基于层次分析法的化工城市致灾因子研究*

余纳新，韩传峰，杨金平

(1.同济大学经济与管理学院，上海200092;2.宁波市镇海区人民政府应急管理办公室，浙江宁波315200)

随着城市化进程的加快，人口、财富日益向城市集中，各类突发事件日益增多，影响的综合性和复杂性愈加显著，其危害程度也越发严重[1]。又因化学介质多具有易燃易爆、有毒有害、强腐蚀的理化特质，化工生产多数具有高温、高压、高流量的工艺特性，使得化学事故具有爆发突然、危害巨大和影响深远的特点。作为化工城市来说，灾害更具有耦合性、衍生性、突发性、破坏性和持续性等特性[2]。我国目前经济发展已进入重化工业时代[3]，对化工城市灾害特性的研究更是亟待解决的一个问题。

1 化工城市灾害因子种类

根据城市灾害的特点分析，现阶段我国城市灾害主要包括自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件四大类型，各大类型又包括多种不同的致灾因子[4]。

1.1 自然灾害

包括地震灾害、洪涝灾害、气象灾害、地质灾害和海洋灾害等。

1.1.1 地震

地震是一种破坏力极强的自然灾害。我国22个省会城市和2/3的百万以上人口的城市均位于地震高危险区[5]。对于化工城市来说，由于存在高温高压的生产装置、管线和易燃易爆、有毒有害的化学物质，地震及其引发的次生、衍生灾害会更为严重。

1.1.2 洪水

洪水是由于暴雨或急骤的冰雪融化以及水利工程失事等原因引起的江河湖泊水量迅猛增加，水位急剧上涨而冲出天然水道或人工堤坝所造成的灾害。对于化工城市来说，洪水不仅可能造成有毒有害物质泄露，而且，一些如电石、金属钠等遇湿自燃爆炸化学品会产生爆炸、火灾等衍生灾害[6]。

1.1.3 气象灾害

一般包括热带气旋、雷电灾害、冰雪灾害等。

热带气旋是发生在热带或副热带海洋上的气旋性涡旋。强烈的热带气旋，不但形成狂风、巨浪，而且往往伴随发生暴雨、风暴潮，造成严重的灾害。对于化工城市来说，台风也是造成化学品泄露等事故的一个重要原因。

雷电灾害:雷电灾害是伴有闪电和雷鸣的一种自然现象。对于化工城市来说，塔罐林立，管线纵横，雷电活动引起巨大的热效应、电效应和机械力，会造成严重的破坏和灾难。1989年，山东黄岛油库就突遭雷暴袭击，导致油罐起火爆炸，造成了重大的人员伤亡和巨大的经济损失。

冰雪灾害:冰雪灾害一般随雪量和积雪深度的增加而扩大受灾程度。以2008年南方大雪灾为例，雪灾造成输电线路塔架倒塌，摧毁城市电力网络，城市市政设施和交通迅速陷入全面瘫痪[7]。

1.1.4 地质灾害

主要表现在地面沉降、地裂缝等。

地面沉降是指地表岩土体受自然作用或人为活动影响向下陷落，并在地面形成塌陷坑洞而造成灾害的现象或过程。地裂缝是在一定地质自然环境下，由于自然的或人为的原因，地表岩土体开裂，在地面形成一定长度和宽度的裂缝现象或过程。对于化工城市来说，地面沉降和地裂缝不仅危害房屋等建筑物(构筑物)的安全，而且会影响化工装置、管线和罐体的稳定，可能造成化学物质泄露。

1.1.5 海洋灾害

海洋灾害种类多，分布范围广，而且频率高，破坏性大。由于化工城市有很多生产装置或储运设施在海边，海啸、风暴潮和巨浪会对这些装置、设施造成危害。2011年3月11日，因海底地震引发的日本大海啸，导致日本仙台、千叶炼油厂发生爆炸，福岛第一核电站放射性物质泄露，事故后果至今尚未消除。

1.2 城市事故灾难

包括城市火灾、化学事故、交通事故和工矿事故等。

1.2.1 城市火灾

作为区域中心，城市内集聚了宾馆饭店、商场市场、医院学校、车站码头等人员密集场所，城市内又有大量燃气管道和电气设施，一旦发生火灾，极易出现群死群伤。随着城市化进程的不断发展，居民住宅趋向高层化，容积率大大提高，一旦发生高层火灾，施救难度极大，火灾后果会极为惨重。2010年，上海“11·15”胶州路教师公寓大火教训尤为深刻。

1.2.2 化学事故

化学事故造成的伤害主要是物理、化学爆炸造成的冲击波伤、高温烧伤、烟中毒以及有毒有害物质泄露造成的窒息、毒害和化学烧伤等。

有毒物质泄漏:1984年，印度博帕尔农药厂发生异氰酸甲酯外泄，酿成有史以来最大的工业污染事故。共造成3千多人死亡，5万多人双目失明，15万人受伤害。

爆炸事故:2001年，法国图卢兹化工厂因化工原料泄漏发生爆炸，造成30人死亡，数千人受伤，工厂的生产设施被摧毁，周围3 000 km2范围内的建筑物被夷为平地。这一事故使保险公司赔款总额高达6亿美元。

1.2.3 交通事故

随着人民生活水平的提高，轿车大量进入家庭，城市交通事故也居高不下，一般占安全生产事故总量、伤亡人数的85%以上。在化工城市，大量化学品物流是由槽罐车通过道路运输，一但运输车辆在人员密集区域发生事故，后果将极为严重。

1.2.4 工矿事故

随着近年来安全生产监管力度的不断加大，工矿事故整体呈现不断下降趋势，但伴随城市建设规模越来越大，建筑施工事故总量也上升。仅2009年，建筑施工发生各类事故2 330起，死亡2 760人，同比分别上升2.8%和2.1%。特别是发生较大以上坍塌坠落事故78起，死亡344人，分别占建筑施工较大以上事故的76.5%和77.8%。

1.3 公共卫生事件

包括传染病、重大中毒事件和环境污染事件等。

1.3.1 传染病

传染病为病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程。近年来，新的传染病有卷土重来之势，非典(SARS)、甲流(H1N1)等新型传染病都给我国乃至世界造成巨大影响。城市由于人口聚集和流动特点，更易受到传染病侵袭。2010年，国内甲、乙类法定报告传染病发病人数341.4万例，报告死亡15 950人。

1.3.2 重大中毒事件

重大中毒事故包括以下四个方面:①人数超过100人或死亡1人以上的饮用水、食物中毒事件;②发生急性职业病50人以上或者死亡5人以上的职业中毒事件;③有毒、有害化学物品、生物毒素等引起的群体性急性中毒事件;④严重威胁或危害公众健康的水、环境、食品污染和放射性、有毒有害化学性物质丢失、泄漏等事件。对于化工城市来说，职业中毒事故和由化学品泄露产生的次生、衍生中毒事故会更为突出。

1.3.3 环境污染事件

城市是人类对环境影响最深刻、最集中的区域，也是环境污染最严重的区域。对于化工城市来说，环境污染中空气污染和水污染较一般城市更为突出。

空气污染:化工城市的空气污染除了车辆尾气排放的氧化氮、燃煤释放的二氧化硫以及空气可吸入颗粒等，还含有大量非常规特殊因子，如总烃等。这些特殊因子具有很强的协同作用，污染危害更大。美国石油化工重镇洛杉矶就发生过严重的光化学烟雾污染事件。

水污染:由于很多化工城市座落在大江大河边，很容易发生水体污染事故。2005年，中国石油吉林石化分公司双苯厂发生爆炸事故，由于双苯厂没有事故状态下防止受污染的水流入松花江的有效措施，泄漏出来的部分物料和循环水及抢救事故现场消防水与残余物料的混合物流入松花江，造成松花江水体污染。

1.4 城市社会安全事件

包括恐怖袭击、群体性事件、城市生命线安全、金融安全和信息安全等。

1.4.1 恐怖袭击

2001年9月11 日，随着美国世界贸易中心大楼及其建筑群的轰然倒塌，恐怖袭击的字眼深深地烙在全世界每一个人的脑海。特别是生化武器价格低廉、制作简易、威力巨大，恐怖主义分子在世界范围内越来越多地使用生化武器。有关统计表明，自1950年以来，全球已发生过270多起使用生化制剂的事件。化工城市由于本身具有的特质，更是恐怖袭击的重要目标。

1.4.2 群体性事件

近年来，个别化工城市环境污染事件密集发生，造成的损失、危害和影响触目惊心，污染对公众健康的危害将引发社会的强烈不满，引起的群体性事件在个别城市暴发。这些群体性事件不仅带来了恶劣的政治和社会影响，而且对这些城市进一步发展化工产业造成了重重阻力。

1.4.3 城市生命线安全

城市供电、供水、供气三大系统为现代化的生命线设施，是城市化的基础，是防灾减灾的必备条件。现代化化工装置尤其依赖电力系统，如果供电出现问题，对化工城市将是灾难。2003年，以纽约为中心的美国东北部和加拿大部分地区发生大面积停电事故，所造成的经济损失每天可能多达300亿美元。2011年，日本福岛第一核电站由于紧急电源系统遭到地震和海啸的破坏，导致核反应堆不能正常停机产生了严重事故。

1.4.4 金融安全

金融安全指货币资金融通的安全和整个金融体系的稳定。在经济全球化加速发展的今天，金融安全在国家经济安全中的地位和作用日益加强。对资金、技术密集型的化工产业来说，金融危机会造成化工产业发展迟缓，进而导致经济倒退、社会动荡。

1.4.5 信息安全

随着全球信息化的飞速发展，信息安全已经上升到国家安全战略。以石油化工为代表的现代化学工业更离不开以计算机为核心的自动化控制技术的支撑，因此，化工城市的信息安全更需要摆在突出位置。2010年，伊朗大约3万个互联网终端感染“震网”(Stuxnet)电脑蠕虫病毒，这款恶意代码专门攻击西门子公司开发的监控和数据采集系统(SCADA)，目标直指应用于伊朗核计划的电力和计算机等系统，这种新的安全问题必须引起我们极大关注。

2 化工城市致灾因子分析

2.1 建立层析结构模型

在参考有关灾害评估分析文献的基础上[8－9]，本论文选用层次分析法(AHP)为研究工具[10]，选取了17个主要致灾因子作为指标，构建化工城市致灾因子评价模型:C=f(A1，A2，A3，A4)。式中:C代表化工城市危害度;A1代表自然灾害因素的危害度，A2代表事故灾难因素的危害度，A3代表公共卫生事件因素的危害度，A4代表社会公共事件因素的危害度。如图1所示。

图1 化工城市危害度评价递阶层次结构示意图

2.2 构造两两判断矩阵并求解

在专家的指导下，利用达尔菲法确定相对度，根据层次分析法的计算方法，构建各级指标的判断矩阵，并计算各级指标的权重值和判断矩阵的最大特征根，并进行一致性检验。

2.2.1 一级指标权重的计算:

一级指标包括自然灾害(A1)、事故灾难(A2)、公共卫生事件(A3)和社会安全事件(A4)四大类型，判断矩阵见表1。

表1 一级指标判断矩阵

2.2.2 二级指标权重的计算:

A1对应的二级指标包括地震(B11)、洪水(B12)、气象灾害(B13)、地质灾害(B14)和海洋灾害(B15)。判断矩阵见表2。

表2 二级自然灾害(A1)次判断矩阵

A2对应的二级指标包括城市火灾(B21)、化学事故(B22)、交通事故(B23)和工矿事故(B24)。判断矩阵见表3。

表3 二级事故灾难(A2)次判断矩阵

A3对应的二级指标包括传染病(B31)、重大中毒事件(B32)和城市污染事件(B33)。判断矩阵见表4。

表4 二级公共卫生事件(A3)次判断矩阵

A4对应的二级指标包括恐怖袭击(B41)、群体性事件(B42)、城市生命线安全(B43)、金融安全(B44)和信息安全(B45)。判断矩阵见表5。

表5 二级社会安全事件(A4)次判断矩阵

2.3 致灾因子综合权重的计算

综合第一层次和第二层次判断矩阵，计算各层元素对目标层的总排序权重，得到每个分支因素对于总体能力的影响程度(表6)。

表6 各层元素对目标层的总排序权重计算结果

从上述总的排序可以看出:自然灾害事故中的地震、事故灾难中的化学事故、公共卫生事件中的环境污染事件和社会公共事件中的恐怖袭击是化工城市的主要致灾因子。

2.4 模型一致性检验

判断矩阵满足一致性。

3 结论

(1)由于城市人员集中、建筑物集中、财富集中，同等烈度地震造成的损失将会比发生在农村的高出几倍。对于化工城市来说，地震产生的地震波还会造成管线断裂、罐体泄漏、装置失控以及建筑物、构筑物倒塌，导致大量易燃易爆、有毒有害化学物质泄露，酿成更大的次生、衍生灾害，并为地震救援带来意想不到的困难。因此，地震虽是小概率事件，却为巨灾害事件，必须引起高度重视，尽量避免在断裂带上规划化工产业，提高化工装置、设备和管线的抗震等级，加强相关人员的应急培训。

(2)化工产业的高温高压、易燃易爆和有毒有害三大特性，与城市人口集中、财富集中、建筑物集中等要素结合在一起，就注定了化工城市灾害具有复杂性和严重性。原发性或继发性化学事故以及由此产生的次生、衍生灾害将是化工城市面临的最大危机。因此，要合理布局，大力推进化工产业园区化建设，把好化工产业安评、环评关，严格执行化工建设项目“三同时”制度，从源头抓好本质安全。

(3)目前全世界每年产生的有害化学废物达3～4亿t，化学物质排放、挥发，不仅会造成大气、水体污染，给环境造成危害，而且直接对人体健康造成影响。一些固体化学废物也会污染土壤和水体，并可能随着食物链被人体摄入，间接影响健康。威胁着人类的生存和发展。因此，要大力发展“绿色化学[11]”，在始端就采用预防污染的科学手段，在制造和应用化学产品时有效利用原料，消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂，从而实现过程和终端均为零排放或零污染。

(4)世界恐怖袭击事件逐年增多，恐怖分子利用化学物质进行恐怖袭击或者直接对化工目标开展袭击，是恐怖袭击的新动向。化工城市重大危险源密集，化学运输车辆众多，地面地下管线交错，进行恐怖袭击很容易得逞。因此，要充分利用技术手段，落实重大危险源的监控;完善体制机制，加强对化学运输车辆的监管;强化源头管控，加大对剧毒品和爆炸物品的管制。

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