2.2毒物泄漏和擴散模型

　　毒氣泄漏擴散對人的影響最難預測。完整的后果分析要求知道泄漏區毒氣地面濃度隨時間變化的整個過程，同樣濃度值的毒物對生命和健康影響的毒理學等知識。這樣就可以確定出危險區。

　　泄漏擴散問題較為復雜，影響因素有很多。首先，確定源泄漏模型就非常困難，因為泄漏時存在不同類型。泄放過程也可分為連續的和瞬時的。此外泄漏物質的動量也隨泄放率或泄放速度變化，這些使模型更為復雜。

　　如果泄漏物質為液體，在泄放點會形成液池。液池會以一定速率蒸發，這與液體熱力學性質、熱源和周圍大氣的流體力學性質（如風速、風向、湍流度）有關。

　　第二個問題是毒氣在大氣中的擴散，可用各種模型進行模擬。最簡單情況是主導風向下高架煙囪的中性浮力污染物的擴散。這種情況可采用高斯擴散模型，它的擴散參數需經過實驗確定或通過與大氣湍流度有關的參數的關系式確定。

　　可是這種模型對于比空氣重的泄放氣體并不適用，現在已經有很多描述重氣擴散現象的模型。有些還考慮地形條件和氣象條件，使模型變得更復雜。

　　目前這些模型可以描述泄漏-擴散現象的以下方面：

　　源泄放率

　　氣體射流

　　液體射流

　　氣液兩相泄漏

　　閃蒸

　　液池蒸發（固定區域）

　　延展式液池蒸發

　　多組分蒸發

　　中性氣體煙羽擴散

　　重氣擴散

　　大氣穩定度效應

　　地面加熱效應

　　地形影響

　　風場影響

　　將這些單個模型結合起來編成的軟件從理論上可描述整個泄漏擴散現象。這些模型能確定以時間、空間、泄漏類型、氣象條件和其它相關因素為變量的毒物濃度函數分布圖。現在有許多計算機商業軟件可以預測毒氣濃度分布圖。這些軟件可確定出不同泄漏場景下的濃度分布，這在工廠風險分析和應急準備中非常重要。

　　很明顯，由于泄漏現象本身的復雜性，最好的軟件也不能完全可靠地預測實際濃度分布。相同條件下，每次實驗所做出的結果也不盡相同，有時甚至有數量級的差異。這表明擴散過程的內在隨機可變性是準確預測泄漏擴散濃度的最大障礙。盡管這樣，泄漏的計算機模擬仍然是整體應急準備，特別是后果分析中的重要內容。

　　這些模型，以及應用它們確定出的傷害區范圍，會在風險評價甚至在風險管理中占有越來越重要的地位。實際目前在美國某些州（如新澤西州）的立法中已經要求對某些使用極危險物質的工廠的風險評價中，必須包括擴散分析。

　　2.3毒性數據和有關級別

　　使用擴散模型確定泄漏毒氣影響區域，需要知道什么濃度對生命和健康是危險的。這并不是個簡單問題。目前，對這個問題還沒有一致的研究結果。許多因素使這個問題變得復雜，如：

　　不同人群的所產生的效應會有很大差別（例如，年輕男性和懷孕婦女或老年人）

　　毒性效應和最大允許暴露濃度隨暴露時間而變化；

　　可降低現有最大允許暴露濃度極限有不同“安全系數”；

　　有不同允許濃度值、閾值和致死濃度；

　　許多人的急性毒性數據是通過動物實驗推算出的；

　　許多化合物沒有毒性數據

　　在幾種確定“臨界”濃度的方法中，對生命和健康有立即危險的濃度（IDLH）是最有效的。這個概念是由NIOSH用于確定空氣中使人無損傷（如眼刺激或肺）逃逸時的毒物濃度。這種定義，主要考慮急性暴露數據，而基本不考慮慢性暴露數據。對任何一種物質，IDLH可通過哺乳動物短期暴露死亡的最低濃度來確定。當沒有數據時，IDLH也可以按其它毒性數據的百分數來確定。

　　最常使用可能導致嚴重健康損害或死亡的大氣中物質濃度定義稱為“閾限值”。

　　以IDLH濃度定義作為參考點，對于使用IDLH濃度毒性泄漏計算最大允許或“安全”濃度的安全系數的確定仍沒有達成一致。美國環保局定義自己的“警戒濃度級”為IDLH的1/10。

　　無論什么定義，重要的是使用對大多數人口是安全的某濃度值，作為計算有毒氣體泄漏的基礎。

　　2.4毒物泄漏影響區域計算

　　根據泄漏－擴散模型和有毒物質不同濃度的毒理學效應，就可以確定泄漏影響的區域范圍。

　　許多簡單模型可用在這個方面。例如美國環保局推薦用于初步調查的簡單模型，該模型的依據是高斯分布擴散。計算泄放率和某種泄放類型的后果效應還需要一些其它假設條件。一旦最大允許濃度確定，這種簡單模型就能確定泄漏影響的區域。這種情況下，區域是一個以泄漏源為中心的圓。

　　其它確定方法通常是按照可信最嚴重后果來假設。它假定瞬時條件下物質發生最大量泄漏，已知主導風向，且風速較低（例如2km/小時）、大氣穩定度較高（按Pasquill-Gifford方法的F級表示）。

　　更復雜的方法是使用統一泄漏擴散過程的模型，這些模型使用概率分析子模型，考慮風速、風向、大氣穩定度、泄漏形式等變量。結果按一定量泄漏物質達到某一濃度區域的概率表示。