基于事故案例的Natech事件演化模式及風險分析*

郄子君,唐佳寧

(1.大連理工大學 人文與社會科學學部，遼寧 大連 116024；2.大連理工大學 經(jīng)濟管理學院，遼寧 大連 116024)

0 引言

Natech(Technological accidents triggered by natural hazards)即“自然災害引發(fā)事故災難”，是1種跨事件類型、多災種耦合的特殊災害鏈集合。Showalter等[1]系統(tǒng)闡述了自然災害與事故災難協(xié)同作用，并提出“Natech”定義。隨工業(yè)化進程加快，由自然災害誘發(fā)的次生安全事故不斷涌現(xiàn)。Natech事件給社會帶來重大損失與威脅，其防范與治理引起各界關注，并成為風險評估領域新的研究熱點之一。

目前，國內(nèi)外有關Natech事件研究聚焦于重大自然災害引發(fā)事故災難的典型案例分析，如汶川地震以及日本東京大地震引發(fā)的化工設施損毀和?；肥鹿蔥2-4]，以化工園區(qū)為中心的重化工業(yè)的Natech風險評估和損失預測等[5-7]，具有致災強度大、次生衍生現(xiàn)象顯著、破壞性強等特征，發(fā)生頻率較低但往往極具典型性。巨災型Natech研究為Natech現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、特征認識和形成機理剖析奠定基礎。然而，Natech現(xiàn)象并非只存在于巨災事件中，根據(jù)對2000—2020年各級事故調查報告的不完全統(tǒng)計，具備Natech特征的事故在我國均有發(fā)生，引發(fā)至少7起特別重大事故，40余起重大事故以及若干起較大事故和一般事故，部分事故引起巨大社會反響：如“7·23”甬溫線特別重大鐵路交通事故、“東方之星”號客輪翻沉事件等。

近年來，因自然災害引發(fā)的災難事故及事故危害受到各級應急管理部門關注。國家應急管理部的設立改變以往多個部門管理多個災種的局面，將自然災害與事故災難統(tǒng)籌管理[8]。雖然煤礦、危化品等行業(yè)陸續(xù)出臺預防自然災害引發(fā)事故災難應急預案，但仍缺乏系統(tǒng)化操作指南。此外，部分企業(yè)經(jīng)營過程中存在諸多Natech隱患，暴露我國Natech應急管理薄弱環(huán)節(jié)，地區(qū)Natech應急管理能力建設速度與經(jīng)濟發(fā)展速度不匹配的狀況時有發(fā)生，Natech防控水平亟需提升。

因此，本文通過對2000—2020年符合Natech特征的非巨災案例進行梳理，以災害鏈相關理論、公共安全三角形理論為基礎，解析Natech形成機理，旨在建立非巨災Natech風險分析概念框架，并利用網(wǎng)絡分析方法探究Natech關聯(lián)網(wǎng)絡重要節(jié)點與演化路徑特征，為非巨災Natech風險防控提供決策支持。

1 中國Natech事件特征分析

本文以中國各級應急管理部門事故通報、中國安全生產(chǎn)年鑒(2000—2017)、中國化學品安全協(xié)會事故案例和EM-DAT為數(shù)據(jù)來源，收集到164個具有Natech事件特征的災害案例。參考《自然災害分類與代碼》(GB/T 28921—2012)、《突發(fā)事件分類與編碼》(GB/T 35561—2017)和EM-DAT數(shù)據(jù)庫災害分類標準等，選擇16種典型自然災害事件和17種典型事故災難進行梳理。

鑒于Natech事件特殊性，本文基于3種鏈式災害相關理論進行案例分析。

1)自然災害鏈(Natural Cascading Disasters)。災害鏈是一系列災害相繼發(fā)生的現(xiàn)象[9]，自然災害鏈體現(xiàn)自然災害事件間的鏈式關系，即單一(或多種)首發(fā)自然災害發(fā)生引發(fā)單一(或多種)次生災害現(xiàn)象。

2)事故多米諾效應(Domino Effect)。事故多米諾效應是1種特殊的事故災難鏈，同時具備首發(fā)事故災難發(fā)生、首發(fā)事故引發(fā)一系列次生事故、首發(fā)事故引發(fā)一系列次生事故導致總損失大于僅發(fā)生首發(fā)事故導致?lián)p失3種特征。多米諾效應一般發(fā)生在化工和工礦領域，其核心為“首發(fā)事故-傳播途徑-目標設備(單元)”[10]。

3)并行災害/事故(Concurrent Disasters/Accidents)。并行災害/事故指成因不相關聯(lián)的災害/事故同時發(fā)生相互作用，并造成不同于單獨作用時災情的遭遇狀況，導致致災強度改變(增強或削弱),使承災載體更加脆弱[11]。

自然災害和事故災難間致災關聯(lián)一直是Natech研究重點。在巨災Natech中，自然致災因子強度大，人為異動影響能力較弱，一般被忽略?；凇渡a(chǎn)安全事故報告和調查處理條例》，非巨災Natech事件形成過程中，人為異動影響作用顯著，不能被忽略。各級Natech事件成災因素中人為異動統(tǒng)計見表1。

表1 各級Natech事件成災因素中人為異動統(tǒng)計Table 1 Statistics on anthropogenic anomalies in disaster factors of Natech events at each level

根據(jù)表1，將人為異動界定為導致Natech事件鏈形成、由人類活動產(chǎn)生的1類致災因子。Natech視角下的人為異動，或是1種無意識行為構成的Natech隱患，或與自然災害并行發(fā)生，2者成因不相關，但能造成不同于自然災害單獨作用時的后果，不包括可以獨立引發(fā)事故災難的人為活動。

基于16種自然災害和17種事故災難，構造33×33的鄰接矩陣，描述非巨災Natech中主體事件間相互作用關系。

1)空白表示2個災害/事故間暫時沒有發(fā)現(xiàn)相互作用關系。

2)1表示2個災害/事故間存在引發(fā)、誘發(fā)關系，如矩陣(31，1)處標記為1，表示洪澇災害可在一定條件下引發(fā)水污染事故。

3)2表示2個災害/事故間存在并行關系。如矩陣(4，3)和(3，4)處標記為2，表示暴雨災害和大風災害可在一定條件下并行發(fā)生，引發(fā)事故災難。

4)3表示在某種自然災害引發(fā)某種事故災難過程中，可能存在人為異動影響。如矩陣(25，1)處標記為3，表示在洪澇災害引發(fā)建筑施工事故過程中，可能存在冒險作業(yè)、臨危決策不當、監(jiān)測能力不足等人為異動影響。

基于164份Natech事件案例數(shù)據(jù)，得到中國2000—2020年非巨災Natech事件關聯(lián)矩陣，如圖1所示。

注：自然災害:FL(flood):洪澇災害；TY(typhoon):臺風災害；HP(heavy precipitation):暴雨災害；SW(strong wind):大風災害；HA(hail):冰雹災害；LI(lightning):雷電災害；LT(low temperature):低溫災害；IS(ice and snow):冰雪災害；HT(high temperature):高溫災害；FO(fog):大霧災害；EQ(earthquake)地震；CO(collapse hazards):崩塌災害；LS(landslide):滑坡；MS(mudslide):泥石流；GC(ground collapse):地面塌陷；OW(ocean wave):海浪災害 事故災難:RO(road accident):公路事故；RA(rail accident):鐵路事故；SH(ship accident):水運事故；AV(aviation accident):航空事故；MI(mine accident):礦難；HC(hazardous chemical accident):?；肥鹿剩籉I(fire):火災；EX(explosion):爆炸；CA(construction accident):建筑施工事故；EF(electricity network failure):電力事故；CS(communication system accident):通信事故；WA(water conservancy accident):水利事故；BC(building collapse accident):建筑垮塌事故；SE(special equipment accident):特種設備事故；WC(water contamination):水污染；AC(air contamination):大氣污染；SC(soil contamination):土壤污染。圖1 中國2000—2020年非巨災Natech事件關聯(lián)矩陣Fig.1 Correlation matrix of non-catastrophe Natech events:based on Natech event cases in China from 2000 to 2020

2 非巨災Natech事件演化模式

基于3種鏈式理論，對Natech事件各種演化路徑進行梳理。

“首發(fā)自然災害?首發(fā)事故災難”是Natech事件鏈基礎結構。除一般災害鏈特征外，Natech鏈中必須同時存在首發(fā)自然災害和首發(fā)事故災難且2者在時序上為先后關系，缺少其中1個特征則不屬于Natech范疇。將“首發(fā)自然災害?首發(fā)事故災難”稱為“基礎Natech鏈”?？紤]并行自然災害、人為異動等其他因素的耦合影響，對基礎鏈進行擴展得到“復雜Natech鏈”，復雜Natech鏈可以歸納為以下6類，其中“”表示自然災害，“”表示事故災難，“”表示人為異動因素。

1)首發(fā)自然災害[+并行自然災害] ?首發(fā)事故災難[+并行事故]→次生事故災難(多米諾效應)，典型演化路徑如圖2(a)所示[12]。

2)首發(fā)自然災害[+并行自然災害]+人為異動?首發(fā)事故災難[+并行事故]→次生事故災難(多米諾效應)，典型演化路徑如圖2(b)所示[13]。

3)首發(fā)自然災害[+并行自然災害]→次生自然災害(自然災害鏈)?首發(fā)事故災難[+并行事故]→次生事故災難(多米諾效應)，典型演化路徑如圖2(c)所示[14]。

4)首發(fā)自然災害[+并行自然災害]+人為異動→次生自然災害(自然災害鏈)?首發(fā)事故災難[+并行事故]→次生事故災難(多米諾效應)，典型演化路徑如圖2(d)所示[15]。

5)首發(fā)自然災害[+并行自然災害]→次生自然災害(自然災害鏈)+人為異動?首發(fā)事故災難[+并行事故]→次生事故災難(多米諾效應)，典型演化路徑如圖2(e)所示[16]。

6)首發(fā)自然災害[+并行自然災害] ?首發(fā)事故災難[+并行事故]+人為異動→次生事故災難(多米諾效應)，典型演化路徑如圖2(f)所示[17]。

基于6種典型演化路徑，結合多災種相互作用機理[18]，構建非巨災Natech事件形成過程和演化模式分析框架，如圖3所示。

圖3 非巨災型Natech事件形成路徑及演化模式分析框架Fig.3 Analytical framework on formation paths and evolution modes of non-catastrophe Natech events

3 基于事件關聯(lián)矩陣的非巨災Natech事件風險分析

3.1 非巨災Natech關聯(lián)網(wǎng)絡中關鍵事件節(jié)點辨識

非巨災Natech事件是以自然災害和事故災難為節(jié)點，以自然災害內(nèi)部聯(lián)系、事故災難內(nèi)部聯(lián)系和自然災害與事故災難間聯(lián)系為邊的有向網(wǎng)絡。非巨災Natech事件關聯(lián)網(wǎng)絡如圖4所示，關聯(lián)網(wǎng)絡共包含33個節(jié)點，121條邊。

圖4 非巨災Natech事件關聯(lián)網(wǎng)絡Fig.4 Correlation network of non-catastrophe Natech events

利用網(wǎng)絡測度指標挖掘分析網(wǎng)絡重要節(jié)點，有助于認識非巨災Natech形成關鍵，有效控制事件演化過程。本文以點度中心性和介數(shù)中心性為基本測度指標，其中入度和出度刻畫某事件受其它災害或事故影響程度以及引發(fā)其他災害或事故的能力；介數(shù)中心性刻畫某事件對網(wǎng)絡全局控制力和影響力，介數(shù)中心性較高表示有較多的Natech鏈演化歷經(jīng)該事件節(jié)點。此外，為探求自然災害事件和事故災難間密切程度，選取鏈接分析中HITs算法的Hub值和Authority值為參考，Authority值代表Natech中某類事故災難與自然致災因素直接關聯(lián)程度，Hub值表示某類自然災害與事故災難直接關聯(lián)程度。中國非巨災Natech網(wǎng)絡測度指標見表2(每項測度指標均只取前6位)。

由表2可知，暴雨災害(HP)的度、出度、介數(shù)中心性和Hub值相對最大，表明暴雨是中國非巨災Natech網(wǎng)絡中對全局影響能力最強的節(jié)點。多米諾效應引發(fā)次生自然災害及誘發(fā)事故災難的能力很強，60%以上的潛在路徑包含暴雨災害，且與人為異動協(xié)同作用最顯著，上述特點使暴雨災害整體風險難以預測，而在巨災Natech中，暴雨災害影響力一般小于地震災害。

注：圖中用實線單箭頭標識一般誘發(fā)關系，虛線箭頭標識并發(fā)關系，實線雙箭頭標識過程中存在人為異動影響。圖2 典型Natech事件演化路徑分析Fig.2 Analysis on evolution paths of typical Natech events

表2 中國非巨災Natech網(wǎng)絡測度指標Table 2 Measurement indexes of non-catastrophe Natech network in China

所有事故災難類型中，電力事故(EF)點度中心性和介數(shù)中心性相對最大，即在中國非巨災Natech網(wǎng)絡中，電力事故是需要關注的核心事故災難類型，預防電力事故發(fā)生是非巨災Natech斷鏈減災關鍵之一。臺風、大風、暴雨、洪澇、雷電、低溫和冰雪災害均能引發(fā)電力事故，而作為首發(fā)事故的電力事故還可引發(fā)鐵路、火災/爆炸、建筑施工和特種設備等事故。此外，以電力事故為“中介”的Natech鏈路徑較長，次生事故比電力事故本身后果更嚴重。非巨災Natech中電力事故主要包括電網(wǎng)事故和局部電力事故2類：電網(wǎng)事故會造成巨大經(jīng)濟損失，2005年湖北黃州電網(wǎng)風災事故造成110 V以上桿塔損壞22基，輸電塔倒塌18基[19]；局部電力事故容易造成人員傷亡，如“7·23”甬溫線動車事故誘發(fā)原因之一為雷擊導致電路設備故障后應急處置不力，并最終造成40人死亡[20]。

水污染(WC)是自然災害引發(fā)突發(fā)環(huán)境污染事故的主體，且近年來呈增加趨勢。水污染不僅容易被自然災害或首發(fā)事故觸發(fā)，而且事后影響力較強[21]。如暴雨、洪澇和雷電等自然災害，礦難、火災/爆炸和電力事故等事故災難均能直接或間接引發(fā)水污染，水污染事故還可能進一步引發(fā)群眾恐慌、居民生活用水受限、飲水中毒或疾病流行等問題，人為異動會加劇事故危害程度。據(jù)事故調查報告顯示，工廠選址失誤、礦區(qū)過度開采、冒險作業(yè)、施工設計缺陷、災害監(jiān)測失誤和安全管理混亂等人為異動均可加劇水污染事故，而人為異動的控制效果很大程度需要依賴生產(chǎn)安全知識的普及，相關法律體系的完善以及監(jiān)督執(zhí)法力度的增強。

基于社團劃分方法[22]，對網(wǎng)絡節(jié)點進行聚類分析，將所有事件節(jié)點分為3組：從自然誘因角度，其中2組為氣象類自然災害及其相關聯(lián)事故災難，C1主要包括暴雨(HP)、臺風(TY)、大霧(FO)、大風(SW)、海浪(OW)等與風雨霧相關的自然災害，與水運事故(SH)、公路事故(RO)、航空事故(AV)等各類交通事故和建筑施工事故(CA)的發(fā)生密切相關；C2包括雷電(LI)、低溫(LT)、高溫(HT)、冰雪(IS)、冰雹(HA)等自然災害，及其直接引發(fā)的事故災難和因多米諾效應而產(chǎn)生的事故災難包括爆炸(EX)、特種設備事故(SE)、火災(FI)、?；肥鹿?HC)、電力事故(EF)、水污染(WC)、大氣污染(AC)、土壤污染(SC)；C3以地質災害及其相關聯(lián)的事故災難為主，包括地震(EQ)、洪澇(FL)、滑坡(LS)、泥石流(MS)、崩塌(CO)、地面塌陷(GC)；聚集性的事故災難包括建筑物垮塌(BC)、水利事故(WA)、通信事故(CS)、礦難(MI)、鐵路事故(RA)。

相同聚類組別中自然災害和事故災難間的引發(fā)、誘發(fā)關系更加緊密。因此，在Natech風險防控過程中，當出現(xiàn)某類自然致災因子時，需關注與其同組中的次生自然災害和事故災難發(fā)生的可能，提前做好風險排查應急準備。

3.2 非巨災Natech事件潛在演化路徑發(fā)現(xiàn)

因案例樣本有限，不能涵蓋所有非巨災Natech事件鏈條，但可通過非巨災Natech關聯(lián)網(wǎng)絡盡可能發(fā)現(xiàn)理論上存在發(fā)生風險的潛在演化路徑，為Natech事件斷鏈減災提供參考。基于非巨災Natech事件關聯(lián)網(wǎng)絡，利用Matlab計算初始節(jié)點為任意自然災害，并經(jīng)過至少1個事故災難節(jié)點的所有路徑，得到路徑大于2的潛在Natech鏈2 875條，路徑長度分布如圖5所示。

圖5 Natech事件鏈路徑長度統(tǒng)計分布Fig.5 Statistical distribution for path length of Natech event chains

案例中直接抽取獲得的Natech鏈長度多集中在1或2，即涉及2～3種事件類型。由圖5可知，超過80%的潛在路徑長度可以達到4，出現(xiàn)頻次最高的路徑長度為5。Natech事件鏈最長潛在路徑為9，涉及10種事件。其中，自然誘因以氣象致災因子為主，可能造成的事故災難包括火災、爆炸、礦難、建筑事故等。事件鏈越長，人為異動在成鏈過程中的影響越顯著，且在同一Natech鏈中，事件之間路徑越長，事件演化路徑隱蔽性越高，事件之間關聯(lián)關系越容易被忽略。如臺風和火災似乎不相關聯(lián)，但卻存在于同一Natech事件鏈中，臺風暴雨過后出現(xiàn)高溫，可能引發(fā)火災，臺風導致電路受損，如未及時排查修復，恢復通電之后也可能導致火災。

4 結論

1)通過對2000—2020年中國Natech案例進行系統(tǒng)梳理發(fā)現(xiàn)，除自然致災因子直接或間接導致事故災難發(fā)生外，許多非巨災Natech形成過程中，人為異動是非巨災Natech風險防控重要著力點之一。

2)暴雨災害是中國非巨災Natech網(wǎng)絡中對全局影響能力最強的節(jié)點，60%以上潛在Natech事件演化路徑均包含暴雨災害，與人為異動協(xié)同作用相對顯著；以電力事故為“中介”的Natech鏈路徑較長，次生事故比電力事故本身后果更嚴重，是需要重點關注的核心事故災難類型；水污染事故作為自然災害引發(fā)突發(fā)環(huán)境污染事故的主體，近年呈增加趨勢，是較容易被自然災害或首發(fā)事故觸發(fā)的事件，而且具有較強的事后影響力。

3)基于社團劃分方法對事件進行聚類分析，中國Natech事件大體呈3組聚集趨勢，從自然誘因角度，其中2組為氣象類自然災害及其相關聯(lián)的事故災難，另外1組以地質災害及其相關聯(lián)的事故災難為主。

4)通過對符合Natech事件特征的所有潛在Natech鏈條統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，Natech事件鏈越長，人為異動在成鏈過程中影響越顯著，且在同一Natech鏈中，路徑越長事件演化路徑隱蔽性越高，事件之間關聯(lián)關系越容易被忽略。

5)后續(xù)研究將以Natech關聯(lián)網(wǎng)絡為基礎，設計典型觸發(fā)場景，利用情景仿真模擬，探討不同條件下Natech風險防范措施,以期為采取針對性應急響應，防范Natech事件發(fā)生,控制Natech事件演化升級提供決策參考。