環境風險分析在下坂地水利樞紐工程中的應用研究

鄒 濤

（新疆下坂地水利樞紐工程建設管理局，新疆喀什 844000）

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環境風險分析在下坂地水利樞紐工程中的應用研究

鄒 濤

（新疆下坂地水利樞紐工程建設管理局，新疆喀什 844000）

【摘 要】水利工程的安全性不僅關系到國家的經濟發展，還對周圍居民的生命財產安全具有重要影響。水利工程環境風險與社會的經濟發展密切相關，合理可行的水利工程環境風險分析是保證水利建設安全開展、順利進行的保障。本文以新疆維吾爾自治區下坂地水利樞紐工程環境風險分析為研究對象，構建了一套合理的水利工程環境風險模型，提出風險評估的詳細計算方法，為類似水利工程的環境風險分析提供了借鑒與參考。

【關鍵詞】水利工程；環境風險分析；下坂地水利樞紐

1　引 言

水是再生資源，合理高效地利用水資源對我國的經濟發展與構建資源型社會具有重大意義。雖然水利工程的修建給我們帶來了巨大的能源與水資源，但是規模過大的工程對建設區的環境也會造成一定的負面影響，其中影響最大的便是水庫大壩的修建。無論采取何種開發類型，水庫均會使壩址附近的水位有所變化，從而改變周圍的生態環境，如:淹沒森林、水土流失、河岸損壞、淤泥堆積以及地下水位上升等，同時還會影響到水庫覆蓋地區的居民生存狀況。由此可知，無論是中型水庫還是大型水庫，在建設過程與后期運營中均會存在對四周環境不利的潛在風險。所以，在獲取經濟效益的同時，最大限度地降低水庫對周圍生態環境產生的不利影響，開展有效的水利工程環境風險分析勢在必行。

2　水利工程環境風險模型的建立

為準確得到水利工程具有的環境總風險值，應當對能夠影響到生態環境的所有因素進行分級評價，通常可將環境風險影響劃分為3個層次，即:施工、潰壩和淹沒。在進行綜合評價的過程中，應當自低級向高級逐層進行模糊評價，最后根據各層的評價結果總結分析出總環境風險評價狀況。

2.1風險致因的隸屬度和模糊分值

2.1.1評判等級的劃分

在構建評判模型時，應確保每層的影響因素數目一致，且上下層之間也要構建數學關系式，用來開展后期的數據處理［1］。綜合考慮工程的性質與規模，可將所有需要進行評判的因素V劃分為n個等級，即:

V＝（V1，V2，V3，…，Vn）

2.1.2 評判等級的直觀化

將影響因素劃分為不同等級并進行量化處理，其目的是將評判指標變得直觀化，便于后期處理數據時構建合理的評判隸屬函數。假設第i級的影響分值為di（i＝1，2，…，n），則有:

2.1.3制定評判因素的隸屬度

為使評判結果更加科學合理，可根據發生概率大小、風險的嚴重程度以及識別的難易將影響因素劃分為三個類別，用以建立各個風險致因的集合，即: X＝（x1，x2，x3），三者的權重可表示為W＝（w1，w2，w3）［2］。風險致因的隸屬矩陣A為:

2.1.4模糊評判

根據權重W與隸屬度矩陣A可得風險致因評價向量b，即: b＝W·A＝（b1，b2，…，bn）。

2.1.5模糊風險分值

由環境影響分值di與風險致因評價向量b，可得風險致因模糊分值r＇:

2.2環境總風險的評價向量和模糊分值

2.2.1確定權重

利用層次分析法可得出各風險因素的權重值。表達式為T＝（t1，t2，…，tg），g為風險因素的個數［3］。

2.2.2確定模糊矩陣

根據各個風險因素的評價向量c可得出風險因素的模糊矩陣C，如下式所示:

2.2.3模糊評判

根據權重值T和模糊關系矩陣C便可開展模糊評價，并構建出環境總風險的評價向量E。

2.2.4求環境總風險的模糊分值

由各評價等級對應的環境影響值dj和環境總風險的評價向量E，可得環境總風險的模糊分值r，如下式所示［4］:

3　下坂地水利樞紐環境風險分析

3.1工程概況

下坂地水利樞紐工程位于新疆維吾爾自治區喀什塔什庫爾干縣，是喀什塔什庫爾干縣水資源利用的主要工程。下坂地水利樞紐所控制的流域面積1580km2。該水庫的總容量8.67億m3，屬大型、Ⅱ等工程。下坂地水利樞紐的防洪設計標準為大型洪澇災害100年一遇。下坂地水利樞紐的正常蓄水位為2960m，可調節水容量為6.93億m3。水庫的最高輸水規模168900t/d，最高輸水強度為224500t/d。

3.2不同蓄水位下的環境風險分析與計算

3.2.1確定蓄水位方案

下坂地水利樞紐的設計正常蓄水位為2960m，為更好地表現不同蓄水位的環境總風險變化特征，可認為其蓄水位在一定范圍內浮動，即2945～2965m。假定第i方案的蓄水位值為Hi，則蓄水位的計算公式如下:

式中 Hi——最高蓄水位；

Hmin——最低蓄水位；

m——方案數量。

根據上式可計算出6個蓄水位為: H＝［H1，H2，…，H6］＝［2945，2949，2953，2957，2961，2965］。

3.2.2 建立評判對象的因素集和評判集

在下坂地水利樞紐環境風險分析過程中，根據發生概率大小、風險的嚴重程度以及識別的難易程度將影響因素劃分為三個類別，用以建立各個風險致因的集合，即U＝（U1，U2，U3）。其中，每個因素均使用7個等級的描述方式，并且這7個等級也可組成一個評判集V。

對U1而言:

V＝（V1，V2，…，V7）＝（很小，小，較小，中等，較大，大，很大）。

對U2而言:

V＝（V1，V2，…，V7）＝（很輕微，輕微，較輕微，中等，較嚴重，嚴重，很嚴重）。

對U3而言:

V＝（V1，V2，…，V7）＝（很容易，容易，較容易，中等，較難，難，很難）。

3.2.3各個層次因素的權重

3.2.3.1 評判因素的權重

根據層次分析法可將發生概率大小、風險的嚴重程度以及識別的難易程度這三類因素的權重制定為: W0＝［0.35 0.55 0.10］。

3.2.3.2 風險致因的權重

a.施工期風險致因權重。風險致因主要有:水源污染、生態破壞、工人人身安全和毒害物質的泄露［5］。根據AHP法制定各因素的權重值依次為: W2＝［0.25 0.22 0.28 0.25］。

b.潰壩風險致因權重。風險致因主要有:洪水破壞、地震、壩體結構損壞、質量不良、設計缺陷、人為干擾和運營不佳。結合工程的實際情況，利用AHP法可得各因素的權重值依次為: W3＝［0.20 0.10 0.12 0.14 0.10 0.18 0.16］。

c.淹沒風險致因權重。風險致因主要有:地震影響、坡體失穩、水質污染、居民生活質量和動植物的破壞。結合工程的實際情況，利用AHP法可得各因素的權重值依次為:［0 0.2 0.5 0.3 0 0 0］。

3.2.4不同蓄水位下各個風險致因的隸屬度

通過以上分析，可選取三角形分布形式的隸屬函數，具體計算方法如下:

計算后可得:

b.第二級別，即x＝2時，u（x）＝1。

歸一化得:［0 0.2 0.5 0.3 0 0 0］。

引起的嚴重程度為:

當5≤x≤6時，u（x）＝1；當x＞6時，u（x）＝0。

歸一化得: [0 0 0 0.12 0.44 0.44 0]。

識別難易程度:

繼續計算分別當x＝4、5、6時的u（x）值，并歸一化得: [0 0 0 0.1 0.5 0.4 0]。

進而得出地震風險致因的隸屬度矩陣A12，即:

同理，計算蓄水位分別為2945m、2949m、2953m、2957m、2961m、2965m時各風險致因的隸屬度矩陣: A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7，A8，A9，A10，A11，A12，A13，A14，A15，A16，其中A1～A16分別代表的風險致因為:水源污染、生態破壞、工人人身安全、毒害物質的泄露、洪水破壞、地震、壩體結構損壞、質量不良、設計缺陷、人為干擾、運營不佳、地震影響、坡體失穩、水質污染、居民生活質量和動植物的破壞。

3.2.5不同蓄水位下環境總風險的模糊矩陣

下面以蓄水位2945m為例進行詳細計算。

3.2.5.1 計算每個風險致因組成的模糊向量

水源污染:

以相同算法求得b2～b16。

3.2.5.2 每個風險致因的模糊矩陣

以相同計算方法求出B2、B3。

3.2.5.3 計算模糊向量

3.2.5.4 計算6種不同蓄水位下的總風險模糊矩陣蓄水位為81m時:

同理計算出C2～C6。

3.2.6計算6種蓄水位下的模糊綜合評判向量

3.2.7不同蓄水位下環境風險的模糊分值

根據上文的計算結果，利用模糊分值算法可算出6種不同蓄水位條件下的風險模糊分值，如表1、表2所列。在進行模糊分值計算的過程中，運用了數學模型與概率統計的手段，從三個不同角度同時分析，分析表明該計算結果與實際相符。

表1　6種蓄水位總環境風險模糊分值

表2　6種蓄水位具有的環境風險因素模糊分值

3.3水庫最佳蓄水位的選取

根據大量的數據統計可得出蓄水位高低與項目所產生的經濟效益，如表3所列。

表3　6種蓄水位條件下的工程效益

將數據進行擬合可得B與H之間的關系式，即:

B＝0.1221h3＋76.32h2-8103h＋1.2×107。

建立蓄水位優化方程:

式中 F（H）——環境風險收益。

上式中各數值應滿足:2945＜H＜2965；B（H）＞0；R（H）＞0。通過上述計算式得到的H值為最優水位。

帶入數值計算后得出H＝2956.23m，因此，下坂地水利樞紐的最優蓄水位為2956.23m。

4　結 論

本文主要以下坂地水利樞紐工程為例，綜合使用模糊理論與層次分析法，構建了一套較為完善的環境總風險評價計算模型，并結合案例對水庫的最佳水位選擇做了詳細闡述。利用本文中的計算模型，可對水利工程中的各個風險因素的風險值進行客觀的計算，并根據計算結果合理地對潛在的環境風險進行預測，為國內水利工程環境風險分析的發展與完善提供借鑒與指導。■

參考文獻

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［2］ 袁劍軍.土石壩防滲墻黏土混凝土材料的工程應用初探［J］.水利建設與管理，2013（2）:33-35.

［3］ 宋曉明.水庫大壩除險加固設計及滲流分析［J］.水利技術監督，2015（4）:56-58.

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［5］ 王志豐，季笠.項目風險管理規劃在水利項目管理中的應用［J］.水利規劃與設計，2007（5）:16-17，26.

DO l:1O.16616/j.cnki.11-4446/TV.2O16.O2.O11

Research on applying environmental risk analysis in Xiabandiw ater Conservancy Project

ZOU Tao
（Xinjiang XiabandiWater Conservancy Project Construction Administration，Kashgar 844000，China）

Abstract：The safety of water conservancy project not on1y is re1ated to nationa1 economic deve1opment，but a1so has important effects on the 1ife property safety of surrounding residents.Water conservancy projectenvironmenta1risk is c1ose1y re1ated to socia1 and economic deve1opment.Rationa1 and feasib1e risk ana1ysis of water conservancy projects is the guarantee to ensure safe and smooth imp1ementation of water conservancy construction.In the paper，Xiabandi Water Conservancy Project environment risk ana1ysis in Xinjiang Uygur Autonomous Region is adopted as research object for constructing a set of rationa1 water conservancy project environmenta1 risk mode1.Detai1ed ca1cu1ation method of risk eva1uation is proposed，thereby providing reference for environment risk ana1ysis in simi1ar water conservancy projects.

Key words：water conservancy project；environmenta1 risk ana1ysis；XiabandiWater Conservancy Project

中圖分類號：TV61

文獻標志碼：A

文章編號：1005-4774（2016）02-0038-04