Question

地质环境风险可能性(概率)估算

Answer 1

一、地质环境风险评价内容和关键步骤

对于某一特定的地质环境用途，进行地质环境风险评价内容和关键步骤如下:

(1)危害识别———判断要出什么事故:即识别出要发生什么样的环境事故。如要建设一个垃圾处置场，对于广义的地质环境风险识别来讲，一个垃圾填埋场可能出的事故为填埋气体逃逸进入地层、土壤和地下水，污染空气、地表水、地下水，传播疾病;垃圾淋滤液渗漏进入地层、土壤和地下水，污染土壤、地下水、地表水等。危害识别就是要对这些事故进行逐项分析。

(2)危险评估———分析和计算出事故的可能性有多大:即是对上述可能发生的事故进行可能发生的概率进行分析、计算或评估。

(3)危害评估———如事故一旦发生将产生什么后果:对上述可能发生的事故将造成的后果(环境污染、传播疾病等等可能导致的经济损失、健康损失等)进行定性分析和定量评估。

图8-1-1 城市地质环境风险评介的内容

图8－1－2 城市地质环境风险评价技术路线图

(4)风险评判———判断风险的可接受程度:根据各事故概率、其危害后果、人们或其他受体的承受能力进行综合判断，评估人们或其他受体对风险的接受程度。

(5)风险控制———提出回避或降低风险的对策或措施。

二、常用的环境风险评价方法

风险因素因区域开发性质和类型、区域环保目标和标准、环保敏感目标的不同而异，所以各风险因素的评价和综合评价的方法有所不同。总的来说，目前区域环境风险评价的方法还是定性和半定量的，难以完全定量化。综合起来，可归纳为以下几种^{［109、110、214、186～206］}:

1.概率设计方案的优化

该方法适用于几个备选方案的比较。把几个方案可能的后果的相对权值一一列出，根据具体要求和实际情况挑选其中一种方案付诸实施，并对此方案作失败概率的可能损失分析。

2.商值法

商值法也称比率法，是生态风险评价最常用最普通的方法。它要求首先为保护受体设立参照浓度指标，然后与估测的环境浓度相比较。修正的商值法用有害指数H_i表示风险量。H_i≤1时，环境受害概率低;1<H_i<10时，环境可能受影响;H_i≥10时，环境受害概率较大，须做现场评价。

3.外推法

外推法是健康风险评价中最常用的方法，它根据流行病学或动物毒理学研究资料，外推到环境水平的毒物暴露时生物体(或人体)所受的风险性。

4.逻辑分析法

将层次分析方法AHP(Analytic Hierarchy Process)和故障树及事故树等逻辑分析方法用于区域环境风险评价中，分析事故源项，求取各风险因素的风险“相对大小”，即衡量对区域综合风险的“贡献”。

5.统计分析法

收集历史上的有关数据，利用统计分析的方法求取类似事故发生的概率，即“依旧推新”，如事故时天气条件的计算、疾病发生率的估计等多用此方法。

6.公式评价法

通过对事故的模拟分析，推导或实验得出经验公式，利用公式计算出风险的可能大小，通过进一步实验和观测，对公式逐步修正。如有毒气体的泄漏，利用在类似条件下的大气扩散模式;污染物在水中的泄漏，利用水体迁移扩散模式;人体健康风险也可采用暴露危害计算公式。

7.模糊数学法

区域环境风险涉及复杂的因果关系，往往用精确的方法难以解决，风险在大与小之间没有明显的界限，模糊数学恰恰能够表达这种差异的中间过渡性，较为客观地刻划出风险的大小，其研究和应用逐步深入。

8.图形叠加法

单因素环境风险评价结果有时采用图形表示，特别是风险危害后果在用其他方法难以计算时采用图形表达，如有毒危险性气体的泄漏扩散一般绘制浓度等值线图。在风险综合评价时，将各个环境风险因素的分布图进行合理叠加，得到整个研究区域中不同功能区的风险相对大小。

9.事件树分析(ETA)

事件树分析是从初因事件出发，按照事故发展的时序，分成阶段，对后继事件一步一步地进行分析，每一步都从成功和失败(可能与不可能)两种或多种可能的状态进行考虑(分支)，最后直到用水平树状图表示其可能后果的一种分析方法，它可以定性、定量反映整个事故的动态变化过程及其各种状态的发生概率。

针对所选择的不同故障事件作为初因事件，简单的污染源源强分析，可取其事故排放顶事件为事件树的初因事件。ETA可分析得出相应不同的事件链。事故排放故障树分析所确定的能导致向环境排放污染物的各种事件，由于其故障原因和所导致的污染物排放形态各异，使得事故排放的强度有所差别。因此，都应作为源强事件树分析的初因事故。应用ETA，我们可以分析出事故源强及其后继事件与最终结果的概率分布谱。也可用ETA分析污染源事故排放后通过环境介质造成受体安全风险的过程。

10.故障树评价方法

前面已经介绍，这里不再重复。

值得说明的是，区域内研究的环境风险因素很多，每一种风险都有各自的特点，所以评价时应针对具体的风险问题选择合适的方法。

11.主观概率与客观概率法

进行风险分析必须获得关于状态变量的概率分布信息。获得概率的信息一般有两种途径:一是根据大量的试验进行统计计算;二是根据概率的古典定义，将事件集分解成基本事件，用分析的方法进行计算。由于上述两种估计是以客观存在的数据为基础，故称为概率的客观估计。按这种方法得到的概率，称为客观概率。

在实际工作中，有时不能获得充分的信息计算客观概率，但在风险决策分析时，又必须对概率进行估计。此时，只好由决策者或分析人员对事件发生的概率做出主观估计。这种既没有大量的历史数据作依据，又未通过试验或精确计算，主要靠个人主观判断获得的概率称为主观概率。一般情况下，主观概率的定义可以描述为:根据对某事件是否发生及该事件发生可能性大小的个人主观判断。用一个0～1之间的数来描述事件发生的可能性，此数即为主观概率。

图8－2－1 概率转盘示意图

主观概率的概率分布与客观概率分布一样，有离散型和连续型两种。对于连续型分布，常见的是正态分布和均匀分布。获取主观概率估计值除了依据分析者的主观判断外，可借助概率转盘法。概率转盘是一种具有黑、白两个扇形的圆盘。圆盘中心有一根可旋转的指针，该指针可任意旋转，可位于转盘内任意扇区内。不同颜色扇区面积大小可根据需要任意调节，如图8－2－1所示。

三、地质环境事故危险性评估方法

为方便叙述，在此将地质灾害与环境地质问题的发生统称为地质环境事故。正如上述，由于崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝等地质灾害事故发生的概率定量计算或预测是比较困难的，而只能根据专业知识和地质条件对发生的危险性(度)进行评估，危险性的评估理论方法也比较成熟。这类风险可以表示为

地质环境事故风险度(Risk)=事故发生危险度(Hazard)×造成的损失(Loss)

或数学表达式为

城市地质环境风险经济学评价

式(8－2－1)中，R为风险度(Risk)，它是一个可能包含人员伤亡、经济财产损失等在内的一个数字，单位可能比较复杂，如人、万元等;H为事故发生危险度(Hazard)，它是一个在0～1之间的数字，没有量纲;L为事故发生造成的损失(Loss)，它是一个与风险度相似的物理量或指标，可能包含人员伤亡、经济财产损失等在内，单位可能是人、万元等。

因此，本文将地质环境事故危险性定义为“地质环境事故发生容易程度，即相当于地质灾害或环境地质问题易发性”。表示地质环境事故危险性的参数称为“危险度H”，H是一个在0～1之间的数字，没有量纲。

下面介绍地质环境事故危险度的评估计算方法。

假设某地区j单元(或某地带或地段或地块)的地质环境事故易发性为E_j，而某地质环境事故最不容易发生时的易发性值为E_m，则该地区j单元(或某地带或地段或地块)的地质环境事故危险度表示为

城市地质环境风险经济学评价

根据笔者测算，对于滑坡、崩塌、泥石流、岩溶塌陷这几种事故，E_m值可分别取50、130、40和25。

根据《城市环境地质调查评价规范》(送审稿)^［179］，地质灾害(滑坡、崩塌、泥石流、岩溶塌陷)易发性E，再结合本文提出的(8－2－2)式，危险度计算方法如下。

1.滑坡危险度计算

根据滑坡形成的地层岩性、斜坡结构类型、坡度、降雨量、新构造活动与地震、坡高、人类工程活动和斜坡变形破坏特征等8项影响因素(表8－2－1)进行滑坡易发程度综合评判。

城市地质环境风险经济学评价

式(8－2－3)中，x_i为滑坡易发的影响因素;a_i为x_i的权重;a_i值的大小和x_i的得分如表8－2－1所示。

根据(8－2－2)式，滑坡危险度或相对概率为

城市地质环境风险经济学评价

若要根据E_滑值大小进行滑坡易发性分区，可按以下E_滑值大小分为四级(区):

城市地质环境风险经济学评价

表8－2－1 滑坡易发程度量化评分表

2.泥石流危险度计算

根据沟谷泥石流形成的15项影响因素(表8－2－2)对泥石流沟易发程度进行综合评判。

城市地质环境风险经济学评价

式(8－2－5)中，x_i为泥石流易发的影响因素，x_i的得分见表8－2－2。根据(8－2－2)式，泥石流危险度或相对概率为

城市地质环境风险经济学评价

若要根据E_泥值大小进行泥石流易发性分区，可按以下E_滑值大小分为四级(区):

E_泥≥114:高易发泥石流沟;E_泥=84－114:中易发泥石流沟

E_泥=40－84:低易发泥石流沟;E_泥<40:不易发(非泥石流沟)

表8－2－2 沟谷泥石流易发程度数量化评分表

续表

3.崩塌危险度计算

根据崩塌形成的坡度、地层岩性与岩土体结构、地质构造、新构造活动与地震、人类工程活动、坡高、降雨，崩塌发生规模与发生频率等8项影响因素(表8－2－3)进行崩塌易发程度综合评判。

城市地质环境风险经济学评价

式(8－2－7)中，x_i为崩塌易发的影响因素，a_i为x_i的权重，a_i值的大小和x_i的得分见表8－2－3。

表8－2－3 崩塌易发程度数量化评分表

续表

根据(8－2－2)式，崩塌危险度或相对概率为

城市地质环境风险经济学评价

若要根据E_崩值大小进行崩塌易发性分区，可按以下E_崩值大小分为四级(区):

E_崩>23:崩塌高易发区;E_崩=20～23:崩塌中易发区

E_崩=13～20:崩塌低易发区;E_崩<13:崩塌不易发区

4.岩溶塌陷危险度计算

岩溶塌陷易发程度判别式:

城市地质环境风险经济学评价

式(8－2－9)中，K为岩溶发育程度;S为覆盖层岩性结构;H为覆盖层厚度，m;W为岩溶地下水位，m;F为岩溶地下水径流条件;G为地貌。

岩溶塌陷形成影响因素K、S、H、W、F、G的赋值大小见表8－2－4和表8－2－5。

根据(8－2－2)式，岩溶塌陷危险度或相对概率为

城市地质环境风险经济学评价

若要根据E_陷值大小进行岩溶塌陷易发性分区，可按以下E_陷值大小分为四级(区):

E_陷≥17:塌陷高易发区;E_陷=13～16:塌陷中易发区

E_陷=9－12:塌陷低易发区;E_陷≤8:塌陷不易发区

表8－2－4 岩溶塌陷易发程度数量化评分表

表8－2－5 碳酸盐岩岩溶发育程度分级标志

5.地下水污染危险性评估

地下水污染的危险性，可以用地下水脆弱性或地下水防污性能来评估，评估方法可以根据评价区的实际情况，选择DRISTIC法或其他方法，当然危险性的表达指标“危险度”的计算要经过适当的变通。在这里推荐一种适合于平原地区的地下水污染危险性的评价方法。

通过对大量国内外资料^{［110～114、140～149］}分析，地下水防污性能主要影响因子主要为地下水埋深、包气带岩性及其厚度、含水层厚度。包气带土层的防污性能主要表现为包气带黏性土层阻隔能力。换句话说，在进行范围不大的平原地区地下水防污性能评价时，以包气带黏性土层污染防护性能为主要控制因素进行评价即可。

根据试验研究结果^［111］及其他研究成果^{［111～114、116］}，归纳总结得出粘土、粉砂质粘土和胶泥土等各种土层不同厚度所对应的污染防护性能如表8－2－6所示。

表8－2－6 粘土、粉砂质粘土和胶泥土不同厚度所对应的污染防护性能^［111］

表8－2－6表明，如果某地区地下水含水层之上的粘土、粉砂质粘土或胶泥土层累计厚度h_m分别达到16.5m、21.0m、5.0m时，如果没有影响此厚度变化的人类活动(如开挖深坑、钻井等)，则地面的“三废”不会污染其下的地下水。若厚度小于这些值，其污染的危险性由各类土的具体厚度h决定，污染危险度H计算方法为

式(8－2－11)中，H为地下水受污染危险度;h为地下水含水层之上的粘土、粉砂质粘土或胶泥土层的累计厚度，当其分别等于或超过16.5m、21.0m、5.0m时，H=1;，h_m为地下水含水层之上的粘土、粉砂质粘土或胶泥土层累计厚度分别对应的16.5m、21.0m、5.0m值。

如结合地下水的水量和质量，便可以评价地下水的污染风险。结合表8－2－6的参数值，可对地下水污染风险进行评价分区。