2009年南水北调东线山东段工程加速建设
赵然杭+陈超+李莹芹+王兴菊+彭弢+陈娟
摘要：南水北调东线工程山东段由新修渠道、原有河道及湖泊、水库共同构成。输水干线多为开敞式且与当地交通道路交叉，南四湖和梁济运河承担航运任务，交通、航运等突发事故有可能影响正常输水，因而输水安全受到多种潜在突发事故的威胁。为能够在突发事故发生后采取有效的应急控制和处置措施，降低事故造成的损失，采用核对表法对工程突发风险源进行识别，确定突发事故类型，综合利用模糊意见集中决策和层次分析法建立风险评估体系，对南水北调东线工程山东段的突发事故风险进行评估，确定各类突发事故对工程的影响程度，经评定该工程的主要风险包括陆运和航运交通事故引发的突发风险，次要风险主要包括人为投毒、自然灾害及机器故障等原因引发的各类突发风险。该成果可为后续应急控制和处置方案的制定提供决策依据，同时可为其他资料短缺地区的风险评估提供参考。
关键词：突发事故；风险评估；风险等级；模糊意见集中决策；层次分析法
中图分类号：TV68 文献标识码：A 文章编号：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
南水北调东线工程是缓解我国东部地区水资源供需矛盾、支撑该地区国民经济与社会可持续发展的一项跨流域、长距离的特大型、综合性调水工程。南水北调东线工程在枣庄市台儿庄通过韩庄运河将长江水引入山东境内，地形上以黄河为脊背向南、北两侧倾斜，以靠近黄河處的东平湖为分界点，东平湖以南地区以梯级泵站提水方式输水，东平湖以北的鲁北地区和以东的胶东地区依地势采用自流方式输水。山东段一期工程南北长度为434.8 km，东西长度为291.58 km（不包括引黄济青工程渠段），补充济南、聊城、德州、青岛等沿线城市的城市及工业用水，兼顾部分农业用水和生态环境用水。南水北调东线工程山东段位置见图1。
山东段输水干渠周边地区经济发达、人口密度较大、交通运输量大且干渠和道路交叉，输水干渠多为开敞式受周边环境影响较大，因此有可能发生交通事故、船舶溢油或其他破坏水质等影响供水的突发事故。为及时有效的应对各类突发事故，有必要对沿线的突发事故进行识别和评估，确定突发事故类型，为突发事故的处理和处置提供依据。近几年来国内学者对突发事故风险识别和评估的研究取得了一系列成果，熊雁晖等[1]对南水北调中线一期工程各类工程建筑物风险类型进行识别和分析，得到单元工程风险列表，为中线工程输水系统运行风险的定量评估提供基础；冯平等[2]针对南水北调中线总干渠，以风险理论为基础建立二维复合事件风险组合模型，提出整个引水工程防洪风险估算方法；刘冬华等[3]针对危险品道路运输泄漏引发的水污染事故，分析了突发水污染事故源发生概率和危害后果表征方法；朱元等[4]从水文风险要素的辨识入手，建立南水北调中线整个干渠交叉建筑物水毁风险计算的框架，提出二维复合事件的风险计算模型；何小聪等[5]基于贝叶斯网络理论建立了南水北调中线工程暴雨洪水风险模型，为降低工程的暴雨洪水风险损失提供决策参考；肖伟华等[6]结合南水北调东线工程特点从风险源、风险传播过程、风险接受者等三个方面出发提出了工程运行期突发风险发生的预防对策。为确保东线工程山东段输水水质达到要求，需要进一步分析研究其输水过程中可能存在的突发性风险，降低风险发生概率，减少风险发生后的损失。
本文结合南水北调东线工程山东段南北跨度大、地形复杂、水工建筑物较多、工程通水时间较短、相关资料较少等实际特点，对山东段输水干渠进行风险识别，明确干渠可能存在的各类突发事故并进行风险评估，对突发事故发生后采取应急有效措施，降低事故造成的损失，具有十分重要的意义。
1 突发风险分析
突发风险一般定义为研究对象在某一特定环境下，在某一特定时间段内，其不能完成预期目标（功能）的概率与由此产生后果的结合[7]。比较严格和通用的定义如下：风险R是事件发生概率P与事件造成的环境后果C的乘积。
南水北调东线山东段的突发风险主要是指在输水干渠突然发生的影响供水量、水质、供水安全的各类突发事故。按照突发风险的定义，首先对南水北调东线工程山东段沿线进行风险源识别，确定工程可能存在的突发事故类型，然后从突发事故发生可能性和造成后果严重程度两个方面对突发风险进行评估，确定突发事故的风险高低排序。
1.1 突发事故风险源识别
突发事故风险源识别[8]是进行风险评估的一项基础工作，风险的识别过程实际上包括两个主要环节：感知风险和分析风险。风险识别的方法有很多，其中可靠性较高、常用的有专家调查法、故障树分析法、核对表法、幕景分析法以及几种基本方法的组合等[9-12]。南水北调东线通水时间较短，可获取的相关资料十分有限，本文采用核对表法和专家调查法相结合的方法进行风险识别。
通过查询相关新闻及文献对我国其他河流、湖泊近年发生的部分突发事故进行统计、分析，制作得突发事故核对表1。由于研究手段的限制，资料基本来源于公开报道的报纸期刊、网络，其准确性和权威性有限，该表仅具有参考价值，该工程突发事故类型的确定主要依据工程的实际情况和专家意见。
南水北调东线山东段输水干渠多为敞开式干渠，交通事故污染物泄漏和人为投毒等均有可能造成水质污染；南四湖和梁济运河、韩庄运河均承担航运任务，运输物品主要为煤和粮食作物，存在船体燃油泄漏和生活污水排放引发的水质污染；部分输水干渠经过山地丘陵区或利用天然河道直接作为输水干渠，渠段過水断面形状变化明显，输水干渠所经地区气候变化显著，降水集中在夏季可能会出现地质滑坡、地震、冰塞、洪水、泥石流等自然灾害导致水位突然雍使渠道及建筑物结构受到破坏；山东段干渠内设有数座节制闸、退水闸和分水闸与泵站等其他水工建筑物将输水网络分为若干个串联单元，整个体系联合控制，泵站、水闸等设备出现老化、电气设备故障、电网停电、电压波动等均有可能影响输水；近年来都有发生扰乱社会治安事件，主要以重要建筑物和控制设施设备爆炸破坏或以水体投毒方式出现，严重威胁工程安全和水质安全，对工程输水调度产生严重不利影响。
本文通过借鉴南水北调中线工程的经验对东线山东段工程潜在的风险因子进行识别和分析，鉴于东线工程系统自身结构的特点以及造成事故的原因，以及有关专家的建议，按照风险源类型分类，南水北调东线山东段可能存在的突发事故主要包括以下六类。
Ⅰ类：陆运交通事件造成的剧毒物品泄漏入渠引发的水质污染。
Ⅱ类：航运交通事件造成的燃油及生活污水泄漏引发的水质污染。
Ⅲ类：人为恶意投毒引发的水质污染。
Ⅳ类：地质滑坡、地震、冰塞等自然灾害引发的工程安全事故。
Ⅴ类：停机、淹没泵站、溃坝等故障引发的工程安全事故。
Ⅵ类：爆炸破坏设施或敌对恐怖袭击引发的工程安全事故。
根据突发事故发生后是否对输水水质造成破坏，将突发事故大致分为两类：一类是对水质造成影响的突发水污染事故，另一类是对输水通畅性造成影响的工程安全事故，这两大类基本能够涵盖以上六类突发事故。
1.2 突发事故危害等级划分
突发事故一旦发生都会不同程度地对工程供水的安全性、连续性和平稳性造成影响，破坏水质、影响供水量、威胁供水安全造成经济损失，甚至影响生态环境、发生社会事故等，在对突发事故后果进行评估时一般从经济、生态等方面进行分析[13-14]。本文通过分析各类突发事故有可能产生的后果，从经济损失、人员安全、社会安全、生态环境四个方面对其造成经济损失、人员伤亡数量、在社会上的影响范围以及对水体生态的影响程度进行评估。首先依据四项指标将突发事故造成后果的严重程度进行等级划分，然后通过实际调查和分析确定突发事故造成后果所属危害等级。由于潜在突发事故造成后果具有较大的随机性和偶然性，在确定各类突发事故所属危害等级时仅考虑各类突发事故中较常见的突发事故造成后果。
通过分析南水北调东线山东段和其他长距离调水工程已发生的突发事故造成后果，确定四项指标的指标值，并根据指标值将突发事故造成后果分为以下四级。
Ⅰ级：
（1）造成直接经济损失1000万元以上的；
（2）直接导致10人以上死亡，或中毒100人以上；
（3）100人以上群体性事件或社会安全事件；
（4）造成干线较长河段或湖泊、水库水域功能严重丧失，鱼类大量非正常死亡。
Ⅱ级：
（1）造成直接经济损失200万元以上，1000万元以下的；
（2）直接导致3人以上、10人以下死亡，或中毒50人以上、100人以下；
（3）100人以内10人以上群体性事件或社会安全事件；
（4）造成干线较长河段或湖泊、水库水域功能部分丧失，鱼类出现非正常死亡。
Ⅲ级：
（1）造成直接经济损失50万以上，200万元以下的；
（2）直接导致发生3人以下死亡，或中毒10人以上、50人以下的；
（3）10人以内3人以上群体性事件或社会安全事件；
（4）造成干线较长河段或湖泊、水库水域较大范围水体发生显著变化。
Ⅳ级：
（1）直接造成经济损失50万元以下；
（2）直接导致发生中毒10人以下；
（3）3人以下群体性事件或社会安全事件；
（4）造成干线一定河段或湖泊、水库水域发生显著变化。
2 突发事故风险评估
突发事故风险评估主要是对突发事故发生的可能性和造成后果进行综合评估，确定各类突发事故风险高低排序，为制定突发事故应急控制和处置预案提供参考。常用的风险评估方法包括故障树法、层次分析法等[15-17]。由于南水北调东线通水时间较短，突发事故发生频次极低，无法进行发生频次、造成后果严重程度的调查和统计分析，本文采用专家调查法评价突发事故发生可能性和造成损失，并采用模糊意见集中决策方法[17]对多位专家意见进行集中，采用层次分析法对突发事故进行综合评定。
2.1 模糊意见集中决策
调查六位专家对突发事故发生可能性大小及造成后果严重程度排序的意见，不同专家对六类突发事故发生可能性大小和造成后果的严重程度排序有不同的认知，故采用模糊意见集中决策将六位专家对两种风险特征的意见进行意见集中处理，综合六位专家意见分别得到发生可能性大小和后果严重程度的排序。
2.1.1 模糊意见集中决策基本原理
根据矩阵V中的排序可知六类突发事故造成后果严重程度的波达数分别为：B（u1）=25，B（u2）=15，B（u3）=3，B（u4）=20，B（u5）=3，B（u6）=24。六类事故按照波达数从大到小的排序依次为u1，u6，u4，u2，u3，u5，即六类突发事故造成后果的严重程度按照从大到小的顺序依次为：陆运交通引发的水质污染，爆炸破坏设施或敌对恐怖袭击引发的工程安全事故，地质滑坡、地震、冰塞等自然灾害引发的工程安全事故，航运交通引发的水质污染，人为恶意投毒引发的水质污染，停机、淹没泵站、溃坝等工程安全事故。其中人为恶意投毒引发的水质污染，停机、淹没泵站、溃坝等工程安全事故后果严重程度相似。
2.2 突发事故风险评估
本文采用层次分析法对突发事故综合等级进行计算。层次分析法是一种多准则决策方法可以统一处理问题中的定性和定量因素，对定性因素进行定量分析，将无法量化的风险进行排序，将其区分开来。层次分析法的基本思路是，首先评价者将复杂的风险问题分解成若干层次和若干因素，并在同一层次的各要素之间进行比较、判断和计算，评定不同风险的最终权重，从确定各类突发事故风险高低排序。层次分析法主要由构建风险层次模型、构建比较矩阵及一致性检验[18-22]、层次总排序三部分组成。
2.2.1 构建风险层次模型
在突发风险因素重要性排序层次中，最高层应为突发风险因素综合排序；第二层主要考虑突发风险发生的可能性、突发风险造成后果严重程度即风险概率和风险损失两个因素；第三层为结构的最底层，由南水北调东线山东段工程中可能存在的各项突发事故组成，其中C1-C2分别对应Ⅰ-Ⅵ类突发事故。
2.2.2 构建比较矩阵及一致性检验
通过对层次结构中较低一層的各因素相对于其隶属的上一层因素的重要程度进行两两对比确定其重要程度，从而构建比较矩阵。因此，将2.1章节中确定的突发事故发生可能性和危害严重程度大小的排序，转化成重要度排序。第二层中只有两个因素不宜采用模糊意见集中决策方法，直接采用加权平均的方法确定风险概率相对风险损失的重要程度为3，第三层中六类突发事故的重要程度根据之前计算的两组波达数进行确定。根据归一化成果，以0.05作为基数，1作为重要度增减梯度进行重要程度计算，例如突发事故u1相对u2的重要程度为：1+1×（u1-u2）/0.05=3.8，最终确定突发事故u1相对u2的重要程度为4。按照上述方法确定第三层各因素相对风险概率和风险损失的比较矩阵，确定第二层两因素相对最高层的比较矩阵。计算三个比较矩阵的特征值可知，CI/RI均小于0.1，三个比较矩阵均满足一致性。
2.2.3 层次总排序
层次总排序的权重值是B层因素的层次排序权重值与C层因素的层次排序权重值的乘积，其一致性检验标准CI和CI/RI也是两层排序权重值与各自CI和RI乘积之后计算得到的。最终的重要性排序见表2。
由表2得出，南水北调东线工程的各突发事故风险最终排序的权重值如下：
从各类突发事故的权重值可以看出，陆运交通引发水质污染的风险概率和风险损失均在各类突发事故中占有较大比重；航运交通引发的水质污染在风险概率方面占有比重略大，但与陆运交通相比其污染物种类略单一，其造成的风险损失一般小于陆运交通；人为恶意投毒突发事故中投放有毒物质的种类和量均有限且工程输水量较大，其引发水质污染的风险概率远大于其造成的风险损失；由于自然灾害具有较大的不确定性，尤其是诸如地震、泥石流等自然灾害较难避免，自然灾害引发的工程故障往往会破坏建筑物或干渠等，其风险概率和风险损失均略大于停机、淹没泵站、溃坝等工程故障；爆炸破坏设施或敌对恐怖袭击的风险概率极低，但由于其一旦发生具有较大的破坏力，其造成风险损失较大。
由此可知，南水北调东线山东段六类突发事故的风险评估综合等级从高到低依次分别为陆运交通事故，航运交通事故，地质滑坡、地震、冰塞等自然灾害事故，人为恶意投毒事故，停机、淹没泵站、溃坝等事故，爆炸破坏设施或敌对恐怖袭击。
3 结论
本文通过对南水北调东线山东段工程的风险识别，明确沿线可能发生的六类潜在突发事故，采用模糊意见集中决策和层次分析法建立风险评估体系对突发事故进行风险评估，确定各类突发事故风险从高到低依次为陆运交通事故，航运交通事故，地质滑坡、地震、冰塞等自然灾害事故，人为恶意投毒事故，停机、淹没泵站、溃坝等事故，爆炸破坏设施或敌对恐怖袭击。因此，可确定南水北调东线山东段存在的主要风险包括陆运和航运交通事故引发的突发风险，次要风险主要包括人为投毒、自然灾害及机器故障等原因引发的各类突发风险。
本文在进行风险识别和评估时，结合工程实际情况，通过调查专家意见，采用模糊意见集中决策和层次分析法对专家意见进行处理，将定性描述转化为便于计算的定量描述，有效避免了传统算术平均法可能掩盖某些较突出意见的缺陷，提高了风险评估的准确性，该方法可为其他资料短缺地区的风险评估提供参考。
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