页岩气开发的环境风险评估及应对策略

The exploration of shale gas is a realistic option to avoid gas shortages and a long-term strategy to ensure energy supply. Environmental risk management is an urgent problem that needs to be solved in shale gas exploration. Previous studies mainly focused on the identification of environmental risk sources. A small number of environmental risk assessment mainly focused on qualitatively analysis. .In this project, we firstly develop an environmental risk indicators of China's shale gas exploration based on the PSR method in order to systemically analyze the environmental risks of China's shale gas exploration. Given the complexity, randomness, and diversity of environmental risks in shale gas exploration, the environmental risk assessment of shale gas development will be transformed into a fuzzy clustering problem. An improved fuzzy projection pursuit clustering cluster (FPPC) and improved differential evolution will be developed to better quantifying environmental risk assessment of shale gas exploration. Fuling and Changning Weiyuan shale gas field (accounts for 4/5 of China's shale gas outputs) are selected as empirical analysis. Policy recommendations of environmental risk management will be provided based on the quantitative risk assessment using FPPC model. It is expected that this project will improve the method for environmental risk assessment of shale gas exploration, enrich the environmental risk management theory of shale gas exploration, and support policymaking for environmental risk management of shale gas exploration.

开发页岩气是避免气荒的现实选择、也是保障能源供给的长远战略。环境风险管理是页岩气开发中迫切需要解决的难点问题。国内外已有研究以环境风险源的识别为主；少量的风险评估研究以定性为主、定量为辅；且定量评估方法在处理随机、模糊等不确定性上有待完善。本项目基于PSR方法，构建体现我国国情的页岩气环境风险指标体系，系统分析页岩气开发的环境风险。然后，针对页岩气开发的环境风险的复杂性、随机性及差异性，将页岩气开发的环境风险评价转化为模糊聚类问题，构建模糊投影寻踪聚类模型，采用改进的差分进化算法对其求解，提高评估环境风险等级的效果与精度。最后、以涪陵、长宁威远页岩气(产量占全国4/5)为案例，基于量化的风险评估，提炼出个性（面向案例）与共性（面向行业）的环境风险的管理策略。以期完善页岩气开发的环境风险评估的方法，丰富页岩气开发的管理理论，并为页岩气开发的环境风险管理提供决策支撑。

页岩气储量巨大，且清洁性较高，成为了改变世界能源格局的新型非常规能源。页岩气的开发对我国提高天然气的自给率、优化以煤炭为主的能源结构、推动我国的能源革命都有着现实的意义。页岩气的利用和开发过程中不可避免的产生了一系列的环境问题，关系到社会未来的进一步发展和存续。因此研究和评估页岩气开采过程中对环境的影响和改变具有重要意义，有利于进一步的提升页岩气开发的安全性和可持续性，促进未来页岩气产业的绿色发展。页岩气开发导致的环境风险不仅是多样的、而且是复合型。针对这一问题，基于PSR、DPSIRM和DPSRM框架建立了多层次多目标的页岩气开发环境风险识别指标体系。针对页岩气环境风险评估不确定性、随机性、模糊性及动态性问题，引入物元可拓法和模糊数学理论，构建模糊物元可拓模型。为了解决数据的高维多源性和提高计算速度，在传统投影寻踪模型基础上叠加实数编码的遗传算法和模糊聚类模型，从而更加有效地量化分析页岩气开发中对生态环境的影响。以中国各省页岩气产业为例，通过实地调研采集相关数据并通过构建的综合评估模型求解，结果显示资源与环境的协调是中国页岩气开发过程中的主要环境风险因素。水短缺、水污染、技术和项目投资是发展的关键指标。整体上，中国页岩气开发环境风险较大，两极分化程度高。中国西北区域环境退化严重。而西南地区页岩气发展潜力更大，尤其是四川和重庆。本项目基于环境、资源和人类和谐理念建立的页岩气发展环境评估指标体系，为页岩气产业绿色多方面发展因素的选择提供了参考方向。综合评估模型可以有效利用高维、非正常和非线性复杂数据，为定量分析和评价中国页岩气行业发展环境提供了切实可行的方法，对中国页岩气行业的深入研究有一定促进作用。评价结果为决策者制定合理有效的页岩气可持续发展战略提供了参考，以便于进一步针对性地发展当地页岩气产业，提高未来页岩气的可持续利用程度，减少资源开发中对于环境的危害。