桑楊陽，朱萬紅，但兵兵，姜玉龍

(解放軍理工大學 野戰(zhàn)工程學院，南京 210007)

自然災(zāi)害發(fā)生后，借助自然生態(tài)系統(tǒng)之間相互依存、相互制約的關(guān)系，產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，由一種災(zāi)害引發(fā)出一系列災(zāi)害，從一個地域空間擴散到另一個更廣闊的地域空間，這種呈鏈式有序結(jié)構(gòu)的災(zāi)害傳承效應(yīng)稱為災(zāi)害鏈［1］。災(zāi)害鏈符合自然界中各種事物相互聯(lián)系的普遍規(guī)律［2］，主要反映特定的一系列災(zāi)害事件在災(zāi)害系統(tǒng)中鏈式演變關(guān)系。災(zāi)害事件相互聯(lián)系、相互作用形成的整體即為災(zāi)害系統(tǒng)。

災(zāi)害鏈在災(zāi)害系統(tǒng)中不同于“災(zāi)害”和“災(zāi)害群”，體現(xiàn)的是不同類型災(zāi)變演化的涵義，具有不可逆的動態(tài)變化過程即生長發(fā)育路徑，體現(xiàn)了大自然的“隱秩序”，即自組織性、協(xié)同性、整體統(tǒng)一性和復雜性［3］. 大自然表現(xiàn)出的各種系統(tǒng)特征說明，“社會一生態(tài)系統(tǒng)”(SES)［4］及其包含的內(nèi)部小系統(tǒng)都有可能產(chǎn)生和存在包括災(zāi)害鏈在內(nèi)的各類災(zāi)害關(guān)系。同時也就說明了災(zāi)害鏈及其演變理論同樣適用于人類發(fā)明、構(gòu)建和維護的系統(tǒng)及其內(nèi)部的災(zāi)害研究，比如社區(qū)、現(xiàn)代工業(yè)、物流網(wǎng)絡(luò)等。

分析2005 年10 月2 日登陸我國福建省的“龍王”臺風災(zāi)害，可以得到災(zāi)害系統(tǒng)的簡要構(gòu)成和災(zāi)害鏈的演變路徑(圖1)。臺風是一種發(fā)生在熱帶或副熱帶海洋上的氣旋性渦旋，是一種?破壞性很強的天氣系統(tǒng)［5］，但臺災(zāi)對我國東南沿海各省的嚴重威脅主要還是來自于臺風鏈性發(fā)展的特性。從“龍王”臺風災(zāi)害系統(tǒng)圖中可以發(fā)現(xiàn)，“龍王”臺風災(zāi)害致災(zāi)機制內(nèi)孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子間相互作用同時又相互制約，具有典型的系統(tǒng)特征。原發(fā)災(zāi)害臺風出現(xiàn)時，引發(fā)大風、暴雨、風暴潮(致災(zāi)因子)等一系列災(zāi)害，災(zāi)害鏈演變發(fā)育銜接復雜緊密。而引發(fā)后續(xù)災(zāi)害的條件(孕災(zāi)環(huán)境)一旦具備，即使原發(fā)災(zāi)害臺風已經(jīng)結(jié)束，但新的衍生、次生災(zāi)害也會產(chǎn)生并造成很大危害，并且遠遠超過原發(fā)災(zāi)害能夠帶來的危害。由此可總結(jié)出災(zāi)害鏈的下述特殊性:一是有害的鏈式演變;二是增多、增強、放大作用(破壞作用及其時空域、各種損失)，并使次生災(zāi)害發(fā)生的概率增加;三是更多樣復雜，難預(yù)報，難防治;四是規(guī)模大、危害更重。

圖1 福建“龍王”臺風災(zāi)害系統(tǒng)

1 能源類工業(yè)目標災(zāi)害鏈形成過程分析

1.1 能源類工業(yè)目標的概念

能源是國民經(jīng)濟和社會活動賴以存在于發(fā)展的必備物質(zhì)條件。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源動力類產(chǎn)業(yè)(系統(tǒng))逐漸成為國家經(jīng)濟命脈的重要組成，尤其是大型的能源類產(chǎn)業(yè)(系統(tǒng))即能源類工業(yè)目標［6］逐漸成為經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。能源類工業(yè)目標是涵蓋領(lǐng)域很廣的與能源相關(guān)的多類系統(tǒng)的總稱［7］，屬于六大類重要經(jīng)濟目標之一，主要包括關(guān)系到國計民生的能源相關(guān)的大型國有工業(yè)、企業(yè)、物流網(wǎng)絡(luò)、戰(zhàn)備轉(zhuǎn)運中心等，以及其他對國家政治、經(jīng)濟、軍事領(lǐng)域起聯(lián)系和支撐作用的相關(guān)經(jīng)濟目標［8］，比如各類石化企業(yè)、電廠、礦山、能源輸送干線等。這類經(jīng)濟目標自身資本密度高，建設(shè)周期長，對整個國民經(jīng)濟體系以及國家的安全穩(wěn)定發(fā)揮著很強的牽引和保障作用［9］。一旦受災(zāi)失效，無異于關(guān)閉了社會經(jīng)濟發(fā)展的“發(fā)動機”，必將造成巨大的經(jīng)濟損失和綜合國力的迅速下降。

1.2 能源類工業(yè)目標的受災(zāi)特點

能源類工業(yè)目標往往包含大量特殊的構(gòu)筑物和工業(yè)設(shè)備，如各種管道、線路(輸送設(shè)備)、油罐、氣柜(存儲設(shè)備)和各類發(fā)生器和反應(yīng)塔類(生產(chǎn)設(shè)備)等。這些多樣的結(jié)構(gòu)型式［11］在物理荷載或化學反應(yīng)的作用下，一方面表現(xiàn)為的防災(zāi)抗毀能力彼此差異很大(災(zāi)害可通過薄弱的節(jié)點進入系統(tǒng))，另一方面表現(xiàn)為較大的轉(zhuǎn)變?yōu)樵袨?zāi)環(huán)境/條件的可能性(比如密閉的構(gòu)件能夠為化學反應(yīng)爆炸創(chuàng)造條件)。另外，能源類工業(yè)目標大多是綜合運用現(xiàn)代科學技術(shù)成果而建成的龐大系統(tǒng)，在實現(xiàn)某一項產(chǎn)業(yè)功能的同時使各系統(tǒng)之間具備了較強的關(guān)聯(lián)性［10］?？紤]到相關(guān)產(chǎn)業(yè)材料和產(chǎn)品的“毒、燃、爆、腐”的特性，這種系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)性很容易轉(zhuǎn)化為災(zāi)害關(guān)系中的致災(zāi)因子同孕災(zāi)環(huán)境/條件之間的互動關(guān)系。系統(tǒng)中較為薄弱的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)單元以及產(chǎn)業(yè)特點決定的復雜的系統(tǒng)組成，造成了能源類工業(yè)目標整體防災(zāi)抗打擊性能的相對脆弱性［12］。一旦災(zāi)害通過薄弱處或漏洞進入系統(tǒng)內(nèi)部，很可能以災(zāi)害鏈的形式進行演變發(fā)育。

1.3 “8·14 東京大停電”災(zāi)害系統(tǒng)和災(zāi)害鏈式演變實例

2006 年8 月14 日早上，一場大停電突襲了東京，使東京、千葉和神奈川兩縣(省)的139.1 萬用戶蒙受停電之苦，數(shù)以百計的交通信號燈“失明”，東京市繁如蛛網(wǎng)的地鐵和電車停運，公共交通系統(tǒng)癱瘓。雖然東京電力公司當天上午10時即恢復了供電，但停電事故還是造成了巨大的經(jīng)濟損失。調(diào)查得知，大停電事故是一家建筑公司的起重船引起。該船的起重機吊臂在作業(yè)過程中掛到了東電的一道跨河輸電干線，從而引發(fā)了大停電事故［13］。分析其中的災(zāi)害關(guān)系，很容易依據(jù)災(zāi)害情況的發(fā)展繪制出災(zāi)害鏈的生長演變路徑以及觀察到災(zāi)害效果不斷放大的現(xiàn)象(圖2)。

2 能源類工業(yè)目標災(zāi)害鏈式演變分析研究

2.1 能源類工業(yè)目標災(zāi)害鏈的載體信息流和階段劃分

災(zāi)害鏈式演變是以物質(zhì)、能量和信息為載體來實現(xiàn)的［14］，而災(zāi)變階段的演化即災(zāi)害破壞的每一次傳遞放大也必須通過載體信息特征來體現(xiàn)。所以，載體信息轉(zhuǎn)化特征是災(zāi)變鏈式階段特性的重要表征之一。為簡化分析，可將載體信息反映概略地分為物質(zhì)耦合、能量聚交及信息釋放等?？梢詫|京大停電中始發(fā)于源頭的“工程船違規(guī)作業(yè)——變電所停止供電”這個簡單災(zāi)害鏈式演變進行相應(yīng)的階段劃分，如圖3 所示。

圖2 “東京大停電”災(zāi)害系統(tǒng)

圖3 災(zāi)害鏈的形成演變和階段劃分

自然災(zāi)害斷鏈減災(zāi)實踐說明防范災(zāi)害首先考慮災(zāi)變發(fā)生的早期階段，爭取把災(zāi)害從源頭上治理［15］。但要想從源頭遏制災(zāi)難是困難的。雖然借助于一定的工具和手段，通過災(zāi)害歷史和災(zāi)害關(guān)系已有的研究，事后可以準確地繪制出災(zāi)變路徑，但由于自然和生態(tài)系統(tǒng)的復雜性和災(zāi)害演變程度難于定量分析的特點(典型的如氣象變化)，預(yù)報災(zāi)害或災(zāi)害演變形式的災(zāi)害鏈預(yù)警較難于實現(xiàn)。

2.2 能源類工業(yè)目標災(zāi)害鏈式演變預(yù)測分析的可行性

作為“人類—環(huán)境復合系統(tǒng)”的一部分［16］，能源類工業(yè)目標這類工業(yè)和科技系統(tǒng)很容易接受和反饋外界系統(tǒng)的能量流等載體信息(比如高溫，霜降等氣候因素)，但災(zāi)害的演變和發(fā)育主要還是在其系統(tǒng)內(nèi)部或是產(chǎn)業(yè)的上下游系統(tǒng)之間。這一部分基本上都是“人造系統(tǒng)”，其中的聯(lián)系制約關(guān)系我們都非常熟悉，災(zāi)變的一部分路徑是可以定性定量預(yù)測的。這是與自然、生態(tài)的大系統(tǒng)最大的不同。我們可以通過依據(jù)各種災(zāi)害之間的因果、同源、互斥和偶排等關(guān)系［11］，分析災(zāi)害鏈中前一個災(zāi)害提供的后繼災(zāi)害發(fā)生的關(guān)鍵信息進行管理和技術(shù)上的準確定位。

2.3 福島核電站一號機組核泄漏事故災(zāi)害鏈式演變分析

2.3.1 福島核電站一號機組核泄漏事故災(zāi)害鏈發(fā)育過程圖

北京時間2011 年3 月11 日13:46 分，日本本州島附近海域發(fā)生9.0 級強烈地震，強震導致福島第一核電站發(fā)生爆炸并引發(fā)了嚴重的核泄漏事故。本次能源類工業(yè)目標(日本福島第一核電站)的事故災(zāi)難鏈較為簡單，便于進行原理上的分析說明。

選取其中有代表性的一號機組的情況進行分析繪圖。福島核電站“一號機組核泄漏事故災(zāi)害鏈發(fā)育過程”圖的制圖依據(jù)為:

1)3 月15 日，日本原子能協(xié)會發(fā)布的《福島第一核電站和第二核電站的事故概要和過程》公告;

2)4 月《核安全》雜志發(fā)表的《日本福島第一核電站核事故最新進展》;

3)5 月《核安全》雜志發(fā)表的《日本福島第一核電站核事故最新進展》。

圖4 中，對災(zāi)害鏈躍變的層級進行了簡單的劃分。其中的重點，即災(zāi)害鏈在核電站系統(tǒng)內(nèi)的演變過程和企業(yè)層面的技術(shù)處理和管理行為，進行了如實詳細的分析。主要的災(zāi)害鏈路徑進行了加粗標示。其中，三、四層級內(nèi)包含更多的災(zāi)害鏈路徑，比如對國民經(jīng)濟的影響(核電股票投資、旅游、食品出口等)、對全球生態(tài)環(huán)境的破壞等，有可能引發(fā)更為豐富的災(zāi)害關(guān)系出現(xiàn)。對這方面的預(yù)測具體可參考相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W者的文章(比如蔡建明所作《福島核電站事故對人體健康影響及醫(yī)學防護》，李自強、韓桂軍等人所作《福島核污染對我國海洋環(huán)境影響的初步分析》)，這里就不在圖上一一體現(xiàn)。

2.3.2 福島核電站一號機組核泄漏事故災(zāi)害鏈預(yù)測分析

從圖5 中我們可以看到福島核電站一號機組清晰的災(zāi)變過程，顯現(xiàn)出的災(zāi)害鏈的所有特征，同時還表現(xiàn)出能源類工業(yè)目標系統(tǒng)內(nèi)的災(zāi)害鏈演變路徑和系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性緊密結(jié)合的特點。比如，當能源類工業(yè)目標復雜的功能體系中某一種功能失效(如:配電盤進水失效—應(yīng)急柴油發(fā)電機損壞)時，波及到了其他系統(tǒng)的功能(應(yīng)急電源喪失—外部余熱導出系統(tǒng)失效);一種災(zāi)害現(xiàn)象(地震—架線鐵塔倒塌)發(fā)生時，誘發(fā)了一系列災(zāi)害事件，最終在另一個更廣闊的地域空間內(nèi)產(chǎn)生更為嚴重的災(zāi)害現(xiàn)象(安全容器放射性物質(zhì)泄漏—海洋生態(tài)災(zāi)難)。

其中，福島核電站的設(shè)計著重考慮了抗震的因素，而忽視了海嘯的影響，致使一號機組在9 級地震的地震搖擺中順利停堆，爾后卻未能抵擋14 m 的海嘯巨浪(抵御5 m 海嘯高度的設(shè)計)，最終導致作為核電站附屬設(shè)備的應(yīng)急柴油發(fā)電機進水損壞，使反應(yīng)堆停堆后缺乏強制散熱手段，成為核事故的起源(在5、6 號機組中，因為應(yīng)急柴油發(fā)電機的動作，反應(yīng)堆和乏燃料水池的得以冷卻)。如圖4 所示。

2.3.3 福島核電站核泄漏事故的教訓和對策

5 月，日本院子能學會、核安全調(diào)查專業(yè)委員會、技術(shù)分析分會聯(lián)合發(fā)布了《福島第一核電站事故的教訓與建議》［17］。對地震搖擺、海嘯、所有電源喪失、全部冷卻系統(tǒng)喪失、事故管理、氫爆炸、乏燃料貯存水池、推進安全研究、安全管理與安全設(shè)計、組織和危機管理、信息公開、緊急時的安全管理的12 個方面進行了詳細評述。最后，報告總結(jié)上訴12個方面的“重要教訓”和“重要對策”，可以作為災(zāi)害鏈預(yù)測分析的驗證參考。

福島第一核電站事故的“重要教訓”:

1)抗震設(shè)計中考慮的海嘯規(guī)模不充分。

2)海水浸入使重要的安全機械設(shè)備停止運行，導致所有的交流電源和所有冷卻系統(tǒng)喪失、未能阻止事態(tài)擴大。

3)所有電源長時間喪失、應(yīng)急冷卻系統(tǒng)運行不充分，未能阻止事態(tài)發(fā)展。

4)由于電源喪失、難以掌握反應(yīng)堆內(nèi)的狀況。

5)與海嘯相比，海水冷卻存在脆弱性，喪失降溫功能。6)全部電源喪失的AM 考慮存在不充分的可能性。

7)未考慮到安全殼外的氫爆炸。

8)廠房破損后留下密閉乏燃料的課題。

9)安全設(shè)計上對外部事件的考慮不充分。

10)日本的安全管理機構(gòu)不完善。

11)信息發(fā)布存在較多問題。

12)AM 對策使事故大幅惡化得到控制。

13)推測出過去關(guān)于地震搖擺的措施可能大致有效。

福島第一核電站事故的“重要對策”:

1)作為預(yù)防海嘯的對策，需采取加強物理水密性的措施。

2)需事先配備多樣電源。

3)需研究配備多樣冷卻系統(tǒng)，不能只依靠海水冷卻。

4)假設(shè)會發(fā)生嚴重事故，對AM 對錯加以充分地研究。作為AM 對策，應(yīng)配備必要的多條電源線路的硬件，并開展AM 的訓練與教育。

5)針對防止氫爆炸的AM 對策和乏燃料貯存水池的AM 對策開展研究，并做好充分的準備。

6)開展事故的研究，同時注重人才的培養(yǎng)。

7)對現(xiàn)有的安全管理狀態(tài)，要從根本上加以改進，包括法律的修訂、組織機構(gòu)的重組。

8)確立定量的風險分析評價，將風險全面納入管理。

9)對緊急時的信息公開和信息共享進行再評價。

10)以發(fā)生事故為前提條件，開展防災(zāi)演練。

11)針對今后的地震與海嘯等事故，開展抗震設(shè)計、布置設(shè)計、AM 對策、電廠響應(yīng)等纖細研究。并加以改進。

3 結(jié)束語

通過對福建“龍王”臺風災(zāi)害的災(zāi)害系統(tǒng)和災(zāi)害鏈的演變過程分析，揭示了在一定的孕災(zāi)環(huán)境/條件下，致災(zāi)因子與承災(zāi)體相互作用的關(guān)系。分析了能源類工業(yè)目標災(zāi)害鏈的形成過程，對“8·14 東京大停電”和福島核泄漏事故災(zāi)害鏈的發(fā)育路徑進行了繪圖分析，表明了使用災(zāi)害鏈及其演變理論方法研究能源系統(tǒng)的災(zāi)害問題，具有災(zāi)害鏈式演變預(yù)警的可行性，且研究過程簡單明了，便于采取有效的措施來預(yù)防和減輕能源類工業(yè)目標災(zāi)害危險的發(fā)生和放大，為綜合減災(zāi)提供了新的思路和方法。

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