城市燃氣管道泄漏多因素耦合致災機理與災害控制研究.pdf

1、隨著城市經濟的快速發(fā)展，對燃氣的需求量越來越大，城市燃氣管道作為城市燃氣運輸?shù)闹饕ぞ?，越來越容易受到復雜城市環(huán)境的影響而發(fā)生失效泄漏，在災害因素的共同作用下城市燃氣泄漏災害后果更加嚴重，災害形勢更加復雜。因此基于系統(tǒng)科學的城市燃氣管道泄漏多因素耦合致災機理研究，從宏觀視角全面把握燃氣管道泄漏災害系統(tǒng)構成、多因素耦合致災機理與災害演化過程，為城市燃氣管道泄漏災害的防治與控制提供理論依據。
　　本研究主要內容包括：⑴定義了城市燃氣管

2、道泄漏災害的內涵，基于災害學與系統(tǒng)科學，提出了包含孕災環(huán)境、致災因子、承災體、災情的燃氣管道泄漏災害系統(tǒng)框架結構。對大量文獻研究方法對指標進行了詳細的分析，掌握了各指標對災害系統(tǒng)的影響行為，提出了災害系統(tǒng)備選指標，并采用事故案例統(tǒng)計與情景分析法確定了災害系統(tǒng)的三級指標體系。事故統(tǒng)計還發(fā)現(xiàn)城市燃氣管道泄漏災害以火災、爆炸為主，災害間存在相互轉化現(xiàn)象。災害系統(tǒng)環(huán)境、結構和功能分析發(fā)現(xiàn)災害系統(tǒng)功能為產生災害，災害環(huán)境包括城市社會環(huán)境和自然環(huán)境

3、。對城市燃氣管道泄漏過程進行分析，發(fā)現(xiàn)災害過程具有時空效應以及耦合效應，從孕災環(huán)境穩(wěn)定性、致災因子風險性、承災體脆弱性角度，構建了致災過程的數(shù)學模型，并描述了災害系統(tǒng)的損失速率和損失度。⑵采用數(shù)學語言定義了災害系統(tǒng)耦合過程，按耦合因素數(shù)量對耦合類型進行分類，并分析因素耦合效應，借助有機化學官能團概念，闡述了管道泄漏災害系統(tǒng)的耦合過程。利用系統(tǒng)動力學構建了災害系統(tǒng)不同層次的耦合因果關系模型，發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)因素耦合路徑。構建了城市燃氣管道泄漏災

4、害耦合度計算模型，并采用熵權法對模型進行修正，通過示例研究分析了耦合度模型的有效性，該模型可用于城市燃氣管道泄漏災害系統(tǒng)耦合度評價。⑶采用圖論工具刻畫了城市燃氣管道泄漏多因素耦合條件下的動態(tài)致災過程，即在城市長期建設發(fā)展過程中逐漸形成了復雜的孕災環(huán)境，它受社會環(huán)境與自然環(huán)境的共同影響，城市承災體由城市社會-經濟-環(huán)境共同構成，它與孕災環(huán)境密不可分，它們幾乎同時出現(xiàn)，最早發(fā)生耦合作用，另外在孕災環(huán)境中隨著燃氣泄漏，會逐漸形成火災、爆炸、毒

5、害氣體等致災因子，孕災環(huán)境與致災因子耦合作用，使致災因子具有更強的破壞性，當孕災環(huán)境-致災因子-承災體同時作用時，災害正在發(fā)生，而當承災體作用于致災因子時就是災害控制和救援過程。⑷基于系統(tǒng)動力學理論，分析災害系統(tǒng)的反饋效應和延遲效應，發(fā)現(xiàn)正反饋促進災害發(fā)生，負反饋使災害趨于穩(wěn)定，延遲效應影響災害信息的傳遞和救援速度。明確了系統(tǒng)建模目的、參考模式、系統(tǒng)邊界，框圖分析表明了災害信息在系統(tǒng)內的流動方向。提出火災災害子系統(tǒng)、爆炸災害子系統(tǒng)、毒害

6、氣體災害子系統(tǒng)的建模思路，并利用Vensim構建了城市燃氣管道泄漏災害系統(tǒng)動力學模型，靜態(tài)分析明確了子系統(tǒng)邊界和主要反饋環(huán)。⑸設置災害場景對模型開展實證分析，建立系統(tǒng)方程并輸入參數(shù)，并對模型進行調試和檢驗。仿真分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)與參考模型吻合度較好，災害損失度呈現(xiàn)“S”型增長，損失速率呈二次拋物線型增長，其中爆炸速率增長最快、火災次之，毒害氣體最慢。災害子系統(tǒng)內部耦合度增加會提高災害損失速率，子系統(tǒng)間耦合度增加會提高災害損失度和加快災害速度，