南水北調東線工程山東段突發事故風險評估

趙然杭+陳超+李瑩芹+王興菊+彭弢+陳娟

摘要：南水北調東線工程山東段由新修渠道、原有河道及湖泊、水庫共同構成。輸水干線多為開敞式且與當地交通道路交叉，南四湖和梁濟運河承擔航運任務，交通、航運等突發事故有可能影響正常輸水，因而輸水安全受到多種潛在突發事故的威脅。為能夠在突發事故發生后采取有效的應急控制和處置措施，降低事故造成的損失，采用核對表法對工程突發風險源進行識別，確定突發事故類型，綜合利用模糊意見集中決策和層次分析法建立風險評估體系，對南水北調東線工程山東段的突發事故風險進行評估，確定各類突發事故對工程的影響程度，經評定該工程的主要風險包括陸運和航運交通事故引發的突發風險，次要風險主要包括人為投毒、自然災害及機器故障等原因引發的各類突發風險。該成果可為后續應急控制和處置方案的制定提供決策依據，同時可為其他資料短缺地區的風險評估提供參考。

關鍵詞：突發事故；風險評估；風險等級；模糊意見集中決策；層次分析法

中圖分類號：TV68 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1683（2017）04-0180-07

Abstract：The Shandong section of South-to-North Water Transfer Project consists of newly built canals and original rivers，lakes，and reservoirs.Most water transfer lines are wide open and intersect with roads.The Southern Four Lakes and Liangji Canal undertake shipping missions.Emergencies such as traffic accidents or shipping accidents may affect the normal water transfer；as a result，water transfer security is under the threat of many potential accidents.To be able to take effective emergency control and handling measures after an emergency happens and reduce the losses caused by the emergency，we used the checklist method to identify sources of emergency risks，and established a risk assessment system using fuzzy suggestion centralized decision and analytic hierarchy process，so as to assess the emergency risks in Shandong section of South-to-North Water Transfer Project.The main risks in this project include some emergency risks resulting from land transportation and shipping accidents.The minor risks include many emergency risks resulting from human poisoning，natural disasters，and machine fault.The risk assessment system provides a decision-making basis for the formulation of emergency control and handling plans，and provides reference for the risk assessment in other regions.

Key words：emergency；risk assessment；risk rank；fuzzy suggestion centralized decision；analytic hierarchy process

南水北調東線工程是緩解我國東部地區水資源供需矛盾、支撐該地區國民經濟與社會可持續發展的一項跨流域、長距離的特大型、綜合性調水工程。南水北調東線工程在棗莊市臺兒莊通過韓莊運河將長江水引入山東境內，地形上以黃河為脊背向南、北兩側傾斜，以靠近黃河處的東平湖為分界點，東平湖以南地區以梯級泵站提水方式輸水，東平湖以北的魯北地區和以東的膠東地區依地勢采用自流方式輸水。山東段一期工程南北長度為434.8 km，東西長度為291.58 km（不包括引黃濟青工程渠段），補充濟南、聊城、德州、青島等沿線城市的城市及工業用水，兼顧部分農業用水和生態環境用水。南水北調東線工程山東段位置見圖1。

山東段輸水干渠周邊地區經濟發達、人口密度較大、交通運輸量大且干渠和道路交叉，輸水干渠多為開敞式受周邊環境影響較大，因此有可能發生交通事故、船舶溢油或其他破壞水質等影響供水的突發事故。為及時有效的應對各類突發事故，有必要對沿線的突發事故進行識別和評估，確定突發事故類型，為突發事故的處理和處置提供依據。近幾年來國內學者對突發事故風險識別和評估的研究取得了一系列成果，熊雁暉等[1]對南水北調中線一期工程各類工程建筑物風險類型進行識別和分析，得到單元工程風險列表，為中線工程輸水系統運行風險的定量評估提供基礎；馮平等[2]針對南水北調中線總干渠，以風險理論為基礎建立二維復合事件風險組合模型，提出整個引水工程防洪風險估算方法；劉冬華等[3]針對危險品道路運輸泄漏引發的水污染事故，分析了突發水污染事故源發生概率和危害后果表征方法；朱元等[4]從水文風險要素的辨識入手，建立南水北調中線整個干渠交叉建筑物水毀風險計算的框架，提出二維復合事件的風險計算模型；何小聰等[5]基于貝葉斯網絡理論建立了南水北調中線工程暴雨洪水風險模型，為降低工程的暴雨洪水風險損失提供決策參考；肖偉華等[6]結合南水北調東線工程特點從風險源、風險傳播過程、風險接受者等三個方面出發提出了工程運行期突發風險發生的預防對策。為確保東線工程山東段輸水水質達到要求，需要進一步分析研究其輸水過程中可能存在的突發性風險，降低風險發生概率，減少風險發生后的損失。

本文結合南水北調東線工程山東段南北跨度大、地形復雜、水工建筑物較多、工程通水時間較短、相關資料較少等實際特點，對山東段輸水干渠進行風險識別，明確干渠可能存在的各類突發事故并進行風險評估，對突發事故發生后采取應急有效措施，降低事故造成的損失，具有十分重要的意義。

1 突發風險分析

突發風險一般定義為研究對象在某一特定環境下，在某一特定時間段內，其不能完成預期目標（功能）的概率與由此產生后果的結合[7]。比較嚴格和通用的定義如下：風險R是事件發生概率P與事件造成的環境后果C的乘積。

南水北調東線山東段的突發風險主要是指在輸水干渠突然發生的影響供水量、水質、供水安全的各類突發事故。按照突發風險的定義，首先對南水北調東線工程山東段沿線進行風險源識別，確定工程可能存在的突發事故類型，然后從突發事故發生可能性和造成后果嚴重程度兩個方面對突發風險進行評估，確定突發事故的風險高低排序。

1.1 突發事故風險源識別

突發事故風險源識別[8]是進行風險評估的一項基礎工作，風險的識別過程實際上包括兩個主要環節：感知風險和分析風險。風險識別的方法有很多，其中可靠性較高、常用的有專家調查法、故障樹分析法、核對表法、幕景分析法以及幾種基本方法的組合等[9-12]。南水北調東線通水時間較短，可獲取的相關資料十分有限，本文采用核對表法和專家調查法相結合的方法進行風險識別。

通過查詢相關新聞及文獻對我國其他河流、湖泊近年發生的部分突發事故進行統計、分析，制作得突發事故核對表1。由于研究手段的限制，資料基本來源于公開報道的報紙期刊、網絡，其準確性和權威性有限，該表僅具有參考價值，該工程突發事故類型的確定主要依據工程的實際情況和專家意見。

南水北調東線山東段輸水干渠多為敞開式干渠，交通事故污染物泄漏和人為投毒等均有可能造成水質污染；南四湖和梁濟運河、韓莊運河均承擔航運任務，運輸物品主要為煤和糧食作物，存在船體燃油泄漏和生活污水排放引發的水質污染；部分輸水干渠經過山地丘陵區或利用天然河道直接作為輸水干渠，渠段過水斷面形狀變化明顯，輸水干渠所經地區氣候變化顯著，降水集中在夏季可能會出現地質滑坡、地震、冰塞、洪水、泥石流等自然災害導致水位突然雍使渠道及建筑物結構受到破壞；山東段干渠內設有數座節制閘、退水閘和分水閘與泵站等其他水工建筑物將輸水網絡分為若干個串聯單元，整個體系聯合控制，泵站、水閘等設備出現老化、電氣設備故障、電網停電、電壓波動等均有可能影響輸水；近年來都有發生擾亂社會治安事件，主要以重要建筑物和控制設施設備爆炸破壞或以水體投毒方式出現，嚴重威脅工程安全和水質安全，對工程輸水調度產生嚴重不利影響。

本文通過借鑒南水北調中線工程的經驗對東線山東段工程潛在的風險因子進行識別和分析，鑒于東線工程系統自身結構的特點以及造成事故的原因，以及有關專家的建議，按照風險源類型分類，南水北調東線山東段可能存在的突發事故主要包括以下六類。

Ⅰ類：陸運交通事件造成的劇毒物品泄漏入渠引發的水質污染。

Ⅱ類：航運交通事件造成的燃油及生活污水泄漏引發的水質污染。

Ⅲ類：人為惡意投毒引發的水質污染。

Ⅳ類：地質滑坡、地震、冰塞等自然災害引發的工程安全事故。

Ⅴ類：停機、淹沒泵站、潰壩等故障引發的工程安全事故。

Ⅵ類：爆炸破壞設施或敵對恐怖襲擊引發的工程安全事故。

根據突發事故發生后是否對輸水水質造成破壞，將突發事故大致分為兩類：一類是對水質造成影響的突發水污染事故，另一類是對輸水通暢性造成影響的工程安全事故，這兩大類基本能夠涵蓋以上六類突發事故。

1.2 突發事故危害等級劃分

突發事故一旦發生都會不同程度地對工程供水的安全性、連續性和平穩性造成影響，破壞水質、影響供水量、威脅供水安全造成經濟損失，甚至影響生態環境、發生社會事故等，在對突發事故后果進行評估時一般從經濟、生態等方面進行分析[13-14]。本文通過分析各類突發事故有可能產生的后果，從經濟損失、人員安全、社會安全、生態環境四個方面對其造成經濟損失、人員傷亡數量、在社會上的影響范圍以及對水體生態的影響程度進行評估。首先依據四項指標將突發事故造成后果的嚴重程度進行等級劃分，然后通過實際調查和分析確定突發事故造成后果所屬危害等級。由于潛在突發事故造成后果具有較大的隨機性和偶然性，在確定各類突發事故所屬危害等級時僅考慮各類突發事故中較常見的突發事故造成后果。

通過分析南水北調東線山東段和其他長距離調水工程已發生的突發事故造成后果，確定四項指標的指標值，并根據指標值將突發事故造成后果分為以下四級。

Ⅰ級：

（1）造成直接經濟損失1000萬元以上的；

（2）直接導致10人以上死亡，或中毒100人以上；

（3）100人以上群體性事件或社會安全事件；

（4）造成干線較長河段或湖泊、水庫水域功能嚴重喪失，魚類大量非正常死亡。

Ⅱ級：

（1）造成直接經濟損失200萬元以上，1000萬元以下的；

（2）直接導致3人以上、10人以下死亡，或中毒50人以上、100人以下；

（3）100人以內10人以上群體性事件或社會安全事件；

（4）造成干線較長河段或湖泊、水庫水域功能部分喪失，魚類出現非正常死亡。

Ⅲ級：

（1）造成直接經濟損失50萬以上，200萬元以下的；

（2）直接導致發生3人以下死亡，或中毒10人以上、50人以下的；

（3）10人以內3人以上群體性事件或社會安全事件；

（4）造成干線較長河段或湖泊、水庫水域較大范圍水體發生顯著變化。

Ⅳ級：

（1）直接造成經濟損失50萬元以下；

（2）直接導致發生中毒10人以下；

（3）3人以下群體性事件或社會安全事件；

（4）造成干線一定河段或湖泊、水庫水域發生顯著變化。

2 突發事故風險評估

突發事故風險評估主要是對突發事故發生的可能性和造成后果進行綜合評估，確定各類突發事故風險高低排序，為制定突發事故應急控制和處置預案提供參考。常用的風險評估方法包括故障樹法、層次分析法等[15-17]。由于南水北調東線通水時間較短，突發事故發生頻次極低，無法進行發生頻次、造成后果嚴重程度的調查和統計分析，本文采用專家調查法評價突發事故發生可能性和造成損失，并采用模糊意見集中決策方法[17]對多位專家意見進行集中，采用層次分析法對突發事故進行綜合評定。

2.1 模糊意見集中決策

調查六位專家對突發事故發生可能性大小及造成后果嚴重程度排序的意見，不同專家對六類突發事故發生可能性大小和造成后果的嚴重程度排序有不同的認知，故采用模糊意見集中決策將六位專家對兩種風險特征的意見進行意見集中處理，綜合六位專家意見分別得到發生可能性大小和后果嚴重程度的排序。

2.1.1 模糊意見集中決策基本原理

根據矩陣V中的排序可知六類突發事故造成后果嚴重程度的波達數分別為：B（u1）=25，B（u2）=15，B（u3）=3，B（u4）=20，B（u5）=3，B（u6）=24。六類事故按照波達數從大到小的排序依次為u1，u6，u4，u2，u3，u5，即六類突發事故造成后果的嚴重程度按照從大到小的順序依次為：陸運交通引發的水質污染，爆炸破壞設施或敵對恐怖襲擊引發的工程安全事故，地質滑坡、地震、冰塞等自然災害引發的工程安全事故，航運交通引發的水質污染，人為惡意投毒引發的水質污染，停機、淹沒泵站、潰壩等工程安全事故。其中人為惡意投毒引發的水質污染，停機、淹沒泵站、潰壩等工程安全事故后果嚴重程度相似。

2.2 突發事故風險評估

本文采用層次分析法對突發事故綜合等級進行計算。層次分析法是一種多準則決策方法可以統一處理問題中的定性和定量因素，對定性因素進行定量分析，將無法量化的風險進行排序，將其區分開來。層次分析法的基本思路是，首先評價者將復雜的風險問題分解成若干層次和若干因素，并在同一層次的各要素之間進行比較、判斷和計算，評定不同風險的最終權重，從確定各類突發事故風險高低排序。層次分析法主要由構建風險層次模型、構建比較矩陣及一致性檢驗[18-22]、層次總排序三部分組成。

2.2.1 構建風險層次模型

在突發風險因素重要性排序層次中，最高層應為突發風險因素綜合排序；第二層主要考慮突發風險發生的可能性、突發風險造成后果嚴重程度即風險概率和風險損失兩個因素；第三層為結構的最底層，由南水北調東線山東段工程中可能存在的各項突發事故組成，其中C1-C2分別對應Ⅰ-Ⅵ類突發事故。

2.2.2 構建比較矩陣及一致性檢驗

通過對層次結構中較低一層的各因素相對于其隸屬的上一層因素的重要程度進行兩兩對比確定其重要程度，從而構建比較矩陣。因此，將2.1章節中確定的突發事故發生可能性和危害嚴重程度大小的排序，轉化成重要度排序。第二層中只有兩個因素不宜采用模糊意見集中決策方法，直接采用加權平均的方法確定風險概率相對風險損失的重要程度為3，第三層中六類突發事故的重要程度根據之前計算的兩組波達數進行確定。根據歸一化成果，以0.05作為基數，1作為重要度增減梯度進行重要程度計算，例如突發事故u1相對u2的重要程度為：1+1×（u1-u2）/0.05=3.8，最終確定突發事故u1相對u2的重要程度為4。按照上述方法確定第三層各因素相對風險概率和風險損失的比較矩陣，確定第二層兩因素相對最高層的比較矩陣。計算三個比較矩陣的特征值可知，CI/RI均小于0.1，三個比較矩陣均滿足一致性。

2.2.3 層次總排序

層次總排序的權重值是B層因素的層次排序權重值與C層因素的層次排序權重值的乘積，其一致性檢驗標準CI和CI/RI也是兩層排序權重值與各自CI和RI乘積之后計算得到的。最終的重要性排序見表2。

由表2得出，南水北調東線工程的各突發事故風險最終排序的權重值如下：

從各類突發事故的權重值可以看出，陸運交通引發水質污染的風險概率和風險損失均在各類突發事故中占有較大比重；航運交通引發的水質污染在風險概率方面占有比重略大，但與陸運交通相比其污染物種類略單一，其造成的風險損失一般小于陸運交通；人為惡意投毒突發事故中投放有毒物質的種類和量均有限且工程輸水量較大，其引發水質污染的風險概率遠大于其造成的風險損失；由于自然災害具有較大的不確定性，尤其是諸如地震、泥石流等自然災害較難避免，自然災害引發的工程故障往往會破壞建筑物或干渠等，其風險概率和風險損失均略大于停機、淹沒泵站、潰壩等工程故障；爆炸破壞設施或敵對恐怖襲擊的風險概率極低，但由于其一旦發生具有較大的破壞力，其造成風險損失較大。

由此可知，南水北調東線山東段六類突發事故的風險評估綜合等級從高到低依次分別為陸運交通事故，航運交通事故，地質滑坡、地震、冰塞等自然災害事故，人為惡意投毒事故，停機、淹沒泵站、潰壩等事故，爆炸破壞設施或敵對恐怖襲擊。

3 結論

本文通過對南水北調東線山東段工程的風險識別，明確沿線可能發生的六類潛在突發事故，采用模糊意見集中決策和層次分析法建立風險評估體系對突發事故進行風險評估，確定各類突發事故風險從高到低依次為陸運交通事故，航運交通事故，地質滑坡、地震、冰塞等自然災害事故，人為惡意投毒事故，停機、淹沒泵站、潰壩等事故，爆炸破壞設施或敵對恐怖襲擊。因此，可確定南水北調東線山東段存在的主要風險包括陸運和航運交通事故引發的突發風險，次要風險主要包括人為投毒、自然災害及機器故障等原因引發的各類突發風險。

本文在進行風險識別和評估時，結合工程實際情況，通過調查專家意見，采用模糊意見集中決策和層次分析法對專家意見進行處理，將定性描述轉化為便于計算的定量描述，有效避免了傳統算術平均法可能掩蓋某些較突出意見的缺陷，提高了風險評估的準確性，該方法可為其他資料短缺地區的風險評估提供參考。

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