设经验不足
国内相关系统或体系的设计、建设起步较晚，经验较为欠缺。虽各个园区在建设过程中不断探索经验，但总体上都存在缺乏园区整体设计和组织的问题。未充分考虑和落实各个园区的已有的各种监测、监控系统及智能化平台、园区中短期规划和自然条件等因素。对于园区缺乏全方位的监测、监控，无法掌握园区环境和安全管理质量的真实情况。
（2）阈值的设置经验不足
国内对于预警阈值的研究比较滞后，对环境污染和安全事故阈值的分级设置经验不足。目前大部分园区存在预警分级和预警机制不全面、不科学的问题，未深入的预对警阈值设置标准进行研究。
（3）预警模型的实用性不强
预警模型大部分还处于理论研究阶段和实用性验证阶段。各个园区对于预警模型实用性和风险防范等问题还在摸索阶段。现有在运行的预警模型对于辅助参数，数据响应的时间要求较为严格，在实际使用过程受到较大限制。
（4）重实体建设，后期运行维护人员保障和运行机制建设不完善
由于园区和基层监测部门专业人才和应急移动监测能力不足、系统缺少专业化的团队进行运行维护和操作管理，经常导致预警系统带故障运行，从而产生较多无效数据影响系统使用。此外，运行机制不合理、不科学，未能发挥预警预报系统智能、高效的特点，系统及各管理部门、相关企业之间的联动配合度不高。
3.长寿经开区有毒有害气体预警系统设计及建设的经验总结
（1）总体规划
长寿项目建设按照“统一规划、分步实施”原则，以实用性、兼容性、可扩展性、安全可靠性和智能性的理念进行设计，兼顾园区大气环境质量和人民群众生命财产安全。通过“统一规划、分步实施”即能充分考虑园区现状和需求，又能根据实际情况进行及时优化和补充，具体工作分为以下几期进行：
① 可行性研究期：通过对园区的环境及安全风险摸底和对各部门、企业情况调研，筛选出特征污染物，研究特征污染物产生来源及分布。参考园区规划进行系统总体设计，并确定合适的建设分期方案；
② 分期建设期：根据总体规划，设计并建设基于可视化、可扩展性的智能预警应急平台。现场端分期逐步建设形成以点－ 线－ 面多层次立体式的在线监控网络为基础，以园区内已建立的空气自动站、视频监控系统和企业过程监控等系统为辅助网络，对园区公共区域和敏感目标进行多层环状布点的全面监控。
③ 分期试运行期：分期建好的现场端监测设备逐步接入平台；通过对前期建设系统的运行数据分析和系统智能学习的结果对预警阈值、预测模型和对突发环境应急事件处理机制进行优化和升级，为后期建设和应急响应预案的制定提供经验和依据。并根据实际情况配备相应的移动、应急监测能力。
④ 正式运行期：通过试运行期总结经验，形成完善的运行机制和管理制度，培养一只具有专业运维技能和应急监控能力的技术团队，以保障系统正常稳定运行。
（2）框架内容和技术路线
根据长寿经开区化工片区安全预警系统设计和建设的经验，设计、建设框架内容包括：总体概况及风险评估、特征因子及监控点位研究、在线监控监测系统建设、环境安全预警应急信息平台建设、质量控制和运维团队及制度建设等方面；技术路线如下：
① 总体评估：通过资料查阅和实地调研，充分了解园区基本情况、发展概况、和周边敏感目标受体情况。分析园区已有系统平台，考虑平台融合或接口开发问题。梳理环境安全管理工作、预警预警预报工作和应急处置工作的现状及需求等。
② 特征因子筛选及布点：根据前期调研情况确定监测特征因子。充分研究特征因子的物化性质及相应的监测技术，结合园区内特征因子分布及敏感点分布特点，确定监测点位数量及分布原则，并进行初步点位设置。最后对各点位位置进行实地探勘，并对点位之间“点线面”关联分析，优化布点。
③ 监测系统及预警阈值研究：整理分析园区和重点企业贮存和生产工艺资料、特征污染监测数据，分析浓度、分布的变化规律，结合定期的移动监测数据，进行阈值设置和预警分级机制的研究
④ 环境安全预警应急信息平台建设：一个先进完整的有毒有害气体环境安全预警应急信息平台应包括环境风险评价系统、风险物质监测系统、风险预测预警系统、应急管理指挥系统、基础平台和通信网络五个部分，具体如下图。
图1 环境安全预警系统建设思路
4.运行机制
系统建成后，能否达到系统设计预期效果关键的是后期全系统运行维护的机制。
① 专业化运行维护机制：包括对现场端的监测设备和平台端监控系统的软硬件维护、平台的日常值守、数据报表统计、有效数据的取舍、数据分析、监测质量管理等。
② 实用性优化机制：根据运行经验，针对特征因子的实时监测和预警预报，要求预警平台具备可视化展示功能，多维度不同层次直观的展示实时监测信息和预警预报信息。对于报警信息，系统具备自学习能力，能够通过预设规整初步筛选去除误报警信息，再根据大数据、数据挖掘等机器深度学习预警的判断，对园区应急事件进行评估、分级和预警，并通过报警数据进行报警与事故（事件）转换关系分析，从而为相关单位的隐患排查、安全检查、重点监管提供信息技术支撑。
③ 监测联动机制：系统监测数据与地理信息系统、视频监控系统、园区环境空气监测系统和园区应急指挥系统等的多方联动。其中，通过监测数据和地理信息系统的联动，有效消除了空间地理语义上不一致的情况，实现了告警信号的精准定位；通过监测数据与视频监控系统的联动，确保了能够实时获取监测点位关联的图像讯息，同时可利用高空瞭望技术、图像处理技术、热成像技术和智能分析功能进行监测数据的辅助判断，便于更及时全面的掌握事件相关动态；通过监测数据和园区环境监测系统的联动，能够更加全面监控园区大气环境质量和保障园区安全；通过监测数据和园区应急指挥系统的联动，能够更快进行从预警事件到应急事故的预警预报的功能呢切换，对于应急灾害事故具有更快的反映处置速度。在事故扩大化之前争取到更多的反应和疏散时间。
④ 分级预警机制：
该预警机制的主要流程为参数报警、预警阈值制定、改变报警事件状态、分级告警联动处置。分级预警动作对单一特征因子传感器发出的报警，根据预警阈值级别（依据相关规定设置）、预警事件初态、浓度上升速率（或持续次数）、关联监测点或关联因子检测浓度等条件，判断是否改变预警级别，并触发相应的分级告警动作。
预警阈值建议采用的风险物质接触限值为专门开发的应急计划准则，即“紧急有毒有害气体释放事故保护行动标准（PAC）”主要是基于以下化学品接触限值制定：
?美国国家咨询委员会与国家研究委员会发布的急性暴露指引水平（AEGL）
?美国工业卫生协会（AIHA）制定的应急规划纲要（ERPG）
?职业卫生接触限值标准
?环境标准等
由于突发事件响应主要指1h以内的急性暴露。预警阈值的设置主要考虑为1小时以内急性暴露。
分级具体划分为：一级蓝色预警，该预警表明特征因子浓度达到无组织排放环境标准限值，长期在该浓度下会引起部分感官敏感人员不适（非实质性损伤），且监测浓度有上升趋势。主要是提醒监控人员和企业人员密切关注区域，大气空气环境有污染迹象，进行响应检查，并发出预警；
二级黄色预警，该预警表明特征因子浓度远超环境限制将会引起人员明显不适，且浓度上升趋势明显，可能会上升到安全事故。改预警需进行人员干涉和处理，例如监测站人员、移动监测人员到现场进行采样及移动监测核实，应急指挥人员准备疏散预案随时准备发布撤离信息；
三级橙色预警，该预警表明特征因子浓度达到造成人员损伤或昏迷等安全事故的程度，应立即启动有毒有害气体泄漏应急预案，疏散附近人员，并召集相关部门协同进行处置应对；
四级红色预警，该级预警表明特征因子浓度达到短期接触致死浓度或造成人员不可逆的损伤的程度，需紧急撤离一定范围内人员，并启动重大事故应急预案。
5.总结
本文对于国内化工园区有毒有害气体预警体系进行了分析和总结，通过长寿经开区化工片区预警体系建设实践中的经验，提炼出建设的技术思路。特别是对系统后期运行机制进行了探讨和总结，为化工园区有毒有害气体预警体系设计、建设及运行提供一定的参考。
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