东风西沙水库突发性溢油事故风险等级判定

常　进,管　桐

(1.上海勘测设计研究院有限公司,上海　200434; 2.华东师范大学生态与环境科学学院,上海　200241)



东风西沙水库突发性溢油事故风险等级判定

常进1,管桐2

(1.上海勘测设计研究院有限公司,上海200434; 2.华东师范大学生态与环境科学学院,上海200241)

摘要：以崇明岛重要原水工程东风西沙水库为研究对象,基于PSR模型建立风险源、风险受体及风险响应的溢油风险指标体系,压力层选取访问概率、泄漏总量、油品种类3个指标,状态层选取库内水量可供水天数、泵闸联动补水时间2个指标,响应层选取应急预案应对能力、应急响应时间2个指标,运用AHP法确定不同指标的权重,划分溢油事故风险等级,为崇明县正常供水及水库风险防范提供依据。

关键词：风险等级;溢油事故;压力-状态-响应模型;指标体系;东风西沙水库

风险(risk)一词最早由19世纪末西方学者在经济领域提出。风险等级判定是指对不利的事件发生的可能性、导致的损失等方面进行测定[1]。国内在风险判别的研究已经取得了一定成绩,杨帆等[2]将风险综合评价分析法应用于南水北调的实际工作中;潘向忠等[3]建立了危险废物安全填埋模糊综合评价模型,确定风险发生的可能性和危害后果的综合效应;逄勇等[4]建立了风险源和风险受体之间的数理联系,针对水体特征和污染物迁移扩散过程进行定量分析。但前人的研究成果缺少风险源、风险受体和风险响应之间的综合联系,缺乏对整个风险事件过程的完整考察。笔者以崇明岛重要原水工程东风西沙水库为研究对象,基于PSR(压力-状态-响应)模型建立关于风险源、风险受体及风险响应的整个突发性溢油事件综合风险指标体系,并判定溢油风险对取水口影响威胁程度,为东风西沙水源地应急响应及防控对策研究提供依据。

1研究区域

东风西沙水库属避咸蓄淡水库,位于长江口南支上段的北侧、崇明岛西南部。水库设计总有效库容890.24万m3,近期供水规模为21.5万m3/d。水库采用泵闸联动取水,在非咸潮期主要是自流引水入库,在咸潮期通过水库的调蓄水量来满足崇明岛原水供应。

根据上海海事局所提供的数据,2004—2013年的10年间,上海港(包括长江口)共发生突发性船舶污染事故102起,平均每年10起左右,泄漏污染物共计约2 053.82 t,平均每年近205.4 t。从船舶污染发生的空间分布上看,近十年来在长江口附近水域共发生了13起溢油事故,共计泄露污染物751.816 t,可见东风西沙取水口水域环境不可避免地面临船舶突发性溢油事故的风险,而事故的发生将直接关系到崇明供水安全和城市经济社会系统的正常运行。

表1溢油风险评估指标体系

目标层准则层指标层指标意义

2指标体系构建及等级判定

2.1　指标筛选

2.1.1PSR模型简介

PSR模型即“压力-状态-响应”(pressure-state-response,PSR)模型,最初由加拿大统计学家Rapport和Friend(1979年)提出,后由经济合作与发展组织(OECD)和联合国环境规划署(UNEP)于20世纪八九十年代共同发展起来的用于研究环境问题的框架体系。PSR框架具有一套比较清晰的逻辑思路,这套思路可表述为人类活动或某种事件施加的压力(P)引起了环境及对应的人类活动的状态变化(S),通过一些变化信息,采取环境、经济和社会政策等响应措施(R),实现环境改善的目的。该框架试图以这样一种简单明了的方式来说明人与环境的因果关系[5-6]。

2.1.2指标体系构建

在PSR模型框架下选取有代表性的指标构成风险评价指标体系,评价指标的选择遵循全面性、代表性、可定性分析、可定量计算、可操作性的原则,尽可能选取包含信息最多的代表性指标,建立具有“目标层—准则层—指标层”层次结构的东风西沙水源地溢油风险评价指标体系(表1)。

压力层:从风险源提出3个压力指标,分别为访问概率、泄漏总量、油品种类。

状态层:突发性船舶溢油泄漏事件引发的压力引起了取水口对应的状态变化,从风险受体提出2个状态指标,分别为库内水量可供水天数、泵闸联动补水时间。

响应层:通过各种措施或政策对上述变化做出反应或补救,找出风险响应对策,从风险响应角度提出2个响应指标,分别为应急预案应对能力、应急响应时间。

2.2　指标等级划分

2.2.1访问概率

访问概率的分级应用美国应用科学协会(ASA)开发的OILMAP模型, OILMAP的轨迹和归宿计算模型用于快速、第一时间估计溢油的运动情况。计算使用长江口常用油品和近几年事故中主要泄漏的燃料油作为模拟污染物,以长江口水动力计算的流量文件作为水动力条件,以1999—2009年的NCEP 气象卫星数据作为风场条件,对1月、5月、8月水情分别进行模拟计算,说明枯水期、平水期和丰水期溢油风险影响。方案均以最长应急反应时间3d作为模拟时间,每组方案计算1 000次,最终形成区域等值线范围图,说明东风西沙水源地周边发生溢油事故可能对取水口影响的概率及其分布范围。根据模拟结果,将访问概率分为4个等级,分别对应Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级,具体划分见表2。

图1　溢油访问概率分析等值线

2.2.2泄漏总量

参照《上海市海域船舶污染事故专项预案》中预警级别的分类,根据船舶溢油量多少将污染严重度分为4个等级,即特别重大、重大、较大、一般,分别对应Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级,具体划分见表2。

表2　综合权重计算结果

2.3　油品种类

油品对水源地的危害特性主要包括毒性、持久性、流动性和扩散性。对于油品危害度进行划分,可参考EPA(美国环保署)根据原有的毒性、物理状态以及随时间天气的变化情况等信息的分级原则,将油品分为A、B、C、D 4个等级,分别对应Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级,具体划分见表2。

2.4　库内水量可供水天数

根据东风西沙水库可行性研究报告,水库设计最低水位为1.0 m,咸潮期水库最高蓄水位为5.65 m。为保证非咸潮期水库的生态需水和突发事件期间的正常供水,水库运行蓄水位维持在2.5～4.0 m,以近期供水规模21.5万m3/d考虑,水库可供水天数为6.9～18.7 d。根据计算结果(表3)将可供水天数分为4个等级,分别对应即Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级,具体划分见表2。

表3　库内水量可供水天数计算结果

2.5　泵闸联动补水时间

选取汛期97%对应低潮位过程,以最低潮位为起算时间点,这样水库通过取水闸补水的能力受到限制,而泵站取水能力有限。基于这种极端情况算出来的水库补水时间应该是最长的,而选择的这种极端工况对于水库面临突发性溢油事故的应急响应也应该是最为不利的情况。

通过水库水量调节计算,在这种极端不利情况下,水库通过泵闸联动补水,以2.50 m为计算起始水位,具体计算见表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。根据表4将泵闸联动补水时间分为4个等级,分别对应Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级,具体划分见表2。

表4　泵闸联动补水时间计算

2.6　应急预案应对能力

根据上海水域近年溢油事故油类泄漏数量、IMO统计溢油事故吨数分级和国内外溢油事故等级划分以及溢油应急能力评价标准等[7],参考2007年4月通过的《国家水上交通安全监管和救助系统布局规划》,将上海水域溢油应急能力评价等级分为4级,Ⅰ级可以应对一次溢油量为小于200 t的污染事故;Ⅱ级可以应对一次溢油量为200～500 t污染事故;Ⅲ级可以应对一次溢油量为500～1 000 t的污染事故;Ⅳ级可以应对一次溢油量为1 000～1 500 t的污染事故。具体划分见表2。

2.7　应急响应时间

应急响应时间由事故报警及核实时间、应急力量出发时间和应急力量到达时间组成[7]。参考《上海港船舶溢油污染评估与防治研究》,将应急响应时间分为4个等级,具体划分见表2。

2.8　权重确定

本次指标权重的确定使用层次分析法(AHP)。AHP是将与决策有关的各种元素分解成为目标层、准则层和指标层,在此基础上进行定性和定量分析相结合的一种决策方法。这种方法的特点在于深入分析复杂决策问题的本质和各影响因素的内在关系,用较少的定量信息进行数字化决策。可为多准则、多目标或无结构特性的复杂决策性问题提供一种简便有效的决策方法。在进行定量信息的数字化过程中,AHP采用主观判断的方法对评价目标、子目标和指标的相对重要性进行比较判断,构成判断矩阵,再计算指标权重值,实现定性分析和定量计算相结合的评价[8-9]。准则层分为压力层、状态层和响应层,准则层权重判定矩阵见表5。

表5　准则层权重判定矩阵

根据计算,该矩阵最大特征根λmax=3.053 7,一致性检验CR=0.046 3<0.1,通过一致性检验,对应于压力层、状态层、响应层的准则层权重分别为0.49、0.31、0.20。

指标层权重的计算使用相同的方法,因篇幅原因省去中间计算过程,综合权重计算结果见表2。

风险分值10、7、4、1对应的风险等级分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级 。

2.9　等级判定

溢油风险等级判定计算公式如下:

(1)

式中:δ为第i个风险指标值;ωi为第i个风险指标的权重。

根据以上溢油风险等级判定公式,得出综合评价值10～7、7～4、4～1、≤1 对应于不同风险等级分别为威胁极大、威胁较大、威胁一般、基本无威胁。

3案例分析

2012年12月30日18:40时,某轮船载400 t重油在长江常熟段白茆沙水道13号浮标附近沉没。12月31日11:00时在崇明新建水闸河口附近水域发现3块约长100 m、宽50 m的油污带。增派的最后两艘清污船于1月1日14:30到达现场。

根据表2,并结合本次溢油事故,由式(1)计算出综合风险值(表6)。事故发生的位置在取水口上游13 km,在高于50%访问概率范围内,且从案例描述中,油污已飘至取水口上游3 km新建水闸附近。事件发生时,水库仍处于在建状态,仍未投入运行。偏不利角度出发,假设溢油发生时水库水位处于常水位下限2.5 m。发现油污时间较晚,且发现油污时,已至新建水闸附近,泵闸联动补水时间很短,补水时间小于6.2 h,且响应时间大于24 h。

由式(1)计算得出近期供水规模下δ=8.77,远远大于高风险下限δ=7,说明此次突发性溢油事件对于取水口威胁极大,即应急措施难以处理,环保、海事等所有相关部门按照应急行动的最高等级要求联合采取行动,取水口应立即实施保护和抵御措施,并做好关闭准备。

4结语

从风险源、风险受体和风险响应3方面构建了基于PSR模型的水源地风险评价指标体系框架,建立了突发性溢油事件指标体系,选取了7项指标对取水口的威胁程度进行等级划分,运用了AHP法确定不同指标的权重,划分溢油事故风险等级。

鉴于白茆沙北水道有可能发生的船舶泄漏事故对东风西沙水源地存在重大威胁隐患,应加强白茆沙北水道的通航管理,建议根据东风西沙水源地保护要求,对白茆沙北水道航线进行优化,增加白茆沙北水道与东风西沙水源地的距离,降低白茆沙船舶航运的突发性船舶事故对东风西沙水源地的影响。

致谢:本论文撰写过程中得到上海市环境科学研究院卢士强博士的指导和帮助,特此致谢!

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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编辑：徐娟)

中图分类号：TV697

文献标志码：A

文章编号：1004-6933(2016)01-0172-04

作者简介:常进(1988—),男,助理工程师,硕士,主要从事水利规划工作。E-mail:825855653@qq.com

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.01.030