區(qū)域海上溢油應(yīng)急處理能力評(píng)價(jià)研究

魏 芳，耿安朝

（上海海事大學(xué)海洋環(huán)境與工程學(xué)院 上海 201306）

區(qū)域海上溢油應(yīng)急處理能力評(píng)價(jià)研究

魏 芳，耿安朝

（上海海事大學(xué)海洋環(huán)境與工程學(xué)院 上海 201306）

文章應(yīng)用數(shù)值模擬方法，針對(duì)不同等級(jí)溢油事故發(fā)生時(shí)的油膜飄移擴(kuò)散軌跡進(jìn)行模擬研究。同時(shí)，根據(jù)上海港海域水文氣象條件和應(yīng)急處理措施，選取合理的影響因素，建立區(qū)域海上溢油應(yīng)急處理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)上海港海域的溢油應(yīng)急處理能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)與分析。

溢油模擬；溢油應(yīng)急處理能力；評(píng)價(jià)指標(biāo)

1 引言

隨著我國(guó)海上運(yùn)輸業(yè)及海洋石油開(kāi)采的不斷發(fā)展，海上溢油事故的潛在風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)增加。據(jù)國(guó)家海洋局統(tǒng)計(jì)，1973—2009年我國(guó)沿海共發(fā)生船舶溢油事故3 000多起，其中溢油量50 t以上的事故83起，總溢油量達(dá)4.62萬(wàn)t，沿海地區(qū)近幾年平均每4天發(fā)生一起溢油事故。2010大連灣“7·16”輸油管道爆炸事故和2011渤海灣蓬萊19-3油田漏油事件，都是對(duì)我國(guó)海上溢油應(yīng)急能力的嚴(yán)峻考驗(yàn)。

在這些事件處理應(yīng)對(duì)過(guò)程中所暴露出來(lái)的問(wèn)題主要集中在：海上溢油事故應(yīng)急機(jī)制和管理體制不完善；海上溢油應(yīng)急能力不足以及溢油應(yīng)急的技術(shù)體系不合理，應(yīng)急裝備在數(shù)量、質(zhì)量、配備和布局等方面存在不協(xié)調(diào)因素。因此，深入系統(tǒng)地開(kāi)展區(qū)域海上溢油應(yīng)急能力優(yōu)化和建設(shè)模式研究，對(duì)指導(dǎo)我國(guó)海上溢油應(yīng)急體系建設(shè)和提高海洋生態(tài)安全管理水平具有現(xiàn)實(shí)意義［1－4］。

基于上述考慮，本研究通過(guò)建立區(qū)域海上溢油應(yīng)急處理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)而提高區(qū)域海上溢油應(yīng)急裝備的建設(shè)水平；提高區(qū)域海上溢油應(yīng)急能力。

2 建立溢油應(yīng)急處理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)區(qū)域海上溢油應(yīng)急處理能力的評(píng)價(jià)，既要考慮到搶險(xiǎn)隊(duì)伍達(dá)到溢油現(xiàn)場(chǎng)的響應(yīng)時(shí)間，還要考慮應(yīng)急裝備配置、所在位置及應(yīng)急物資儲(chǔ)備等因素。并且在典型和不利的天氣與海況條件下溢油量、油膜擴(kuò)散面積、油膜厚度隨時(shí)間的變化規(guī)律與圍油、吸油、消油等現(xiàn)場(chǎng)處理量之間有著密切關(guān)聯(lián)；因而對(duì)應(yīng)急處理能力的評(píng)價(jià)是一個(gè)綜合考量。

本研究以溢油應(yīng)急響應(yīng)能力優(yōu)化布局為基礎(chǔ)，探討區(qū)域監(jiān)測(cè)監(jiān)視系統(tǒng)、應(yīng)急隊(duì)伍裝備配置、應(yīng)急物資儲(chǔ)備等以第一時(shí)間達(dá)到溢油點(diǎn)和環(huán)境敏感區(qū)風(fēng)險(xiǎn)防范為目標(biāo)，對(duì)區(qū)域溢油搶險(xiǎn)船舶?？?、溢油應(yīng)急設(shè)備庫(kù)布局等進(jìn)行優(yōu)化。

在評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取方面，通過(guò)對(duì)水域溢油漂移擴(kuò)散規(guī)律和溢油應(yīng)急處理流程與措施的分析，可知應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間是溢油事故中能否及時(shí)有效地清除油污，將溢油事故對(duì)周邊環(huán)境和經(jīng)濟(jì)損害降至最低的關(guān)鍵。

一方面溢油應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間為一個(gè)時(shí)間段，它體現(xiàn)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)對(duì)溢油進(jìn)行回收、清除，有效降低溢油的上岸幾率，側(cè)面則反映搶險(xiǎn)單位的溢油應(yīng)急響應(yīng)能力和組織能力；另一方面完成上述工作所需的應(yīng)急處理設(shè)備一般需協(xié)同使用，這主要包括圍油、撇油、回收清污設(shè)備，它們?cè)趹?yīng)急搶險(xiǎn)行動(dòng)中的作用是相互影響，互為補(bǔ)充的。因此，將應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間、圍油能力、撇油與回收能力、消油清污能力作為評(píng)價(jià)港口、碼頭等溢油應(yīng)急處理能力評(píng)價(jià)體系中的評(píng)價(jià)指標(biāo)才可有效發(fā)揮溢油應(yīng)急處理能力 （表1）。

表1 溢油應(yīng)急處理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)

3 評(píng)價(jià)區(qū)域溢油飄移擴(kuò)散規(guī)律模擬研究

3.1 溢油模型選取

隨著海洋動(dòng)力學(xué)的發(fā)展以及溢油事故防治的需要，數(shù)學(xué)模型逐漸代替了物理模型試驗(yàn)，現(xiàn)在常見(jiàn)的數(shù)學(xué)模型有一維模型、垂直二維模型、平面二維模型及三維模型［3－6］。這些模型的開(kāi)發(fā)、研究及應(yīng)用，使海事部門預(yù)先掌握溢油事故中油膜運(yùn)動(dòng)軌跡、污染面積等基本溢油資料，為溢油應(yīng)急搶險(xiǎn)行動(dòng)提供了有利幫助。

3.2 軟件選取

近年來(lái)，“油粒子”模型［7－9］在國(guó)際上得到廣泛的應(yīng)用，因其模擬溢油在海面的漂移擴(kuò)散行為上具有高穩(wěn)定性與高效率性特點(diǎn)。本研究采用較成熟的溢油模型軟件——長(zhǎng)江口外海污染事故應(yīng)急評(píng)價(jià)系統(tǒng)，就具有三維“油粒子”理論計(jì)算模塊，可以直接讀取風(fēng)場(chǎng)和潮流場(chǎng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行溢油漂移擴(kuò)散模擬，內(nèi)置的地理信息系統(tǒng)文件格式與Arc View相兼容。

3.3 設(shè)定模擬參數(shù)

本研究采用 “油粒子”模型，模擬研究典型天氣和海況下的區(qū)域溢油漂移擴(kuò)散規(guī)律；以溢油事故頻發(fā)點(diǎn)、風(fēng)向風(fēng)速頻率、潮流場(chǎng)特征、油品種類等為要素，作為模擬計(jì)算的主要參數(shù)。

4 案例分析

4.1 上海港船舶污染事故分析

根據(jù)上海港各轄區(qū)溢油事故次數(shù)統(tǒng)計(jì)，在2001—2008年上海港溢油事故次數(shù)大于10次的主要發(fā)生在寶山、蘭州路、吳涇、外高橋和吳淞；而溢油量不小于50 t的主要分布在寶山、吳涇、吳淞和洋山港水域。

4.2 評(píng)價(jià)水域溢油飄移擴(kuò)散規(guī)律

為評(píng)價(jià)溢油事故帶來(lái)的影響，本評(píng)價(jià)選擇事故風(fēng)險(xiǎn)比較敏感的水域。在溢油事故易發(fā)區(qū)域選取了7個(gè)溢油事故點(diǎn) （圖1）。并根據(jù)該區(qū)域多年的水文氣象資料，設(shè)定計(jì)算參數(shù) （表2）。

圖1 長(zhǎng)江口水域溢油事故點(diǎn)分布

表2 溢油模擬計(jì)算參數(shù)

本研究以一個(gè)潮周期 （12 h）為計(jì)算時(shí)間結(jié)點(diǎn)，模擬水上溢油飄移擴(kuò)散軌跡。由于所選溢油事故點(diǎn)位置各異，會(huì)出現(xiàn)油膜漂移到附近的陸地、岸灘或是其他環(huán)境敏感點(diǎn)，若油膜漂移時(shí)間不足12 h，表示油膜抵達(dá)岸灘或環(huán)境敏感點(diǎn)。

4.3 評(píng)價(jià)水域的數(shù)據(jù)分析

為使計(jì)算結(jié)果更直觀，在表3與圖2和圖3中舉例列出溢油點(diǎn)B、E的計(jì)算數(shù)據(jù)與軌跡圖，同時(shí)結(jié)合圖1可知：

表3 大潮期溢油事故點(diǎn)油膜漂移面積

圖2 溢油點(diǎn)B油膜漂移擴(kuò)散軌跡

圖3 溢油點(diǎn)E油膜漂移擴(kuò)散軌跡

（1）溢油點(diǎn)B，西邊是上海市浦東新區(qū)，東北側(cè)是長(zhǎng)興島，在長(zhǎng)興島的西北端是青草沙水源保護(hù)區(qū)。在次導(dǎo)風(fēng)S下，在6.5 h抵達(dá)長(zhǎng)興島嶼邊的灘地上，即到達(dá)青草沙水源保護(hù)區(qū)的外圍灘地；在主導(dǎo)風(fēng)NNW和次導(dǎo)風(fēng)NNE下，因?yàn)樵摵降揽拷虾Ｊ袇^(qū)，一般在2.0 h內(nèi)就到達(dá)浦東新區(qū)外圍灘地，這要求應(yīng)急船舶需快速到達(dá)油膜漂移的地點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)急船舶上的應(yīng)急處理設(shè)備和器材也要在最短時(shí)間內(nèi)配備齊全，以便及時(shí)進(jìn)行清污。

（2）溢油點(diǎn)E，在該區(qū)域發(fā)生溢油事故時(shí)，因?yàn)橹車鷽](méi)有障礙物，所以油膜可以長(zhǎng)時(shí)間漂移，同時(shí)油膜面積將隨時(shí)間不斷擴(kuò)大，因?yàn)橐缬忘c(diǎn)在長(zhǎng)江口口外，海面情況變化較大，時(shí)間越長(zhǎng)，油膜擴(kuò)散面積越大，給溢油的清除帶來(lái)的難度也會(huì)增加。

4.4 上海港船舶溢油應(yīng)急處理能力現(xiàn)狀

目前，上海港轄區(qū)內(nèi)的船舶溢油應(yīng)急處理設(shè)施主要為油碼頭和防污公司配置的圍油欄，吸油氈、消油劑和中小型收油機(jī)等。此外，上海港區(qū)還有34條可以從事水面溢油回收作業(yè)的船舶，這些船舶大多在50～200 GT之間，以油船和貨船居多。這些已有的應(yīng)急器材和設(shè)備的存儲(chǔ)庫(kù)分布點(diǎn) （圖4）。

4.5 上海港船舶溢油應(yīng)急處理能力評(píng)價(jià)

根據(jù)上海港各應(yīng)急船?？看a頭、儲(chǔ)備庫(kù)、出航路線，可預(yù)測(cè)到達(dá)溢油事故點(diǎn)位所需的溢油應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)發(fā)生溢油事故時(shí)，從距離溢油點(diǎn)最近的船舶?？看a頭與儲(chǔ)備庫(kù)出發(fā)，并根據(jù)表1中的計(jì)算公式得各溢油點(diǎn)所需的應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間 （表4）。同時(shí)，對(duì)該時(shí)間內(nèi)各事故點(diǎn)對(duì)溢油應(yīng)急設(shè)備的實(shí)際需求量與儲(chǔ)備庫(kù)現(xiàn)有量進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果列入表4至表7。

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在應(yīng)急響應(yīng)、現(xiàn)場(chǎng)組織與處理等方面已經(jīng)達(dá)到800 t特大級(jí)別溢油事故的應(yīng)急處理能力，應(yīng)急船舶?？奎c(diǎn)位和器材儲(chǔ)備庫(kù)布局比較合理，各類圍油欄和消油劑存量基本能夠滿足特大級(jí)別溢油事故應(yīng)急處理需求，但在撇油設(shè)備、油污回收設(shè)備存在數(shù)量不足的現(xiàn)狀。如果對(duì)應(yīng)急船舶停靠點(diǎn)、器材存儲(chǔ)點(diǎn)、收油設(shè)備配備布局等做出適當(dāng)調(diào)整，同時(shí)加快添置部分撇油設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)清污處理船舶，將會(huì)使上海港港口水域完全有望完全達(dá)到800 t溢油事故應(yīng)急處理水平。

圖4 上海港防污染溢油應(yīng)急分布

表4 溢油應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間

表5 圍油欄現(xiàn)有量與需求量對(duì)比

表6 撇油設(shè)備與油污回收設(shè)備現(xiàn)有量與需求量對(duì)比

續(xù)表

表7 消油劑現(xiàn)有量與需求量對(duì)比 kg

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者通過(guò)對(duì)溢油擴(kuò)散規(guī)律的研究，得到油膜的漂移擴(kuò)散軌跡與相關(guān)數(shù)據(jù)，揭示油膜擴(kuò)散面積、油膜厚度、油品性質(zhì)等與現(xiàn)場(chǎng)圍油、吸油、消油等環(huán)節(jié)的相關(guān)關(guān)系。同時(shí)，溢油應(yīng)急處理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定，為評(píng)價(jià)各級(jí)應(yīng)急搶險(xiǎn)單位的溢油應(yīng)急處理能力提供了相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法，同時(shí)避免搶險(xiǎn)單位在溢油應(yīng)急船舶與應(yīng)急器材的種類和數(shù)量上配備的不合理性和重復(fù)性建設(shè)，減少了資源浪費(fèi)，提高了資源利用率，為今后區(qū)域溢油應(yīng)急裝備模式建設(shè)提供了相關(guān)的理論依據(jù)。

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