2.2毒物泄漏和扩散模型

　　毒气泄漏扩散对人的影响最难预测。完整的后果分析要求知道泄漏区毒气地面浓度随时间变化的整个过程，同样浓度值的毒物对生命和健康影响的毒理学等知识。这样就可以确定出危险区。

　　泄漏扩散问题较为复杂，影响因素有很多。首先，确定源泄漏模型就非常困难，因为泄漏时存在不同类型。泄放过程也可分为连续的和瞬时的。此外泄漏物质的动量也随泄放率或泄放速度变化，这些使模型更为复杂。

　　如果泄漏物质为液体，在泄放点会形成液池。液池会以一定速率蒸发，这与液体热力学性质、热源和周围大气的流体力学性质（如风速、风向、湍流度）有关。

　　第二个问题是毒气在大气中的扩散，可用各种模型进行模拟。最简单情况是主导风向下高架烟囱的中性浮力污染物的扩散。这种情况可采用高斯扩散模型，它的扩散参数需经过实验确定或通过与大气湍流度有关的参数的关系式确定。

　　可是这种模型对于比空气重的泄放气体并不适用，现在已经有很多描述重气扩散现象的模型。有些还考虑地形条件和气象条件，使模型变得更复杂。

　　目前这些模型可以描述泄漏-扩散现象的以下方面：

　　源泄放率

　　气体射流

　　液体射流

　　气液两相泄漏

　　闪蒸

　　液池蒸发（固定区域）

　　延展式液池蒸发

　　多组分蒸发

　　中性气体烟羽扩散

　　重气扩散

　　大气稳定度效应

　　地面加热效应

　　地形影响

　　风场影响

　　将这些单个模型结合起来编成的软件从理论上可描述整个泄漏扩散现象。这些模型能确定以时间、空间、泄漏类型、气象条件和其它相关因素为变量的毒物浓度函数分布图。现在有许多计算机商业软件可以预测毒气浓度分布图。这些软件可确定出不同泄漏场景下的浓度分布，这在工厂风险分析和应急准备中非常重要。

　　很明显，由于泄漏现象本身的复杂性，最好的软件也不能完全可靠地预测实际浓度分布。相同条件下，每次实验所做出的结果也不尽相同，有时甚至有数量级的差异。这表明扩散过程的内在随机可变性是准确预测泄漏扩散浓度的最大障碍。尽管这样，泄漏的计算机模拟仍然是整体应急准备，特别是后果分析中的重要内容。

　　这些模型，以及应用它们确定出的伤害区范围，会在风险评价甚至在风险管理中占有越来越重要的地位。实际目前在美国某些州（如新泽西州）的立法中已经要求对某些使用极危险物质的工厂的风险评价中，必须包括扩散分析。

　　2.3毒性数据和有关级别

　　使用扩散模型确定泄漏毒气影响区域，需要知道什么浓度对生命和健康是危险的。这并不是个简单问题。目前，对这个问题还没有一致的研究结果。许多因素使这个问题变得复杂，如：

　　不同人群的所产生的效应会有很大差别（例如，年轻男性和怀孕妇女或老年人）

　　毒性效应和最大允许暴露浓度随暴露时间而变化；

　　可降低现有最大允许暴露浓度极限有不同“安全系数”；

　　有不同允许浓度值、阈值和致死浓度；

　　许多人的急性毒性数据是通过动物实验推算出的；

　　许多化合物没有毒性数据

　　在几种确定“临界”浓度的方法中，对生命和健康有立即危险的浓度（IDLH）是最有效的。这个概念是由NIOSH用于确定空气中使人无损伤（如眼刺激或肺）逃逸时的毒物浓度。这种定义，主要考虑急性暴露数据，而基本不考虑慢性暴露数据。对任何一种物质，IDLH可通过哺乳动物短期暴露死亡的最低浓度来确定。当没有数据时，IDLH也可以按其它毒性数据的百分数来确定。

　　最常使用可能导致严重健康损害或死亡的大气中物质浓度定义称为“阈限值”。

　　以IDLH浓度定义作为参考点，对于使用IDLH浓度毒性泄漏计算最大允许或“安全”浓度的安全系数的确定仍没有达成一致。美国环保局定义自己的“警戒浓度级”为IDLH的1/10。

　　无论什么定义，重要的是使用对大多数人口是安全的某浓度值，作为计算有毒气体泄漏的基础。

　　2.4毒物泄漏影响区域计算

　　根据泄漏－扩散模型和有毒物质不同浓度的毒理学效应，就可以确定泄漏影响的区域范围。

　　许多简单模型可用在这个方面。例如美国环保局推荐用于初步调查的简单模型，该模型的依据是高斯分布扩散。计算泄放率和某种泄放类型的后果效应还需要一些其它假设条件。一旦最大允许浓度确定，这种简单模型就能确定泄漏影响的区域。这种情况下，区域是一个以泄漏源为中心的圆。

　　其它确定方法通常是按照可信最严重后果来假设。它假定瞬时条件下物质发生最大量泄漏，已知主导风向，且风速较低（例如2km/小时）、大气稳定度较高（按Pasquill-Gifford方法的F级表示）。

　　更复杂的方法是使用统一泄漏扩散过程的模型，这些模型使用概率分析子模型，考虑风速、风向、大气稳定度、泄漏形式等变量。结果按一定量泄漏物质达到某一浓度区域的概率表示。