三峽庫區(qū)水體污染公共安全事件誘發(fā)過程研究

三峽庫區(qū)水體污染公共安全事件誘發(fā)過程研究

三峽水庫對(duì)長江河流形狀和水文條件的變化，導(dǎo)致濕地面積和河流數(shù)量的增加。直接結(jié)果是，該流域的自凈能力顯著削弱了水庫的自凈能力。與此同時(shí),庫區(qū)流域人口規(guī)模的不斷擴(kuò)張,流域經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,人類生產(chǎn)、生活活動(dòng)對(duì)庫區(qū)水體的人為污染讓庫區(qū)生態(tài)變得更為脆弱。在上述兩方面的共同作用下,在庫區(qū)復(fù)雜時(shí)空、地域條件的影響下,由水體污染引發(fā)的公共安全事件成為威脅庫區(qū)社會(huì)安全和生態(tài)環(huán)境的巨大隱患。因此,找尋三峽庫區(qū)水體污染公共安全事件的誘發(fā)因素,揭示其誘發(fā)機(jī)理,并在此基礎(chǔ)上探索其防治策略具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。追溯我國關(guān)于三峽庫區(qū)水體污染的研究歷史可以發(fā)現(xiàn),三峽庫區(qū)成庫之前,我國業(yè)已開展相關(guān)方面的研究。目前,學(xué)界對(duì)三峽庫區(qū)水體污染問題的研究主要從環(huán)境工程角度進(jìn)行,分析特定污染物或者污染源的排污渠道和污染現(xiàn)狀,跟蹤其對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的影響,進(jìn)而研究污染防治策略。這些研究開啟了我國認(rèn)識(shí)庫區(qū)水體污染的窗口,然而遺憾在于少有研究將庫區(qū)水體污染問題置于公共安全和環(huán)境工程雙重背景下進(jìn)行考量,基本不涉及對(duì)水體污染導(dǎo)致的公共安全事件誘發(fā)因素的分析。理論研究的缺位不僅弱化了對(duì)庫區(qū)水體污染公共安全事件的全面認(rèn)識(shí),更導(dǎo)致了相關(guān)的預(yù)警、預(yù)控、應(yīng)急響應(yīng)等研究和實(shí)踐的缺失。本文運(yùn)用安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一,即事故樹的分析方法,在實(shí)地調(diào)研三峽庫區(qū)水體污染公共安全事件誘因的基礎(chǔ)上,對(duì)三峽庫區(qū)水體污染公共安全事件的誘發(fā)因素進(jìn)行了逐層深入的分析。通過對(duì)事故樹的最小割集、最小徑集、結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)的計(jì)算分析,試圖厘清誘因的不同作用方式,以期為事件的預(yù)防、預(yù)控以及人工干預(yù)提供有益的理論支持。1對(duì)水庫中污染公共安全事件的事故樹分析1.1水質(zhì)污染源的多極化從直觀上看,三峽庫區(qū)水體污染公共安全事件是由于水體污染引發(fā)的公共安全事件。若從本體論的角度對(duì)其進(jìn)行定義,那么它是指具有極大的不確定性,發(fā)展途徑和演變規(guī)律不確知,災(zāi)害程度難以預(yù)計(jì),常規(guī)防治手段失效,對(duì)長江區(qū)域的生命財(cái)產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害,甚至對(duì)流域的社會(huì)穩(wěn)定造成嚴(yán)重沖擊的水體污染緊急事件。三峽庫區(qū)是一個(gè)社會(huì)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)高度融合的復(fù)雜系統(tǒng),其具有的雙重復(fù)雜性造就了庫區(qū)水體污染公共安全事件誘發(fā)因素的多維度。案例分析結(jié)合實(shí)地調(diào)研的結(jié)果表明誘發(fā)因素主要集中于以下5個(gè)方面:第一,排污因素水體污染公共安全事件邏輯上起源于排污,這也是庫區(qū)水體污染公共安全事件最基本和根本的誘發(fā)因素。點(diǎn)源污染、面源污染、流動(dòng)源污染和固體廢棄物污染是庫區(qū)水體排污的4種主要渠道。與排污渠道的多樣化相伴而生的是入庫污染物種類的多元化。這意味著,經(jīng)過匯聚作用進(jìn)入庫區(qū)水體的致病及致害成分的多極化。在庫區(qū)復(fù)雜時(shí)空條件的作用下,這些致病和致害成分會(huì)以各種難以預(yù)計(jì)的形式?jīng)_擊庫區(qū)的社會(huì)和生態(tài)環(huán)境。第二,河道水文因素三峽大壩是人類對(duì)自然實(shí)施人工干預(yù)歷史上厚重的一筆。大壩的建成在改變了長江河道形態(tài)的同時(shí),即由原來的天然河道變成了河道型水庫,更拉低了庫區(qū)污染物的遷移效率。原因在于攔河蓄水本身將大幅減緩庫區(qū)江段平均水流速度,延長污染物在庫區(qū)滯留時(shí)間,而河道形態(tài)的改變進(jìn)一步擴(kuò)寬了庫區(qū)河水觸污范圍。河道和水文的結(jié)合作用嚴(yán)重削弱了庫區(qū)水體的自凈能力。第三,自然地理因素1山地地形、低森林覆蓋率讓三峽庫區(qū)遭遇了嚴(yán)重的水土流失,而由此帶來的連鎖反應(yīng)將使庫區(qū)為此付出更為沉重的代價(jià)。土層變薄、肥力下降,植被退化是水土流失帶來的連鎖反應(yīng)。其帶來的后果一方面是弱化植被之于庫區(qū)止污的天然屏障作用,另一方面是迫使兩岸耕地的化肥使用量逐年攀升。最終,加劇面源污染。此外,庫區(qū)頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害以及隨季節(jié)更替出現(xiàn)的消落帶也是誘發(fā)水體污染公共安全事件的重要隱患。第四,氣候因素氣候從某種程度上來說是一個(gè)集合名詞,溫度、降水、光照、風(fēng)力等都是其中的一個(gè)子項(xiàng)。它們是庫區(qū)水體污染公共安全事件促發(fā)過程中的助推器。很多惡化水質(zhì)相關(guān)的化學(xué)和生物反應(yīng)需要一定溫度和適宜光照來作為觸發(fā)的條件,在此,氣候因素本身并不作為反應(yīng)物參與反應(yīng)。同樣,降水通過對(duì)污染物的攜帶作用也助推了水體污染危害程度和范圍的加大。第五,社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素涉及人口分布、城市布局、人類生產(chǎn)和生活活動(dòng)等多個(gè)方面,它一方面以公共安全事件作用對(duì)象的身份成為了誘因中的重要一環(huán)。例如,庫區(qū)水體嚴(yán)重污染后讓大規(guī)模人群陷入飲水困境給社會(huì)維穩(wěn)帶來壓力,“公共安全”事件由此引發(fā)。另一方面,它又是激化庫區(qū)水體污染形勢的主動(dòng)參與者。在不容樂觀的水體污染防治背景下,沿岸眾多工礦企業(yè)排放的大量工業(yè)廢物,繁忙的水上運(yùn)輸帶來的危險(xiǎn)品泄漏事故和各種船舶廢棄物的污染無疑是雪上加霜。1.2事故樹的分析方法事故樹的分析方法在20世紀(jì)80年代被引入我國時(shí),主要用于分析事故的原因和評(píng)價(jià)事故風(fēng)險(xiǎn),較為適用大型復(fù)雜系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析,能對(duì)各種系統(tǒng)的危險(xiǎn)性進(jìn)行辨識(shí)和評(píng)價(jià),不僅能分析出事故的直接原因,而且能深入地揭示出事故的潛在原因,目前已成為定性和定量預(yù)測事故的主要方法。三峽庫區(qū)水體污染公共安全事件的誘發(fā)是自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)復(fù)雜作用的過程,借用事故樹的分析方法對(duì)其進(jìn)行分析有助于認(rèn)清誘因的逐級(jí)作用關(guān)系以及把握其中的關(guān)鍵誘因。該方法把不希望發(fā)生的事件作為事故樹的頂上事件(用長方形表示),用規(guī)定的邏輯符號(hào)(“與門”和“或門”)表示出來,然后找出導(dǎo)致上一層事件發(fā)生的所有直接因素,并依次逐步深入,直到根本原因,即基本事件(用圓形表示)為止。本文中首先將“三峽庫區(qū)水體污染公共安全事件”作為頂上事件,追溯致使其發(fā)生的直接原因?yàn)椤八w污染”和“危害公共安全”,并且兩個(gè)直接原因只有“同時(shí)”發(fā)生,才會(huì)促發(fā)頂上事件的發(fā)生,因此用“與門”的邏輯符號(hào)將直接原因與頂上事件連接起來。然后,將兩個(gè)直接原因“水體污染”與“危害公共安全”分別作為頂上事件,各自分析其誘發(fā)的直接原因,并在分析頂上事件與誘因的關(guān)系后用適當(dāng)?shù)倪壿嫹?hào)將誘因與事件連接起來,持續(xù)上述步驟直到基本事件或者沒必要繼續(xù)分析的事件即省略事件(用菱形表示)為止。依據(jù)上述的構(gòu)建過程可以繪制如圖1的三峽庫區(qū)水體污染公共安全事件事故樹。1.3對(duì)公共安全事件和公司污染的分析1.3.1事故樹系統(tǒng)基本事件的初步識(shí)別,其符合以下對(duì)于所謂割集指的是事故中某些基本事件的集合,當(dāng)這些基本事件都發(fā)生時(shí),頂上事件必然發(fā)生。如果割集中任意除去一個(gè)基本事件就不再是割集,則這樣的割集稱為最小割集,也就是導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的最低限度的基本事件的組合。最小割集表示系統(tǒng)的危險(xiǎn)性,通過最小割集可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)圖1所示事故樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)進(jìn)行布爾代數(shù)化簡后,可以求得如表1所示的13個(gè)最小割集。所謂徑集指的是事故中某些基本事件的集合,當(dāng)事故樹中這些基本事件不發(fā)生,頂上事件就不發(fā)生。不引起頂上事件發(fā)生的最低限度的基本事件的集合叫最小徑集。最小徑集表示系統(tǒng)的安全性,通過最小徑集可以發(fā)現(xiàn)使頂上事件不發(fā)生的可能方法和途徑。在求最小割集的基礎(chǔ)上經(jīng)過對(duì)偶變換可求得該事故樹的3個(gè)最小徑集。3個(gè)最小徑集為:P1={X16,X17,X18}P2={X1,X2,X3,X7,X8}P3={X6}1.3.2基本事件的結(jié)構(gòu)重要度結(jié)構(gòu)重要度是在不考慮事件發(fā)生概率的情況下,分析導(dǎo)致事件發(fā)生的各基本事件的重要程度,即對(duì)促發(fā)三峽庫區(qū)水體污染公共安全事件的影響程度?；臼录慕Y(jié)構(gòu)重要度經(jīng)計(jì)算后結(jié)果如表2所示:對(duì)比其它基本事件,事件X12,X13,X14結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)非常小,考慮其對(duì)于事故樹分析作用微小,因此在此將其忽略。按照結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)大小可以對(duì)基本事件結(jié)構(gòu)重要度做出如下排序:I(6)>I(10)>I(8)>I(7)>I(17)=I(18)>I(16)=I(9)>I(3)=I(1)>I(11)>I(15)>I(2)=I(5)=I(4)2最小割集和組合規(guī)律對(duì)于監(jiān)測和預(yù)警的指向性意義最小割集能夠用來指示系統(tǒng)的安全性,在于其計(jì)算結(jié)果所蘊(yùn)含的兩方面意義。其一,最小割集的數(shù)量意味著頂上事件誘發(fā)路徑的數(shù)量。因?yàn)樽钚「罴举|(zhì)在于用最低限度的基本事件組合來揭示頂上事件的誘發(fā)路徑。上述13個(gè)最小割集表明了三峽庫區(qū)水體污染公共安全事件的13條誘發(fā)路徑。誘發(fā)路徑最大貢獻(xiàn)在于給出了系統(tǒng)危險(xiǎn)的來源,使得庫區(qū)水體污染公共安全事件的監(jiān)控更具針對(duì)性。其二,在不考慮基本事件發(fā)生概率的情況下,包含基本事件最少的割集是最危險(xiǎn)的誘發(fā)模式。因?yàn)橐话銇碚f,最小割集中包含的基本事件數(shù)量越小,那么事件沿此路徑的發(fā)生越容易,此種誘發(fā)模式也越危險(xiǎn)。如表1所示,第1~7個(gè)最小割集所代表的誘發(fā)模式對(duì)于庫區(qū)水體污染公共安全事件的誘發(fā)最具威脅性。對(duì)于這7個(gè)割集所含基本因素進(jìn)行進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)組合作用規(guī)律。具體來說,排污因素(X6)、回水區(qū)變長(X8)和流速緩慢(X9)3個(gè)因素總是以組合的形式發(fā)生作用,這種組合作用于任一“公共安全載體”(X16,X17,X18)將誘發(fā)庫區(qū)水體污染公共安全事件。這樣的規(guī)律在排污因素(X6),回水區(qū)變長(X8)和河流紊動(dòng)減弱(X10)三者的組合中同樣存在。最小割集和組合規(guī)律對(duì)于監(jiān)測和預(yù)警的指導(dǎo)意義在于指明了具體的監(jiān)測對(duì)象和組合監(jiān)測方向,揭示了預(yù)警的可能途徑。最小徑集對(duì)于系統(tǒng)安全性的指示作用同樣在于兩方面。一方面,最小徑集的個(gè)數(shù)意味著頂上事件防治路徑的數(shù)量。3個(gè)最小徑集指出了三峽庫區(qū)水體污染的3條防治路徑,即避免3個(gè)最小割集中任一割集中所包含的全部基本事件不發(fā)生就可避免庫區(qū)水體污染公共安全事件不發(fā)生。這對(duì)于庫區(qū)水體污染公共安全事件的防治無疑具有重要的指導(dǎo)作用。另一方面,在不考慮基本事件發(fā)生概率的情況下,包含基本事件個(gè)數(shù)最少的最小徑集是最經(jīng)濟(jì)、效率的防治途徑。因?yàn)?一般而言,最小割集中包含的基本事件數(shù)量越少,那么控制其不發(fā)生會(huì)越容易,成本越低。含最少基本事件的最小徑集是P3,其中只含X6(排污因素);其次是P1,其中含3個(gè)基本事件X16(受污染水域人口密度大),X17(污染取水口附近水域),X18(受污染水域生產(chǎn)、生活設(shè)施密集)。P3和P1指出了阻斷庫區(qū)水體污染公共安全事件最有效率和次有效的方式,即杜絕排污或者消除“公共安全的載體”。顯然,這兩種方式在操作層面的非現(xiàn)實(shí)性使其不具備實(shí)踐的指導(dǎo)意義,然而,它們對(duì)于防治的指向性意義卻在另外兩方面給出了有益的啟示。其一,減少和控制污染源的排污是減少并避免庫區(qū)水體污染公共安全事件的一項(xiàng)根本性措施;其二,庫區(qū)周圍不宜安排過多的生產(chǎn)、生活活動(dòng),以免造成社會(huì)系統(tǒng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的過度干預(yù)。從結(jié)構(gòu)重要度排序來看,在不考慮基本事件發(fā)生概率的情況下,水體污染公共安全事件最重要的誘發(fā)因素是排污因素(X6),其結(jié)構(gòu)重要程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其它誘發(fā)因素。次重要的誘發(fā)因素是回水區(qū)變長(X8),水流紊動(dòng)減弱(X10)和水位抬升(X7),此三者的綜合作用嚴(yán)重削弱了庫區(qū)水體自凈能力。然而作為三峽大壩建成后的必然結(jié)果,我們只能把上述3個(gè)因素當(dāng)作既存事實(shí),而不能將其作為防范和治理的對(duì)象。不過它們對(duì)削弱庫區(qū)水體自凈能力所釋放的信息可以在人工干預(yù)方面給出有益的提示,即得到預(yù)警信息后,可以通過調(diào)節(jié)庫容和流量臨時(shí)增強(qiáng)水體自凈能力對(duì)庫區(qū)水體污染公共安全事件進(jìn)行先期的預(yù)控。另外,最小徑集、最小割集和結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)的計(jì)算結(jié)果也表明了氣候條件在誘發(fā)過程中誘發(fā)重要性。然而氣候條件的基本不可控性致使其不能成為遏制庫區(qū)水體污染公共安全事件的突破口。此結(jié)果對(duì)于實(shí)踐的啟示在于對(duì)氣候條件的有效監(jiān)測可以為庫區(qū)水體污染公共安全事件提供預(yù)警。3事故樹導(dǎo)致水體污染公共安全事件發(fā)生概率的確定:一個(gè)基本分析框架三峽庫區(qū)水體污染公共安全事件誘發(fā)因素眾多,誘發(fā)路徑多種,并且不同的誘發(fā)因素在誘發(fā)路徑中有其特定的作用程度和方式。排污因素以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素在誘發(fā)過程中起到了根本性作用,從某種意義上來說,是庫區(qū)水體污染公共安全事件的構(gòu)成要件,氣候條件(溫度、光照、降水)和河道水文因素(水位抬升