·1672 工程科学学报，第37卷，第12期 的解集为d,≥do(do表示个人风险的上限下根据所建 区域为完全部署区，它是第一个Ⅱ级部署子区域.然 模型求得的部署范围边界距离)，说明距井口下风向 后令ks=K,(1≤i<m),假定根据式(1)~式(10) 距离小于d范围内的节点j,每户安装一台警报接收 和毒气泄漏模型计算出R,≤R的解集为d,≥R 端后居民平均个人风险仍高于可接受水平的上限.令 (1≤i<m),据此可将d∈d,山，)的节点划归为m-1 dm表示油气田周边安全防护距离，若do>do,且对于 个不同的Ⅱ级子区域：d∈[d,R,)时ks=K,d:∈ d∈[do,d)的节点除了搬迁或预撤离该地居民而无 R1,R）时kRs=K,,d∈[R1,R)时ks= 其他更有效措施辅助降低个人风险时，则d。=max K-,…,d∈[R。-2,R-i）时ks=Ka-2'd∈[R-1' doda]:否则d=dod∈D,d)的节点所在的区 d2)时kRs=Km-· 域定义为搬迁/预撒离区，对应于I级部署子区域中的 3.3算法流程编译 高风险区 根据上述理论分析，基于贪心策略对高含硫井场 在不安装警报接收端的条件下，若只依靠村干部 进行分区管理，然后分区讨论警报接收端双目标优化 或居委会干部挨家挨户通知、防空警报、电话、手机短 部署模型中两个优化目标的优先顺序，优先级易于确 信等其他渠道发布警报，可令k吗=0，若根据式(1) 定.结合前述I级和Ⅱ级部署子区域的划分方法，对 ~式(10)和毒气泄漏模型计算出R,≤10-6a的解集 应给出求解本文模型的警报接收端部署双目标优化算 为d,≥d,(d,表示个人风险的下限下根据所建模型求 法，编译流程如图3所示 得的部署范围边界距离)，说明对于d∈[d2,+∞） 根据图3所示算法，可获得警报接收端双目标优 的节点，若不安装警报接收端而依靠其他渠道传播警 化部署问题的一个较好可行解P,算法的时间复杂度 报信息，也能使人员疏散过程中的平均个人风险降低 0((:+n2+73)n),其中令7、2和n3分别表示三个 至可接受风险的下限值或以下，因此这样的区域可以 I级部署子区域中节点规模之比，n,<2<)3且)1+ 不安装警报接收端，这一区域对应于I级部署子区域 ?2+3=1.因此，通过本文所提算法，能在较短时间 中低风险区 内获得警报接收端双目标优化部署问题的一个较好可 3.2Ⅱ级部署子区域的划分 行解.令p表示当地平均住户密度，m2,那么部署方 根据上述分析，对于d∈d。,d)的节点，通过安 案P的成本C(P)=pK(R-d6)+pwK(R- 装应急广播警报接收端降低居民平均个人风险的措施 R)+…+mpwK-2（R-1-R-2）+mptK-1（d- 可行且必要，这样的节点所在的区域即为警报接收端 R).令P表示传统的平均部署方法，d表示按照 的部署计划区.部署计划区内安全性目标minR(P) “最坏假想事故情景”方法所划定的部署范围的半径， 和经济性目标minC(P)都很重要，此时需要在存在冲 则C(Pc）=pcKd2,其中ds≥d2.因此，对于相同 突的两个优化目标之间找到一个合理的折中办法，既 的风险减缓目标，按本文模型及算法优化后的部署方 能使R(P)降低至一个满意水平，又能最大限度地降 案比传统的平均部署方案可节约的部署成本为 低总部署成本，其对应的贪心策略可表达如下 目标函数： △C(P）=pwK(d+d6-R)- minC(P)=∑ (13) Km-1（dG-R-i）- K(Ri -R2) (15) 约束条件： 4 案例分析 R≤IRew,1≤j≤n. (14) 式中，IR是企业根据自身经济承受能力确定的个人 某高含硫气井位于偏远山区，最大无阻井喷流量 风险减缓目标值，l0-6a<R<10-4a.根据上 4.385×10m3d',H,S体积分数14.71%，步行为当 述贪心策略，可为部署计划区设置m种不同的警报接 地居民的主要应急疏散方式.井口安全防护距离为 收端部署比例0<K.-1<…<K,<…<K<K= 500m,假设井喷失控后15min点火且人员充分暴露在 100%,并据此将部署计划区划分为m个Ⅱ级部署子 大气环境中，因此将点火概率和某位置受体暴露概率 区域.首先令ks=K,若根据式(1)~式(10)和毒 均设为1.根据当地气象统计数据选取八个风向，当地 气泄漏模型计算出R,≤IR的解集为d,≥d,说明对 的风向玫瑰图如图4(a)所示，大气稳定度设为F,风 于d∈[d。,d,)的节点，每户安装一台警报接收端后 速设为3m's,因为实际情况下风速大于此时大气逆 居民的平均个人风险仍然高于风险减缓目标值，因此 温层已不存在.井喷事故发生的概率需要通过多年事 在该区域除了每户安装一台警报接收端外还应适当增 故发生的数据积累统计获得，国内报道和研究井喷的 加其他辅助风险减缓措施，如修建临时避难所，免费发 总体数据较少，现有数据也只是基于某个单井的数据. 放安全防护药具、就近设立救援基站等，并定义这样的 本次模拟中参考了加拿大阿尔伯达省能源资源保护委工程科学学报，第 37 卷，第 12 期 的解集为 dj≥d01 ( d01表示个人风险的上限下根据所建 模型求得的部署范围边界距离) ，说明距井口下风向 距离小于 d01范围内的节点 j，每户安装一台警报接收 端后居民平均个人风险仍高于可接受水平的上限． 令 d00表示油气田周边安全防护距离，若 d01 ＞ d00，且对于 dj∈［d00，d01 ) 的节点除了搬迁或预撤离该地居民而无 其他更有效措施辅助降低个人风险时，则 d0 = max ［d00，d01］; 否则 d0 = d00 ． dj∈［0，d0 ) 的节点所在的区 域定义为搬迁/预撤离区，对应于Ⅰ级部署子区域中的 高风险区． 在不安装警报接收端的条件下，若只依靠村干部 或居委会干部挨家挨户通知、防空警报、电话、手机短 信等其他渠道发布警报，可令 kＲDSj = 0，若根据式( 1) ～ 式( 10) 和毒气泄漏模型计算出 IＲj≤10 － 6 a － 1的解集 为 dj≥d2 ( d2表示个人风险的下限下根据所建模型求 得的部署范围边界距离) ，说明对于 dj∈ ［d2，+ ∞ ) 的节点，若不安装警报接收端而依靠其他渠道传播警 报信息，也能使人员疏散过程中的平均个人风险降低 至可接受风险的下限值或以下，因此这样的区域可以 不安装警报接收端，这一区域对应于Ⅰ级部署子区域 中低风险区． 3. 2 Ⅱ级部署子区域的划分 根据上述分析，对于 dj∈ ［d0，d2 ) 的节点，通过安 装应急广播警报接收端降低居民平均个人风险的措施 可行且必要，这样的节点所在的区域即为警报接收端 的部署计划区． 部署计划区内安全性目标 min IＲ( P) 和经济性目标 min C( P) 都很重要，此时需要在存在冲 突的两个优化目标之间找到一个合理的折中办法，既 能使 IＲ( P) 降低至一个满意水平，又能最大限度地降 低总部署成本，其对应的贪心策略可表达如下． 目标函数: min C( P) = ∑ n j = 1 cj ． ( 13) 约束条件: IＲj≤IＲnew，1≤j≤n． ( 14) 式中，IＲnew是企业根据自身经济承受能力确定的个人 风险减缓目标值，10 － 6 a － 1 ＜ IＲnew ＜ 10 － 4 a － 1 ． 根据上 述贪心策略，可为部署计划区设置 m 种不同的警报接 收端部署 比 例 0 ＜ Km － 1 ＜ … ＜ Ki ＜ … ＜ K1 ＜ K0 = 100% ，并据此将部署计划区划分为 m 个Ⅱ级部署子 区域． 首先令 kＲDSj = K0，若根据式( 1) ～ 式( 10) 和毒 气泄漏模型计算出 IＲj≤IＲnew的解集为 dj≥d1，说明对 于 dj∈ ［d0，d1 ) 的节点，每户安装一台警报接收端后 居民的平均个人风险仍然高于风险减缓目标值，因此 在该区域除了每户安装一台警报接收端外还应适当增 加其他辅助风险减缓措施，如修建临时避难所，免费发 放安全防护药具、就近设立救援基站等，并定义这样的 区域为完全部署区，它是第一个Ⅱ级部署子区域． 然 后令 kＲDSj = Ki ( 1≤i ＜ m) ，假定根据式( 1) ～ 式( 10) 和毒气泄漏模型计算出 IＲj ≤IＲnew 的 解 集为 dj ≥Ｒi ( 1≤i ＜ m) ，据此可将 dj∈［d1，d2 ) 的节点划归为 m － 1 个不同的Ⅱ级子区域: dj∈［d1，Ｒ1 ) 时 kＲDSj = K0，di∈ ［Ｒ1，Ｒ2 ) 时 kＲDSj = K1，…，dj ∈［Ｒi － 1，Ｒi ) 时 kＲDSj = Ki － 1，…，dj∈［Ｒm － 2，Ｒm － 1 ) 时 kＲDSj = Km － 2，dj∈［Ｒm － 1， d2 ) 时 kＲDSj = Km － 1 ． 3. 3 算法流程编译 根据上述理论分析，基于贪心策略对高含硫井场 进行分区管理，然后分区讨论警报接收端双目标优化 部署模型中两个优化目标的优先顺序，优先级易于确 定． 结合前述Ⅰ级和Ⅱ级部署子区域的划分方法，对 应给出求解本文模型的警报接收端部署双目标优化算 法，编译流程如图 3 所示． 根据图 3 所示算法，可获得警报接收端双目标优 化部署问题的一个较好可行解 P* ，算法的时间复杂度 O( ( η1 + η2 + η3 ) n) ，其中令 η1、η2和 η3分别表示三个 Ⅰ级部署子区域中节点规模之比，η1 ＜ η2 ＜ η3且 η1 + η2 + η3 = 1． 因此，通过本文所提算法，能在较短时间 内获得警报接收端双目标优化部署问题的一个较好可 行解． 令 ρ 表示当地平均住户密度，m － 2，那么部署方 案 P* 的成本 C( P* ) = πρwK0 ( Ｒ2 1 － d2 0 ) + πρwK1 ( Ｒ2 2 － Ｒ2 1 ) + … + πρwKm － 2 ( Ｒ2 m － 1 － Ｒ2 m － 2 ) + πρwKm － 1 ( d2 2 － Ｒ2 m － 1 ) ． 令 Pave表示传统的平均部署方法，dmax表示按照 “最坏假想事故情景”方法所划定的部署范围的半径， 则 C( Pave ) = πρwK0 d2 max，其中 dmax≥d2 ． 因此，对于相同 的风险减缓目标，按本文模型及算法优化后的部署方 案比传统的平均部署方案可节约的部署成本为 ΔC( P) = πρw K[ 0 ( d2 max + d2 0 － Ｒ2 1 ) － Km － 1 ( d2 2 － Ｒ2 m － 1 ) － ∑ m －2 i = 1 Ki ( Ｒ2 i + 1 － Ｒ2 i ] ) ． ( 15) 4 案例分析 某高含硫气井位于偏远山区，最大无阻井喷流量 4. 385 × 106 m3 ·d － 1，H2 S 体积分数 14. 71% ，步行为当 地居民的主要应急疏散方式． 井口安全防护距离为 500 m，假设井喷失控后 15 min 点火且人员充分暴露在 大气环境中，因此将点火概率和某位置受体暴露概率 均设为 1． 根据当地气象统计数据选取八个风向，当地 的风向玫瑰图如图 4( a) 所示，大气稳定度设为 F，风 速设为 3 m·s － 1，因为实际情况下风速大于此时大气逆 温层已不存在． 井喷事故发生的概率需要通过多年事 故发生的数据积累统计获得，国内报道和研究井喷的 总体数据较少，现有数据也只是基于某个单井的数据． 本次模拟中参考了加拿大阿尔伯达省能源资源保护委 · 2761 ·