辽河流域水环境突发污染事故应急物资运输调度模型研究

时宏（辽宁省清洁生产指导中心，辽宁沈阳110161）摘要：在水环境突发污染事故后如何及时、有效地进行应急物资的运输调度，最大限度地减少水污染事故的危害尤其重要。

对水环境突发污染事故应急物资运输路径进行研究，通过时间属性分量和道路连通可靠性两个决策属性分量建立了路径选择模型，根据水环境应急物资的特点并结合线性加权法，在模型中引入权重系数λ，λ的取值取决于所运输的水环境事故应急物资的种类，根据应急物资的不同而选取不同的运输路线。

关键词：水环境；应急；函数模型；指标体系Abstract ：It is especially important for us to make timely and effective transportation scheduling of emergency ma-terials and minimize the harm of water pollution accidents.Study on water environment pollution accident emergen-cy supplies transport path ，through the two decision attribute component of time attribute component and road con-nectivity reliability ，route choice model is established.According to the characteristics of emergency supplies of water environment and combined with the linear weighted method ，the weight coefficient λis introduced in themodel ，the λvalue depends on transport material types of emergency supplies in water environmental accident ，and then select different routes according to different emergency supplies.Key words ：water environment ；emergency ；function model ；index system中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：1674-1021（2018）04-0080-05收稿日期：2018-03-09；修订日期：2018-04-20。

作者简介：时宏，男，1968年生，高级工程师，主要从事环境信息化、污染源自动监控和清洁生产等工作。

1引言水环境一旦突发污染事故，其危害是灾难性的。

水环境突发污染事故不同于陆地上的污染事故，泄漏到河流的污染物会随着河水从上游扩散到下游，而且随着时间的推移，污染物影响的范围会越来越大。

水环境突发污染事故的危害性表现在事故直接威胁人的生命和健康；造成严重的经济损失；引起人民的恐慌，导致社会的不稳定；严重破坏地区的生态环境。

及时实施应急措施能够最大程度地降低事故带来的危害，而应急组织实施工作是离不开应急物资的，只有应急物资的及时供应才能够保障应急组织活动的有效开展。

应急物资的准确运输对应急决策的有效实施、降低甚至遏制突发污染事故危害的范围及程度，有着重大意义。

2水环境突发污染事故应急物资运输路径优化问题研究应急物资的运输实现及其供应保障是应急物资调度的核心问题，鉴于应急物资运输的弱经济性和非常规性，建立应急物资运输最优化路径模型必须根据其特点进行［1］。

根据应急物资运输的特点，应急物资运输路线的选择对时间效益的要求是不可缺少的。

水环境突发污染事故中所需的应急物资一般是用来去除河流中的污染物或者用来施工应急措施的材料等，这些物资对应急组织至关重要。

如果不及时供应，应急组织就无法实施，污染物在河流中的危害就越来越大。

因此，所建立的模型必须合理，符合现实情况，能够保证应急物资安全及时地到达。

此外，又由于水体事故所需的应急物资大部分是化学药品，如强氧化剂等，如果道路的安全系数不高，发生交通事故后既危害道路附近的环境，又延误了河流事故的应急响应。

因此，在保证时间效益的同时，道路运输可靠性也是另外一个需要重点考虑的问题。

所以应急物资分配的主要目标就是通过对可行路线的分析，选出可靠快速的运输模型，使应急物资顺利快速地运到河流应急处。

3问题描述实际情况中应急物资供应点到事故发生处的路径网络较为复杂，本文将路径网络简化后如图1所示。

图1供应点到事故发生处的路线应急物资供应点A 和事故发生处分别是起始点和终点，其中U=｛A ，A2，A3，A4，…，事故发生处｝为所有的节点集。

图中箭头表示该路段可按照该方向通行。

V=｛（i ，j ）丨i ，j ∈U ｝，用Q ~表示从供应点A 到事故发生处的路集，（i ，j ）表示从点i 到点j 的路段；车辆在路段（i ，j ）的行驶时间表示为t ij ，道路的运输连通可靠性为R ij 。

因此，此处提出一个包含时效性和道路连通可靠性的双目标优化问题，如式（1）所示。

min T （Q ）=∑（i ，j ）∈Q t （Q ）min R ′（Q ）=1-∏（i ，j ）∈Q R ij（Q ）{s.tQ ∈Q~（1）式中，T （Q ）是车辆在路径Q 上的行驶时间；R ′（Q ）是路径Q 的连通可靠性的风险值。

双目标优化问题BSP 即求供应点A 到事故发生处的其中一条路径Q ，其风险最小，行驶时间最短，能够使运输应急物资车辆快速到达事故发生处，使水体污染事件得到最快的处置。

4决策属性分量研究4援员时间属性分量函数模型水体突发污染事故时，秉着紧急性的原则，所需的应急物资一般都从附近进行调度，只要在附近短时间内能够调度的情况下，而且物资如果是化学药剂等，基本上不会采用空运等，几乎所有的应急物资运输都是以公路为基础的。

水体事故应急物资运输的最核心问题是要安全快速地运达。

由于当时道路的路况或天气等其他原因的不确定性，理论上距离最短的路径并不一定是到达时间最短的路径。

因此，本文中预引入交通阻抗的概念［2］。

常说的交通阻抗是指对交通出行的时间、交通量、费用以及便捷性等各因素通过参数标定建立的综合函数关系，这种交通阻抗是车辆或者个人选择行驶路线的依据。

相对狭义上的交通阻抗往往是指车辆行驶所用的时间。

把交通阻抗定量化以后的数学表达式即为交通阻抗函数［3］。

通常路阻函数包括交叉口阻抗和路段阻抗，由于本文主要研究的是水环境突发污染事故应急物资运输问题，相比于一般的物资运输，交叉口阻抗可以忽略不计。

另外，在应急的情况下道路的交通和普通时刻的交通不同，在应急时刻，道路上除了救援车辆和其他少数机动车外，没有非机动车。

因此，本文在研究中将忽略非机动车对交通负荷的影响，直接引用美国联邦公路局提出的BPR 函数模型：t=t 01+α（1+Q C）β[]（2）式中，t 为一路段的行驶时间，h ；t 0为该路段无交通流量时的行驶时间，h ；Q 为该路段机动车的交通量，pcu /h ；C 为该路段的实际通行能力，pcu /h ；α，β为参数，一般取α=0.15，β=4。

该模型适合交通流构成相对简单、道路条件比较理想的情况。

由于水环境应急物资的运输是要从附近的城市之间进行运输调度，而不是在一个城市的街道中运输，因此可以忽略路段交叉口红绿灯的ij合该模型的使用条件，因此本文选用该模型作为计算路段运输时间模型。

由此可得，应急物资运输的极小化时间函数模型为：min T =min ∑t ij =min ∑t ij 01+αQijC ij()β[]{}（3）式中，Q ij 为路段（i ，j ）上的机动车交通量，pcu /h ；C ij 为路段（i ，j ）上的实际通行能力，pcu /h ；t ij 为车辆在某路段i 上的行驶时间，h ；t ij为车辆在路段无交通流量时的行驶时间，h 。

4.圆连通可靠性属性分量函数模型道路的连通可靠性是指道路节点间连通的概率［4］。

常用的连通可靠性是0-1连通可靠性，然而如果单单用0-1来形容该路段是否连通，和实际情况有所脱节，对路径优劣的分辨率也较低。

因此，对于讨论道路中断和畅通的中间态也成了研究的热点。

Du ，Nicholson 和Asakura 对其进行了讨论，他们将道路的连通可靠性表示为：R q =∑y Πi =1nr i y i（1-r i ）1-y iϕ（y ）（4）式中，y i 表示路段i 的连通状态，取0-1变量，如果连通则取1，否则取0；r i 是道路正常运行的概率；y 是向量，当性能指标PI （y ）小于给定的阈值时，则ϕ（y ）为1，否则为0。

对于道路的连通可靠性，另外一种表示方法是根据路段的阻断风险值R i 来衡量，主要由路段i 的建筑物破坏概率P i 、路段的阻断严重性S i 以及阻断曝光量E i 来决定，表述如式（5）：R i =P i ×S i ×E i（5）根据式（4）和式（5），整个路径L 的路径可靠性P L 表示如式（6）：P L =Πi P i =ΠL （1-R i）（6）将路径可靠性值P 简化为：P =0，0≤P L <0.30.5，0.3≤P L <0.71，0.7≤P L ≤1⎧⎩⏐⏐⏐⏐⏐⏐⎨⏐⏐⏐⏐⏐⏐（7）然而，陈艳艳在《随机供需作用下的道路阻塞概率模型分析》一文中提出的最能表示道路连通可靠性的是道路机动车交通需求与道路本身的通行能力之间的比例函数。

示路段的连通可靠性。

道路连通可靠性的计算公式先进行条件假设：应急物资运输车辆在各等级道路上都保持规定的行驶速度；应急物资运输车辆自身发生故障，故障排除时间不计。

由于某一条路径是由多个路段连接而成，因此该路径的连通可靠性函数就应该是各路段正常运行的概率的乘积。

各路段正常运行的概率可用道路交通需求与实际通行能力的比值来表示，该值越大，表明道路上车辆越多，路段正常运行的概率越小。

因此应急情况下，道路的路阻函数模型如式（8）：R =Π1-Q ijC ij()（8）上述3种模型中，前两种路阻函数适用于地震等灾害导致道路阻断或破坏的情况下，后一种路阻函数是由路况信息所决定的。

对于水环境应急来讲，道路并没有受到损坏，可以正常通行，道路受阻主要是由于车流量引起的。

因此本文采用第三种路阻函数模型来表示道路受阻情况。

由于双目标规划问题一般都采用双目标极小化，为满足极小化的一致性，将式（8）转化，如式（9）所示：min R ′=min （1-R ）=min 1-Π1-Q ijC ij()[]（9）式（9）中，Q ij ，C ij 含义同上所述。