环境风险分析在下坂地水利枢纽工程中的应用研究

邹 涛

（新疆下坂地水利枢纽工程建设管理局，新疆喀什 844000）



环境风险分析在下坂地水利枢纽工程中的应用研究

邹 涛

（新疆下坂地水利枢纽工程建设管理局，新疆喀什 844000）

【摘 要】水利工程的安全性不仅关系到国家的经济发展，还对周围居民的生命财产安全具有重要影响。水利工程环境风险与社会的经济发展密切相关，合理可行的水利工程环境风险分析是保证水利建设安全开展、顺利进行的保障。本文以新疆维吾尔自治区下坂地水利枢纽工程环境风险分析为研究对象，构建了一套合理的水利工程环境风险模型，提出风险评估的详细计算方法，为类似水利工程的环境风险分析提供了借鉴与参考。

【关键词】水利工程；环境风险分析；下坂地水利枢纽

1　引 言

水是再生资源，合理高效地利用水资源对我国的经济发展与构建资源型社会具有重大意义。虽然水利工程的修建给我们带来了巨大的能源与水资源，但是规模过大的工程对建设区的环境也会造成一定的负面影响，其中影响最大的便是水库大坝的修建。无论采取何种开发类型，水库均会使坝址附近的水位有所变化，从而改变周围的生态环境，如:淹没森林、水土流失、河岸损坏、淤泥堆积以及地下水位上升等，同时还会影响到水库覆盖地区的居民生存状况。由此可知，无论是中型水库还是大型水库，在建设过程与后期运营中均会存在对四周环境不利的潜在风险。所以，在获取经济效益的同时，最大限度地降低水库对周围生态环境产生的不利影响，开展有效的水利工程环境风险分析势在必行。

2　水利工程环境风险模型的建立

为准确得到水利工程具有的环境总风险值，应当对能够影响到生态环境的所有因素进行分级评价，通常可将环境风险影响划分为3个层次，即:施工、溃坝和淹没。在进行综合评价的过程中，应当自低级向高级逐层进行模糊评价，最后根据各层的评价结果总结分析出总环境风险评价状况。

2.1风险致因的隶属度和模糊分值

2.1.1评判等级的划分

在构建评判模型时，应确保每层的影响因素数目一致，且上下层之间也要构建数学关系式，用来开展后期的数据处理［1］。综合考虑工程的性质与规模，可将所有需要进行评判的因素V划分为n个等级，即:

V＝（V1，V2，V3，…，Vn）

2.1.2 评判等级的直观化

将影响因素划分为不同等级并进行量化处理，其目的是将评判指标变得直观化，便于后期处理数据时构建合理的评判隶属函数。假设第i级的影响分值为di（i＝1，2，…，n），则有:

2.1.3制定评判因素的隶属度

为使评判结果更加科学合理，可根据发生概率大小、风险的严重程度以及识别的难易将影响因素划分为三个类别，用以建立各个风险致因的集合，即: X＝（x1，x2，x3），三者的权重可表示为W＝（w1，w2，w3）［2］。风险致因的隶属矩阵A为:

2.1.4模糊评判

根据权重W与隶属度矩阵A可得风险致因评价向量b，即: b＝W·A＝（b1，b2，…，bn）。

2.1.5模糊风险分值

由环境影响分值di与风险致因评价向量b，可得风险致因模糊分值r＇:

2.2环境总风险的评价向量和模糊分值

2.2.1确定权重

利用层次分析法可得出各风险因素的权重值。表达式为T＝（t1，t2，…，tg），g为风险因素的个数［3］。

2.2.2确定模糊矩阵

根据各个风险因素的评价向量c可得出风险因素的模糊矩阵C，如下式所示:

2.2.3模糊评判

根据权重值T和模糊关系矩阵C便可开展模糊评价，并构建出环境总风险的评价向量E。

2.2.4求环境总风险的模糊分值

由各评价等级对应的环境影响值dj和环境总风险的评价向量E，可得环境总风险的模糊分值r，如下式所示［4］:

3　下坂地水利枢纽环境风险分析

3.1工程概况

下坂地水利枢纽工程位于新疆维吾尔自治区喀什塔什库尔干县，是喀什塔什库尔干县水资源利用的主要工程。下坂地水利枢纽所控制的流域面积1580km2。该水库的总容量8.67亿m3，属大型、Ⅱ等工程。下坂地水利枢纽的防洪设计标准为大型洪涝灾害100年一遇。下坂地水利枢纽的正常蓄水位为2960m，可调节水容量为6.93亿m3。水库的最高输水规模168900t/d，最高输水强度为224500t/d。

3.2不同蓄水位下的环境风险分析与计算

3.2.1确定蓄水位方案

下坂地水利枢纽的设计正常蓄水位为2960m，为更好地表现不同蓄水位的环境总风险变化特征，可认为其蓄水位在一定范围内浮动，即2945～2965m。假定第i方案的蓄水位值为Hi，则蓄水位的计算公式如下:

式中 Hi——最高蓄水位；

Hmin——最低蓄水位；

m——方案数量。

根据上式可计算出6个蓄水位为: H＝［H1，H2，…，H6］＝［2945，2949，2953，2957，2961，2965］。

3.2.2 建立评判对象的因素集和评判集

在下坂地水利枢纽环境风险分析过程中，根据发生概率大小、风险的严重程度以及识别的难易程度将影响因素划分为三个类别，用以建立各个风险致因的集合，即U＝（U1，U2，U3）。其中，每个因素均使用7个等级的描述方式，并且这7个等级也可组成一个评判集V。

对U1而言:

V＝（V1，V2，…，V7）＝（很小，小，较小，中等，较大，大，很大）。

对U2而言:

V＝（V1，V2，…，V7）＝（很轻微，轻微，较轻微，中等，较严重，严重，很严重）。

对U3而言:

V＝（V1，V2，…，V7）＝（很容易，容易，较容易，中等，较难，难，很难）。

3.2.3各个层次因素的权重

3.2.3.1 评判因素的权重

根据层次分析法可将发生概率大小、风险的严重程度以及识别的难易程度这三类因素的权重制定为: W0＝［0.35 0.55 0.10］。

3.2.3.2 风险致因的权重

a.施工期风险致因权重。风险致因主要有:水源污染、生态破坏、工人人身安全和毒害物质的泄露［5］。根据AHP法制定各因素的权重值依次为: W2＝［0.25 0.22 0.28 0.25］。

b.溃坝风险致因权重。风险致因主要有:洪水破坏、地震、坝体结构损坏、质量不良、设计缺陷、人为干扰和运营不佳。结合工程的实际情况，利用AHP法可得各因素的权重值依次为: W3＝［0.20 0.10 0.12 0.14 0.10 0.18 0.16］。

c.淹没风险致因权重。风险致因主要有:地震影响、坡体失稳、水质污染、居民生活质量和动植物的破坏。结合工程的实际情况，利用AHP法可得各因素的权重值依次为:［0 0.2 0.5 0.3 0 0 0］。

3.2.4不同蓄水位下各个风险致因的隶属度

通过以上分析，可选取三角形分布形式的隶属函数，具体计算方法如下:

计算后可得:

b.第二级别，即x＝2时，u（x）＝1。

归一化得:［0 0.2 0.5 0.3 0 0 0］。

引起的严重程度为:

当5≤x≤6时，u（x）＝1；当x＞6时，u（x）＝0。

归一化得: [0 0 0 0.12 0.44 0.44 0]。

识别难易程度:

继续计算分别当x＝4、5、6时的u（x）值，并归一化得: [0 0 0 0.1 0.5 0.4 0]。

进而得出地震风险致因的隶属度矩阵A12，即:

同理，计算蓄水位分别为2945m、2949m、2953m、2957m、2961m、2965m时各风险致因的隶属度矩阵: A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7，A8，A9，A10，A11，A12，A13，A14，A15，A16，其中A1～A16分别代表的风险致因为:水源污染、生态破坏、工人人身安全、毒害物质的泄露、洪水破坏、地震、坝体结构损坏、质量不良、设计缺陷、人为干扰、运营不佳、地震影响、坡体失稳、水质污染、居民生活质量和动植物的破坏。

3.2.5不同蓄水位下环境总风险的模糊矩阵

下面以蓄水位2945m为例进行详细计算。

3.2.5.1 计算每个风险致因组成的模糊向量

水源污染:

以相同算法求得b2～b16。

3.2.5.2 每个风险致因的模糊矩阵

以相同计算方法求出B2、B3。

3.2.5.3 计算模糊向量

3.2.5.4 计算6种不同蓄水位下的总风险模糊矩阵蓄水位为81m时:

同理计算出C2～C6。

3.2.6计算6种蓄水位下的模糊综合评判向量

3.2.7不同蓄水位下环境风险的模糊分值

根据上文的计算结果，利用模糊分值算法可算出6种不同蓄水位条件下的风险模糊分值，如表1、表2所列。在进行模糊分值计算的过程中，运用了数学模型与概率统计的手段，从三个不同角度同时分析，分析表明该计算结果与实际相符。

表1　6种蓄水位总环境风险模糊分值

表2　6种蓄水位具有的环境风险因素模糊分值

3.3水库最佳蓄水位的选取

根据大量的数据统计可得出蓄水位高低与项目所产生的经济效益，如表3所列。

表3　6种蓄水位条件下的工程效益

将数据进行拟合可得B与H之间的关系式，即:

B＝0.1221h3＋76.32h2-8103h＋1.2×107。

建立蓄水位优化方程:

式中 F（H）——环境风险收益。

上式中各数值应满足:2945＜H＜2965；B（H）＞0；R（H）＞0。通过上述计算式得到的H值为最优水位。

带入数值计算后得出H＝2956.23m，因此，下坂地水利枢纽的最优蓄水位为2956.23m。

4　结 论

本文主要以下坂地水利枢纽工程为例，综合使用模糊理论与层次分析法，构建了一套较为完善的环境总风险评价计算模型，并结合案例对水库的最佳水位选择做了详细阐述。利用本文中的计算模型，可对水利工程中的各个风险因素的风险值进行客观的计算，并根据计算结果合理地对潜在的环境风险进行预测，为国内水利工程环境风险分析的发展与完善提供借鉴与指导。■

参考文献

［1］ 夏建军.胶结材料筑坝技术在白土岭水电站的应用［J］.中国水能及电气化，2014（11）:14-16.

［2］ 袁剑军.土石坝防渗墙黏土混凝土材料的工程应用初探［J］.水利建设与管理，2013（2）:33-35.

［3］ 宋晓明.水库大坝除险加固设计及渗流分析［J］.水利技术监督，2015（4）:56-58.

［4］ 肖明举.岫岩县山洪灾害防治存在问题及对策［J］.水土保持应用技术，2015（3）:38-40.

［5］ 王志丰，季笠.项目风险管理规划在水利项目管理中的应用［J］.水利规划与设计，2007（5）:16-17，26.

DO l:1O.16616/j.cnki.11-4446/TV.2O16.O2.O11

Research on applying environmental risk analysis in Xiabandiw ater Conservancy Project

ZOU Tao
（Xinjiang XiabandiWater Conservancy Project Construction Administration，Kashgar 844000，China）

Abstract：The safety of water conservancy project not on1y is re1ated to nationa1 economic deve1opment，but a1so has important effects on the 1ife property safety of surrounding residents.Water conservancy projectenvironmenta1risk is c1ose1y re1ated to socia1 and economic deve1opment.Rationa1 and feasib1e risk ana1ysis of water conservancy projects is the guarantee to ensure safe and smooth imp1ementation of water conservancy construction.In the paper，Xiabandi Water Conservancy Project environment risk ana1ysis in Xinjiang Uygur Autonomous Region is adopted as research object for constructing a set of rationa1 water conservancy project environmenta1 risk mode1.Detai1ed ca1cu1ation method of risk eva1uation is proposed，thereby providing reference for environment risk ana1ysis in simi1ar water conservancy projects.

Key words：water conservancy project；environmenta1 risk ana1ysis；XiabandiWater Conservancy Project

中图分类号：TV61

文献标志码：A

文章编号：1005-4774（2016）02-0038-04