基于熵权模糊综合评价法的宁波舟山港大榭港区溢油事故环境风险评估

尤晓光 陈明波

【摘 要】 为防范港口溢油环境风险，保护水生态安全，构建熵权模糊综合评价模型对港区环境风险评估方法和应用进行研究，并运用熵权法确定权重，评估宁波舟山港大榭港区的溢油环境风险水平。结果表明，该港区溢油环境风险较低，主要风险因素是船舶類型、能见度和大风。

【关键词】 宁波舟山港;大榭港区;溢油环境风险;熵权法;评价指标

0 引 言

随着一系列重大海洋工程的建设，我国海域油田井喷、油船碰撞造成的突发性溢油事故时有发生。研究导致船舶溢油的环境风险，对于降低溢油风险、保护我国水生态安全、促进港口可持续发展具有重要意义。我国已开始将风险管理理念引入到溢油危害防控领域，但在事故预防研究方面仍显不足，亟待开展突发溢油事故的环境风险预防研究工作。

宁波舟山港是我国长三角及长江沿线地区煤炭、原油和铁矿石运输的中转基地，其中原油是其主要中转货物。随着油品储运基地的建设，未来港区油品的吞吐量将会进一步增长，船舶流量也将不断加大，各种潜在风险随之增加。[1] 舟山群岛水域是国家“六区一线”重点水域，众多的岛礁、复杂的通航环境、高密度的船舶流、频繁的商渔船交会，再加上浓雾等能见度不良天气多发，极易出现事故险情。据统计，2010―2019年宁波舟山港海域在能见度不良气象条件下共发生水上交通事故39起、沉船20艘，大风天气期间发生水上交通事故43起、沉船17艘。船舶在运输及码头装卸过程中一旦发生原油泄漏、扩散或火灾爆炸等事故，不仅会造成重大财产损失和人员伤亡，还将造成严重的环境污染和生态破坏，并有可能导致航道阻塞。溢油事故不但会造成附近水域、湿地、自然保护区的污染，还可能威胁下游饮用水安全和生态安全。

本研究选择宁波舟山港大榭港区作为研究对象，采用熵权模糊评价法对其进行溢油环境风险评价，探讨港区环境风险识别、评价模型构建、风险应急预防等问题。

1 港区基本情况

大榭港区位于我国海岸线中段的大榭岛，属亚热带季风气候地区，四季分明。附近海域多年平均气温17.2℃，累年极端最高气温40.5℃，累年极端最低气温 5.7℃，累年最高月平均气温33.4℃，累年最低月平均气温1.7℃。北仑气象站1995―2005年统计资料显示：区域常风多为东南向、南向，统计频率均为9%，次常风多为北向、西北向，统计频率均为8%;强风多为北向、西北向，最大风速分别为24 m/s、22 m/s，次强风多为东向、东南偏东向，最大风速均为20 m/s。多年平均雾日数38.1 d，累年最多雾日数49 d，累年最少雾日数20 d。潮汐性质属于不规则半日浅海潮。

近年来大榭港区货物吞吐量快速增长，到港货船也随之增多。2015年大榭港区到港货船大约为艘，2017年增长至艘，比2015年增长了73.9%，到港艘次增长较快的船舶类型主要是油船、化学品船和其他货船。大榭港区到港船舶以油船、散装化学品船和集装箱船为主，约占到港船舶总量的64%。从船舶规模看，2017年100 ～ 499吨级到港船舶数量较2015年增长艘次， ～ 吨级到港船舶增长艘次，分别占增长总量的37.8%和39%，到港船舶主要是油船和化工品船。大榭港区到港的油船、液化气船、化学品船以小型船舶为主，吨级以下船舶到港艘次，占小型到港船舶总量的76.8%;到港集装箱船以大型船舶为主，1万吨级以上船舶到港艘次，占大型到港船舶总量的55.8%。

2 熵权模糊综合评价模型的构建

2.1 建立因素集

因素集是指以评价系统中影响评判的各种因素为元素形成的集合。本研究中的各种因素，即风险评价中的各评价指标。根据评估对象确定相应的评价指标体系，并由此来确定评价因素集。设有一个评价因素集U，评价m个评价指标，则其因素集为U={U1，U2，…，Um}。本研究中选取船舶类型（U1）、能见度（U2）、大风（U3）、流速（U4）、交通密度（U5）、导助航条件（U6）、救援水平（U7）等7个指标作为反映港口环境风险水平的主要指标。

由U1～U7组成的集合，即是评判港口环境风险水平的因素集。

2.2 构建评价集

将评估对象的可能结果划分为n个等级，则评价集V={V1，V2，…，Vn}。将每一个评价指标的结果划分为5个等级，可构建环境风险评价集为V={V1，V2，…，V5}。

2.3 单因素模糊评估

单独从一个因素出发，以确定评估对象对评价集的隶属程度（可能性程度），称为单因素模糊评估。

设对因素集U中第i个因素Ui进行评判，评价集V中第j个元素Vi的隶属程度为rij，则按第i个因素Ui的评判结果，可用模糊集合Ri={ri1，ri2，…，rin}。

将各因素评价集的隶属度组成矩阵，形成评判矩阵。

2.4 建立权重集

运用熵权法确定权重。信息论将熵解释为系统无序程度的一种度量，熵值越小，系统无序程度越小，评价指标在综合评估中起到的作用越大，其权重也越大;反之，熵值越大，指标权重就越小。熵权法按照各指标的变异程度，通过计算各指标的熵值，确定权重大小。

一般来说，因素集U中不同评价指标对环境风险的影响程度不同，各评价指标的重要程度不同，影响到港口的环境风险管理和决策中的关注程度。为反映各指标的重要程度，对各指标赋予相应的权重wi，由各权重所组成的集合W={w1，w2，…，wn}，W成为因数权重集，简称权重集。各权重wi应满足归一性和非负性条件 wi=1、wi≥0，可视为各评价指标Ui对“重要性”的隶属度，因此权重集是因素集上的模糊子集。

根据熵权法基本原理，计算各指标Ui的信息熵值ai。

再根据各指标的信息熵值计算其权重wi。

港口环境风险的各评价因子对影响环境风险的程度不同，可以根据其权重得到更合理的加权矩阵。指标的熵越大，其熵权越小，该指标越不重要。

2.5 熵权模糊综合评价

单因素模糊评估，仅反映了一个评价指标对评价对象的影响。要综合考虑所有评价指标的影响，得到更合理的评价结果，即模糊综合评价。对于给出的评价矩阵R，考虑各因素的重要程度，即给定隶属度函数值或权重集W，则模糊评价模型为

3 溢油环境风险评估指标体系

溢油风险评估首先应根据事故类型及油品码头实际情况，分析历年事故或险情发生的原因，确定溢油事故影响因素。结合舟山港域及长江口其他港区历史事故调研资料及相关文献，港区环境风险区域包括陆域、港池或码头前沿、水域（包括航道、锚地），溢油事故类型包括油品管道泄漏、储罐泄漏、储罐火灾爆炸、码头装卸作业油品泄漏、码头火灾、水域溢油、水域火灾爆炸等。[2]港区溢油环境风险识别及溢油事故原因见表1。

船舶溢油事件主要涉及船舶类型、气象、环境、人为等4个因素。本文根据各因素设计溢油事故主要评价指标，选取船舶类型、船舶吨位、船龄、油品装卸量、能见度、大风、流速、导助航条件、船员及管理人员技能和经验水平、应急救援水平等10个因素作为备选指标，各评价指标见表2。

依据各指标统计资料，由科研院所、海事部门、航运企业等16位专家确定各指标的敏感度和风险评价等级。

利用敏感度对评价指标进行初筛。敏感度代表特定评价指标的变化对环境风险的敏感程度。根据专家调查结果，评价指标“船舶吨位”“船龄”“船员及管理人员技能和经验水平”被初步确定为对环境风险事件的发生“不敏感”。表1中的船舶类型、油品装卸量、能见度、大风、流速、导助航条件、救援水平等7个因素作为最终评价指标。

4 大榭港区环境风险评估

根据上述评价指标体系，确定评价因素由7个风险指标组成，即U={U1，U2，…，U7}={船舶类型，油品装卸量，能见度，大风，流速，导助航条件，应急救援水平}。将每一个评价指标的结果划分为5个等级，可构建风险评价集为V={V1，V2，…，V5}={低，较低，中等，较高，高}。

专家评价结果统计情况见表3。

将表3中的调查结果经过归一化处理得到各指标风险等级的隶属度值，可得模糊关系矩阵R。

由式（2）和（3）计算各指标的熵值ai和权重wi，结果见表4。

再由式（4）进行模糊综合评价得：

按最大隶属度原则，评价结果表明：大榭港区溢油风险度为“较低”。参照评价指标值，主要风险因素为船舶类型、能见度和大风。

5 结 语

宁波舟山港已成为全国重要的石油及化工品中转储备物流基地，现有油品总库容量达万m3，油品年吞吐量超过万t，是我国重要的战略石油储备基地。据附近海域海事局统计资料，“能见度”和“大风”是影响水上交通安全的首要因素，特别是能见度不良条件下的交通安全风险最大。本研究评价结果与上述实际情况基本相符，说明基于熵权的模糊综合评价法对港区环境风险评估有较好的适用性。评估结果表明：应合理规划油品码头布局，优化油品船舶比例;此外，还要提高监管和应急救援能力，在能見度不良及大风天气时尽可能减少人为因素对水上交通安全和环境安全的影响。

参考文献：

[1] 鲍子谷，谢伟.油品码头规划中的环境风险评价[J].水运管理，2017（5）：15-17.

[2] 佟馨，江福才，郭颜斌，等.长江航道航行环境风险评价[J].上海海事大学学报，2017（4）：32-36.