国家重点基础研究发展计划（973计划）项目申报书-危险化学品事故全过程遥测预警的关键科学问题研究

项目名称：危险化学品事故全过程遥测预警的关键科学问题研究首席科学家：郑小平 北京化工大学起止年限：2011.1至2015.8依托部门：教育部 国家安全生产监督管理总局二、预期目标项目总体目标是“建立危险化学品事故全过程遥测预警的大系统方案”。总体目标的实现基于两个关键科学问题的解决：“事故物质在危险化学品事故全过程中的迁移转化规律”和“事故物质在不同空间尺度的遥测理论与方法”。总体目标和拟解决的关键科学问题形成了项目的双驱动研究导向。总体目标基于国家需求，拟解决的关键科学问题基于国家需求下的基础理论、方法和技术研究；五年预期目标基于解决关键科学问题和实现总体目标而预期贡献的理论、方法和关键技术，以及相关科学挑战的突破。具体如下：总体目标关键科学问题五年预期目标建立危险化学品事故全过程遥测预警的大系统方案事故物质在危险化学品事故全过程中的迁移转化规律。事故物质在不同空间尺度的遥测理论与方法。力争建立基于“物质、能量、信息”的危险化学品事故致因理论。揭示事故物质在危险化学品事故全过程中的迁移转化规律，建立事故物质的遥测理论与方法。揭示基于事故物质的能量系统变化模式，建立事故现象和事故链遥测预警理论与方法。建立遥测预警危险化学品事故全过程多源信息的基础理论、方法与技术。为危险化学品事故事前、事中、事后的监测、预警、处置等，提供防灾减灾的基础理论、方法和关键技术；推动我国“一个中心，全过程、长距离、大面积、多信息”的应急平台建设。应用范围包括：国务院应急办、各地方应急救援中心、西气东输等重大工程、化工园区、化工企业、防化单位等；也可用于国防和军事对抗中的定点探测。考核指标：经过各课题团队严肃讨论、协商，确认考核指标如下：（1）实现项目总体目标、关键科学问题、五年预期目标；力争取得科学挑战的重大突破。（2）五年量化考核指标：课题国家级奖项数新增国家级人才数SCI/SSCI论文数专利数博士生培养数课题一-240525课题二115-2课题三-15110课题四-120515课题五1-542课题六1360515合计371452069年度量化预期目标：第一年：发表SCI/SSCI论文24篇，申请发明专利（或软件著作权）3项，新增国家级人才1人。第二年：发表SCI/SSCI论文29篇，申请发明专利（或软件著作权）4项，新增国家级人才1人。第三年：发表SCI/SSCI论文32篇，申请发明专利2项，获得国家级奖项2项，新增国家级人才1名。第四年：发表SCI/SSCI论文32篇，申请发明专利4项，获得国家级奖项2项，新增国家级人才2名。第五年：发表SCI/SSCI论文23篇，申请发明专利3项，获得国家级奖项1项，新增国家级人才2名。三、研究方案项目以总体目标和拟解决的关键科学问题为双驱动研究导向。以致灾过程、灾变过程、减灾过程为事故全过程，以约束空间、半约束空间、开放空间为事故场景。研究以“物质能量信息”为科学主线，以事故物质的迁移转化为核心，建立事故致因理论作为项目研究的基础理论。基于对事故物质、事故现象、人群分布若干理论、方法与关键技术的研究，建立相关数值模式和监测模式，形成“事故物质在事故全过程中的迁移转化规律”和“事故物质在不同空间尺度的遥测理论与方法”；进而形成危险化学品事故全过程多源信息的遥感遥测预警理论与方法，实现建立危险化学品事故全过程遥测预警的大系统方案。基本方案如下：主要研究内容建立危险化学品事故全过程遥测预警的大系统方案事故物质在事故全过程中的迁移转化规律事故物质在不同空间尺度的遥测理论和方法事故全过程多源信息的遥测理论与方法事故全过程的能量传递与事故链机理事故物质在事故全过程中的化学物理过程数值模式基础问题监测模式基础理论事故物质的大气迁移转化模式事故现象和事故链机理的数值模式能量系统变化数值模式人群紧急疏散过程的数值模式事故物质的场面监测事故现象的微波探测危险化学品事故致因理论国家需求推动事故全过程、长距离、大面积、多信息遥感遥测预警平台建设四、年度计划年度研究内容预期目标第一年（1）基于物质、能量、信息的危险化学品事故形式及其系统熵研究（2）研究危险化学品事故现象机理及其能量传递模型（3）研究事故物质的物理化学特性及其迁移扩散模块（4）研究事故物质接触式和非接触式监测的理论与方法（5）筛选具有研究代表性的事故物质，研究事故物质在危险化学品事故全过程中的演化特性（6）采集疏散环境以及人群运动与行为特征的数据（1）初步提出危险化学品事故的三要素模型与系统熵理论（2）建立典型危险化学品的危险特性数据体系，初步建立泄漏、火灾、爆炸事故中有害物质扩散与能量传递转化数学模型（3）建立描述典型事故物质的迁移转化模型（4）建立事故物质接触式和非接触式监测的方法第二年（1）通过模拟的隐参数概率分布，研究危险化学品事故的致因条件。（2）典型事故物质致灾机理及其能量传递研究（3）典型事故物质在半约束空间迁移转化的数值模式研究（4）典型事故物质的接触式和非接触式谱图研究（1）建立危险化学品事故致因的临界条件及其数值模式（2）揭示典型事故能量传递规律及其数值模式（3）建立典型事故物质在半约束空间传输特征及其数值系统（4）建立典型事故物质的质谱和红外谱图第三年（1）研究系统熵与危险化学品事故致因之间的关系（2）典型事故现象的模拟与实验研究（3）事故物质迁移转化的模式验证研究（4）研究人群紧急疏散行为在事故物质迁移转化下的行为演化规律（5）典型事故物质实时在线监测研究（1）建立系统熵与信息隐参数之间的高维映射模型（2）建立泄漏、火灾和爆炸事故物质扩散和能量传递转化规律的数值模式 （3）建立事故物质迁移过程耦合模式和减灾机理（4）建立紧急疏散的人群动力学演化模型（5）建立典型事故物质实时在线监测方法与关键技术第四年（1）基于实证，研究动态本体下的危险化学品事故的模态（2）危险化学品事故链演变及断链控制机理研究（3）事故物质迁移转化的化学物理过程模式模拟研究（4）复杂场景下事故物质监测的环境适应性研究（5）化工过程事故中的事故物质多手段监测试验（1）建立数据关联度与设备模态的映射关系（2）揭示约束、半约束空间内化学品泄漏、火灾、爆炸事故中有害物质扩散与能量传递转化的规律。（3）建立描述事故物质在大气中的成分、浓度和时空分布等的模式耦合方法及其减灾规律（4）解决复杂场景下事故物质接触式和非接触式监测的关键技术（5）建立事故源确定的自动化、智能化模式系统第五年（1）研究适用于危险化学品变化过程的全方位、高精度的实时综合评价体系。（2）事故物质迁移转化的多尺度耦合模式模拟研究（3）危险化学品事故全过程遥测预警系统试运行、调试（1）提取和凝练危险化学品事故致因理论（2）建立事故物质-多尺度气象输送耦合模式系统（3）建立危险化学品事故全过程遥测预警的大系统方案（4）项目结题一、研究内容事故物质是引发事故可能性与严重性的载体。研究以“物质能量信息”为科学主线，以事故物质的迁移转化为核心，建立事故物质在致灾过程、灾变过程、减灾过程的数值模式和监测模式。本项目拟解决的关键科学问题 （1）事故物质在危险化学品事故全过程中的迁移转化规律研究事故物质在致灾、灾变、减灾中的化学过程、物理过程及其能量系统变化过程，探索其过程惯性和过程机理，建立其数值模式和规律性认识。研究超量和触发因素导致危险化学品事故的充分条件，提取和凝练事故物质在危险化学品事故全过程中的迁移转化规律。基于“物质能量信息”的系统论观点，以事故物质在事故全过程的迁移转化为研究主线，力争建立危险化学品事故致因理论。（2）事故物质在不同空间尺度的遥测理论与方法结合质谱、红外等多种手段，研究事故物质在约束空间、半约束空间、开放空间的场面监视理论、方法和关键技术；建立事故物质在危险化学品事故全过程中的遥测理论、方法与技术基础，为危险化学品事故遥测预警系统提供科学基础。基于微波图谱和遥测理论，探索微波谱与分子结构之间的对应关系，挑战事故物质的微波直接探测理论、方法与关键技术。本项目研究的主要内容 现代科学研究普遍认为：物质、能量、信息是构成客观世界的三大要素，系统论也认为物质、能量和信息是构成系统的基本要素。危险化学品事故虽然表现为多种多样的类型，但从本质上作用都可以归结为物质、能量或信息的作用或者其耦合作用；承载载体本质上也同样是由物质、能量和信息三者组合构成的。因此，物质、能量和信息可以归纳为危险化学品事故的灾害要素。这些灾害要素是一种客观存在，都可能导致危险化学品事故的发生，具有超量或高危害性的特点。因此，本研究计划基于“物质能量信息”对危险化学品事故进行系统研究。（1）事故物质在危险化学品事故全过程中的化学物理过程（物质）以事故物质为灾害形式，研究事故物质在约束空间、半约束空间、开放空间中的化学过程和物理过程。研究其致灾过程、灾变过程、减灾过程的过程惯性和数值模式，提取和凝练其规律性认识。同时为事故物质的遥测预警提供特征属性和方法论基础。（2）事故全过程的能量传递与事故链机理（能量）以能量为灾害形式，研究基于典型事故物质的能量传递和能量系统变化模式，揭示主要事故现象和事故链的形成机理及其控制模式。基于事故现象和事故链的过程惯性，提取和凝练防灾减灾的基本原理和方法。（3）事故全过程多源信息遥测预警的理论和方法（信息）以信息为灾害形式，分别以事