湖南某抽水蓄能電站建設(shè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)研究

鐘聚光　張祥富　耿必君　袁濤

摘要：為探究湖南某抽水蓄能電站建設(shè)對周邊區(qū)域環(huán)境影響，基于案例調(diào)研與工程實(shí)證分析，識別水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)以及地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等3類環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)并開展針對性的分析研究;運(yùn)用事故樹理論，擬定頂上事件，闡明各級環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件間邏輯關(guān)聯(lián)，構(gòu)建環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故樹;利用布爾邏輯運(yùn)算，計(jì)算最小割集與結(jié)構(gòu)重要度，分析環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)制定風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施。

Abstract： In order to explore the influence of the construction of a pumped storage power station in Hunan on the surrounding environment， three types of environmental risks， including water environment risk， ecological environment risk and geological environment risk， were identified and analyzed based on case study and engineering empirical analysis. This paper uses the accident tree theory， draws up the top event， clarifies the logical correlation between environmental risk events at all levels， and constructs the environmental risk accident tree. The minimum cut set and the importance of structure are calculated by Boolean logic operation.

關(guān)鍵詞：水利工程;抽水蓄能電站;環(huán)境風(fēng)險(xiǎn);事故樹

Key words： hydropower engineering;pumped storage power station;environmental risk;accident tree

中圖分類號：TV5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）28-0092-03

0? 引言

抽水蓄能電站是利用電力負(fù)荷低谷時(shí)的利用電能將水抽至上水庫，電力負(fù)荷高峰時(shí)泄水發(fā)電補(bǔ)充電力系統(tǒng)電能缺口的一種蓄能電站，主要承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相以及電力系統(tǒng)事故備用等作用。本文主要以湖南省汨羅江一級支流清水河右岸支流百福溪某抽水蓄能電站為例，探究電站在建設(shè)過程中對周邊環(huán)境影響，分析電站周邊地形地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，以期通過科學(xué)手段減少電站建設(shè)對周邊環(huán)境影響[1]。

抽水蓄能電站建設(shè)前的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)研究對于電站周邊環(huán)境保護(hù)具有重要意義，關(guān)于抽水蓄能電站建設(shè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的研究主要有：張志強(qiáng)等[2]從抽水蓄能電站建設(shè)環(huán)境監(jiān)理的角度出發(fā)，擬定水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、聲環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等幾個(gè)抽水蓄能電站建設(shè)主要環(huán)境風(fēng)險(xiǎn);王英等[3]利用衛(wèi)星遙感影像作為抽水蓄能電站施工前后土地利用與生態(tài)環(huán)境變化數(shù)據(jù)的來源，針對工程實(shí)施強(qiáng)度對生態(tài)環(huán)境的影響開展研究;李朝霞等[4]通過構(gòu)建以水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、社會環(huán)境為主體的評價(jià)指標(biāo)體系，定性研究水電站建設(shè)對流域環(huán)境影響;黃勇等[5]運(yùn)用RS與GIS技術(shù)分析景觀形狀指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)等指標(biāo)，針對抽水蓄能電站建設(shè)對流域景觀格局的影響開展研究。

上述學(xué)者主要針對各類抽水蓄能電站建設(shè)對環(huán)境的影響開展研究，對本文湖南某抽水蓄能電站建設(shè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識別、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析的相關(guān)研究提供了理論基礎(chǔ)與方法，但是由于各電站建設(shè)過程中的差異性較大，其他電站的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)也不可完全照搬使用。鑒于此，本文識別南某抽水蓄能電站建設(shè)相關(guān)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建事故樹分析模型，明確環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)頂上事件與其他各級環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件，定義各環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件邏輯關(guān)聯(lián)，計(jì)算事故樹最小割集與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)基本事件結(jié)構(gòu)重要度，分析各環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件對頂上事件的影響，為電站建設(shè)環(huán)境保護(hù)提供建議。

1? 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識別

湖南某抽水蓄能電站上、下游庫區(qū)均位于福壽山-汨羅江國家級風(fēng)景名勝區(qū)范圍內(nèi)，上游庫區(qū)部分區(qū)域還屬于福壽山省級森林公園范圍內(nèi)?；诖罅课墨I(xiàn)調(diào)研與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文初步識別與湖南某抽水蓄能電站建設(shè)相關(guān)的水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)以及地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等3類環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要是在電站建設(shè)過程中可能由于施工產(chǎn)生的廢料、廢水、廢渣等施工垃圾的不合規(guī)排放，導(dǎo)致地表水水質(zhì)污染，以及電站建設(shè)過程中的打樁、基坑開挖等施工工序?qū)е碌叵滤h(huán)境穩(wěn)定性破壞，產(chǎn)生地下水水位下降以及地下暗流、暗河等地下徑流水質(zhì)污染。

生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要是電站建設(shè)過程中由于需要修建攔河壩、上下游水庫、生活區(qū)、上下游交通通道等水利樞紐設(shè)施，導(dǎo)致電站周邊農(nóng)田、森林等面積縮小，部分農(nóng)業(yè)用地可能由于電站施工過程中產(chǎn)生的污染物質(zhì)導(dǎo)致污染以及農(nóng)作物減產(chǎn)，部分生物物種可能由于施工產(chǎn)生的污染與噪音被動遷移棲息地，甚至死亡。

地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要是在電站建設(shè)過程中可能由于炸藥爆破等因素的影響，導(dǎo)致施工區(qū)域以及周邊區(qū)域山體出現(xiàn)滑坡、塌方以及泥石流等自然災(zāi)害。

2? 事故樹分析模型

2.1 事故樹構(gòu)建流程? 事故樹將導(dǎo)致事故發(fā)生的諸多事件通過樹狀的邏輯圖譜有序的連接起來，可以較好的表達(dá)事故產(chǎn)生的機(jī)理，明確導(dǎo)致事故發(fā)生的各事件的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。事故樹的構(gòu)建流程本質(zhì)上是一個(gè)逆向分析的過程：首先，通過構(gòu)建頂上事件，即某事故的發(fā)生，作為事故樹的起點(diǎn)。其次，對該頂上事件通過科學(xué)的分析手段逐層分解，得到諸多中間事件，并定義這些中間事件相對于上層事件的因果關(guān)系，這些中間事件在事故樹中起到一個(gè)承接的作用，但這些事件并不是導(dǎo)致事故發(fā)生的最本質(zhì)原因。最后，對中間事件進(jìn)一步分解得到最底層的基本事件，并定義基本事件相對于上層事件的因果關(guān)系，這些事件通常較為具體，基本無法再做進(jìn)一步細(xì)分。通過上述步驟便可得到一個(gè)完整并具有清晰邏輯關(guān)系表達(dá)的事故樹。

事故樹分析方法對于本文環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)研究較為適用，可以通過該方法探究各環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)以及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件間的因果關(guān)聯(lián)，同時(shí)也可定量評估各環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件結(jié)構(gòu)重要度，因此本文將利用事故樹來開展相關(guān)研究。

2.2 事故樹分析流程? 事故樹分析流程可劃分為以下幾個(gè)階段：

2.2.1 最小割集計(jì)算? 事故樹的邏輯關(guān)系有“與門”、“或門”兩種，為求解最小割集需要根據(jù)事故樹的邏輯圖譜，利用布爾邏輯運(yùn)算法則，將頂上事件用“與門”、“或門”表達(dá)出來，其中“與門”代表乘法，“或門”代表加法。通過頂上事件最終的數(shù)學(xué)表達(dá)結(jié)果，得到導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的所有基本事件組合，即最小割集。

2.2.2 結(jié)構(gòu)重要度計(jì)算? 各基本事件結(jié)構(gòu)重要度可表示為：（2）

式中，m為最小割集數(shù)量;n為含有第j個(gè)基本事件的最小割集數(shù)量;Wk第j個(gè)基本事件的第k個(gè)最小割集中基本事件的數(shù)量。

基本事件結(jié)構(gòu)重要度可以表征該事件對于頂上事件發(fā)生的貢獻(xiàn)值，重要度越高則貢獻(xiàn)值越大。

3? 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故樹構(gòu)建

3.1 頂上事件確定? 為利用事故樹理論開展湖南某抽水蓄能電站建設(shè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)研究，首先需要確定頂上事件，即電站建設(shè)過程中與環(huán)境相關(guān)最不期望發(fā)生的事件。從本文研究角度，該最不期望發(fā)生事件即為環(huán)境破壞事件，因此將環(huán)境破壞定義為頂上事件。

3.2 因果關(guān)系確定? 在頂上事件確定后，需要從頂上事件開始，逐級分解得到中間事件，并繼續(xù)分解得到無法再予以細(xì)分的基本事件。根據(jù)前文識別得到的各環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，可以得到湖南某抽水蓄能電站建設(shè)各級環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)中間事件、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)基本事件以及各級環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件間的因果關(guān)系。具體內(nèi)容見表1。

對于表1中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)一級中間事件，可以用邏輯門“與門”表示各事件間的邏輯關(guān)系，即水環(huán)境破壞、生態(tài)環(huán)境破壞以及地質(zhì)環(huán)境破壞這三個(gè)事件均發(fā)生時(shí)，才會導(dǎo)致頂上事件環(huán)境破壞事件的發(fā)生。同樣地表水環(huán)境破壞與地下水環(huán)境破壞同時(shí)發(fā)生才會導(dǎo)致水環(huán)境破壞，因此其之間的邏輯關(guān)系也為“與門”。對于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)基本事件施工排污、爆破炸藥殘留物只要其中有一個(gè)事件發(fā)生，均會導(dǎo)致地表水環(huán)境破壞，因此其之間的邏輯關(guān)系為“或門”。

3.3 事故樹構(gòu)造? 根據(jù)上文對環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)一級中間事件、二級中間事件以及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)基本事件之間關(guān)系的描述，構(gòu)建湖南某抽水蓄能電站建設(shè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故樹見圖1。

4? 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析

4.1 最小割集計(jì)算

在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故樹構(gòu)建完成的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步分析湖南某抽水蓄能電站建設(shè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，需要根據(jù)事故樹所表述的邏輯關(guān)系，利用布爾邏輯運(yùn)算法則求解出導(dǎo)致環(huán)境破壞事件發(fā)生的所有事故模式，即求解最小割集。

根據(jù)式（1）可以得到12個(gè)最小割集為：

4.2 結(jié)構(gòu)重要度計(jì)算

根據(jù)式（2）可以得到湖南某抽水蓄能電站建設(shè)各環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)基本事件結(jié)構(gòu)重要度見表2。

通過表2可以得到Y(jié)5、Y6、Y7、Y8、Y9、Y10這6個(gè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度最高，因此其對于環(huán)境破壞的影響最大，工程建設(shè)過程中需要對上述幾個(gè)基本事件的發(fā)生做嚴(yán)格控制。同時(shí)也可以通過圖1得到，農(nóng)業(yè)用地減少、農(nóng)業(yè)用地污染、農(nóng)作物減產(chǎn)、森林面積減少、動物種群減少以及植被種類減少等6個(gè)結(jié)構(gòu)重要度最高的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)基本事件均屬于生態(tài)環(huán)境破壞一級中間事件，因此在工程建設(shè)過程中對于生態(tài)環(huán)境保護(hù)需要格外重視，減少電站減少對周邊區(qū)域環(huán)境的影響。

5? 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防機(jī)制

5.1 管理措施

項(xiàng)目建設(shè)單位在施工過程中應(yīng)建立切實(shí)可行的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防機(jī)制和獎懲措施，強(qiáng)化環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理，減少環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)基本事件尤其是生態(tài)環(huán)境破壞事件的發(fā)生幾率。建設(shè)單位需要定期組織環(huán)境安全相關(guān)專家對現(xiàn)場作業(yè)人員強(qiáng)化環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防機(jī)制的學(xué)習(xí)，做到從被動環(huán)境保護(hù)到主動環(huán)境保護(hù)的轉(zhuǎn)變，督促現(xiàn)場作業(yè)人員嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防機(jī)制。

5.2 技術(shù)措施

項(xiàng)目建設(shè)單位需要加強(qiáng)對于項(xiàng)目施工方施工工法與施工工序的監(jiān)督檢查，加強(qiáng)對施工組織設(shè)計(jì)中安全文明施工部分內(nèi)容的審查，提高審批標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵施工方利用先進(jìn)環(huán)保的施工機(jī)械、設(shè)備以及材料，做到從源頭上減少項(xiàng)目建設(shè)對周邊環(huán)境的影響。

5.3 組織措施

項(xiàng)目建設(shè)單位應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況建立環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防組織機(jī)構(gòu)，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防組織機(jī)構(gòu)除了針對現(xiàn)有可預(yù)測的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件開展預(yù)防與管控外，還需要對一些突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行應(yīng)急管理，構(gòu)建一整套環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急事件處理系統(tǒng)，并依托《湖南省突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案》的要求編制突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件應(yīng)急預(yù)案。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防組織機(jī)構(gòu)需要加強(qiáng)對于突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事緊急處置的能力，在日常工作中加強(qiáng)管理與宣傳工作，減少不必要的環(huán)境破壞與損失。

6? 結(jié)論

本文針對湖南某抽水蓄能電站建設(shè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)開展研究，識別電站建設(shè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)用事故樹理論構(gòu)建事故樹分析模型，探究電站建設(shè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，擬定環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施，減少電站建設(shè)對周邊環(huán)境影響。

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