湖南某抽水蓄能電站建設環境風險研究

鐘聚光　張祥富　耿必君　袁濤

摘要：為探究湖南某抽水蓄能電站建設對周邊區域環境影響，基于案例調研與工程實證分析，識別水環境風險、生態環境風險以及地質環境風險等3類環境風險并開展針對性的分析研究;運用事故樹理論，擬定頂上事件，闡明各級環境風險事件間邏輯關聯，構建環境風險事故樹;利用布爾邏輯運算，計算最小割集與結構重要度，分析環境風險制定風險預防措施。

Abstract： In order to explore the influence of the construction of a pumped storage power station in Hunan on the surrounding environment， three types of environmental risks， including water environment risk， ecological environment risk and geological environment risk， were identified and analyzed based on case study and engineering empirical analysis. This paper uses the accident tree theory， draws up the top event， clarifies the logical correlation between environmental risk events at all levels， and constructs the environmental risk accident tree. The minimum cut set and the importance of structure are calculated by Boolean logic operation.

關鍵詞：水利工程;抽水蓄能電站;環境風險;事故樹

Key words： hydropower engineering;pumped storage power station;environmental risk;accident tree

中圖分類號：TV5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）28-0092-03

0? 引言

抽水蓄能電站是利用電力負荷低谷時的利用電能將水抽至上水庫，電力負荷高峰時泄水發電補充電力系統電能缺口的一種蓄能電站，主要承擔電力系統調峰、調頻、調相以及電力系統事故備用等作用。本文主要以湖南省汨羅江一級支流清水河右岸支流百福溪某抽水蓄能電站為例，探究電站在建設過程中對周邊環境影響，分析電站周邊地形地質環境、生態環境等環境風險，以期通過科學手段減少電站建設對周邊環境影響[1]。

抽水蓄能電站建設前的環境風險研究對于電站周邊環境保護具有重要意義，關于抽水蓄能電站建設環境風險的研究主要有：張志強等[2]從抽水蓄能電站建設環境監理的角度出發，擬定水環境風險、大氣環境風險、聲環境風險、生態環境風險等幾個抽水蓄能電站建設主要環境風險;王英等[3]利用衛星遙感影像作為抽水蓄能電站施工前后土地利用與生態環境變化數據的來源，針對工程實施強度對生態環境的影響開展研究;李朝霞等[4]通過構建以水環境、生態環境、社會環境為主體的評價指標體系，定性研究水電站建設對流域環境影響;黃勇等[5]運用RS與GIS技術分析景觀形狀指數、多樣性指數、均勻性指數等指標，針對抽水蓄能電站建設對流域景觀格局的影響開展研究。

上述學者主要針對各類抽水蓄能電站建設對環境的影響開展研究，對本文湖南某抽水蓄能電站建設環境風險識別、環境風險分析的相關研究提供了理論基礎與方法，但是由于各電站建設過程中的差異性較大，其他電站的相關經驗也不可完全照搬使用。鑒于此，本文識別南某抽水蓄能電站建設相關環境風險，構建事故樹分析模型，明確環境風險頂上事件與其他各級環境風險事件，定義各環境風險事件邏輯關聯，計算事故樹最小割集與環境風險基本事件結構重要度，分析各環境風險事件對頂上事件的影響，為電站建設環境保護提供建議。

1? 環境風險識別

湖南某抽水蓄能電站上、下游庫區均位于福壽山-汨羅江國家級風景名勝區范圍內，上游庫區部分區域還屬于福壽山省級森林公園范圍內。基于大量文獻調研與工程實踐經驗，本文初步識別與湖南某抽水蓄能電站建設相關的水環境風險、生態環境風險以及地質環境風險等3類環境風險。

水環境風險主要是在電站建設過程中可能由于施工產生的廢料、廢水、廢渣等施工垃圾的不合規排放，導致地表水水質污染，以及電站建設過程中的打樁、基坑開挖等施工工序導致地下水環境穩定性破壞，產生地下水水位下降以及地下暗流、暗河等地下徑流水質污染。

生態環境風險主要是電站建設過程中由于需要修建攔河壩、上下游水庫、生活區、上下游交通通道等水利樞紐設施，導致電站周邊農田、森林等面積縮小，部分農業用地可能由于電站施工過程中產生的污染物質導致污染以及農作物減產，部分生物物種可能由于施工產生的污染與噪音被動遷移棲息地，甚至死亡。

地質環境風險主要是在電站建設過程中可能由于炸藥爆破等因素的影響，導致施工區域以及周邊區域山體出現滑坡、塌方以及泥石流等自然災害。

2? 事故樹分析模型

2.1 事故樹構建流程? 事故樹將導致事故發生的諸多事件通過樹狀的邏輯圖譜有序的連接起來，可以較好的表達事故產生的機理，明確導致事故發生的各事件的內在關聯。事故樹的構建流程本質上是一個逆向分析的過程：首先，通過構建頂上事件，即某事故的發生，作為事故樹的起點。其次，對該頂上事件通過科學的分析手段逐層分解，得到諸多中間事件，并定義這些中間事件相對于上層事件的因果關系，這些中間事件在事故樹中起到一個承接的作用，但這些事件并不是導致事故發生的最本質原因。最后，對中間事件進一步分解得到最底層的基本事件，并定義基本事件相對于上層事件的因果關系，這些事件通常較為具體，基本無法再做進一步細分。通過上述步驟便可得到一個完整并具有清晰邏輯關系表達的事故樹。

事故樹分析方法對于本文環境風險研究較為適用，可以通過該方法探究各環境風險以及環境風險事件間的因果關聯，同時也可定量評估各環境風險事件結構重要度，因此本文將利用事故樹來開展相關研究。

2.2 事故樹分析流程? 事故樹分析流程可劃分為以下幾個階段：

2.2.1 最小割集計算? 事故樹的邏輯關系有“與門”、“或門”兩種，為求解最小割集需要根據事故樹的邏輯圖譜，利用布爾邏輯運算法則，將頂上事件用“與門”、“或門”表達出來，其中“與門”代表乘法，“或門”代表加法。通過頂上事件最終的數學表達結果，得到導致頂上事件發生的所有基本事件組合，即最小割集。

2.2.2 結構重要度計算? 各基本事件結構重要度可表示為：（2）

式中，m為最小割集數量;n為含有第j個基本事件的最小割集數量;Wk第j個基本事件的第k個最小割集中基本事件的數量。

基本事件結構重要度可以表征該事件對于頂上事件發生的貢獻值，重要度越高則貢獻值越大。

3? 環境風險事故樹構建

3.1 頂上事件確定? 為利用事故樹理論開展湖南某抽水蓄能電站建設環境風險研究，首先需要確定頂上事件，即電站建設過程中與環境相關最不期望發生的事件。從本文研究角度，該最不期望發生事件即為環境破壞事件，因此將環境破壞定義為頂上事件。

3.2 因果關系確定? 在頂上事件確定后，需要從頂上事件開始，逐級分解得到中間事件，并繼續分解得到無法再予以細分的基本事件。根據前文識別得到的各環境風險，可以得到湖南某抽水蓄能電站建設各級環境風險中間事件、環境風險基本事件以及各級環境風險事件間的因果關系。具體內容見表1。

對于表1中的環境風險一級中間事件，可以用邏輯門“與門”表示各事件間的邏輯關系，即水環境破壞、生態環境破壞以及地質環境破壞這三個事件均發生時，才會導致頂上事件環境破壞事件的發生。同樣地表水環境破壞與地下水環境破壞同時發生才會導致水環境破壞，因此其之間的邏輯關系也為“與門”。對于環境風險基本事件施工排污、爆破炸藥殘留物只要其中有一個事件發生，均會導致地表水環境破壞，因此其之間的邏輯關系為“或門”。

3.3 事故樹構造? 根據上文對環境風險一級中間事件、二級中間事件以及環境風險基本事件之間關系的描述，構建湖南某抽水蓄能電站建設環境風險事故樹見圖1。

4? 環境風險分析

4.1 最小割集計算

在環境風險事故樹構建完成的基礎上，為進一步分析湖南某抽水蓄能電站建設環境風險，需要根據事故樹所表述的邏輯關系，利用布爾邏輯運算法則求解出導致環境破壞事件發生的所有事故模式，即求解最小割集。

根據式（1）可以得到12個最小割集為：

4.2 結構重要度計算

根據式（2）可以得到湖南某抽水蓄能電站建設各環境風險基本事件結構重要度見表2。

通過表2可以得到Y5、Y6、Y7、Y8、Y9、Y10這6個環境風險基本事件的結構重要度最高，因此其對于環境破壞的影響最大，工程建設過程中需要對上述幾個基本事件的發生做嚴格控制。同時也可以通過圖1得到，農業用地減少、農業用地污染、農作物減產、森林面積減少、動物種群減少以及植被種類減少等6個結構重要度最高的環境風險基本事件均屬于生態環境破壞一級中間事件，因此在工程建設過程中對于生態環境保護需要格外重視，減少電站減少對周邊區域環境的影響。

5? 環境風險預防機制

5.1 管理措施

項目建設單位在施工過程中應建立切實可行的環境風險預防機制和獎懲措施，強化環境風險管理，減少環境風險基本事件尤其是生態環境破壞事件的發生幾率。建設單位需要定期組織環境安全相關專家對現場作業人員強化環境風險預防機制的學習，做到從被動環境保護到主動環境保護的轉變，督促現場作業人員嚴格執行相關環境風險預防機制。

5.2 技術措施

項目建設單位需要加強對于項目施工方施工工法與施工工序的監督檢查，加強對施工組織設計中安全文明施工部分內容的審查，提高審批標準，鼓勵施工方利用先進環保的施工機械、設備以及材料，做到從源頭上減少項目建設對周邊環境的影響。

5.3 組織措施

項目建設單位應根據項目實際情況建立環境風險預防組織機構，環境風險預防組織機構除了針對現有可預測的環境風險事件開展預防與管控外，還需要對一些突發環境風險事件進行應急管理，構建一整套環境風險應急事件處理系統，并依托《湖南省突發環境事件應急預案》的要求編制突發環境風險事件應急預案。環境風險預防組織機構需要加強對于突發環境風險事緊急處置的能力，在日常工作中加強管理與宣傳工作，減少不必要的環境破壞與損失。

6? 結論

本文針對湖南某抽水蓄能電站建設環境風險開展研究，識別電站建設環境風險，運用事故樹理論構建事故樹分析模型，探究電站建設環境風險，擬定環境風險預防措施，減少電站建設對周邊環境影響。

參考文獻：

[1]袁壽其，方玉建，袁建平，張金鳳.我國已建抽水蓄能電站機組振動問題綜述[J].水力發電學報，2015，34（11）：1-15.

[2]張志強，焦德富，徐艷群，張東.遼寧蒲石河抽水蓄能電站工程環境監理要點[J].人民長江，2009，40（17）：77-80.

[3]王英，馬俊杰，王伯鐸，何艷芬，牛天祥，吳漢濤.南方丘陵紅壤區抽水蓄能電站建設的生態環境影響及對策研究[J].水土保持學報，2006（05）：142-145.

[4]李朝霞，呂琳莉，李萍.西藏水電開發對河流生態環境影響評價[J].河海大學學報（自然科學版），2014，42（03）：200-204.

[5]黃勇，李子漪，武鵬峰，鄭國，陳忱.遼寧蒲石河抽水蓄能電站對景觀格局影響的生態風險評價[J].東北師大學報（自然科學版），2015，47（04）：137-142.