聶相田, 趙天明, 莊濮瑞, 范天雨, 王博

(1.華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院,河南 鄭州 450046; 2.水資源高效利用與保障工程河南省協(xié)同創(chuàng)新中心,河南 鄭州 450046;3.河南省水環(huán)境模擬與治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 鄭州 450046; 4.中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京 100024)

長(zhǎng)距離引水工程是解決水資源地域分布不均、促進(jìn)全國(guó)水資源高效配置的重要手段,具有距離長(zhǎng)、跨度大、涉及范圍廣等特點(diǎn)。工程的建設(shè)運(yùn)行,對(duì)提高受水地區(qū)的用水保障率、促進(jìn)受水地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。當(dāng)工程運(yùn)行安全受到威脅時(shí),將影響受水地區(qū)及工程沿線地區(qū)的安定,嚴(yán)重時(shí)將直接威脅沿線人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此,對(duì)影響長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行深入研究是必要的。

目前,已有眾多學(xué)者對(duì)長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究。如：郭寶航等[1]分析了長(zhǎng)距離引水工程結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn),提出了多源信息融合的評(píng)價(jià)方法,較好地解決了評(píng)價(jià)過程中安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在誤差及人工檢測(cè)信息復(fù)雜多樣不易利用的問題;姚宣德等[2]分析了南水北調(diào)PCCP管道漏水風(fēng)險(xiǎn),提出了PCCP管道漏水的控制標(biāo)準(zhǔn)及管道沉降的控制標(biāo)準(zhǔn);孫海兵[3]通過定性與定量相結(jié)合的方法研究了南水北調(diào)丹江口水庫(kù)移民安置風(fēng)險(xiǎn),并針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)度最高的失業(yè)風(fēng)險(xiǎn)提出了相應(yīng)的策略;陳海濤等[4]研究了引水工程輸水調(diào)度風(fēng)險(xiǎn),將調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分為調(diào)度制度風(fēng)險(xiǎn)、調(diào)度人員風(fēng)險(xiǎn)、調(diào)度技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和調(diào)度協(xié)調(diào)風(fēng)險(xiǎn),建立了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;梁忠民[5]分析了南水北調(diào)中線工程供水量風(fēng)險(xiǎn);劉恒等[6]考慮水文不確定性和工程結(jié)構(gòu)的不確定性,分析了洪水條件下交叉建筑系統(tǒng)失效模式和發(fā)生概率。上述學(xué)者對(duì)長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)研究做出了重要貢獻(xiàn),但是對(duì)影響長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行系統(tǒng)的分析較少,且沒有考慮風(fēng)險(xiǎn)因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和傳遞規(guī)律。

決策實(shí)驗(yàn)室分析(Decision-making Trial and Evaluation Laboratory,DEMATEL)是以矩陣和圖論為工具的系統(tǒng)因素分析方法,通過直接比較系統(tǒng)中風(fēng)險(xiǎn)之間的相互依賴關(guān)系,可求出所有風(fēng)險(xiǎn)之間直接與間接的關(guān)系及影響強(qiáng)度并以因果關(guān)系圖來表示。解釋結(jié)構(gòu)模型(Interpretative Structural Modeling Method,ISM)是一種結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)分析方法,它將系統(tǒng)中抽象化的風(fēng)險(xiǎn)順序轉(zhuǎn)變?yōu)閷蛹?jí)結(jié)構(gòu)圖,利用ISM模型對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行層次劃分,可以得到更加清晰的風(fēng)險(xiǎn)間相互作用路徑。DEMATEL方法可以準(zhǔn)確分析風(fēng)險(xiǎn)因素的重要程度,ISM方法能夠明確風(fēng)險(xiǎn)因素的邏輯結(jié)構(gòu),綜合這兩種方法的優(yōu)點(diǎn),可更準(zhǔn)確地研究風(fēng)險(xiǎn)因素的關(guān)聯(lián)性。如：黃建文等[7]運(yùn)用DEMATEL-ISM方法分析了影響高拱壩混凝土澆筑施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)因素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系;李強(qiáng)年等[8]運(yùn)用DEMATEL-ISM方法分析了制約裝配式建筑發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)因素的相關(guān)性;解文婧等[9]運(yùn)用改進(jìn)的DEMATEL-ISM方法分析了水電工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)因素的相關(guān)性。本文運(yùn)用DEMATEL-ISM方法研究長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)因素的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

風(fēng)險(xiǎn)因素具有動(dòng)態(tài)不確定性,會(huì)隨時(shí)間不斷變化,而風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生也是一系列風(fēng)險(xiǎn)因素相繼觸發(fā)的連鎖傳遞過程,因此從動(dòng)態(tài)視角研究風(fēng)險(xiǎn)傳遞規(guī)律是十分必要的。目前,動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)傳遞理論主要有風(fēng)險(xiǎn)元傳遞和事故系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)傳遞。風(fēng)險(xiǎn)元傳遞理論主要是從方法、路徑和應(yīng)用3個(gè)方面進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的傳遞分析[10-11]。事故系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)傳遞理論是從事故發(fā)生過程中風(fēng)險(xiǎn)因素的結(jié)構(gòu)關(guān)系、風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)及過程仿真等方面進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的傳遞研究[12-14]。事故系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)傳遞理論依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素關(guān)聯(lián)關(guān)系確定風(fēng)險(xiǎn)傳遞路徑,并建立風(fēng)險(xiǎn)傳遞動(dòng)態(tài)仿真模型,有助于深入研究風(fēng)險(xiǎn)傳遞率。因此,本文將利用事故系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)傳遞理論對(duì)長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)傳遞研究。

1 長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)分析模型

1.1 長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

在現(xiàn)場(chǎng)資料收集及相關(guān)文獻(xiàn)查閱的基礎(chǔ)上,將影響長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全的風(fēng)險(xiǎn)因素分為7類:自然風(fēng)險(xiǎn)、水污染風(fēng)險(xiǎn)、工程風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)、調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)、水文風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)[15-19]。通過分析其內(nèi)在聯(lián)系,總結(jié)出長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全的風(fēng)險(xiǎn)因素17項(xiàng),見表1。

表1 長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)因素

1.2 長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)分析模型

運(yùn)用DEMATEL-ISM方法可建立風(fēng)險(xiǎn)因素關(guān)聯(lián)關(guān)系分析模型。具體步驟如下:

步驟1通過專家調(diào)查,獲取風(fēng)險(xiǎn)因素間的初始直接影響關(guān)系矩陣B=(bij)n×n。bij為因素i對(duì)因素j的影響程度,按強(qiáng)、較強(qiáng)、一般、弱、無5個(gè)等級(jí)分別賦值4、3、2、1、0,按照行因素對(duì)列因素的影響程度進(jìn)行評(píng)分。

步驟2對(duì)初始直接影響矩陣B進(jìn)行歸一化,得標(biāo)準(zhǔn)化矩陣C=(cij)n×n。

(1)

步驟3確定各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)長(zhǎng)距離引水工程安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)體系的綜合影響,得綜合影響矩陣T=(tij)n×n。

(2)

式中I為單位矩陣。由于cij∈[0,1],當(dāng)n→∞時(shí),Cn-1→0,則有:

T=C(I-C)-1。

(3)

步驟4計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)因素的影響度ei和被影響度fj。ei越大表示風(fēng)險(xiǎn)因素i對(duì)其他風(fēng)險(xiǎn)因素的作用程度越大；fj越大表示風(fēng)險(xiǎn)因素j受其他風(fēng)險(xiǎn)因素的作用程度越大。

(4)

(5)

步驟5計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)因素中心度Mi和原因度Ni。中心度Mi表示風(fēng)險(xiǎn)因素i對(duì)所有風(fēng)險(xiǎn)因素的影響以及其他風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)因素的影響,即Mi表示風(fēng)險(xiǎn)因素i在所有風(fēng)險(xiǎn)因素中的重要性程度。中心度越大,風(fēng)險(xiǎn)因素重要程度越高。

原因度Ni表示風(fēng)險(xiǎn)因素i對(duì)其他所有風(fēng)險(xiǎn)因素的純粹影響,即與其他風(fēng)險(xiǎn)因素的因果邏輯關(guān)系程度。原因度若為正,表示該風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)其他風(fēng)險(xiǎn)因素的影響大,稱為原因因素；若為負(fù),則表示該風(fēng)險(xiǎn)因素受其他風(fēng)險(xiǎn)因素的影響大,稱為結(jié)果因素。

Mi=ei+fj,

(6)

Ni=ei-fj。

(7)

步驟6計(jì)算整體影響矩陣H=(hij)n×n。

H=I+T。

(8)

步驟7選取合理的閾值λ,根據(jù)整體影響矩陣H求得可達(dá)矩陣K=(kij)n×n。

(9)

式中:λ∈[0,1]；kij為風(fēng)險(xiǎn)i到風(fēng)險(xiǎn)j的關(guān)聯(lián)值。kij=1表示風(fēng)險(xiǎn)i與風(fēng)險(xiǎn)j相關(guān)聯(lián),kij=0表示二者不相關(guān)。

步驟8劃分風(fēng)險(xiǎn)因素層級(jí)。由式(10)可得可達(dá)集合R(i)、前因集合Q(i)和最高要素集合L(i),并在此基礎(chǔ)上,驗(yàn)證R(i)=R(i)∩Q(i)是否成立,若成立,則劃去因素i所對(duì)應(yīng)的行和列。重復(fù)以上步驟1至步驟8,直至所有的因素被劃掉為止。

(10)

步驟9構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)步驟5計(jì)算得到的中心度和原因度,繪制出各因素的結(jié)果圖,根據(jù)步驟8的層次結(jié)構(gòu)分析結(jié)果構(gòu)建層級(jí)結(jié)構(gòu)模型。

2 基于風(fēng)險(xiǎn)熵的長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)傳遞模型

2.1 風(fēng)險(xiǎn)熵的界定

由于風(fēng)險(xiǎn)本身的不確定性較大,本文將風(fēng)險(xiǎn)測(cè)度變量G表示為:

G=(f(r1),f(r2),f(r3),f(r4),f(r5))。

(11)

式中:f(r1)為風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率；f(r2)為風(fēng)險(xiǎn)損失；f(r3)為風(fēng)險(xiǎn)不可預(yù)測(cè)性；f(r4)為風(fēng)險(xiǎn)不可控性；f(r5)為風(fēng)險(xiǎn)可轉(zhuǎn)移性。由此可知,G值越大,風(fēng)險(xiǎn)越高[20]。

設(shè)復(fù)雜系統(tǒng)中某一致因節(jié)點(diǎn)p(p=1、2、…、n)有q(q=1、2、…、m)種狀態(tài),用apq表示。不考慮度量參數(shù)間的相關(guān)關(guān)系,基于幾何平均方法,可定義子系統(tǒng)p的風(fēng)險(xiǎn)度R(apq)為:

(12)

式中apq表示致因節(jié)點(diǎn)p處于q狀態(tài)。

根據(jù)信息熵理論,可定義子系統(tǒng)p的風(fēng)險(xiǎn)熵h(apq)為:

h(apq)=-KR(apq)lnR(apq)。

(13)

式中K為比例常數(shù)。

公式(13)建立了風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)與風(fēng)險(xiǎn)熵之間的聯(lián)系。由公式(11)、(12)、(13)可知,風(fēng)險(xiǎn)熵的值越大,節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)越無序,即節(jié)點(diǎn)處于更加接近崩潰的狀態(tài)。通過該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的定量測(cè)度。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)傳遞的形式化描述

風(fēng)險(xiǎn)傳遞形式化描述公式如下:

(14)

(15)

公式(14)、(15)描述的是節(jié)點(diǎn)p與q之間的一對(duì)一的風(fēng)險(xiǎn)傳遞問題,但實(shí)際中會(huì)出現(xiàn)一層中多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn),并同時(shí)向一個(gè)致因節(jié)點(diǎn)傳遞風(fēng)險(xiǎn)的情形。此時(shí),公式如下:

(16)

(17)

式中Q為與節(jié)點(diǎn)q相關(guān)聯(lián)的底層已發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。

節(jié)點(diǎn)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)對(duì)應(yīng)著子系統(tǒng)的崩潰,則當(dāng)整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)內(nèi)足夠多的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)都發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)后,特別是近鄰致因節(jié)點(diǎn)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)時(shí),將導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入一種臨界的結(jié)構(gòu)狀態(tài),此時(shí)任何的擾動(dòng)和沖擊都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。根據(jù)系統(tǒng)論的觀點(diǎn),單點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)并非一定導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰,而風(fēng)險(xiǎn)傳遞所引發(fā)的系統(tǒng)的臨界崩潰狀態(tài),則會(huì)顯著增大事故發(fā)生的概率。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)傳遞動(dòng)態(tài)仿真

以系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)熵和殘余風(fēng)險(xiǎn)熵為自定義變量,運(yùn)用Arena軟件中的基本過程模塊、高級(jí)過程模塊和高級(jí)傳送模塊,構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)傳遞仿真模型。

3 實(shí)例分析

3.1 工程概況

南水北調(diào)中線工程從丹江口水庫(kù)調(diào)水,沿線向河南省、河北省、北京市、天津市輸水,最終流入北京的團(tuán)城湖,干渠全長(zhǎng)1 400多千米,解決了6 000多萬人的用水問題,極大地推動(dòng)了受水區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,緩解了受水區(qū)因過度缺水而大量超采地下水引起的環(huán)境問題。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)關(guān)系分析

邀請(qǐng)5名相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)影響南水北調(diào)中線工程運(yùn)行安全的17個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素,按強(qiáng)、較強(qiáng)、一般、弱、無5個(gè)等級(jí)分別賦值,進(jìn)行相互影響關(guān)系評(píng)判。通過專家評(píng)分并進(jìn)行規(guī)范化處理后,得到影響矩陣C。

由公式(2)—(7)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)因素的ei、fi、Mi及Ni,風(fēng)險(xiǎn)因素DEMATEL計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 南水北調(diào)中線工程風(fēng)險(xiǎn)因素DEMATEL計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,以中心度為橫坐標(biāo),原因度為縱坐標(biāo),繪制風(fēng)險(xiǎn)因素原因-結(jié)果圖,如圖1所示。由圖1可知:上半部分的洪澇災(zāi)害(f1)、冰凍災(zāi)害(f2)、水源地水污染(f3)、輸水交叉建筑物損壞(f6)、管道工程損壞(f7)為原因因素,下半部分輸水干渠水污染(f4)、渠道工程損壞(f5)、穿越工程損壞(f8)、突發(fā)性群體事件(f9)、交通事故(f10)、突發(fā)性個(gè)體事件(f11)、水源地調(diào)度事故(f12)、受水區(qū)調(diào)度事故(f13)、受水區(qū)嚴(yán)重缺水(f15)、水價(jià)上漲(f16)、受水區(qū)經(jīng)濟(jì)能力不足(f17)為結(jié)果因素；水源地調(diào)度事故(f12)、受水區(qū)調(diào)度事故(f13)、受水區(qū)嚴(yán)重缺水(f15)、輸水干渠水污染(f4)、水源地供水能力不足(f14)、洪澇災(zāi)害(f1)位于圖的右端,中心度偏大,對(duì)安全運(yùn)行的影響也偏大；洪澇災(zāi)害(f1)、冰凍災(zāi)害(f2)、水源地水質(zhì)污染(f3)的原因度位于前三,表明這3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)南水北調(diào)中線工程運(yùn)行安全影響最大；突發(fā)群體性事件(f9)、受水區(qū)調(diào)度事故(f13)、水價(jià)上漲(f16)、受水區(qū)經(jīng)濟(jì)能力承受不足(f17)、水源地調(diào)度事故(f12)的原因度為負(fù)值,且排在最后五位,表明這5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)易受其他風(fēng)險(xiǎn)因素影響。

圖1 南水北調(diào)中線工程風(fēng)險(xiǎn)因素原因-結(jié)果圖

在影響南水北調(diào)中線工程運(yùn)行安全的風(fēng)險(xiǎn)體系分析計(jì)算中,經(jīng)多次檢驗(yàn),得出當(dāng)λ=0.122時(shí),風(fēng)險(xiǎn)因素間的邏輯關(guān)系等級(jí)清晰。由公式(10),計(jì)算出R(i)、Q(i)和L(i)。根據(jù)步驟8劃分本質(zhì)致因?qū)?、過渡致因?qū)雍徒徶乱驅(qū)印１举|(zhì)致因?qū)影ê闈碁?zāi)害(f1)、冰凍災(zāi)害(f2)和水源地水污染(f3)3個(gè)因素;近鄰致因?qū)影ㄍ话l(fā)性群體事件(f9)、突發(fā)性個(gè)體事件(f11)、受水區(qū)調(diào)度事故(f13)和受水區(qū)經(jīng)濟(jì)能力不足(f17)5個(gè)因素;其余因素為過渡致因?qū)?。南水北調(diào)中線工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)因素層級(jí)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 南水北調(diào)中線工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)因素層級(jí)結(jié)構(gòu)

基于前文計(jì)算出的可達(dá)矩陣K,結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論,將因素所在行中對(duì)應(yīng)列為1的因素視為該因素的出點(diǎn)方向,因素所在列中對(duì)應(yīng)行為1的因素視為該因素的入點(diǎn)方向,繪制南水北調(diào)中線工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)模型圖,如圖3所示。

圖3 南水北調(diào)中線工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)模型圖

由圖2和圖3可知,南水北調(diào)中線工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)因素間存在著復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系,圖2表示風(fēng)險(xiǎn)因素的傳遞層級(jí),風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生是由本質(zhì)致因?qū)娱_始,經(jīng)過過渡致因?qū)觽鬟f到鄰近致因?qū)?。圖3中帶箭頭的線條表示風(fēng)險(xiǎn)間的影響關(guān)系,箭尾風(fēng)險(xiǎn)因素受箭頭風(fēng)險(xiǎn)因素的影響,因此,風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)的箭線連接越多,風(fēng)險(xiǎn)的影響或被影響關(guān)系越復(fù)雜。洪澇災(zāi)害(f1)、冰凍災(zāi)害(f2)、水源地調(diào)度事故(f12)、受水區(qū)調(diào)度事故(f13)、受水區(qū)嚴(yán)重缺水(f15)、水價(jià)上漲(f16)節(jié)點(diǎn)箭線較多,應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。在近鄰致因?qū)悠痍P(guān)鍵作用的是受水區(qū)調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)(f13)；在過渡致因?qū)悠痍P(guān)鍵作用的是水源地調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)(f12)、受水區(qū)缺水風(fēng)險(xiǎn)(f15)和水價(jià)上漲風(fēng)險(xiǎn)(f16)；在本質(zhì)致因?qū)?洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)(f1)和冰凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)(f2)比水源地水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)(f3)要重要,這3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素作為最底層因素,影響了整個(gè)系統(tǒng)的其他因素。圖3中的交通事故(f10)和突發(fā)個(gè)體性事件(f11)沒有與其他風(fēng)險(xiǎn)因素關(guān)聯(lián),這是因?yàn)樗x特征閾值的關(guān)系,說明這兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素與其他風(fēng)險(xiǎn)因素的關(guān)聯(lián)度較小。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)傳遞動(dòng)態(tài)仿真

3.3.1 仿真模型的構(gòu)建

將本質(zhì)致因因素洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)(f1)、冰凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)(f2)和水源地水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)(f3)作為風(fēng)險(xiǎn)傳遞仿真模型的初始節(jié)點(diǎn),圖3中的有向線段為傳遞方向,利用Arena軟件構(gòu)建南水北調(diào)中線工程安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)傳遞仿真模型。

3.3.2 仿真參數(shù)設(shè)定

風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)的概率密度函數(shù)服從一定時(shí)間間隔內(nèi)的隨機(jī)指數(shù)函數(shù)。設(shè)定初始節(jié)點(diǎn)f1、f2、f3最大風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)值為200。初始時(shí)刻時(shí),Resource Capacity=1。設(shè)每個(gè)致因節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)處置能力服從三角分布。當(dāng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部待處理的風(fēng)險(xiǎn)熵值小于10時(shí),節(jié)點(diǎn)完全消除風(fēng)險(xiǎn)；風(fēng)險(xiǎn)熵值大于10時(shí),節(jié)點(diǎn)不能完全消除風(fēng)險(xiǎn),未消除的風(fēng)險(xiǎn)熵沿有向線段傳給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)傳遞模型在沒有風(fēng)險(xiǎn)傳遞時(shí)自動(dòng)停止,仿真以小時(shí)(h)為基本單位。

3.3.3 南水北調(diào)中線工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)與傳遞規(guī)律分析

一般而言,南水北調(diào)中線工程初始風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)速率與工程發(fā)生連鎖癱瘓的速率呈正相關(guān)關(guān)系。風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)速度越快,越不容易被識(shí)別和控制,也就越難以管理和控制。因此,本文通過改變節(jié)點(diǎn)參數(shù)來分析南水北調(diào)中線工程涌現(xiàn)均值對(duì)工程管理系統(tǒng)處置風(fēng)險(xiǎn)能力的影響、節(jié)點(diǎn)處置風(fēng)險(xiǎn)的速度對(duì)工程管理系統(tǒng)處置風(fēng)險(xiǎn)能力的影響以及節(jié)點(diǎn)處置風(fēng)險(xiǎn)的能力對(duì)工程管理系統(tǒng)處置風(fēng)險(xiǎn)能力的影響。

1)不同涌現(xiàn)均值對(duì)南水北調(diào)中線工程管理系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)處置能力的影響,如圖4所示。由圖4可知,當(dāng)涌現(xiàn)均值從0.5增到2.0時(shí),系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)熵的增長(zhǎng)速度逐漸減緩,系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)熵的最大值也逐漸降低,系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定(系統(tǒng)中沒有風(fēng)險(xiǎn)傳遞的發(fā)生)所需時(shí)間逐漸縮短,系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)殘余風(fēng)險(xiǎn)熵逐漸減小。這表明風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)間隔越長(zhǎng),節(jié)點(diǎn)處置風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)間越多,節(jié)點(diǎn)消除風(fēng)險(xiǎn)帶來的影響也就越多,從而降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能。涌現(xiàn)均值為2.0時(shí),系統(tǒng)穩(wěn)定后,殘余風(fēng)險(xiǎn)熵幾乎為零,說明此時(shí)系統(tǒng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的處置能力完全可以消除此涌現(xiàn)速率下風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生所帶來的影響。

圖4 不同涌現(xiàn)均值對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)處置能力的影響

2)設(shè)置初始風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)均值為2.0,節(jié)點(diǎn)處置能力為10。以洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)(f1)為節(jié)點(diǎn)1,冰凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)(f2)為節(jié)點(diǎn)2,對(duì)比兩節(jié)點(diǎn)處置速度對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)處置能力的影響,分別如圖5和圖6所示。由圖5、6可知,風(fēng)險(xiǎn)處置速率為1時(shí)與風(fēng)險(xiǎn)處置速率為0.8時(shí)相比,節(jié)點(diǎn)內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)熵減小了一半左右,模型運(yùn)行停止時(shí)間縮短。故提高節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)處置速率,可使系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)處置能力顯著增強(qiáng)。

圖5 節(jié)點(diǎn)1風(fēng)險(xiǎn)處置速率對(duì)比

圖6 節(jié)點(diǎn)2風(fēng)險(xiǎn)處置速率對(duì)比

3)設(shè)置初始涌現(xiàn)均值為2.0,節(jié)點(diǎn)處置風(fēng)險(xiǎn)速度服從三角分布TRIA(0.5,1.0,1.5),通過改變節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)處置能力(即改變閾值),分析節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)處置能力對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)處置能力的影響。節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)處置能力對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)處置能力的影響如圖7所示。由圖7可知,當(dāng)節(jié)點(diǎn)1的處置能力由5提高到10時(shí),最大系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)熵逐漸降低,系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定(系統(tǒng)中沒有風(fēng)險(xiǎn)傳遞的發(fā)生)所需時(shí)間逐漸縮短,系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)殘余風(fēng)險(xiǎn)熵逐漸減小,說明提高初始節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)處置能力可以有效減少風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響；但是當(dāng)節(jié)點(diǎn)1的處置能力提高到15時(shí),風(fēng)險(xiǎn)熵的降低已經(jīng)不明顯了,說明無限提高某個(gè)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)處置能力并不能讓整個(gè)系統(tǒng)免受風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的影響。

圖7 節(jié)點(diǎn)1風(fēng)險(xiǎn)處置能力對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)處置能力的影響

3.4 對(duì)策及建議

南水北調(diào)中線干線工程通水運(yùn)行以來,發(fā)生過多次風(fēng)險(xiǎn)事件,比如污水入渠事件、倒虹吸出口坍塌事件、邊坡塌滑事件及跨渠橋梁交通事故等,造成了一定的損失,并對(duì)工程運(yùn)行產(chǎn)生了不良的影響。這些風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生大都是由本質(zhì)致因?qū)拥暮闈碁?zāi)害因素引起,經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)涌現(xiàn)和傳遞最終導(dǎo)致事故發(fā)生。

根據(jù)前文風(fēng)險(xiǎn)傳遞的分析,在南水北調(diào)中線工程風(fēng)險(xiǎn)管理工作中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)本質(zhì)致因?qū)语L(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防和管控工作,增大各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的涌現(xiàn)均值,增強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)處置能力,減小系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生,具體建議如下。

1)培訓(xùn)與考核。在基層管理人員中定期開展相關(guān)專業(yè)培訓(xùn)與考核,加強(qiáng)工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的了解及工作能力。

2)加強(qiáng)巡檢。平時(shí)巡檢時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查,對(duì)易發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)部位加強(qiáng)檢查,做到有問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理。特別是汛期來臨前對(duì)防洪堤、排洪通道進(jìn)行詳細(xì)排查,確保防洪堤安全、排洪通道通暢。

3)做好預(yù)警預(yù)報(bào)工作。安排專門人員關(guān)注雨情預(yù)報(bào),結(jié)合天氣預(yù)報(bào)和渠道工程沿線實(shí)際狀況,提前進(jìn)行邊坡加固、河道疏通等工作,降低洪澇災(zāi)害發(fā)生的概率、減小風(fēng)險(xiǎn)損失。

4)做好環(huán)保宣傳。宣傳環(huán)境保護(hù)意識(shí),同時(shí)做好調(diào)水工程水環(huán)境保護(hù)管理工作,避免水污染風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

4 結(jié)論

本文運(yùn)用DEMATEL-ISM方法,構(gòu)建了長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)分析模型；結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)熵和事故系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)傳遞理論,建立長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)傳遞仿真模型。以南水北調(diào)中線工程為例,將17個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素劃分為本質(zhì)致因?qū)?、過渡致因?qū)雍徒徶乱驅(qū)?；在此基礎(chǔ)上,利用Arena軟件,將致因?qū)庸?jié)點(diǎn)作為模型初始節(jié)點(diǎn),通過改變參數(shù),并分析運(yùn)行結(jié)果得到:涌現(xiàn)均值越大,風(fēng)險(xiǎn)處置效果越好；提高節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)處置速率可減小最大系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)熵和殘余風(fēng)險(xiǎn)熵；提高節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)處置能力可降低風(fēng)險(xiǎn)傳遞的可能性。本文的研究有助于長(zhǎng)距離調(diào)水工程運(yùn)行管理單位對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行管控,提高工程的運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性以及經(jīng)濟(jì)效益。