渤海海域油类、类油类危险品船舶避难地选取策略研究

王业保, 张春昌, 唐 诚, 于 祥, 冯 龙, 刘 锰, 刘 欣



渤海海域油类、类油类危险品船舶避难地选取策略研究

王业保1, 2, 张春昌3, 4, 唐 诚1, 于 祥5, 冯 龙5, 刘 锰6, 刘 欣1

(1. 中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室, 山东省海岸带环境过程重点实验室, 中国科学院烟台海岸带研究所, 山东 烟台 264003; 2. 中国科学院大学, 北京 100049; 3. 中华人民共和国海事局, 北京 100736; 4. 中华人民共和国海事局, 烟台溢油应急技术中心, 山东 烟台 264000; 5. 鲁东大学 资源与环境工程学院, 山东 烟台 264025; 6. 湖南信息职业技术学院, 湖南 长沙 410200)

为减轻油类、类油类危险品船舶事故污染, 提前确定船舶避难地具有重要意义。文章以渤海海域25个港口和55个锚地作为研究对象, 对在3种事故类型(起火爆炸(事故类型1)、污染物泄漏(事故类型2)、存在沉没风险(事故类型3))下, 如何选取船舶避难地进行研究。首先分别确定评价不同事故类型采用的评价指标; 然后, 针对每个港口和锚地, 采用归一化方法, 其对应的各评价指标均被赋予1~100的分值; 再次, 对各评价指标的分数按照相同的权重进行叠加; 最后, 根据叠加结果, 分别对在3种事故类型下, 各港口和锚地的得分进行排序, 在此基础上绘制了避难地选取策略图。排序靠前的适合作避难地, 排序靠后的不适合作避难地, 因此, 依据最终排序结果, 可以得出适合作为避难地的地点, 以及不适合作为避难地的地点: 事故类型1时应优先选择庄河港、皮口港等, 避免选择锚地49、锚地50等地点; 事故类型2时皮口港、锚地12等最适合, 避免选择潍坊港、锚地50等地点; 而事故类型3时应优先选择威海港和朝阳港等地点, 避免选择大连港、旅顺新港等地点。

渤海; 港口; 锚地; 危险品船舶; 避难地选取策略

2002年11月, 满载7.7万t燃料油的“威望”号油轮驶经西班牙附近海域时发生险情。船长立即向西班牙有关部门求援, 希望他们能允许船只进入其管辖区域避难, 但是当地政府拒绝了油轮避难的请求, 反而要求油轮驶离海岸, 随后“威望”号又试图向葡萄牙和法国求助, 同样遭到了拒绝, 油轮只能滞留在海上。随着险情进一步加剧, 油轮断成了两截, 大概有超过9 000万 L石油倾泄到海上, 事故对当地经济和生态环境造成了巨大的损害。世界海运界对此高度关注, 以该次事故为重要转折, 国际海事组织(IMO)随后出台了两个重要文件: 《关于需援助船舶避难所指南决议(第A.949(23)号决议)》和《关于海事援助服务决议(第A.950(23)号决议)》。这两个文件为沿海国家和港口当局设立需援助的船舶避难所提供了可供参考的依据。

目前, 国际上一些国家已经根据IMO的要求开始了关于需援助船舶避难地的建立。环波罗的海已有多个国家明确指定了船舶避难地, 如丹麦明确指定了22个沿岸的港口和锚地作为船舶避难场所, 并将避难场所分为两类: 适用于高污染船只的和适用于普通船只的[1], 拉脱维亚也提前指定了7个区域为船舶的临时避难地[2]。相比之下, 部分国家和地区并没有为船舶明确指定避难地点, 例如英国认为每一个区域都可能成为避难地, 因为没有任何一个地点适合所有避难船舶, 所以当被援助船舶申请避难时, 应该根据具体情况具体分析。英国当局列出了大约800个能成为潜在避难场所的地点,包括港口、港湾、锚地、海湾、河口、河流甚至环境敏感区。美国则以《美国海岸警卫队避难地政策》和美国国家应急反应小组(NRT)《避难地指南》的形式对避难地问题进行了规定, 但两份文件都没有为遇难船舶明确指定避难地[3]。值得一提的是, 尽管没有明确指定船舶避难地, 美国发布了避难地决策的指导原则, 当船舶需要避难时, NRT会首先从美国国家海洋和大气管理局(NOAA)获取技术支持, 例如当时的天气和海况、海浪、海流, 该区域的详细海图, 季节性条件(如海冰情况)等等, 在这些条件的基础上, 再制定恰当的营救计划, 为事故船舶提供恰当的避难场所做准备[4]。IMO也建议在选取避难地时要考虑环境经济因素、自然条件以及应急计划[5]。美国与IMO的经验为本研究中所考虑的各项指标的确定提供了参考。

为有效防止船舶事故引发的污染, 中国政府积极开展国际合作, 已经签署了《关于需援助船舶避难所指南决议(第A.949(23)号决议)》和《关于海事援助服务决议(第A.950(23)号决议)》, 同时, 中国是《1990年国际油污防备、反应和合作共约》的签约国, 为履行公约, 我国还与韩国、日本、俄罗斯三国共同签署了《西北太平洋地区溢油应急计划》[6]。在国内, 制定了预防海洋污染的法律法规, 《中华人民共和国海洋环境保护法》第六十九条规定: 装卸油类的港口、码头、装卸站和船舶必须编制溢油污染应急计划, 并配备相应的溢油污染应急设备和器材, 还编制了《国家突发环境事件应急预案》和《国家海上溢油处置事件应急预案》, 以便在事故发生后快速反应。但目前为止, 国内没有任何一部法律和行业指南对船舶避难地的相关内容进行规定, 也鲜有针对危险品船舶避难场所选取方法的研究。

综上所述, 面对各种复杂的环境因素以及利益相关方, 目前明确指定避难场所的国家和地区并不多, 国际上也没有统一的标准与方法决定如何选取避难地。中国海上运输日益繁忙, 安全事故不断增加。尤其环渤海地区港口密布, 运输危险品以及原油的大型船舶数量不断增长, 发生大规模海上污染事故的风险亦不断增大。本研究以渤海区域为例, 综合考虑环境因素、应急能力和人口密度等, 在技术层面上研究危险品船舶避难地选取策略, 为未来我国船舶避难地的选取和相关法规指南的制定提供参考。

1 数据和方法

1.1 研究区域和对象

研究区域为渤海海域。由于港口与锚地非常适合船舶的停靠, 因此预先指定了研究区域内25个主要港口和55个锚地作为潜在的避难地选取对象, 通过综合分析, 从这80个地点中选择出最适合作为船舶避难地的地点, 以及最不适合的地点。为了方便, 对港口直接以港口名称描述, 对锚地以1到55的数字编号描述, 所有港口和锚地的分布位置如图1所示。

1.2 船舶避难地评价指标的确定

船舶出现险情寻求避难时, 判断一个地点是否满足条件, 需要综合考虑不同评价指标, 参照美国与IMO的经验[4-5], 本研究中选取环境、应急能力、海况、人口等因素作为船舶避难地评价指标。从事故原因的角度来看, 引起船舶寻求避难的原因多种多样[7], 但不管何种原因引发的事故, 事故类型可以分为3类: 起火爆炸(污染物不泄漏)(简称为事故类型1)、船舶污染物泄漏(简称为事故类型2)、船舶存在沉没风险(简称为事故类型3)。每种事故类型所考虑的评价指标是不同的。一般装载危险品的船舶有集装箱船、散化船、油轮3种类型, 本文不对船舶类型分开讨论, 而是假定装载的货物为一般油类或者类油类化学品。表1为3类事故类型分别对应的各项评价指标, 在事故类型1中, 考虑了5个评价指标, 在事故类型2中, 考虑了11个评价指标, 在事故类型3中, 考虑了6个评价指标。为方便表述, 每个评价指标被赋予了一个代码。

图1 渤海区域港口和锚地位置

表1 3类事故类型分别对应的评价指标及代码

1.3 船舶避难地评价指标打分原则

依据评价指标的真实值, 对评价指标进行归一化处理, 然后以百分制表示。越适合作为避难地, 该地点的得分越高, 相反, 越不适合作为避难地, 该地点的得分越低。下面分别对每个评价指标打分的技术方法予以说明。

1.3.1 事故类型1评价指标的打分原则

首先, 判断待选取地点是否存在危险品码头。鉴于危险品的易燃易爆性, 必须禁止起火或发生爆炸的船舶在有危险品码头的地点避难; 其次是应急能力。应急能力数据来自各港口应急设备数量的统计。需要说明的是, 由于应急力量较为分散且隶属于不同的单位, 在对应急能力进行打分时, 参考了海事局划定的渤海海域管辖范围(图2)。在图2所示的8个辖区内, 每个辖区都分布着一定数量的港口和锚地, 鉴于锚地位于海上, 不存在应急储备, 本文分别计算了每个辖区内所有港口的应急能力之和, 随后, 位于同一辖区的各个港口和锚地的应急能力都用该辖区的应急能力之和来代替。例如, 消防能力的得分由消防船的数量决定, 第1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8辖区内消防船的数量分别为10, 10, 4, 7, 2, 3, 9, 3只, 因此第1至第8辖区消防能力的得分分别为100, 100, 40, 70, 20, 30, 90, 30。所以, 位于第一辖区内的港口和锚地得分都为100, 第二辖区内的港口和锚地得分也为100, 以此类推。类似地, 拖带能力的得分根据辖区内拖轮的数量确定, 救助能力的得分根据辖区内专业救助船舶的数量确定。再次, 根据全国第六次人口普查数据, 统计了渤海沿岸各区县的人口密度, 因为起火爆炸会对人口密集区产生较大影响。对人口密度打分时, 各港口的得分根据该港口所在地的实际人口密度确定, 另外, 虽然锚地位于海上, 但一般离岸边较近, 因此锚地也参与了打分, 其得分根据港口所在地的人口密度, 经过反距离权重(IDW)插值法确定。

图2 渤海海域辖区划分

1.3.2 事故类型2评价指标的打分原则

当事故类型2时, 首先考虑其对环境的影响。本研究统计了渤海区域中自然保护区、农渔业区和旅游休闲区等3种环境敏感区的分布, 根据待选地点距这些环境敏感区的距离确定得分, 离环境敏感区越近, 越不适合作为避难地, 得分越低, 反之越高。其次是应急能力(清污、过驳、污染围控、人员防护)的评估, 该种情况下应急能力的打分方法与事故类型1下应急能力的打分方法相同。清污能力得分根据现有收油机的工作效率确定, 过驳能力得分根据现有卸载泵的工作效率确定, 污染围控能力的得分根据现有围油栏的数量确定, 人员防护能力的得分根据现有专业防化服的数量确定。再次, 避难地需避开人口密集区。另外, 鉴于海面风力和浪高数据的实时性, 本研究采用HY-2A卫星雷达高度计的年平均数据, 计算得到渤海区域的平均风力和浪高, 风力越大、浪高越高, 得分越低。最后, 根据通用河口输运模型(GETM)模拟的海表最大潮流流速, 确定各港口和锚地的海表流速的得分。

1.3.3 事故类型3评价指标的打分原则

事故类型3时, 首先, 环境因素的打分原则为: 离环境敏感区越近, 越不适合作为避难地, 得分越低, 反之越高。其次, 各港口和锚地所在地的海底坡度亦影响避难地的选取, 坡度越大, 越不适合作为避难地, 得分越低。再次为海底底质, 按照软泥质最优, 沙质次优的原则, 将最适合作为避难场所的淤泥底质赋值为90, 其他依次类推, 中砂底质赋值为80, 细砂底质赋值为70, 含砂黏土底质赋值为60, 沙质黏土底质赋值为50。最后是水深, 根据各港口和锚地的水深情况, 分别对其赋予不同的分值。

2 结果和讨论

2.1 船舶避难地评价指标得分结果

通过对不同船舶避难地评价指标分别进行打分, 得到了各港口和锚地不同评价指标的得分结果。具体见表2。

2.2 船舶避难地评价指标得分结果的权重和排序

完成各个船舶避难地评价指标打分后, 需要确定各个船舶避难地评价指标的权重, 进而进行叠加处理。然而, 本研究涉及的评价指标众多, 即便专家参与决策, 也很难确定每个评价指标的具体权重, 因此, 本文假定: 所有评价指标具有相同的权重值。在此基础上, 事故类型1中, 排除掉所有存在危险品码头的港口, 最终得分计算方法是: ()× 0.25; 事故类型2中, 最终得分计算方法: ()×(1/11); 事故类型3中, 最终得分计算方法: ()×(1/6)。其中,,,,,,,,,,,,,,,,,代表该字母所对应的评价指标的得分。计算完成后, 分别对3种事故类型下各个评价指标的最终得分排序(表3—表5)。

表2 港口和锚地对应的评价指标得分结果

续表

港口与锚地评价指标得分结果 ABCDEFGHIJKLMNOPQR 锚地19无100820964405942184753848862956080 锚地20无1008209653999942184753858662945071 锚地21无40577591133265110095100808584925076 锚地22无10082097141342184753798655977092 锚地23无100820961233342184753768559895090 锚地24无100820951134542184753818364855092 锚地25无70932598206170497684708161965075 锚地26无7093259822243770497684477868899082 锚地27无7093259835319970497684257767979075 锚地28无709325971194770497684707871989088 锚地29无709325981173970497684517967949085 锚地30无70932598444370497684578068919090 锚地31无202109826319114283532287568939076 锚地32无7093259864314470497684337966929074 锚地33无709325981134970497684648757668066 锚地34无40577598129505110095100407965628073 锚地35无7093259839488870497684297668979065 锚地36无709325979268170497684478875996067 锚地37无7093259734479970497684458777995065 锚地38无4057759714855110095100448779945073 锚地39无40577597128455110095100708777898077 锚地40无40577598115225110095100708674928080 锚地41无70932598165870497684538155768074 锚地42无40577597429405110095100478673948071 锚地43无202109850547514283532307768919075 锚地44无7093259857337270497684258065959075 锚地45无7093259840435170497684417768899081 锚地46无709325982414970497684308160925072 锚地47无709325982215870497684288159835068 锚地48无202109818318214283532317571929083 锚地49无202109818239914283532297568899076 锚地50无301109791502601821591882979088 锚地51无906110097445322443737607278987086 锚地52无1001007552148161006910074668186589068 锚地53无1001007551137201006910074808188699079 锚地54无1001007549130181006910074698182809078 锚地55无1001007542133191006910074697973579079

表3 事故类型1中潜在避难地的最终得分及排序

表4 事故类型2中潜在避难地的最终得分及排序

表5 事故类型3中潜在避难地的最终得分及排序

2.3 避难地选取策略图

为清晰表示各港口和锚地作为潜在避难地的优劣次序, 根据最终得分排序, 分别绘制了3种事故类型下的避难地选取策略图。将港口和锚地按照最终得分排序高低分为5组, 事故类型1中5组最终得分排序区间分别为1—7, 8—13, 14—15, 16—18, 19—22, 其中, 最终得分排序1—7的地点最适合作为避难地,最终得分排序19—22的地点最不适合作为避难地; 事故类型2中5组最终得分排序区间分别为1—8, 9—12, 13—19, 20—25, 26—31, 其中, 最终得分排序1—8的地点最适合作为避难地, 最终得分排序26—31的地点最不适合作为避难地; 事故类型3中5组最终得分排序区间分别为1—9, 10—17, 18—20, 21—23, 24—29,其中, 最终得分排序1—9的地点最适合作为避难地, 最终得分排序24—29的地点最不适合作为避难地。

图3显示, 当船舶遇到事故类型1时, 避难地的最优选择应位于辽东半岛附近, 包括庄河港、皮口港、锚地6等, 其次可以选择山东半岛北部的部分港口和锚地, 最不适合的地点为锚地31、锚地43、锚地48、锚地49、锚地50。图4显示, 在事故类型2中, 最适合作为避难地的地点大多为位于辽东半岛、秦皇岛港和唐山港附近的锚地, 而不适合作为避难地的地点大多位于山东半岛北部。图5显示, 事故类型3中, 朝阳港、威海港以及位于渤海湾内的部分锚地是最适合作为避难地的地点, 船舶寻求避难时, 应优先考虑这些地点。

3 结论

本研究将25个港口和55个锚地作为研究对象, 对油类、类油类危险品船舶遇险时, 假定了起火爆炸(污染物不泄漏)、船舶污染物泄漏、船舶存在沉没风险3种事故类型, 并根据国际经验选取了各事故类型应考虑的评价指标并冠以代码。随后, 利用归一化方法, 分别对3种事故类型下每个港口和锚地对应的不同的评价指标打分。打分完成后, 按照相同的权重值将指标得分叠加, 得到最终得分, 并对最终得分排序。将排序划分为5个组, 排序靠前的地点适合作为避难地, 排序靠后的地点不适合作避难地。分别得到了3种事故类型下最适合作为避难地的地点, 以及最不适合作为避难地的地点。最后, 本研究绘制了渤海区域船舶避难地选取策略图, 建议优先选择排序靠前的分组作为船舶避难地, 同时避免排序最后一组的地点成为避难地。

图3 事故类型1下避难地选取策略图

图4 事故类型2下避难地选取策略图

Fig . 4 The selection strategy under the situation of pollutant leakage

因此, 依据排序结果, 可以得出适合作为避难地的地点, 以及不适合作为避难地的地点: 事故类型1时应优先选择庄河港、皮口港等, 避免选择锚地49、锚地50等地点, 事故类型2时皮口港、锚地12等最适合, 避免选择潍坊港、锚地50等地点, 而事故类型3时应优先选择威海港和朝阳港等地点, 避免选择大连港、旅顺新港等地点。该研究在技术上为船舶避难地的选取提供了参考。

但是, 由于船舶避难地的选取为比较复杂的课题, 本研究尚存在一些问题。在现实决策过程中, 往往涉及较多因素, 从宏观上讲包括两个方面: 管理层面和技术层面。本研究只是在技术层次上对船舶避难地的选取进行讨论, 从而为管理者提供决策依据, 不涉及决策机制的探讨以及各部门之间的相互协调。其次, 本研究所采用的均为常见的评价指标。事实上, 决策时需考虑事故发生后的具体情况, 比如冬季时某些区域可能存在海冰, 以及事故发生时船舶距离避难地的距离等等, 这些评价指标都只能在事故发生后获得, 尽管未被考虑在内, 但同样重要。再次, 各港口和锚地最终的得分只是相对值, 鉴于打分方法具有一定主观性, 当进行避难地选择时, 决策者不必只选排序靠前的部分地点, 只要排除排序靠后的部分地点, 剩余地点都可被作为考察对象。

图5 事故类型3下避难地选取策略图

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The research of selection strategy of places of refuge for ships in the Bohai Sea

WANG Ye-bao1, 2, ZHANG Chun-chang3, 4, TANG Cheng1, YU Xiang5, FENG Long5, LIU Meng6, LIU Xin1

(1. Key Laboratory of Coastal Environmental Processes and Ecological Remediation, Yantai Institute of Coastal Zone Research (YIC), Chinese Academy of Sciences (CAS); Shandong Provincial Key Laboratory of Coastal Environmental Processes, YICCAS, Yantai 264003, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Maritime Safety Administration of People’s Republic of China, Beijing 100736, China; 4. Yantai Oil Spill Response Technical Center, Maritime Safety Administration of People’s Republic of China, Yantai 264000, China; 5. School of Resources and Environmental Engineering, Ludong University, Yantai 264025, China; 6. Hunan College of Information, Changsha 410200, China)

It is important to build appropriate places of refuge for ships to reduce the potential harm of oil spills and other accidents. In this study, 25 harbors and 55 anchorages in the Bohai Sea were preselected as the potential places of refuge for ships, andthree potential accident scenarios were assumed: fire and explosion, pollutant leakage, and the risk of sinking. Firstly, the main factors featured in the evaluation of these three scenarios were formulated; secondly, the risk factors for every site were allocated a score from 1 to 100 respectively, according to their value relative to normalization; thirdly, the scores derived from these factors involved in the three scenarios were superimposed, using the same weighting respectively; finally, the results of the 80 sites were obtained and ordered, and a strategy map was drawn. The results showed that the Zhuanghe Port and the Pikou Port are the preferred places of refuge for ships with a higher risk of fire and explosion, and that anchorage 49 and anchorage 50 should be excluded. Should a potential for leakage be present, the Pikou Port and anchorage 12 are the most appropriate refuge stations, whereas the Weifang Port and anchorage 50 are inappropriate. The Weihai Port and the Chaoyang Port are preferred refuge places for ships with a higher risk of sinking, and the Dalian Port and the Lüshun Port should be avoided.

the Bohai Sea; harbors; anchorages; dangerous cargo; selection strategy of places of refuge for ships

(本文编辑: 刘珊珊)

[National Natural Science Foundation of China, No.41371483; Key Program of the Chinese Academy of Sciences, No.KZZD-EW-14]

Jan. 3, 2017

王业保(1989-), 男, 山东泰安人, 博士研究生, 从事海岸带风险与预警研究, 电话: 13031613409, E-mail: ybwang@yic.ac.cn; 刘欣,通信作者, 研究员, 电话: 0535-2109195, E-mail: xliu@yic.ac.cn;刘锰, 通信作者, 讲师, E-mail: 512107121@qq.com

X323

A

1000-3096(2017)12-0075 -11

10.11759/hykx20170103001

2017-01-03;

2017-04-18

国家自然科学基金项目(41371483); 中国科学院重点部署项目(KZZD-EW-14)