東風(fēng)西沙水庫突發(fā)性溢油事故風(fēng)險(xiǎn)等級判定

常　進(jìn),管　桐

(1.上海勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,上?！?00434; 2.華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,上?！?00241)

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東風(fēng)西沙水庫突發(fā)性溢油事故風(fēng)險(xiǎn)等級判定

常進(jìn)1,管桐2

(1.上?？睖y設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海200434; 2.華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,上海200241)

摘要：以崇明島重要原水工程東風(fēng)西沙水庫為研究對象,基于PSR模型建立風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體及風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)的溢油風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系,壓力層選取訪問概率、泄漏總量、油品種類3個(gè)指標(biāo),狀態(tài)層選取庫內(nèi)水量可供水天數(shù)、泵閘聯(lián)動(dòng)補(bǔ)水時(shí)間2個(gè)指標(biāo),響應(yīng)層選取應(yīng)急預(yù)案應(yīng)對能力、應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間2個(gè)指標(biāo),運(yùn)用AHP法確定不同指標(biāo)的權(quán)重,劃分溢油事故風(fēng)險(xiǎn)等級,為崇明縣正常供水及水庫風(fēng)險(xiǎn)防范提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險(xiǎn)等級;溢油事故;壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型;指標(biāo)體系;東風(fēng)西沙水庫

風(fēng)險(xiǎn)(risk)一詞最早由19世紀(jì)末西方學(xué)者在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域提出。風(fēng)險(xiǎn)等級判定是指對不利的事件發(fā)生的可能性、導(dǎo)致的損失等方面進(jìn)行測定[1]。國內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)判別的研究已經(jīng)取得了一定成績,楊帆等[2]將風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià)分析法應(yīng)用于南水北調(diào)的實(shí)際工作中;潘向忠等[3]建立了危險(xiǎn)廢物安全填埋模糊綜合評價(jià)模型,確定風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性和危害后果的綜合效應(yīng);逄勇等[4]建立了風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)受體之間的數(shù)理聯(lián)系,針對水體特征和污染物遷移擴(kuò)散過程進(jìn)行定量分析。但前人的研究成果缺少風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體和風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)之間的綜合聯(lián)系,缺乏對整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)事件過程的完整考察。筆者以崇明島重要原水工程東風(fēng)西沙水庫為研究對象,基于PSR(壓力-狀態(tài)-響應(yīng))模型建立關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體及風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)的整個(gè)突發(fā)性溢油事件綜合風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系,并判定溢油風(fēng)險(xiǎn)對取水口影響威脅程度,為東風(fēng)西沙水源地應(yīng)急響應(yīng)及防控對策研究提供依據(jù)。

1研究區(qū)域

東風(fēng)西沙水庫屬避咸蓄淡水庫,位于長江口南支上段的北側(cè)、崇明島西南部。水庫設(shè)計(jì)總有效庫容890.24萬m3,近期供水規(guī)模為21.5萬m3/d。水庫采用泵閘聯(lián)動(dòng)取水,在非咸潮期主要是自流引水入庫,在咸潮期通過水庫的調(diào)蓄水量來滿足崇明島原水供應(yīng)。

根據(jù)上海海事局所提供的數(shù)據(jù),2004—2013年的10年間,上海港(包括長江口)共發(fā)生突發(fā)性船舶污染事故102起,平均每年10起左右,泄漏污染物共計(jì)約2 053.82 t,平均每年近205.4 t。從船舶污染發(fā)生的空間分布上看,近十年來在長江口附近水域共發(fā)生了13起溢油事故,共計(jì)泄露污染物751.816 t,可見東風(fēng)西沙取水口水域環(huán)境不可避免地面臨船舶突發(fā)性溢油事故的風(fēng)險(xiǎn),而事故的發(fā)生將直接關(guān)系到崇明供水安全和城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

表1溢油風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系

目標(biāo)層準(zhǔn)則層指標(biāo)層指標(biāo)意義

2指標(biāo)體系構(gòu)建及等級判定

2.1　指標(biāo)篩選

2.1.1PSR模型簡介

PSR模型即“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”(pressure-state-response,PSR)模型,最初由加拿大統(tǒng)計(jì)學(xué)家Rapport和Friend(1979年)提出,后由經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)于20世紀(jì)八九十年代共同發(fā)展起來的用于研究環(huán)境問題的框架體系。PSR框架具有一套比較清晰的邏輯思路,這套思路可表述為人類活動(dòng)或某種事件施加的壓力(P)引起了環(huán)境及對應(yīng)的人類活動(dòng)的狀態(tài)變化(S),通過一些變化信息,采取環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)政策等響應(yīng)措施(R),實(shí)現(xiàn)環(huán)境改善的目的。該框架試圖以這樣一種簡單明了的方式來說明人與環(huán)境的因果關(guān)系[5-6]。

2.1.2指標(biāo)體系構(gòu)建

在PSR模型框架下選取有代表性的指標(biāo)構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系,評價(jià)指標(biāo)的選擇遵循全面性、代表性、可定性分析、可定量計(jì)算、可操作性的原則,盡可能選取包含信息最多的代表性指標(biāo),建立具有“目標(biāo)層—準(zhǔn)則層—指標(biāo)層”層次結(jié)構(gòu)的東風(fēng)西沙水源地溢油風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

壓力層:從風(fēng)險(xiǎn)源提出3個(gè)壓力指標(biāo),分別為訪問概率、泄漏總量、油品種類。

狀態(tài)層:突發(fā)性船舶溢油泄漏事件引發(fā)的壓力引起了取水口對應(yīng)的狀態(tài)變化,從風(fēng)險(xiǎn)受體提出2個(gè)狀態(tài)指標(biāo),分別為庫內(nèi)水量可供水天數(shù)、泵閘聯(lián)動(dòng)補(bǔ)水時(shí)間。

響應(yīng)層:通過各種措施或政策對上述變化做出反應(yīng)或補(bǔ)救,找出風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)對策,從風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)角度提出2個(gè)響應(yīng)指標(biāo),分別為應(yīng)急預(yù)案應(yīng)對能力、應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間。

2.2　指標(biāo)等級劃分

2.2.1訪問概率

訪問概率的分級應(yīng)用美國應(yīng)用科學(xué)協(xié)會(huì)(ASA)開發(fā)的OILMAP模型, OILMAP的軌跡和歸宿計(jì)算模型用于快速、第一時(shí)間估計(jì)溢油的運(yùn)動(dòng)情況。計(jì)算使用長江口常用油品和近幾年事故中主要泄漏的燃料油作為模擬污染物,以長江口水動(dòng)力計(jì)算的流量文件作為水動(dòng)力條件,以1999—2009年的NCEP 氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為風(fēng)場條件,對1月、5月、8月水情分別進(jìn)行模擬計(jì)算,說明枯水期、平水期和豐水期溢油風(fēng)險(xiǎn)影響。方案均以最長應(yīng)急反應(yīng)時(shí)間3d作為模擬時(shí)間,每組方案計(jì)算1 000次,最終形成區(qū)域等值線范圍圖,說明東風(fēng)西沙水源地周邊發(fā)生溢油事故可能對取水口影響的概率及其分布范圍。根據(jù)模擬結(jié)果,將訪問概率分為4個(gè)等級,分別對應(yīng)Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級,具體劃分見表2。

圖1　溢油訪問概率分析等值線

2.2.2泄漏總量

參照《上海市海域船舶污染事故專項(xiàng)預(yù)案》中預(yù)警級別的分類,根據(jù)船舶溢油量多少將污染嚴(yán)重度分為4個(gè)等級,即特別重大、重大、較大、一般,分別對應(yīng)Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級,具體劃分見表2。

表2　綜合權(quán)重計(jì)算結(jié)果

2.3　油品種類

油品對水源地的危害特性主要包括毒性、持久性、流動(dòng)性和擴(kuò)散性。對于油品危害度進(jìn)行劃分,可參考EPA(美國環(huán)保署)根據(jù)原有的毒性、物理狀態(tài)以及隨時(shí)間天氣的變化情況等信息的分級原則,將油品分為A、B、C、D 4個(gè)等級,分別對應(yīng)Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級,具體劃分見表2。

2.4　庫內(nèi)水量可供水天數(shù)

根據(jù)東風(fēng)西沙水庫可行性研究報(bào)告,水庫設(shè)計(jì)最低水位為1.0 m,咸潮期水庫最高蓄水位為5.65 m。為保證非咸潮期水庫的生態(tài)需水和突發(fā)事件期間的正常供水,水庫運(yùn)行蓄水位維持在2.5～4.0 m,以近期供水規(guī)模21.5萬m3/d考慮,水庫可供水天數(shù)為6.9～18.7 d。根據(jù)計(jì)算結(jié)果(表3)將可供水天數(shù)分為4個(gè)等級,分別對應(yīng)即Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級,具體劃分見表2。

表3　庫內(nèi)水量可供水天數(shù)計(jì)算結(jié)果

2.5　泵閘聯(lián)動(dòng)補(bǔ)水時(shí)間

選取汛期97%對應(yīng)低潮位過程,以最低潮位為起算時(shí)間點(diǎn),這樣水庫通過取水閘補(bǔ)水的能力受到限制,而泵站取水能力有限?；谶@種極端情況算出來的水庫補(bǔ)水時(shí)間應(yīng)該是最長的,而選擇的這種極端工況對于水庫面臨突發(fā)性溢油事故的應(yīng)急響應(yīng)也應(yīng)該是最為不利的情況。

通過水庫水量調(diào)節(jié)計(jì)算,在這種極端不利情況下,水庫通過泵閘聯(lián)動(dòng)補(bǔ)水,以2.50 m為計(jì)算起始水位,具體計(jì)算見表4。由表4可以看出由2.50 m蓄至正常水位上限4.00 m需要27 h,由2.50 m蓄至最高蓄水位5.65 m需要79 h。根據(jù)表4將泵閘聯(lián)動(dòng)補(bǔ)水時(shí)間分為4個(gè)等級,分別對應(yīng)Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級,具體劃分見表2。

表4　泵閘聯(lián)動(dòng)補(bǔ)水時(shí)間計(jì)算

2.6　應(yīng)急預(yù)案應(yīng)對能力

根據(jù)上海水域近年溢油事故油類泄漏數(shù)量、IMO統(tǒng)計(jì)溢油事故噸數(shù)分級和國內(nèi)外溢油事故等級劃分以及溢油應(yīng)急能力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等[7],參考2007年4月通過的《國家水上交通安全監(jiān)管和救助系統(tǒng)布局規(guī)劃》,將上海水域溢油應(yīng)急能力評價(jià)等級分為4級,Ⅰ級可以應(yīng)對一次溢油量為小于200 t的污染事故;Ⅱ級可以應(yīng)對一次溢油量為200～500 t污染事故;Ⅲ級可以應(yīng)對一次溢油量為500～1 000 t的污染事故;Ⅳ級可以應(yīng)對一次溢油量為1 000～1 500 t的污染事故。具體劃分見表2。

2.7　應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間

應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間由事故報(bào)警及核實(shí)時(shí)間、應(yīng)急力量出發(fā)時(shí)間和應(yīng)急力量到達(dá)時(shí)間組成[7]。參考《上海港船舶溢油污染評估與防治研究》,將應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間分為4個(gè)等級,具體劃分見表2。

2.8　權(quán)重確定

本次指標(biāo)權(quán)重的確定使用層次分析法(AHP)。AHP是將與決策有關(guān)的各種元素分解成為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析相結(jié)合的一種決策方法。這種方法的特點(diǎn)在于深入分析復(fù)雜決策問題的本質(zhì)和各影響因素的內(nèi)在關(guān)系,用較少的定量信息進(jìn)行數(shù)字化決策?？蔀槎鄿?zhǔn)則、多目標(biāo)或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策性問題提供一種簡便有效的決策方法。在進(jìn)行定量信息的數(shù)字化過程中,AHP采用主觀判斷的方法對評價(jià)目標(biāo)、子目標(biāo)和指標(biāo)的相對重要性進(jìn)行比較判斷,構(gòu)成判斷矩陣,再計(jì)算指標(biāo)權(quán)重值,實(shí)現(xiàn)定性分析和定量計(jì)算相結(jié)合的評價(jià)[8-9]。準(zhǔn)則層分為壓力層、狀態(tài)層和響應(yīng)層,準(zhǔn)則層權(quán)重判定矩陣見表5。

表5　準(zhǔn)則層權(quán)重判定矩陣

根據(jù)計(jì)算,該矩陣最大特征根λmax=3.053 7,一致性檢驗(yàn)CR=0.046 3<0.1,通過一致性檢驗(yàn),對應(yīng)于壓力層、狀態(tài)層、響應(yīng)層的準(zhǔn)則層權(quán)重分別為0.49、0.31、0.20。

指標(biāo)層權(quán)重的計(jì)算使用相同的方法,因篇幅原因省去中間計(jì)算過程,綜合權(quán)重計(jì)算結(jié)果見表2。

風(fēng)險(xiǎn)分值10、7、4、1對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級 。

2.9　等級判定

溢油風(fēng)險(xiǎn)等級判定計(jì)算公式如下:

(1)

式中:δ為第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)值;ωi為第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的權(quán)重。

根據(jù)以上溢油風(fēng)險(xiǎn)等級判定公式,得出綜合評價(jià)值10～7、7～4、4～1、≤1 對應(yīng)于不同風(fēng)險(xiǎn)等級分別為威脅極大、威脅較大、威脅一般、基本無威脅。

3案例分析

2012年12月30日18:40時(shí),某輪船載400 t重油在長江常熟段白茆沙水道13號浮標(biāo)附近沉沒。12月31日11:00時(shí)在崇明新建水閘河口附近水域發(fā)現(xiàn)3塊約長100 m、寬50 m的油污帶。增派的最后兩艘清污船于1月1日14:30到達(dá)現(xiàn)場。

根據(jù)表2,并結(jié)合本次溢油事故,由式(1)計(jì)算出綜合風(fēng)險(xiǎn)值(表6)。事故發(fā)生的位置在取水口上游13 km,在高于50%訪問概率范圍內(nèi),且從案例描述中,油污已飄至取水口上游3 km新建水閘附近。事件發(fā)生時(shí),水庫仍處于在建狀態(tài),仍未投入運(yùn)行。偏不利角度出發(fā),假設(shè)溢油發(fā)生時(shí)水庫水位處于常水位下限2.5 m。發(fā)現(xiàn)油污時(shí)間較晚,且發(fā)現(xiàn)油污時(shí),已至新建水閘附近,泵閘聯(lián)動(dòng)補(bǔ)水時(shí)間很短,補(bǔ)水時(shí)間小于6.2 h,且響應(yīng)時(shí)間大于24 h。

由式(1)計(jì)算得出近期供水規(guī)模下δ=8.77,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高風(fēng)險(xiǎn)下限δ=7,說明此次突發(fā)性溢油事件對于取水口威脅極大,即應(yīng)急措施難以處理,環(huán)保、海事等所有相關(guān)部門按照應(yīng)急行動(dòng)的最高等級要求聯(lián)合采取行動(dòng),取水口應(yīng)立即實(shí)施保護(hù)和抵御措施,并做好關(guān)閉準(zhǔn)備。

4結(jié)語

從風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體和風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)3方面構(gòu)建了基于PSR模型的水源地風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系框架,建立了突發(fā)性溢油事件指標(biāo)體系,選取了7項(xiàng)指標(biāo)對取水口的威脅程度進(jìn)行等級劃分,運(yùn)用了AHP法確定不同指標(biāo)的權(quán)重,劃分溢油事故風(fēng)險(xiǎn)等級。

鑒于白茆沙北水道有可能發(fā)生的船舶泄漏事故對東風(fēng)西沙水源地存在重大威脅隱患,應(yīng)加強(qiáng)白茆沙北水道的通航管理,建議根據(jù)東風(fēng)西沙水源地保護(hù)要求,對白茆沙北水道航線進(jìn)行優(yōu)化,增加白茆沙北水道與東風(fēng)西沙水源地的距離,降低白茆沙船舶航運(yùn)的突發(fā)性船舶事故對東風(fēng)西沙水源地的影響。

致謝:本論文撰寫過程中得到上海市環(huán)境科學(xué)研究院盧士強(qiáng)博士的指導(dǎo)和幫助,特此致謝!

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Risk level discrimination of sudden oil spill in Dongfengxisha Reservoir

CHANG Jin1,GUAN Tong2

(1.ShanghaiInvestigation,Design&ResearchInstituteCo.,Ltd.,Shanghai200434,China;

2.SchoolofEcologicalandEnvironmentalSciences,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200241,China)

Abstract：Dongfengxisha reservoir, the important water source project in Chongming Island, is taken as the study case. An oil spill risk indicator system containing risk source, risk receptor and risk response is established based on PSR model. Pressure layer selects 3 indicators of access probability, total leakage and oil types. State level selects 2 indicators of water supply days and water replenishment time. Response layer selects 2indicators of ability to respond to emergency plans and emergency response time. By applying AHP model, the weights of different indicators are determined and sudden oil spill risk levels are discriminated, to provide the reference for daily water supply on Chongming Island and risk prevention for the Dongfengxisha reservoir.

Key words：risk level discrimination; sudden oil spill; pressure-state-response model; indicator system; Dongfengxisha Reservoir

(收稿日期：2015-02-28編輯：徐娟)

中圖分類號：TV697

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1004-6933(2016)01-0172-04

作者簡介:常進(jìn)(1988—),男,助理工程師,碩士,主要從事水利規(guī)劃工作。E-mail:825855653@qq.com

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.01.030