基于事故樹方法的棄渣場安全研究

徐玉華，鄭 銳，張萬清

（福建省水土保持工作站,福建 福州 350003）

在人類探索和改造自然的過程中，產(chǎn)生了大量的固體廢棄物，我們將生產(chǎn)建設(shè)項目中排放的無特定功能的棄土、棄石、以及其它棄渣混合物堆放場地稱之為棄渣場。近幾十年來全球范圍內(nèi)發(fā)生了許多棄渣場引起的災(zāi)害，反映出棄渣場作為一種無序和盲目的人造危險源，在人類生產(chǎn)建設(shè)活動中必須要引起重視。進(jìn)行有效的事故分析，完善對渣場事故規(guī)律的認(rèn)識，對優(yōu)化我國生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場事前預(yù)防和事中管理模式有著重大的意義。

1 棄渣場現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 棄渣場類型

針對不同的棄渣場分類標(biāo)準(zhǔn)可以對棄渣場進(jìn)行多樣化分類，目前普遍認(rèn)可的棄渣場分類方式有兩種。①根據(jù)工程或區(qū)段的棄渣量，結(jié)合附近的地形地貌特點，棄渣方式可分填洼棄渣；溝道棄渣；坡面棄渣；平地棄渣四大類[1]。②根據(jù)棄渣成分或者棄渣所屬項目來源分類，分為渣土場[2]、排土場、尾礦庫、尾砂庫、赤泥庫[3]、儲灰場[4]。

1.2 棄渣場分布特點

棄渣場都盡可能的避開公共設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)企業(yè)、居民點，通常選擇在山丘的荒溝、凹地、支毛溝等地方，對主要設(shè)施點造成影響范圍較小的地點，同時較好考慮到了運(yùn)移交通的便利。棄渣場的布置往往根據(jù)主體項目的分布設(shè)置，一般如水電站、公路鐵路等線性工程，棄渣場分布同樣呈沿線分布。

1.3 棄渣場現(xiàn)存問題

目前我國的棄渣場建設(shè)還缺少統(tǒng)一的規(guī)范，在渣場選址及棄渣處理缺少周全的考慮，環(huán)保意識薄弱。同時我國棄渣場管理制度制定仍不完善，特別是缺乏針對小型棄渣場或臨時性棄渣場的管理制度，導(dǎo)致在建許多小型工程棄渣場隨意丟棄，引發(fā)破窗效應(yīng)。一些臨時性棄渣場由于缺乏管理和約束往往也會變成永久棄渣場。各個企業(yè)之間特別是民營企業(yè)棄渣排放缺乏聯(lián)合調(diào)度和管理。我國棄渣場的安全監(jiān)測覆蓋范圍非常小，且監(jiān)測手段仍然比較滯后。此外，大多數(shù)棄渣場由于過往盲目和混亂地排放，經(jīng)過長期生物及環(huán)境作用已經(jīng)極難辨認(rèn)，導(dǎo)致有許多棄渣場定位困難，甚至有人在棄渣場上建房、種地，產(chǎn)生極大的安全隱患。

2 棄渣場事故案例采集及分析

2.1 棄渣場事故案例庫

多年來，一般固體廢棄物堆存誘發(fā)的次生災(zāi)害不在少數(shù)。如泥石流、尾礦庫滲漏、攔渣壩潰壩、排土場滑坡等事故，不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，更對人民生命財產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重威脅[5]。本文案例庫所選近年來國內(nèi)外棄渣場事故案例總數(shù)為100，案例來源包括文獻(xiàn)資料、著作書籍、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、報紙、事故調(diào)查報告、福建省水保站水土保持相關(guān)資料。統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)主要包括棄渣場事故發(fā)生的時間、棄渣場類型、地點、以及事故主要誘因。

2.2 案例分析

根據(jù)收集的資料，統(tǒng)計出北半球棄渣場失穩(wěn)事故中所在月份頻數(shù)分布見圖1。

圖1 棄渣場事故所在月份頻數(shù)分布

從上述統(tǒng)計分析可以看出：一年中，但事故的高發(fā)期一般集中在5月～9月，主要原因是北半球這幾個月通常為雨季，降雨特別是強(qiáng)降雨或臺風(fēng)降雨對棄渣場的失事有著極大的影響比重。另外從統(tǒng)計的棄渣場失事類型統(tǒng)計圖中可得，目前的棄渣場失事事故主要存在于采礦及金屬行業(yè)。尾礦在我國一般工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)量中幾乎占據(jù)了小“半壁江山”，但龐大產(chǎn)生量中，利用量卻很有限[5]。大量尾礦庫在種種原因下發(fā)生事故，威脅下游人民生命和財產(chǎn)安全。

2.3 棄渣場事故誘因分析

從上述統(tǒng)計的棄渣場失事案例來看，事故發(fā)生的原因主要分為棄渣場內(nèi)在因素、外在環(huán)境因素以及人為因素三方面。每次棄渣場事故都與內(nèi)在因素有著密切的關(guān)系，內(nèi)因包括了棄渣場棄渣成分、物理力學(xué)特性及地形地質(zhì)條件，內(nèi)因可以說是棄渣場事故產(chǎn)生的前提和基礎(chǔ)。外部因素主要是氣候因素降雨、地下水、施工工藝和亂采亂挖、以及人為因素，每次棄渣場事故都有外部因素的作用。其中，降雨因素是導(dǎo)致事故發(fā)生的最主要因素，占到棄渣場事故的40%以上。棄渣場事故誘因頻率餅狀圖見圖2。

圖2 棄渣場事故誘因餅狀圖

3 棄渣場安全事故樹分析

目前國內(nèi)對尾礦庫和排土場的危害、安全評價方法以及預(yù)防措施進(jìn)行了比較系統(tǒng)和完善的研究[6～8]，但對于渣土場

表1 中間事件＆基本事件信息表

安全評價模型方面的研究相對較少。因此加強(qiáng)渣土場決策過程中存在的風(fēng)險因子識別、預(yù)測分析以及安全評價，確定其危險程度，制定切實可行、科學(xué)合理的預(yù)防和處理措施，對預(yù)防水土流失，保護(hù)環(huán)境及保障人民生命財產(chǎn)安全有著切實的意義。

3.1 棄渣場安全事故樹層次劃分

結(jié)合事故案例的調(diào)查分析，渣土場可能發(fā)生的風(fēng)險可以歸納為邊坡失穩(wěn)、水土流失、及環(huán)境污染三類。采用事故樹分析法分析發(fā)生以上3 種災(zāi)害的誘發(fā)因素，結(jié)合渣土場的堆排現(xiàn)狀，分別以它們發(fā)生的可能性進(jìn)行分析。

對棄渣場事故進(jìn)行事故樹分析，各基本因子信息見表1，所繪制的總體事故樹見圖3。

圖3 棄渣場總體風(fēng)險事故樹

3.2 事故樹最小徑集及最小割集計算

事故樹的布爾表達(dá)式如下所示：

（X1*X2+X3*X4）*（X5+X6+X7+X8+X25）*（X9+X10+X11）+X12*X13*X14+（X15*X16+X4*X17）*（X5+X6+X7+X8）*（X11+X9）+X18*X19*X20+X21*X22*X14*X21+X15*X23*X6+X5*X24

利用布爾運(yùn)算法則求出事故樹最小割集有74個，最小徑集有216個（見表2）。

表2 事故樹最小割集＆最小徑集表

3.3 事故樹基本事件結(jié)構(gòu)重要度計算

借助FTA進(jìn)行分析計算并整理可得各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度排序如下所示：I（X11）=I（X9）＞I（X10）＞I（X5）=I（X4）=I（X3）=I（X2）=I（X1）＞I（X6）＞I（X8）=I（X7）＞I（X25）＞I（X15）＞I（X21）=I（X16）＞I（X14）＞I（X24）=I（X22）＞I（X23）=I（X20）=I（X19）=I（X18）=I（X13）=I（X12）。

3.4 事故樹計算結(jié)果分析

（1）分析最小割集可知：該渣土事故樹，求得的最小割集74 個，這說明發(fā)生邊坡失穩(wěn)事故的途徑可有74 種，從數(shù)量上來看，發(fā)生渣土場失穩(wěn)事故的途徑很多。因此，需要加強(qiáng)防范意識，特別是汛期需做好安全排查和實時監(jiān)管。

（2）分析最小徑集可知：渣土場事故成功樹，求得最小徑集216 個，從這一數(shù)值看，使棄渣場保持安全穩(wěn)定的的控制途徑有216 種，但由于在渣土場建設(shè)完工后有些因素不可避免，例如地形地質(zhì)因素、渣土特性、汛期滲流因素等。因此，實際上使渣土場保持安全穩(wěn)定的控制途徑有只有不到百分之15%，即大概只有三十種。所以我們要把重點放在人為可控部分的因素這個點，確保棄渣場有足夠穩(wěn)定能力，即便失事也能確保搶險措施有效。

（3）分析結(jié)構(gòu)重要度可知：降雨引發(fā)的滲流變化、水流沖刷和浸潤線變化是發(fā)生渣土場事故的主要原因，一些地勢、河流、偶然作用等原因是次要原因。所以我們在進(jìn)行渣土場設(shè)計和管理時要重點放在渣土場監(jiān)管、防護(hù)、以及防汛工作上面。

4 結(jié)論

（1）棄渣場事故多集中在雨季，強(qiáng)降雨引發(fā)的一系列因素變化是導(dǎo)致棄渣場滑坡、泥石流或尾礦庫潰壩的重要原因，由此引發(fā)一系列嚴(yán)重后果。所以應(yīng)該將治理的重點放在水上，重點對棄渣場體內(nèi)外及地下水區(qū)域的水進(jìn)行控制和引導(dǎo)，修建截排水溝防止水流沖刷渣體，棄渣完畢后對裸露渣體邊坡設(shè)置粘土隔水層并進(jìn)行植被恢復(fù)[9]，可以有效防止地表水下滲及水土流失。

（2）對于擬建棄渣場應(yīng)從之前事后管理轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑邦A(yù)防和事中管理。從源頭開始，注重對渣場設(shè)置方案經(jīng)濟(jì)適用性和安全合理性進(jìn)行綜合考量，特別是對選址所在區(qū)域的水文氣象，地形地質(zhì)等影響棄渣場安全穩(wěn)定的關(guān)鍵因素要進(jìn)行風(fēng)險分析及對可能失事的薄弱部位采取針對性措施加固設(shè)計。

（3）對于已建和擬建棄渣場要注意制定高效合理的管理措施，分清責(zé)任防治范圍。對小眾行棄渣來源要實施聯(lián)合調(diào)度和嚴(yán)格管理，防止亂排、超排現(xiàn)象。從管理層面，對易損性較大的渣場要進(jìn)行重點監(jiān)測和即時反饋，特別是雨季來臨時，重點對棄渣場進(jìn)行滲流變化、坡面水流沖刷和浸潤線變化進(jìn)行實時監(jiān)測，對隱患部位應(yīng)及時采取補(bǔ)救措施及發(fā)布預(yù)警預(yù)報。