湖南某抽水蓄能电站建设环境风险研究

钟聚光　张祥富　耿必君　袁涛

摘要：为探究湖南某抽水蓄能电站建设对周边区域环境影响，基于案例调研与工程实证分析，识别水环境风险、生态环境风险以及地质环境风险等3类环境风险并开展针对性的分析研究;运用事故树理论，拟定顶上事件，阐明各级环境风险事件间逻辑关联，构建环境风险事故树;利用布尔逻辑运算，计算最小割集与结构重要度，分析环境风险制定风险预防措施。

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.

關键词：水利工程;抽水蓄能电站;环境风险;事故树

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

中图分类号：TV5                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）28-0092-03

0  引言

抽水蓄能电站是利用电力负荷低谷时的利用电能将水抽至上水库，电力负荷高峰时泄水发电补充电力系统电能缺口的一种蓄能电站，主要承担电力系统调峰、调频、调相以及电力系统事故备用等作用。本文主要以湖南省汨罗江一级支流清水河右岸支流百福溪某抽水蓄能电站为例，探究电站在建设过程中对周边环境影响，分析电站周边地形地质环境、生态环境等环境风险，以期通过科学手段减少电站建设对周边环境影响[1]。

抽水蓄能电站建设前的环境风险研究对于电站周边环境保护具有重要意义，关于抽水蓄能电站建设环境风险的研究主要有：张志强等[2]从抽水蓄能电站建设环境监理的角度出发，拟定水环境风险、大气环境风险、声环境风险、生态环境风险等几个抽水蓄能电站建设主要环境风险;王英等[3]利用卫星遥感影像作为抽水蓄能电站施工前后土地利用与生态环境变化数据的来源，针对工程实施强度对生态环境的影响开展研究;李朝霞等[4]通过构建以水环境、生态环境、社会环境为主体的评价指标体系，定性研究水电站建设对流域环境影响;黄勇等[5]运用RS与GIS技术分析景观形状指数、多样性指数、均匀性指数等指标，针对抽水蓄能电站建设对流域景观格局的影响开展研究。

上述学者主要针对各类抽水蓄能电站建设对环境的影响开展研究，对本文湖南某抽水蓄能电站建设环境风险识别、环境风险分析的相关研究提供了理论基础与方法，但是由于各电站建设过程中的差异性较大，其他电站的相关经验也不可完全照搬使用。鉴于此，本文识别南某抽水蓄能电站建设相关环境风险，构建事故树分析模型，明确环境风险顶上事件与其他各级环境风险事件，定义各环境风险事件逻辑关联，计算事故树最小割集与环境风险基本事件结构重要度，分析各环境风险事件对顶上事件的影响，为电站建设环境保护提供建议。

1  环境风险识别

湖南某抽水蓄能电站上、下游库区均位于福寿山-汨罗江国家级风景名胜区范围内，上游库区部分区域还属于福寿山省级森林公园范围内。基于大量文献调研与工程实践经验，本文初步识别与湖南某抽水蓄能电站建设相关的水环境风险、生态环境风险以及地质环境风险等3类环境风险。

水环境风险主要是在电站建设过程中可能由于施工产生的废料、废水、废渣等施工垃圾的不合规排放，导致地表水水质污染，以及电站建设过程中的打桩、基坑开挖等施工工序导致地下水环境稳定性破坏，产生地下水水位下降以及地下暗流、暗河等地下径流水质污染。

生态环境风险主要是电站建设过程中由于需要修建拦河坝、上下游水库、生活区、上下游交通通道等水利枢纽设施，导致电站周边农田、森林等面积缩小，部分农业用地可能由于电站施工过程中产生的污染物质导致污染以及农作物减产，部分生物物种可能由于施工产生的污染与噪音被动迁移栖息地，甚至死亡。

地质环境风险主要是在电站建设过程中可能由于炸药爆破等因素的影响，导致施工区域以及周边区域山体出现滑坡、塌方以及泥石流等自然灾害。

2  事故树分析模型

2.1 事故树构建流程  事故树将导致事故发生的诸多事件通过树状的逻辑图谱有序的连接起来，可以较好的表达事故产生的机理，明确导致事故发生的各事件的内在关联。事故树的构建流程本质上是一个逆向分析的过程：首先，通过构建顶上事件，即某事故的发生，作为事故树的起点。其次，对该顶上事件通过科学的分析手段逐层分解，得到诸多中间事件，并定义这些中间事件相对于上层事件的因果关系，这些中间事件在事故树中起到一个承接的作用，但这些事件并不是导致事故发生的最本质原因。最后，对中间事件进一步分解得到最底层的基本事件，并定义基本事件相对于上层事件的因果关系，这些事件通常较为具体，基本无法再做进一步细分。通过上述步骤便可得到一个完整并具有清晰逻辑关系表达的事故树。

事故树分析方法对于本文环境风险研究较为适用，可以通过该方法探究各环境风险以及环境风险事件间的因果关联，同时也可定量评估各环境风险事件结构重要度，因此本文将利用事故树来开展相关研究。

2.2 事故树分析流程  事故树分析流程可划分为以下几个阶段：

2.2.1 最小割集計算  事故树的逻辑关系有“与门”、“或门”两种，为求解最小割集需要根据事故树的逻辑图谱，利用布尔逻辑运算法则，将顶上事件用“与门”、“或门”表达出来，其中“与门”代表乘法，“或门”代表加法。通过顶上事件最终的数学表达结果，得到导致顶上事件发生的所有基本事件组合，即最小割集。

2.2.2 结构重要度计算  各基本事件结构重要度可表示为：（2）

式中，m为最小割集数量;n为含有第j个基本事件的最小割集数量;Wk第j个基本事件的第k个最小割集中基本事件的数量。

基本事件结构重要度可以表征该事件对于顶上事件发生的贡献值，重要度越高则贡献值越大。

3  环境风险事故树构建

3.1 顶上事件确定  为利用事故树理论开展湖南某抽水蓄能电站建设环境风险研究，首先需要确定顶上事件，即电站建设过程中与环境相关最不期望发生的事件。从本文研究角度，该最不期望发生事件即为环境破坏事件，因此将环境破坏定义为顶上事件。

3.2 因果关系确定  在顶上事件确定后，需要从顶上事件开始，逐级分解得到中间事件，并继续分解得到无法再予以细分的基本事件。根据前文识别得到的各环境风险，可以得到湖南某抽水蓄能电站建设各级环境风险中间事件、环境风险基本事件以及各级环境风险事件间的因果关系。具体内容见表1。

对于表1中的环境风险一级中间事件，可以用逻辑门“与门”表示各事件间的逻辑关系，即水环境破坏、生态环境破坏以及地质环境破坏这三个事件均发生时，才会导致顶上事件环境破坏事件的发生。同样地表水环境破坏与地下水环境破坏同时发生才会导致水环境破坏，因此其之间的逻辑关系也为“与门”。对于环境风险基本事件施工排污、爆破炸药残留物只要其中有一个事件发生，均会导致地表水环境破坏，因此其之间的逻辑关系为“或门”。

3.3 事故树构造  根据上文对环境风险一级中间事件、二级中间事件以及环境风险基本事件之间关系的描述，构建湖南某抽水蓄能电站建设环境风险事故树见图1。

4  环境风险分析

4.1 最小割集计算

在环境风险事故树构建完成的基础上，为进一步分析湖南某抽水蓄能电站建设环境风险，需要根据事故树所表述的逻辑关系，利用布尔逻辑运算法则求解出导致环境破坏事件发生的所有事故模式，即求解最小割集。

根据式（1）可以得到12个最小割集为：

4.2 结构重要度计算

根据式（2）可以得到湖南某抽水蓄能电站建设各环境风险基本事件结构重要度见表2。

通过表2可以得到Y5、Y6、Y7、Y8、Y9、Y10这6个环境风险基本事件的结构重要度最高，因此其对于环境破坏的影响最大，工程建设过程中需要对上述几个基本事件的发生做严格控制。同时也可以通过图1得到，农业用地减少、农业用地污染、农作物减产、森林面积减少、动物种群减少以及植被种类减少等6个结构重要度最高的环境风险基本事件均属于生态环境破坏一级中间事件，因此在工程建设过程中对于生态环境保护需要格外重视，减少电站减少对周边区域环境的影响。

5  环境风险预防机制

5.1 管理措施

项目建设单位在施工过程中应建立切实可行的环境风险预防机制和奖惩措施，强化环境风险管理，减少环境风险基本事件尤其是生态环境破坏事件的发生几率。建设单位需要定期组织环境安全相关专家对现场作业人员强化环境风险预防机制的学习，做到从被动环境保护到主动环境保护的转变，督促现场作业人员严格执行相关环境风险预防机制。

5.2 技术措施

项目建设单位需要加强对于项目施工方施工工法与施工工序的监督检查，加强对施工组织设计中安全文明施工部分内容的审查，提高审批标准，鼓励施工方利用先进环保的施工机械、设备以及材料，做到从源头上减少项目建设对周边环境的影响。

5.3 组织措施

项目建设单位应根据项目实际情况建立环境风险预防组织机构，环境风险预防组织机构除了针对现有可预测的环境风险事件开展预防与管控外，还需要对一些突发环境风险事件进行应急管理，构建一整套环境风险应急事件处理系统，并依托《湖南省突发环境事件应急预案》的要求编制突发环境风险事件应急预案。环境风险预防组织机构需要加强对于突发环境风险事紧急处置的能力，在日常工作中加强管理与宣传工作，减少不必要的环境破坏与损失。

6  结论

本文针对湖南某抽水蓄能电站建设环境风险开展研究，识别电站建设环境风险，运用事故树理论构建事故树分析模型，探究电站建设环境风险，拟定环境风险预防措施，减少电站建设对周边环境影响。

参考文献：

[1]袁寿其，方玉建，袁建平，张金凤.我国已建抽水蓄能电站机组振动问题综述[J].水力发电学报，2015，34（11）：1-15.

[2]张志强，焦德富，徐艳群，张东.辽宁蒲石河抽水蓄能电站工程环境监理要点[J].人民长江，2009，40（17）：77-80.

[3]王英，马俊杰，王伯铎，何艳芬，牛天祥，吴汉涛.南方丘陵红壤区抽水蓄能电站建设的生态环境影响及对策研究[J].水土保持学报，2006（05）：142-145.

[4]李朝霞，吕琳莉，李萍.西藏水电开发对河流生态环境影响评价[J].河海大学学报（自然科学版），2014，42（03）：200-204.

[5]黄勇，李子漪，武鹏峰，郑国，陈忱.辽宁蒲石河抽水蓄能电站对景观格局影响的生态风险评价[J].东北师大学报（自然科学版），2015，47（04）：137-142.