长江内河港口污染物产生与处置能力风险分析

林博闻， 马晓凤， 文元桥 ， 周 立

(1.武汉理工大学智能交通系统研究中心， 湖北 武汉 430063；2.国家水运安全工程技术研究中心， 湖北 武汉 430063；3.长江航务管理局， 湖北 武汉 430014)

水路运输承担了巨大的运输量，使得船舶污染物排放成为人为排放的主要部分之一[1]；特别是随着港口的大力发展，港口环境污染问题也日益突出,港口污染已成为阻碍社会经济健康可持续发展的重要因素[2]。在此背景下，世界多国提出了“绿色港口建设”及其发展理念，有必要选择一种合适的评估方式对港口污染物处置能力和发展可持续性进行评估。

在绿色港口建设的评估方面，国内外有着大量的研究成果。王昊宇应用定性、定量方法构建大连港建设的绿色评价体系并评估绿色港口建设水平[3]。该评价体系可以识别港口建设中的非持续环节，为管理者在环境影响和经济利益之间实施高效决策提供支持，促进港口建设的可持续发展。薄锋将生态港口的建设分为自然子系统、社会经济子系统和港口资源子系统，并从港口法规、港口运营管理、生态环境建设、环境管理体系和发展绿色物流等不同角度，提出大连港建设发展生态型港口的对策[4]。Hossain等对加拿大18个主要港口的可持续性和环境绩效进行评估[5]，设置25个预定义指标对港口可持续性进行评估，并将可持续性等级分为低、中、高三类。Wan等分析了世界绿色港口发展的现状[6]，建立了基于驱动力、压力、状态、影响和响应框架的绿色港口发展定量评价模型，利用所提出评价模型对绿色港口进行自我评价。徐文军基于灰色理论和层次分析法进行了港口对环境影响评价[7]。Olba等研究了一套通过建立海港风险指数来评估港口地区发生意外事故的潜在风险的评估方法。在确定港口主要航海风险后，利用网络分析法从调查数据中得出各准则的风险感知权重[8]。Ozturk等基于专家评估法和机器学习对港口操纵航行进行风险评估，设计了距离、面积和速度三个参数来改进适用于港口的航行碰撞风险模型[9]。Kadir等提出了风险管理框架，设计了新的风险矩阵维度、评估现有控制措施因子的工具和新的风险类别，提供了更详细的可持续风险类别、风险评估方法[10]。Oh等运用重要性绩效分析(IPA)技术，对影响韩国港口可持续性的关键指标进行评估，确定了涵盖可持续性环境、经济和社会三大体系共27个可持续性评估指标对韩国港口可持续性进行评估[11]。韩昀瑾等根据建设绿色港口所需的基本条件，建立了包括生产规模、基础设施、绿色物流、环境治理、发展环境五个方面评价指标的绿色港口评价体系，构造了基于灰云聚类的绿色港口评价模型[12]。钮尔轩等基于可持续发展理论，针对港口物流与绿色物流的特点，建立了反映港口企业绿色物流发展水平的评价指标体系；利用定性和定量结合的云模型，对港口企业绿色水平进行评价并提出有效改进建议[13]。

但到目前为止，专门针对港口各类污染物及其接收处置能力进行的评价研究较少，因此本文将就此展开研究，并以某省港口码头为例，基于问卷调查数据，运用Bossel可持续发展定向指标框架的评估模型，从生存、能效、自由、安全、适应、共存六个定向指标对港口污染物产生与处置能力风险进行分析，为绿色港口发展评价提供一种可行思路。

1 Bossel模型在港口污染物产生与处置能力风险分析的应用研究

Bossel模型是Hartmut Bossel在1999年提出的可持续发展模型[14]，在评价系统可持续发展能力时包含生存、能效、自由、安全、适应、共存六个定向指标。其中，生存指系统有能力保持自身在系统中存在并提供维持系统存在所需的信息、能源和物质投入。能效指系统具有保护稀有资源和对环境造成影响的能力。自由指系统有能力以多种方式应对环境变化带来的困难和挑战。安全指系统能够保护自身免受环境变化的有害影响的能力。适应指系统对环境变化带来的挑战做出恰当的反应的能力。共存指系统能够调整自身行为，与所处环境中其他系统保持和谐共存的能力。

Bossel框架常用于对可持续发展能力评价，可持续发展主要包括社会可持续发展、生态可持续发展和经济可持续发展[15]。港口污染物的不当处置会对生态环境造成严重不良影响，从而影响周边区域的经济、社会发展水平、区域的可持续发展。所以针对本文研究对象，应用Bossel框架构建长江内河港口污染物产生与处置能力风险分析体系，并通过建模对港口污染物产生与处置能力风险进行评估符合其应用领域，且具备可实施性。

在本研究中，首先基于Bossel模型的内涵细化六个定向指标，选择合理的数据类型对各定向指标进行量化；再根据数值计算公式对不同类型数据进行计算，之后确定各细化指标的基准分值，并将基准值分为若干档次；运用离差平方和最大法确定各个指标的权重，最后通过计算系统总体评估得分，确定评估结果。下文将分别详细阐述各部分的设计与计算过程。

应用Bossel框架构建长江内河港口污染物产生与处置能力风险分析体系需要分别对Bossel中生存、能效、自由、安全、适应、共存六个定向指标进行量化，本文各定向指标的量化设计如下：

生存：港口的周边环境影响着港口获得所需资源的难易程度、影响着港口的发展。因此选择港口/码头地理位置对生存定向指标进行评价。

能效：污染物排放量是区域生态环境的主要影响因素之一，港口的污染物排放会对周边生态环境造成巨大影响。因此选择污染物排放强度对能效定向指标进行评价。

自由：港口污染物产生量发生变化时，港口各类型污染物接收装置储备容量与污染物处置效率密切相关。因此选择污染物接收装置容量对自由定向指标进行评价。

安全：周边环境发生变化时，提高港口的应急处理能力可以更迅速的抵御有害影响并维护港口的正常运行。因此选择港口、码头应急处理能力对安全定向指标进行评价。

适应：污染物复利用率时衡量绿色水平的关键指标之一，提高港口污染物复利用率可以维护港口生态环境稳定、降低外部环境变化带来的干扰。因此选择污染物复利用率对适应定向指标进行评价。

共存：污染物接收单位可以对港口产生的污染物进行接收和处置，港口各种类污染物接收单位是否齐全影响着港口周边生态环境的绿色程度，因此选择是否有污染物接收单位对共存定向指标进行评价。

最终根据Bossel可持续系统分析模型要求以及风险评价的需求，确立内河港口污染物产生与处置能力风险分析模型的评估指标如表1所示。

表1 港口污染物产生与处置能力评价指标

上述选取指标具体计算方法如表2所示，这些信息与港口/码头的运营实际情况有关，因此围绕表2中的信息设计问卷调查表并开展调研，并以问卷调查数据为基础，构建Bossel模型对各调查码头的污染物产生与处置能力风险进行分析评估。

表2 港口污染物产生与处置能力评价指标计算方法

为便于对各等级港口/码头进行划分，因此对各指标进行选取后需确定指标评分基准值，本文采用优选法和专家咨询法对各基准值范围进行确定。将评价指标的基准值分为最高水平V、高水平IV、中等水平III、低水平II和最低水平I五档，表3为按以上指标量化后的评分标准。

在确定指标分级评分后，采用离差平方和最大法对表3中各项定向指标的权重进行分析评估和确定。根据上述评估评分方法，设各定向系统的样本空间为n，且每个样本空间中有m个定向指标。模型的基本定向指标矩阵为P=(pij)m×n，其中i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。因此样本空间中各个子向量的综合得分如式(1)所示。

表3 指标量化评分标准

(1)

(2)

(3)

求欧氏距离，当P等于2时如式(4)所示。

(4)

接下来求解离散度最大的优化模型。

(5)

引入拉格朗日算子λ可得：

(6)

对式(6)求偏导数，取wj、λ极值得：

(7)

对式(7)进行求解得

(8)

分别对各定向指标进行计算后，根据权重系数对系统总的评估得分进行计算。

(9)

其中:C(t)为港口总的评估得分，wj为各定向指标权重系数，Pj为该港口在该定向指标下的得分。

2 港口污染物数据来源与数据预处理

为了充分反映港口码头的污染物产生情况及处置情况，本研究设计了包括所属港口、码头/泊位名称、码头位置、产生的污染物种类及数量估计、污染物废弃物接收装置及其容量等的问卷调查表，如表4所示。其中产生的污染物种类包括粉尘、生活污水、生活垃圾、港口垃圾、冲洗污水、油污水、固体废弃物和危废弃物[16]。污染物废弃物接收装置数据包括油污回收桶、污油池、冲洗沉淀池、生活污水处理池、油气回收装置、含油污水收集装置、封闭回收系统、废物桶、污水舱等的拥有数量或者容量，以及是否有生活污水接收单位、是否有油污水接收单位、是否有生活垃圾接收单位等信息。本次总计收集了长江干线某省的55个码头/泊位的调查数据，其中，关键信息缺失的问卷有两份，关键信息缺失数据所占比例小于5%，故对关键信息缺失数据进行直接删除并对其他数据做进一步处理。对问卷数据进行预处理包括：①对污染物废弃物接收装置及其容量缺失数据进行填补;②统一数据单位，将各类污染物按照平均密度换算成体积。处理后数据如表5。

表4 港口/码头基本情况普查表(部分数据)

表5 长江沿线某省港口污染物填补处理后数据表 m3

续表

本次所调查的港口污染物对人体、环境有着不同程度的影响，因此需根据各类污染物的特点对污染物危害度进行确定，也便于后续根据各类污染物的产生量、处置量及污染物危害度对港口污染物产生与处置能力进行风险评估。依据各类污染物的危害，将污染物分10个等级，数值越大对环境危害越大。各类污染物的危害度通过专家咨询法获得，其危害度的值如表6所示。

表6 污染物危害度表

3 某省港口污染物产生与处置能力风险分析

将建立的Bossel模型指标及计算方法应用于53个港口/码头的数据进行污染物产生与处置能力风险分析，设1分以下为I级、1～2分为II级、2～3分为III级、3～4分为IV级、4～5分为V级。评分V级优秀的港口数为13个、IV级良好港口数为26个、III级中等港口数为2个、II级及格港口数为12个、I级不可接受港口数为0个。所有码头平均得分为3.32分，整体评价良好。其中生存平均得分3.91、能效平均得分4.28、自由平均得分3.51、安全平均得分3.58、适应平均得分4.13、共存平均得分3.53。

Bossel模型中各港口/码头生存、能效、自由、安全、适应、共存六项定向指标评分分布情况如图1所示。其中：

1) 生存定向指标的评分体现了港口所处地理位置的便利程度，评分越高所处位置越便利。该省港口生存评分等级集中在III级及以上，体现出该省港口位置布局较为合理。

2) 能效定向指标的评分体现了港口污染物的排放率，评分越高港口污染物排放率越低。该省评分IV级及以上港口数占比达85%，说明该省港口建设中比较重视污染物的处理，整体港口污染物排放率较低，注重环境保护。

3) 自由定向指标的评分体现了港口污染物接收和处置能力，评分越高所能额外容纳的污染物越多。该省港口自由评分整体保持在较高水平，但评分在III级及以下的港口需要加强污染物接收装置储备，进一步提升污染物处置能力。

4) 安全定向指标的评分体现了港口与安全应急设备库的距离，评分越高距离越近，发生污染事故时越易于处置。该省港口整体安全得分良好，希望评分为I级和II级的8个港口加强自身应急处置能力，防范外部风险。

5) 适应定向指标的评分体现了港口污染物的复利用率，评分越高复利用率越高。该省适应评分在IV级及以上港口数占比86%，说明该省港口整体污染物复利用率较高，绿色水平较好。

6) 共存定向指标的评分体现了港口产生污染物的接收处置能力，评分越高污染物处置越便利。该省港口共存评分优秀率较高，说明当前港口污染物基本得到有效接收处理。

图1 定向指标评分分级图

该省港口污染物产生与处置能力风险评估情况空间分布如图2所示，其风险等级分布具有一定的空间特征，反映了当前污染物处置能力、环保资源、应急能力资源配备的均衡性。图2中部2号区域港口/码头评估结果等级整体较高，均为IV级或V级。左侧1号区域港口分布较为分散，大部分港口/码头评估结果为IV级以下，甚至为II级，该部分区域应加强绿色港口建设提升港口竞争力。右侧3号区域港口/码头之间距离较远，多数港口评分等级较高，但仍有个别港口需进一步加强建设。

图2 某省港口污染物产生与处置能力风险评估等级位置图

4 结论与对策建议

随着世界贸易的不断发展，港口作为贸易的重要枢纽发挥着越来越大的作用。港口在促进贸易的同时也对生态环境带来一定程度的危害，建设生态绿色港口的需求与日俱增，港口的绿色程度也成为港口重要的竞争力。

本文提出了一种基于Bossel可持续评估框架的长江内河港口污染物产生与处置能力风险模型，该模型适用于对区域内港口的绿色发展水平、污染物产生与处置能力进行量化评估。并以长江沿线某省的港口/码头为例进行了风险分析评估，较为客观地反映了港口/码头污染物产生与处置能力的实际情况。为管理者在环境影响和经济利益之间实施高效决策提供支持，促进港口建设的可持续发展，为绿色港口的评估建设提供了一种新的思路。

该模型由多个指标体系构成，对系统多方面的可持续发展能力进行分析，同时强调系统中较弱环节的发展能力，因此需收集较多方面的统计数据，在数据收集方面有一定的要求。

对案例省份的调研数据分析可知，自由、安全和共存相对于其他三项平均得分较低。结合风险等级值，可从如下角度增加港口污染物防控水平：

1) 增加码头污染物接收装置的数量和容量，尤其对于高危害度的污染物，其接收装置要特别关注，这部分接收装置数量和容量的增加，将对港口码头自由指标的提升有重要影响，进而有助于提高港口码头整体评估水平。此外，在港口密集区域，各港口间相互影响较大，如图2中左侧和中部区域，港口、码头位置集中，应优先考虑增加码头污染物接收装置的数量和容量。

2) 对于有一定规模的港口码头，要有计划地增加应急设备库的数量；对于规模较小的港口码头，可以考虑在距离较近的大型码头集中建设应急设备库，以缩短规模较小的港口码头与安全应急设备库的距离，更好应对突发应急情况。当前，应急资源库主要集中在图2左侧区域和中部区域，右侧区域应急资源库分布较少，同时各港口码头之间距离较远，因此建议在条件允许的情况下在这些区域内增加3—5个应急资源库。

3) 增加生活污水、油污水、生活垃圾污染物接收单位，加强各港口/码头污染物处置能力，从而提升港口整体绿色水平，实现绿色港口建设目标。

4) 在管理方面，需加强对各港口/码头工作人员的培训，提升港口/码头工作人员对“绿色港口建设”的责任感。同时定期进行污染物应急处置演习，以在发生突发应急情况时做出更快、更高效的处置方案；并定期对港口污染物产生与处置能力进行评估，根据评估结果采取相应措施提升港口的污染物风险处置能力。