基于事故樹方法的棄渣場安全研究

徐玉華，鄭 銳，張萬清

（福建省水土保持工作站,福建 福州 350003）

在人類探索和改造自然的過程中，產(chǎn)生了大量的固體廢棄物，我們將生產(chǎn)建設(shè)項目中排放的無特定功能的棄土、棄石、以及其它棄渣混合物堆放場地稱之為棄渣場。近幾十年來全球范圍內(nèi)發(fā)生了許多棄渣場引起的災害，反映出棄渣場作為一種無序和盲目的人造危險源，在人類生產(chǎn)建設(shè)活動中必須要引起重視。進行有效的事故分析，完善對渣場事故規(guī)律的認識，對優(yōu)化我國生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場事前預防和事中管理模式有著重大的意義。

1 棄渣場現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 棄渣場類型

針對不同的棄渣場分類標準可以對棄渣場進行多樣化分類，目前普遍認可的棄渣場分類方式有兩種。①根據(jù)工程或區(qū)段的棄渣量，結(jié)合附近的地形地貌特點，棄渣方式可分填洼棄渣；溝道棄渣；坡面棄渣；平地棄渣四大類[1]。②根據(jù)棄渣成分或者棄渣所屬項目來源分類，分為渣土場[2]、排土場、尾礦庫、尾砂庫、赤泥庫[3]、儲灰場[4]。

1.2 棄渣場分布特點

棄渣場都盡可能的避開公共設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)企業(yè)、居民點，通常選擇在山丘的荒溝、凹地、支毛溝等地方，對主要設(shè)施點造成影響范圍較小的地點，同時較好考慮到了運移交通的便利。棄渣場的布置往往根據(jù)主體項目的分布設(shè)置，一般如水電站、公路鐵路等線性工程，棄渣場分布同樣呈沿線分布。

1.3 棄渣場現(xiàn)存問題

目前我國的棄渣場建設(shè)還缺少統(tǒng)一的規(guī)范，在渣場選址及棄渣處理缺少周全的考慮，環(huán)保意識薄弱。同時我國棄渣場管理制度制定仍不完善，特別是缺乏針對小型棄渣場或臨時性棄渣場的管理制度，導致在建許多小型工程棄渣場隨意丟棄，引發(fā)破窗效應。一些臨時性棄渣場由于缺乏管理和約束往往也會變成永久棄渣場。各個企業(yè)之間特別是民營企業(yè)棄渣排放缺乏聯(lián)合調(diào)度和管理。我國棄渣場的安全監(jiān)測覆蓋范圍非常小，且監(jiān)測手段仍然比較滯后。此外，大多數(shù)棄渣場由于過往盲目和混亂地排放，經(jīng)過長期生物及環(huán)境作用已經(jīng)極難辨認，導致有許多棄渣場定位困難，甚至有人在棄渣場上建房、種地，產(chǎn)生極大的安全隱患。

2 棄渣場事故案例采集及分析

2.1 棄渣場事故案例庫

多年來，一般固體廢棄物堆存誘發(fā)的次生災害不在少數(shù)。如泥石流、尾礦庫滲漏、攔渣壩潰壩、排土場滑坡等事故，不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，更對人民生命財產(chǎn)安全造成了嚴重威脅[5]。本文案例庫所選近年來國內(nèi)外棄渣場事故案例總數(shù)為100，案例來源包括文獻資料、著作書籍、互聯(lián)網(wǎng)絡、報紙、事故調(diào)查報告、福建省水保站水土保持相關(guān)資料。統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)主要包括棄渣場事故發(fā)生的時間、棄渣場類型、地點、以及事故主要誘因。

2.2 案例分析

根據(jù)收集的資料，統(tǒng)計出北半球棄渣場失穩(wěn)事故中所在月份頻數(shù)分布見圖1。

圖1 棄渣場事故所在月份頻數(shù)分布

從上述統(tǒng)計分析可以看出：一年中，但事故的高發(fā)期一般集中在5月～9月，主要原因是北半球這幾個月通常為雨季，降雨特別是強降雨或臺風降雨對棄渣場的失事有著極大的影響比重。另外從統(tǒng)計的棄渣場失事類型統(tǒng)計圖中可得，目前的棄渣場失事事故主要存在于采礦及金屬行業(yè)。尾礦在我國一般工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)量中幾乎占據(jù)了小“半壁江山”，但龐大產(chǎn)生量中，利用量卻很有限[5]。大量尾礦庫在種種原因下發(fā)生事故，威脅下游人民生命和財產(chǎn)安全。

2.3 棄渣場事故誘因分析

從上述統(tǒng)計的棄渣場失事案例來看，事故發(fā)生的原因主要分為棄渣場內(nèi)在因素、外在環(huán)境因素以及人為因素三方面。每次棄渣場事故都與內(nèi)在因素有著密切的關(guān)系，內(nèi)因包括了棄渣場棄渣成分、物理力學特性及地形地質(zhì)條件，內(nèi)因可以說是棄渣場事故產(chǎn)生的前提和基礎(chǔ)。外部因素主要是氣候因素降雨、地下水、施工工藝和亂采亂挖、以及人為因素，每次棄渣場事故都有外部因素的作用。其中，降雨因素是導致事故發(fā)生的最主要因素，占到棄渣場事故的40%以上。棄渣場事故誘因頻率餅狀圖見圖2。

圖2 棄渣場事故誘因餅狀圖

3 棄渣場安全事故樹分析

目前國內(nèi)對尾礦庫和排土場的危害、安全評價方法以及預防措施進行了比較系統(tǒng)和完善的研究[6～8]，但對于渣土場

表1 中間事件＆基本事件信息表

安全評價模型方面的研究相對較少。因此加強渣土場決策過程中存在的風險因子識別、預測分析以及安全評價，確定其危險程度，制定切實可行、科學合理的預防和處理措施，對預防水土流失，保護環(huán)境及保障人民生命財產(chǎn)安全有著切實的意義。

3.1 棄渣場安全事故樹層次劃分

結(jié)合事故案例的調(diào)查分析，渣土場可能發(fā)生的風險可以歸納為邊坡失穩(wěn)、水土流失、及環(huán)境污染三類。采用事故樹分析法分析發(fā)生以上3 種災害的誘發(fā)因素，結(jié)合渣土場的堆排現(xiàn)狀，分別以它們發(fā)生的可能性進行分析。

對棄渣場事故進行事故樹分析，各基本因子信息見表1，所繪制的總體事故樹見圖3。

圖3 棄渣場總體風險事故樹

3.2 事故樹最小徑集及最小割集計算

事故樹的布爾表達式如下所示：

（X1*X2+X3*X4）*（X5+X6+X7+X8+X25）*（X9+X10+X11）+X12*X13*X14+（X15*X16+X4*X17）*（X5+X6+X7+X8）*（X11+X9）+X18*X19*X20+X21*X22*X14*X21+X15*X23*X6+X5*X24

利用布爾運算法則求出事故樹最小割集有74個，最小徑集有216個（見表2）。

表2 事故樹最小割集＆最小徑集表

3.3 事故樹基本事件結(jié)構(gòu)重要度計算

借助FTA進行分析計算并整理可得各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度排序如下所示：I（X11）=I（X9）＞I（X10）＞I（X5）=I（X4）=I（X3）=I（X2）=I（X1）＞I（X6）＞I（X8）=I（X7）＞I（X25）＞I（X15）＞I（X21）=I（X16）＞I（X14）＞I（X24）=I（X22）＞I（X23）=I（X20）=I（X19）=I（X18）=I（X13）=I（X12）。

3.4 事故樹計算結(jié)果分析

（1）分析最小割集可知：該渣土事故樹，求得的最小割集74 個，這說明發(fā)生邊坡失穩(wěn)事故的途徑可有74 種，從數(shù)量上來看，發(fā)生渣土場失穩(wěn)事故的途徑很多。因此，需要加強防范意識，特別是汛期需做好安全排查和實時監(jiān)管。

（2）分析最小徑集可知：渣土場事故成功樹，求得最小徑集216 個，從這一數(shù)值看，使棄渣場保持安全穩(wěn)定的的控制途徑有216 種，但由于在渣土場建設(shè)完工后有些因素不可避免，例如地形地質(zhì)因素、渣土特性、汛期滲流因素等。因此，實際上使渣土場保持安全穩(wěn)定的控制途徑有只有不到百分之15%，即大概只有三十種。所以我們要把重點放在人為可控部分的因素這個點，確保棄渣場有足夠穩(wěn)定能力，即便失事也能確保搶險措施有效。

（3）分析結(jié)構(gòu)重要度可知：降雨引發(fā)的滲流變化、水流沖刷和浸潤線變化是發(fā)生渣土場事故的主要原因，一些地勢、河流、偶然作用等原因是次要原因。所以我們在進行渣土場設(shè)計和管理時要重點放在渣土場監(jiān)管、防護、以及防汛工作上面。

4 結(jié)論

（1）棄渣場事故多集中在雨季，強降雨引發(fā)的一系列因素變化是導致棄渣場滑坡、泥石流或尾礦庫潰壩的重要原因，由此引發(fā)一系列嚴重后果。所以應該將治理的重點放在水上，重點對棄渣場體內(nèi)外及地下水區(qū)域的水進行控制和引導，修建截排水溝防止水流沖刷渣體，棄渣完畢后對裸露渣體邊坡設(shè)置粘土隔水層并進行植被恢復[9]，可以有效防止地表水下滲及水土流失。

（2）對于擬建棄渣場應從之前事后管理轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑邦A防和事中管理。從源頭開始，注重對渣場設(shè)置方案經(jīng)濟適用性和安全合理性進行綜合考量，特別是對選址所在區(qū)域的水文氣象，地形地質(zhì)等影響棄渣場安全穩(wěn)定的關(guān)鍵因素要進行風險分析及對可能失事的薄弱部位采取針對性措施加固設(shè)計。

（3）對于已建和擬建棄渣場要注意制定高效合理的管理措施，分清責任防治范圍。對小眾行棄渣來源要實施聯(lián)合調(diào)度和嚴格管理，防止亂排、超排現(xiàn)象。從管理層面，對易損性較大的渣場要進行重點監(jiān)測和即時反饋，特別是雨季來臨時，重點對棄渣場進行滲流變化、坡面水流沖刷和浸潤線變化進行實時監(jiān)測，對隱患部位應及時采取補救措施及發(fā)布預警預報。