第9期 赵怡晴等：尾矿库隐患及风险演化系统动力学模拟与仿真 ·1159· 多部标准指南，完善了尾矿库的安全管理体系.但 地区、应急预案欠缺等，在网络中以黄色节点表示； 是，根据事故致因理论，尾矿库事故及灾害的发生， 第二类对应于次生威胁隐患，是由初始隐患经过相 是由物的隐患状态与人的不安全行为在环境条件、 关因素作用及演化而形成的新隐患，诸如黄土地区 管理缺陷等共同作用下持续演化的结果.在隐患及 由于黄土的空隙大且垂直节理，容易因降水作用而 风险向事故灾害演化的过程中，诸多影响因素之间 发生湿陷变形，甚至产生滑塌等，这种湿陷变形、滑 的关系复杂，相互耦合，使得对于演化过程与因素作 塌等威胁隐患，迫近触发事故及灾害，在网络中以绿 用机制的判断、预测以及应急管理变得相当困难. 色节点表示：第三类对应于最终活动隐患，是由隐患 复杂网络方法发展起于图论，综合以往的自组 触发的事故，可能导致不同程度的尾矿库灾害（形 织理论、非线性理论与复杂性理论研究的成果而形 成新的尾矿库状态)，在网络中以红色节点表示 成.因为复杂网络能够较好地表征研究对象/节点 1.2尾矿库风险演化构模 之间的内在关系，近十年来，其应用已广泛见于交通 为了构建风险演化模型，需要对风险进行定量 网、因特网、电网、基因网、社会网等领域相关问题的 表征.由于研究主体及目的不同，风险表征的方法 研究.采用复杂网络方法进行灾害蔓延的研究也方 也不尽相同.譬如，对于生产事故的风险，一般多基 兴未艾.Buzna等)和翁文国等4]建立了灾害蔓 于美军系统安全管理导则(ML-STD-882A)给出的 延的普适性动力学模型：欧阳敏等5]对已存在的几 Risk=Likelihood×Consequences模型[2o;再如，联 种灾害模型进行了评价和改进：李泽荃等16]仿真分 合国减灾署曾提出了一个自然灾害风险表征模型 析了网络中心对灾害蔓延速度和扩散趋势的影响： Risk=Hazard×Vulnerability/Capacity2;还如，美国 朱伟等川构建了北方城市暴雨灾害演化网络模型： 加州大学洛杉矶分校应用了一个社区公共风险表征 陈长坤和纪道溪]提出了台风灾害演化系统的风 模型Risk=Hazard×(Vulnerability-Resources)(2z] 险分析与控制的思路和方法：潘启东等对煤矿灾 从这些模型可以看出，表征风险需要考虑的主 害网络进行了研究 要问题有以下几种 本文试图运用复杂网络方法来分析矿山尾矿库 (1)隐患(Hazard):对象系统内在的引发安全、 隐患及风险演化过程的复杂性，在此基础上建立隐 健康、财产或环境威胁的因子或状态等起源，可以区 患与风险演化的系统动力学模型，为表征影响尾矿 分为蛰伏(dormant)、威胁(armed)、活动(active)等 库事故及灾害的因素关系与作用机制提供一种全新 主要模式.隐患在风险演化网络中以节点表示，节 的系统方法 点隐患对后续之节点的影响主要由演化（速）率及 1尾矿库风险演化的系统动力学模型 网中节点间的连接概率来确定.演化率反映相关 因素的共同作用，连接概率是指节点间连接的可能 1.1尾矿库隐患关联复杂网络的拓扑结构 性大小.臂如，大降雨量影响及作用可能演化为浸 为了模拟尾矿库事故致因、隐患及风险的时空 润线抬高直至引发尾矿库溃坝等 演化，把尾矿库看作是一个包括尾可矿设施及其状态、 (2)脆弱性(Vulnerability):对象系统及风险受 工作人员及其行为、运行条件及环境、管理规章及约 体抵御事故影响或损失的能力，其大小称为脆弱度， 束等实体、要素及其相互作用关系的动态关联系统， 反映受体可能经受损失的程度，可以通过能力建设 并用复杂网络予以表征.其中，物的隐患状态、人的 及资源投人而改变 不安全行为、环境的不利条件、管理的规章缺失等因 (3)能力(Capacity)或者资源投人(Re 素以及由其引发的隐患及后果抽象为复杂网络的节 sources):为消解隐患、预防事故的能力建设而投人 点，而节点间的耦合关系、相互作用及演化过程抽象 的资源 为复杂网络的边，并采用Pajek复杂网络可视化技 (4)噪声(Disturbance):作用于对象系统的、大 术，形成尾矿库隐患关联复杂网络的拓扑结构如图 小超过脆弱度的突发冲击或干扰，导致风险进一步 1所示. 演化. 就图1而言，尾矿库隐患关联及风险演化复杂 就尾矿库而言，事故及灾害来源于初始蛰伏隐 网络主要涉及三类节点.第一类对应于初始蛰伏隐 患.随着时间的推移，隐患及相关因素相互影响、耦 患，包括物的隐患状态、人的不安全行为、环境的不 合作用，经过一定时间的演化或由于噪声干扰，诸如 利条件、管理的规章缺失等因素，诸如构筑物有蜂窝 环境的变化或人的行为等干扰，能够触发后续节点 及麻面、违章操作、尾矿库址位于岩溶地区或者黄土 或相关次生隐患显现.若系统缺乏自修复能力、不第 期 赵怡晴等 ： 尾 矿库 隐患 及 风险 演化 系 统动力 学模拟与仿真 ‘ 多部标准指南 , 完善 了 尾 矿 库 的 安 全管理体 系 但 地区 、 应 急预 案 欠缺等 , 在 网 络 中 以 黄色节 点 表示 ； 是 , 根据事故致 因 理论 , 尾 矿库 事 故及灾 害 的 发生 , 第二 类对应 于 次生 威 胁隐患 , 是 由 初 始 隐患 经 过相 是 由 物的 隐患 状态与 人 的不安 全行 为在环 境条件 、 关 因 素作用 及演 化而形成 的 新隐 患 , 诸如 黄 土 地区 管理缺陷 等共同 作用下 持续演 化的 结果 在 隐患 及 由 于 黄土 的 空 隙大且垂直节理 , 容 易 因 降 水 作用而 风险 向 事故灾 害演化 的 过程 中 , 诸多 影响 因 素之 间 发生 湿陷 变 形 甚 至产 生滑塌 等 , 这 种湿 陷 变 形 、 滑 的 关 系复杂 , 相互親合 , 使得对 于演化过程 与 因 素作 塌 等 威胁 隐患 , 迫近 触发事故及灾害 在网 络中 以绿 用机制 的 判断 、 预 测 以 及应急管 理变得相 当 困 难 色节 点表示 ； 第三类对应于最终活动 隐 患 , 是由 隐患 复杂 网 络方法发展起于 图论 综合 以 往 的 自 组 触发 的 事故 可 能导 致不 同 程 度 的尾矿 库灾 害 ( 形 织理论 、 非线性理论与 复 杂性理论研究 的 成果 而形 成新的 尾矿库状态 ) , 在 网络 中 以 红色节点 表示 成 因 为 复杂 网 络能 够较好地表征 研究 对象 节 点 尾矿库 风险 演化构模 之间 的 内 在关 系 , 近十 年来 , 其应用 巳 广泛 见于 交通 为 了 构建 风险演化模 型 , 需要对风 险进行 定量 网 、 因 特网 、 电 网 、 基因 网 、 社会 网 等领域相关 问 题的 表 征 由 于 研究 主体及 目 的 不 同 , 风 险表征 的方 法 研究 采用 复杂 网络方法进行灾害蔓 延 的 研究也方 也不尽相 同 譬如 , 对于 生产事故 的 风 险 一 般多 基 兴未艾 等 和 翁文 国 等 建 立 了 灾 害 蔓 于美 军系 统安全管理导则 ( 给 出 的 延 的普适性动 力 学模型 ； 欧 阳 敏等 “ 】 对 已 存在 的 几 模 型 ° ； 再 如 , 联 种灾害模 型进行 了评价 和改进 ； 李泽荃等 仿真分 合 国 减 灾署 曾 提 出 了 一 个 自 然 灾 害 风 险 表征 模 型 析了 网络中 心 对灾害 蔓 延 速度 和 扩散趋势 的影 响 ； ； 还 如 , 美 国 朱伟等 构建 了北 方城市暴 雨 灾害 演化网 络模型 ； 加 州 大学洛 杉矶分校应用 了 一 个社 区 公共 风险 表征 陈长坤和纪道溪 提 出 了 台 风 灾害 演 化 系 统 的 风 模 型 — 险 分析 与控制 的 思路 和 方法 ； 潘启 东 等 … 对煤矿灾 从这些模 型 可 以 看 出 , 表 征风 险需要 考 虑的 主 害 网络进行 了 研究 要 问 题有 以 下几种 本 文试图 运用 复杂 网 络 方法来 分析矿 山 尾 矿库 ( 隐 患 ( 对象系 统内 在 的 引 发安 全 、 隐患 及 风险 演化过程 的 复 杂性 , 在此 基 础上 建立 隐 健 康 、 财产或 环境威 胁的 因 子 或状态等 起源 , 可 以 区 患 与 风 险演化 的 系 统动 力 学模 型 , 为 表 征影 响 尾 矿 分为蛰伏 ( 、 威胁 ( 、 活 动 ( 等 库事故 及灾 害 的 因 素关系 与作 用机制提供 一 种 全新 主 要模式 隐患 在 风 险 演 化网 络中 以 节 点 表 示 节 的 系统方法 点隐 患对后 续 之节 点 的 影 响 主 要 由 演 化 ( 速 ) 率 及 网 络中 节点 间 的连接概率来 确定■ 演 化率反 映相 关 細共同作 用 , 连接 概率是指节 点 间 连接 的可 能 尾矿 库隐 患关联复杂 网 络的 拓 扑结构 性 大小 譬如 , 大 降雨量 影响 及 作用 可能 演 化 为 浸 为 了 模拟 尾矿 库 事故致 因 、 隐患 及风 险 的 时空 润 线抬高直至引 发尾 矿库溃坝 等 演化 把尾矿库 看作是一 个包括尾 矿设施及 其状态 、 ( 脆弱性 ( ： 对象 系 统 及风 险 受 工作人员 及其行为 、 运 行条 件及环 境 、 管理规章 及约 体抵御事 故影 响或损失的 能力 其大小称 为脆弱 度 , 束等实 体 、 要 素及其相互作 用关系 的动 态关联 系 统 , 反映受 体可 能经受损 失 的 程 度 可 以 通过 能力 建 设 并用 复 杂 网络 予以 表征 其中 , 物 的 隐 患 状态 、 人 的 及 资 源投人而改 变 不安全行为 、 环境的不利条件 、 管理 的规章缺失 等 因 ( 能 力 ( 或 者 资 源 投 入 ( 素 以 及 由 其引 发的 隐患及后果抽象 为 复杂 网络 的节 为 消 解 隐患 、 预 防 事故 的 能力 建 设而 投 入 点 , 而节点 间 的 耦合关系 、 相互 作用 及演化 过程抽 象 的资源 为复杂网 络 的 边 , 并 采 用 复杂 网 络 可 视 化技 ( 噪 声 ( ： 作用 于 对象 系 统的 、 大 术 , 形 成尾 矿库隐 患 关联复 杂 网 络 的 拓扑 结构 如 图 小 超过脆弱 度 的 突 发 冲 击或干 扰 , 导 致风 险进一 步 所示 演 化 就 图 而言 , 尾 矿库 隐患 关联 及 风 险演 化复 杂 就 尾矿 库 而 言 , 事 故 及灾害 来 源 于初 始蛰伏隐 网络 主要涉及三类节点 第一 类对 应 于初始 蛰伏 隐 患 随着时 间 的 推 移 隐患及 相关 因 素 相互影响 、 耦 患 , 包括物 的 隐患 状态 、 人 的 不 安 全行 为 、 环境 的 不 合作用 , 经过一 定时 间 的演化或 由 于噪 声干扰 诸如 利条件 、 管 理的 规 章缺失 等 因素 诸 如构筑物有蜂窝 环境 的变 化或人的 行为 等 干扰 , 能 够触发 后 续 节点 及麻面 、 违章操作 、 尾矿 库址位于岩溶地 区 或者黄土 或相关次生隐患 显 现 若 系 统 缺乏 自 修 复能 力 、 不