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    基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的中國分區(qū)域潰壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)研究

    2024-06-03 12:14:42李巍衣建妮張賀祥焦余鐵
    人民黃河 2024年4期
    關(guān)鍵詞:風(fēng)險(xiǎn)偏好潰壩

    李巍 衣建妮 張賀祥 焦余鐵

    摘 要:潰壩風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)是大壩管理者進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)決策的基礎(chǔ),然而潰壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)作為潰壩風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的重要內(nèi)容之一,目前尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。借鑒生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)中關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和當(dāng)量因子法的研究思路,對(duì)環(huán)境價(jià)值進(jìn)行量化;利用ALARP 準(zhǔn)則和F-N 曲線將潰壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效銜接;考慮我國不同區(qū)域環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的差異,構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)偏好矩陣以確定各區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)偏好情況,進(jìn)而提出了我國潰壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn),并以河南省陸渾水庫為例進(jìn)行了應(yīng)用說明。

    關(guān)鍵詞:潰壩;環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn);當(dāng)量因子法;風(fēng)險(xiǎn)偏好

    中圖分類號(hào): TV698 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A doi:10.3969/ j.issn.1000-1379.2024.04.023

    引用格式:李巍,衣建妮,張賀祥,等.基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的中國分區(qū)域潰壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)研究[J].人民黃河,2024,46(4):135-141.

    近年來極端氣象事件頻發(fā),超標(biāo)準(zhǔn)洪水發(fā)生頻率不斷提高,我國部分水庫大壩設(shè)計(jì)存在缺陷、建設(shè)質(zhì)量差和運(yùn)行管理不善等導(dǎo)致潰壩時(shí)有發(fā)生[1] 。潰壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)是進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和決策的依據(jù),制定合理的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)不僅有利于幫助決策者全面認(rèn)識(shí)大壩的風(fēng)險(xiǎn)水平,做出更科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)決策,完善潰壩風(fēng)險(xiǎn)后果評(píng)價(jià)體系及大壩風(fēng)險(xiǎn)管理理論,而且對(duì)于建設(shè)生態(tài)美好中國具有重要的意義[2-3] 。

    目前尚沒有統(tǒng)一的潰壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)[4] 。因?yàn)闈苇h(huán)境涉及范圍廣,具有影響因素繁多和量綱不統(tǒng)一等特點(diǎn),所以難以對(duì)環(huán)境價(jià)值進(jìn)行量化。相較于潰壩造成的生命損失和經(jīng)濟(jì)損失,以往研究對(duì)潰壩環(huán)境影響的關(guān)注度較低,因此導(dǎo)致目前多數(shù)研究成果集中于潰壩環(huán)境指標(biāo)體系的構(gòu)建及數(shù)學(xué)方法分析上。如:王仁鐘等[5] 認(rèn)為常見的環(huán)境影響是指開發(fā)行為可能引起的環(huán)境條件的改變或新的環(huán)境條件的形成,影響主要體現(xiàn)在河道形態(tài)的變化、生物及其棲息地的喪失、人文景觀的破壞,以及易受影響、造成重大環(huán)境影響或污染的工業(yè)影響等,并定義了一個(gè)影響指數(shù)來評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)大?。缓螘匝嗟龋郏叮?認(rèn)為環(huán)境影響是指由水庫潰壩引發(fā)的區(qū)域環(huán)境條件的變化,具體體現(xiàn)在水、土、生態(tài)和人居環(huán)境等方面,并應(yīng)用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)法來評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)大?。唬停牛危模希冢?F 等[7] 認(rèn)為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要與大壩下墊面的侵蝕、滲濾液量以及污染負(fù)荷等有關(guān),并定義了大壩環(huán)境安全指數(shù)來計(jì)算環(huán)境風(fēng)險(xiǎn);程莉等[8] 認(rèn)為環(huán)境影響是指人類活動(dòng)包括經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的作用和導(dǎo)致的環(huán)境變化,以及由此引起的對(duì)人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的效應(yīng),并基于現(xiàn)有研究成果選擇河道形態(tài)、水環(huán)境、土壤環(huán)境、植被覆蓋、生物多樣性、人文環(huán)境及污染工業(yè)等7 個(gè)潰壩環(huán)境影響因素,應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論進(jìn)行了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià);Xu 等[9] 考慮土地承載力、水質(zhì)、水庫淤積、下游河床侵蝕及地震地質(zhì)災(zāi)害等因素對(duì)環(huán)境影響進(jìn)行分析;李宗坤等[10] 基于集對(duì)分析-可變模糊集耦合模型,構(gòu)建并細(xì)化了潰壩環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。這類方法可有效用于潰壩環(huán)境影響嚴(yán)重程度排序,但是并不能給出評(píng)價(jià)結(jié)果具體表示什么后果(通常將評(píng)價(jià)結(jié)果分為一般、嚴(yán)重、極其嚴(yán)重等3~5 個(gè)等級(jí),僅能表示風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)大小),屬于半定量評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果往往不具有通用性[1] ,因此不適合用來制定風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)潰壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的定量表征,張瑩[11] 將能值足跡法引入潰壩環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中。能值足跡法是生態(tài)環(huán)評(píng)領(lǐng)域常用方法之一,然而該方法的能量折算系數(shù)和能值轉(zhuǎn)換率取值科學(xué)性和準(zhǔn)確性還有待進(jìn)一步提高[11] ?;诋?dāng)量因子法量化的生態(tài)服務(wù)價(jià)值(Ecosystem ServiceValue,ESV)應(yīng)用廣泛,直觀易用,數(shù)據(jù)需求少,特別適用于區(qū)域或全球尺度環(huán)境價(jià)值評(píng)估[12] 。因此,本文在采用當(dāng)量因子法量化環(huán)境價(jià)值的基礎(chǔ)上,借助ALARP準(zhǔn)則、F-N 曲線法和風(fēng)險(xiǎn)矩陣,初步探究構(gòu)建我國分區(qū)域潰壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn),為后續(xù)研究提供借鑒。

    1 潰壩環(huán)境影響的定義及環(huán)境價(jià)值的估算

    1.1 潰壩環(huán)境影響的定義

    雖然各個(gè)學(xué)者對(duì)潰壩環(huán)境影響的具體定義有所差異,尚沒有形成統(tǒng)一的定義[1] ,但是其實(shí)質(zhì)是水庫潰壩引發(fā)水庫附近自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境條件的變化[13-14] 。而自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境均屬由生物和非生物組成的自然生態(tài)系統(tǒng)。人類生存所需要的水、土、空氣、食物、藥材、木材和煤炭等原料都是自然生態(tài)系統(tǒng)直接提供的。自然生態(tài)系統(tǒng)具有很多重要的功能來保證人類的健康發(fā)展,如調(diào)節(jié)氣候、凈化水體和空氣、分解廢物、涵養(yǎng)水土、緩解旱澇災(zāi)害、保護(hù)生物多樣性等[15-16] 。自然生態(tài)系統(tǒng)通過其功能不斷為人類提供環(huán)境條件和物質(zhì)基礎(chǔ),創(chuàng)造著服務(wù)價(jià)值(類似由人類勞動(dòng)創(chuàng)造的價(jià)值GDP),因此從人類角度來看,可以將廣義的潰壩造成的環(huán)境影響定義為:潰壩破壞使得自然生態(tài)服務(wù)供給稀缺,導(dǎo)致ESV 產(chǎn)出減少。

    1.2 環(huán)境價(jià)值的估算

    當(dāng)量因子法是謝高地等[17] 在Costanza 等研究的基礎(chǔ)上構(gòu)建的一種基于專家知識(shí)的ESV 量化方法,其將1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子(以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量)定義為1 hm2 全國平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,以衡量生態(tài)系統(tǒng)對(duì)生態(tài)服務(wù)貢獻(xiàn)相對(duì)大小的潛在能力。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值體現(xiàn)在糧食生產(chǎn),糧食產(chǎn)量價(jià)值主要依據(jù)稻谷、小麥和玉米三大糧食作物計(jì)算,其計(jì)算公式為

    D = SrFr + SwFw + ScFc (1)

    式中:D 為1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量的生態(tài)環(huán)境價(jià)值量;Sr、Sw、Sc分別為2019 年稻谷、小麥和玉米的播種面積占3 種作物播種總面積的比例;Fr、Fw、Fc 分別為全國稻谷、小麥和玉米的單位面積平均凈利潤。

    參考2017 年、2018 年和2019 年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》[18-20] 及《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》[21-23] ,確定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量(D)大小為1 482.67 元/ hm2。謝高地[17] 等基于已有研究成果,參考相關(guān)統(tǒng)計(jì)年鑒及各類統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)資料,使用基于改進(jìn)的CASA 模型、NPP 數(shù)據(jù),結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn),確定了不同類型生態(tài)系統(tǒng)單位面積各類服務(wù)功能年均價(jià)值當(dāng)量(以下簡稱基礎(chǔ)當(dāng)量),見表1。

    本文使用土地利用遙感數(shù)據(jù),以耕地對(duì)應(yīng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、沼澤對(duì)應(yīng)濕地生態(tài)系統(tǒng)。取森林、草地、水域和荒漠的生態(tài)系統(tǒng)二級(jí)分類的基礎(chǔ)當(dāng)量平均值分別作為遙感數(shù)據(jù)中林地、草地、水域和未利用土地(除沼澤地以外)的計(jì)算因子,根據(jù)表1 計(jì)算得到2020 年全國各地區(qū)ESV,如圖1 所示。

    2 潰壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建方法

    2.1 風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建原則

    由于不同國家的政治、經(jīng)濟(jì)、文化等可能存在較大差異[24-25] ,因此不能將國外風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)直接套用于我國[26-27] 。一些發(fā)達(dá)國家開展大壩風(fēng)險(xiǎn)管理研究較早,其成果在實(shí)際應(yīng)用中得到不斷發(fā)展與完善。因此,可參考借鑒他們?cè)谥贫ù髩物L(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的過程中所考慮的主要因素及處理關(guān)鍵問題的方法,來制定適用于我國的水庫大壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)成果和我國國情, 根據(jù)以下原則構(gòu)建我國大壩的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)[28-29] :

    1)符合我國大壩的安全狀況。我國現(xiàn)役水庫大壩很多修建于20 世紀(jì)50—70 年代,受限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平,大量大壩存在安全隱患。若將標(biāo)準(zhǔn)定得太嚴(yán)格,會(huì)導(dǎo)致許多水庫被劃歸為“病險(xiǎn)”狀態(tài)。在當(dāng)前除險(xiǎn)加固資金相對(duì)緊缺的情況下,會(huì)造成很多水庫得不到及時(shí)的除險(xiǎn)加固,被迫改變運(yùn)行條件或者停止運(yùn)行,惡化當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境,也不利于對(duì)“病險(xiǎn)”水庫的病險(xiǎn)程度進(jìn)行有效區(qū)分。

    2)與當(dāng)前的安全標(biāo)準(zhǔn)有效銜接。我國水庫大壩目前處于從安全管理向風(fēng)險(xiǎn)管理轉(zhuǎn)變的過渡期,為了避免安全標(biāo)準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)之間的差距太大,導(dǎo)致不能發(fā)揮有效作用,可將基于風(fēng)險(xiǎn)分析的大壩安全決策作為安全標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充,實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前安全標(biāo)準(zhǔn)有效銜接。

    3)符合社會(huì)對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的接受意愿。隨著人民對(duì)美好生活需要的日益增長、風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)的不斷提高,發(fā)生同樣嚴(yán)重的事故,群眾對(duì)于事故會(huì)更加關(guān)注。因此,在制定風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),不僅要針對(duì)工程本身,而且應(yīng)考慮群眾對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的接受意愿。

    2.2 ALARP 準(zhǔn)則

    任何事物都不可能徹底消除風(fēng)險(xiǎn),只能通過預(yù)防措施來降低風(fēng)險(xiǎn)。雖然風(fēng)險(xiǎn)越低意味著越安全,但是隨著風(fēng)險(xiǎn)水平的不斷降低,要進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)的難度就越大,甚至需要花費(fèi)的成本和努力呈指數(shù)曲線上升。結(jié)合我國經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展水平及群眾對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)接受意愿的實(shí)際情況,可在系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)水平和成本之間進(jìn)行折中,因此選擇ALARP(As Low As Reasonably Practi?cable)準(zhǔn)則來構(gòu)建我國的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

    ALARP 準(zhǔn)則即最低合理可行準(zhǔn)則,它將風(fēng)險(xiǎn)劃分為不可容忍區(qū)域、最低合理可行區(qū)域以及廣泛可接受區(qū)域。當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)位于不同區(qū)域時(shí),采取的措施不同。在不可容忍區(qū)域,必須采取措施降低風(fēng)險(xiǎn);在最低合理可行區(qū)域,決策者根據(jù)獲得的收益與降低風(fēng)險(xiǎn)的成本來決定是否采取措施;在廣泛可接受區(qū)域,可不采取風(fēng)險(xiǎn)控制措施。ALARP 準(zhǔn)則如圖2 所示[30] 。

    2.3 F -N 曲線法

    目前對(duì)于可接受風(fēng)險(xiǎn)的定量研究方法主要有成本效益法、生活質(zhì)量指數(shù)法、問卷調(diào)查法和F-N 曲線法等。成本效益法認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)由一個(gè)最大值和最小值組成,位于兩者之間的區(qū)域,風(fēng)險(xiǎn)管理者須對(duì)成本與效益進(jìn)行決策分析,一般以實(shí)現(xiàn)凈效益(收益-成本)最大為決策依據(jù);生活質(zhì)量指數(shù)法用人均年國民生產(chǎn)總值、延續(xù)人的壽命以及人們能享受到的健康生活的有效時(shí)間來刻畫生活質(zhì)量,是符合倫理和道德標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)管理指標(biāo);問卷調(diào)查法是通過了解公眾面對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的避災(zāi)意愿,讓群眾真正參與到風(fēng)險(xiǎn)決策中,進(jìn)而制定行之有效的管理措施;F-N 曲線是基于概率論提出的允許各種事故發(fā)生的限制曲線,它考慮了當(dāng)前所處的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)以及人們對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的厭惡程度。

    在以上方法中,成本效益法很難量化投入成本與從環(huán)境獲得收益之間的關(guān)系;生活質(zhì)量指數(shù)法不適用于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)制定;問卷調(diào)查法受地域范圍的影響,涉及每個(gè)區(qū)域的難度大,不適合大區(qū)域范圍的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)制定;而F-N 曲線法以概率分析和期望效益為基礎(chǔ),科學(xué)性和通用性強(qiáng)。因此,本研究選擇F-N 曲線法來定量刻畫環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

    F-N 曲線由Farmer 在1967 年建立,其先在核電站的風(fēng)險(xiǎn)管理領(lǐng)域得到了應(yīng)用,而后被廣泛應(yīng)用在大壩風(fēng)險(xiǎn)管理領(lǐng)域社會(huì)生命風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的制定中[31] ,其表達(dá)式如下:

    1 - FN(x) < C / xn (2)

    式中:FN(x)為年死亡率分布函數(shù),表示死亡人數(shù)為x的概率;1-FN(x)為死亡人數(shù)不大于N 的概率;C 為常數(shù),決定了風(fēng)險(xiǎn)控制線的起始位置;n 為斜率,n 越大意味著對(duì)風(fēng)險(xiǎn)越厭惡,風(fēng)險(xiǎn)越不能被接受。

    文獻(xiàn)[4]根據(jù)國務(wù)院《生產(chǎn)安全事故報(bào)告和調(diào)查處理?xiàng)l例》,按照1 人對(duì)應(yīng)400 萬元的比例,將生命損失的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn),還提出了對(duì)于社會(huì)和環(huán)境的影響,為了避免標(biāo)準(zhǔn)過于復(fù)雜,可將其簡化為彌補(bǔ)上述風(fēng)險(xiǎn)而需要投入的資金,從經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行分析。因此,可在生命風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上構(gòu)建潰壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn),以F-N 曲線表示環(huán)境價(jià)值損失與其超過概率之間的關(guān)系,對(duì)此可將式(2)中FN(x)理解為彌補(bǔ)生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)而需要投入的資金小于x 的概率分布函數(shù),C 為常數(shù),n 為標(biāo)準(zhǔn)線的斜率。

    3 潰壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建

    3.1 C 值的確定

    C 決定了標(biāo)準(zhǔn)線的起始位置。部分國家或機(jī)構(gòu)對(duì)可容忍風(fēng)險(xiǎn)C 的取值見表2[其中包括了核電站、危險(xiǎn)化學(xué)品、工廠、各類房屋(醫(yī)院、學(xué)校和住宅等)、邊坡和大壩等多種應(yīng)用類別]。由表2 可知,C 多采用10-3??紤]到危險(xiǎn)化學(xué)品、工廠和房屋等發(fā)生事故主要是人為因素引起的,而水庫大壩施工、運(yùn)行過程中不受人為控制的自然因素(如暴雨洪水等)是事故發(fā)生的重要因素,因此根據(jù)李宗坤等[4] 的建議適當(dāng)降低其標(biāo)準(zhǔn),?。?=10-2,可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)可取比其低一個(gè)數(shù)量級(jí),即C =10-3。

    3.2 n 值的確定

    n 值代表著風(fēng)險(xiǎn)偏好程度??紤]到我國疆土遼闊,不同地區(qū)之間經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、社會(huì)和文化背景等存在較大差異,因此不同地區(qū)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)偏好程度理應(yīng)是不一樣的,進(jìn)而引入風(fēng)險(xiǎn)偏好矩陣判斷各地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)偏好。風(fēng)險(xiǎn)偏好矩陣方法于20 世紀(jì)90年代提出,最早被應(yīng)用于美國軍方武器系統(tǒng)研制項(xiàng)目中,經(jīng)過幾十年的應(yīng)用和發(fā)展,目前已成為判斷項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)重要性的一種結(jié)構(gòu)性方法,被廣泛應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定和管理研究領(lǐng)域[32] 。

    在一般情況下,一個(gè)區(qū)域人均GDP 越高,人們對(duì)生活質(zhì)量要求越高,越注重周圍的生態(tài)環(huán)境,越厭惡風(fēng)險(xiǎn);生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越高,災(zāi)害發(fā)生時(shí)造成的環(huán)境損失越高,越厭惡風(fēng)險(xiǎn)。單位面積平均生態(tài)環(huán)境價(jià)值和人均生態(tài)環(huán)境價(jià)值從不同角度反映了區(qū)域生態(tài)環(huán)境情況。人均ESV 越高,區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力越強(qiáng),但是并不能說明災(zāi)害發(fā)生后造成的生態(tài)環(huán)境損失越嚴(yán)重。例如在一些貧瘠的土地上發(fā)生洪災(zāi),雖然并不會(huì)造成很嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境損失,但是由于人口稀少,人均ESV 反而不低,因此使用人均ESV 并不合適。單位面積平均ESV 則可以很好反映出該區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的重要程度,單位面積平均ESV 越高,發(fā)生洪災(zāi)造成的損失往往越大。因此,本文選擇人均GDP 和單位面積平均ESV 來構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)偏好矩陣。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2020 年各省(區(qū))人均GDP 和單位面積平均ESV 見表3。

    根據(jù)2020 年世界銀行對(duì)收入的分類標(biāo)準(zhǔn)[33] ,我國大部分省份每年人均收入位于中高收入?yún)^(qū)間(4 046~12 535 美元),少數(shù)省份人均收入位于高收入?yún)^(qū)間(>12 535 美元)。為了更細(xì)致區(qū)分各?。?區(qū)) 人均GDP 收入,將中高收入?yún)^(qū)間平均劃分為2 個(gè)區(qū)間,則人均GDP 劃分標(biāo)準(zhǔn)為[2.58,5.29]萬元、(5.29,8.00]萬元和>8.00 萬元。將各省份單位面積平均ESV 最高值和最低值分別設(shè)為區(qū)間上下限,將區(qū)間劃分為[0.88,1.46]元、(1.46,2.05]元和(2.05,2.63]元。最終構(gòu)建的風(fēng)險(xiǎn)矩陣見表4。

    當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)偏好為Z 時(shí),可取n = 2.0,為風(fēng)險(xiǎn)厭惡型;當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)偏好為Y 時(shí),可?。?= 1.5,為風(fēng)險(xiǎn)輕微厭惡型;當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)偏好為X 時(shí),可?。?=1.0,為風(fēng)險(xiǎn)中立型。由此根據(jù)2020 年各?。▍^(qū)) 人均GDP 和單位面積平均ESV,依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)偏好矩陣判斷各?。▍^(qū))風(fēng)險(xiǎn)偏好,如圖3 所示。

    由圖3 可知,風(fēng)險(xiǎn)偏好為X 的地區(qū)主要包括我國西部省份和中部省份以及吉林省。西部地區(qū)如新疆、西藏、青海、甘肅和寧夏,經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較落后,較生態(tài)環(huán)境而言,人們會(huì)更注重經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,因此風(fēng)險(xiǎn)偏好為X。中部省份如河北、河南、山西、山東,雖然經(jīng)濟(jì)總量較大,但是人口眾多,人均GDP 偏小,因此風(fēng)險(xiǎn)偏好也為X。東北三省中只有吉林省的風(fēng)險(xiǎn)偏好為X,經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn),雖然吉林省的人均GDP 高于黑龍江省的,但是黑龍江省有大興安嶺和小興安嶺等重要的生態(tài)保護(hù)區(qū),其生態(tài)價(jià)值較高,對(duì)風(fēng)險(xiǎn)容忍度較低,因此東北三省中僅吉林省風(fēng)險(xiǎn)偏好為X。

    我國大多數(shù)?。▍^(qū))的風(fēng)險(xiǎn)偏好為Y,其中一些省份雖然經(jīng)濟(jì)比較落后,但是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較高(如黑龍江、遼寧、云南、廣西和江西等);一些省份經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá),然而生態(tài)環(huán)境質(zhì)量一般(如北京、天津、澳門和江蘇等);還有一些省份經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展不錯(cuò),生態(tài)環(huán)境質(zhì)量也較好(如湖南、湖北、四川和重慶等),然而人口較多導(dǎo)致人均GDP 沒有邁入高收入?yún)^(qū)間,因而風(fēng)險(xiǎn)偏好為Y。

    我國僅有上海、香港、廣東、福建、浙江和臺(tái)灣風(fēng)險(xiǎn)偏好為Z。這些區(qū)域集中在我國東南部沿海,特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較高,因此對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的容忍程度較低。以上風(fēng)險(xiǎn)偏好的分布劃分較為科學(xué)客觀地反映了我國各?。▍^(qū))的實(shí)際情況。

    3.3 極值線的確定

    大部分國家或地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定了極值線,極值線有概率極值線和事故極值線兩種類型。澳大利亞等國家或地區(qū)認(rèn)為事故概率小于某值則無須考慮事故后果,這種類型的極值線稱為概率極值線;我國香港和一些國家認(rèn)為事故損失大于某值則無須考慮事故概率,這種類型稱為事故極值線??紤]到我國大壩安全狀況、管理水平及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展水平,設(shè)置事故極值線在當(dāng)前并不可行[4] ,因此根據(jù)以下兩點(diǎn),可考慮設(shè)置概率極值線。

    1)我國大壩事故概率。根據(jù)文獻(xiàn)[34-35],可容忍風(fēng)險(xiǎn)的極值可取年均潰壩概率的10%,可接受風(fēng)險(xiǎn)一般比可容忍風(fēng)險(xiǎn)低一個(gè)數(shù)量級(jí),因此可接受風(fēng)險(xiǎn)的極值可取年均潰壩概率的1%。1954—2018 年,我國發(fā)生了3 541 起潰壩事件,其中大中型水庫潰壩132座,年均潰壩率2.34×10-5,因此可容忍和可接受的極值分別為2.34×10-5和2.34×10-6;小型水庫潰壩3 409座,年均潰壩率6.05×10-4,因此可容忍和可接受的極值分別為6.05×10-4和6.05×10-5。

    2)我國的可靠度標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)可靠度功能函數(shù)Z符合正態(tài)分布,則失事概率Pf = 1 - Φ(β) 。文獻(xiàn)[36]規(guī)定了我國可靠指標(biāo)β 的取值:大(1)型水庫可取4.2,大(2)型和中型水庫可?。常?,小型水庫可?。常?。

    我國當(dāng)前的可靠度標(biāo)準(zhǔn)與大壩安全情況較為一致,因此也可?。校?的10%和1%分別作為可容忍風(fēng)險(xiǎn)和可接受風(fēng)險(xiǎn)的極值??紤]到人們對(duì)于潰壩造成的環(huán)境損失(生態(tài)環(huán)境受到損害、服務(wù)功能喪失導(dǎo)致的損失)關(guān)注程度明顯低于生命損失和經(jīng)濟(jì)損失,且在1981—2018 年共計(jì)564 座潰壩中,無大型水庫,有13座中型水庫,其余為小型水庫[37] ,因此可適當(dāng)降低要求,大型水庫和中型水庫采用一樣的標(biāo)準(zhǔn),以避免標(biāo)準(zhǔn)過于復(fù)雜。對(duì)于大中型水庫,其可容忍和可接受的風(fēng)險(xiǎn)概率極值分別為1.08×10-5 和1.08×10-6,小型水庫可容忍和可接受的風(fēng)險(xiǎn)概率極值分別為7.00×10-5 和7.00×10-6。

    為同時(shí)滿足根據(jù)大壩安全水平和當(dāng)前可靠度標(biāo)準(zhǔn)確定的極值線,取其較小值作為風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。最終確定大中型水庫的可容忍和可接受風(fēng)險(xiǎn)概率極值分別為1.08×10-5 和1.08×10-6,小型水庫的可容忍和可接受風(fēng)險(xiǎn)概率極值分別為6.05×10-5和6.05×10-6。

    綜上所述,我國水庫大壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)如圖4 和圖5 所示。

    4 實(shí)例分析

    根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)判斷具體水庫的環(huán)境損失是否可接受或容忍,需要對(duì)其失事概率和環(huán)境損失進(jìn)行定量計(jì)算。一般失事概率可通過事故樹等方法進(jìn)行分析;環(huán)境損失量化可結(jié)合潰壩洪水演進(jìn)模擬,分析不同類型土地在潰壩洪水下的損失率,進(jìn)而確定ESV 的損失大小。受限于具體資料的缺乏,本文以陸渾水庫為例僅進(jìn)行大致計(jì)算。

    陸渾水庫位于河南省洛陽市嵩縣境內(nèi),是一座以防洪為主,兼具灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖、供水和旅游功能的大(1)型水庫。參考文獻(xiàn)[38]取該水庫的事故超過概率為1.79×10-4。根據(jù)洪水演進(jìn)模擬結(jié)果得到下游潛在淹沒范圍的土地利用情況,如圖6 所示;文獻(xiàn)[39]給出了各類型土地在不同淹沒水深下的損失率,見表5;基于GIS 統(tǒng)計(jì)得到各類型土地在不同淹沒水深下的面積,見表6;最終計(jì)算得到ESV 的損失大小,見表7。

    陸渾水庫位于河南省,河南省對(duì)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)偏好為中立型,因此?。?=1。當(dāng)ESV 損失為34 110 萬元、事故超過概率為1.79×10-4時(shí),其潰壩環(huán)境損失風(fēng)險(xiǎn)如圖7 所示??梢?,其位于最低合理可行區(qū)域,管理決策者可根據(jù)降低風(fēng)險(xiǎn)的成本與所獲得的收益來決定是否采取風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

    5 結(jié)論

    合理的潰壩風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)是準(zhǔn)確進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。本文引入ESV 且針對(duì)我國不同?。▍^(qū))的差異,分區(qū)域分特點(diǎn)進(jìn)行了劃分,對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的確定提出了實(shí)際且具有可操作性的方法。利用風(fēng)險(xiǎn)矩陣確定了不同區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn),建立了更有針對(duì)性的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn),并以河南省陸渾水庫為例進(jìn)行了分析。研究成果可幫助決策者全面認(rèn)識(shí)大壩風(fēng)險(xiǎn)管理水平,為后續(xù)潰壩環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)研究提供參考和借鑒。

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    【責(zé)任編輯 張華巖】

    基金項(xiàng)目: 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(52079127,52179144,U2040224,51234567); 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2016CB000000);河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(202102310394);河南省高校科技創(chuàng)新人才計(jì)劃項(xiàng)目(22HASTIT011);河南省青年人才支持項(xiàng)目(2021HYTP024);國家大壩安全工程技術(shù)研究中心2021 年開放研究基金項(xiàng)目(CX2021B01);河南省教委科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(202102310394)

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