基于敏感目标被访问概率法的长江口水域溢油风险区划研究

陈昊，卢士强，邵一平，王彪，刘扬

1.上海市环境科学研究院

2.长江生态环境保护修复联合研究上海驻点工作组

3.上海水环境模拟与水生态修复工程技术研究中心

长江大保护是国家战略，习近平总书记“共抓大保护，不搞大开发”的指示，为长江流域生态环境保护工作指明了方向。在上海驻点跟踪研究的过程中，长江口水域突发性水污染环境风险问题是上海市集中式饮用水水源地管理和长江口主要水生态环境面临的主要威胁。

近年来，上海市各类突发环境事件呈逐年增加趋势。2009——2018年突发环境污染事件共发生275起，其中涉及饮用水安全的突发污染事件包括2003年的“8.5”溢油事件等。针对上海长江口水源地和重要生态敏感区发生的突发水环境污染事件，如何快速进行水源地水质风险预警评估、适时启动应急响应机制、客观准确地评估河口环境生态损失，成为海事、环保、海洋渔业等管理部门共同面临的难题。

目前，国内外对于水环境污染风险的分级评估方法主要有风险指数法、数值模拟法和统计分析法[1-7]。风险指数法通过建立风险影响因子的指标体系，按照评分原则得到评估对象的风险指数，如朱容娟等[8]基于海洋溢油风险区划指标体系和风险量化模型，进行了辽东湾海洋溢油风险区划的划分；汪守东等[9]提出基于不确定性分析理论的区域油品码头空间布局的溢油风险模拟与评估方法，对舟山海域进行了综合溢油风险评估，对不同码头布局方案下海域溢油风险水平进行了综合比较。数值模拟法是在掌握区域基本信息的基础上，利用污染物迁移模型和风险评价模型对污染物输移规律进行模拟及风险评价，如宋协法等[10]通过模拟得出污染海域油浓度分布和溢油污染范围信息，结合海洋生物毒性效应，开展了溢油事故渔业资源损失评估。统计分析法主要利用聚类分析等对数据进行分类分析，如张淑瑶等[11-12]基于贝叶斯网络开展了船舶溢油风险区划研究，根据影响因素灵敏度分析对渤海海域4个分区进行风险水平计算；陈许霞等[13-15]利用灰色模糊综合评价等方法，对海域生态敏感区进行模糊评判，提出了基于历史溢油事故统计和主要敏感目标的溢油生态环境风险区划方案。国内近年来针对环境风险分区区划及管理措施也有较为系统的研究，如毕军等[16]探讨了环境风险区划的步骤、指标体系和对策方案，提出了环境风险划分方案和相应防范措施；黄奎[17]基于安全熵的海上溢油度量法提出了最优应对措施；胡雪松[18]从溢油风险的企业管理因素评估出发，提出了相应应急管理措施。笔者通过对上海市长江口水域进行基于敏感目标被访问概率法的风险区划分，提出分级分类管控要求，以期探索完善上海市在长江口饮用水水源地及水生态系统的应急响应和应急处置方面的环境管理水平，为上海市和全国其他类似重要敏感水体的应急管理提供技术支撑手段和有益的借鉴。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

以长江口水域为主要研究对象，拓展至近岸海域，即为国家规定的领海基线向外延22.2 km范围内的海域。长江口呈三级分汊、四口入海的河势格局，共有北支、北港、北槽和南槽4个入海口门，口门外为长江水下三角洲。南部为开敞的杭州湾北岸水域。

长江口拥有航道、滩涂、岸线和渔业等资源。长江口航道是长江入海的咽喉要道，具有重要的战略地位。长江口深水航道经过整治，目前通航水深已达12.5 m，可满足第三、四代集装箱船全天候通过。南槽航道最小通航水深约5.5 m。杭州湾金山航道自绿华山至金山石化总厂码头，水深8 m左右，可乘潮通航5万吨级油轮。

本研究长江口水域分为长江口区和东海及杭州湾区，海域内自然保护区主要包括崇明东滩湿地候鸟保护区、金山三岛海洋生态自然保护区、九段沙湿地生态自然保护区、长江口中华鲟自然保护区等多个国家级重要自然保护区。

1.2 数据来源

根据溢油事件分级与概率统计结果，模拟油品选取长江口船舶溢油事故最为多见发生泄漏的380#燃料油。油品的物理化学性质参数是影响溢油模型模拟精度的重要因素，针对长江口存储和运输的油品种类，通过资料和文献调研，整理了油品理化性质参数，包括油品名称、密度、黏度、表面张力、最大含水率、最小油膜厚度、闪点、沸点及蒸发常数等关键参数[19-21]。

风场选择美国国家海洋和大气管理局（NOAA）下属美国国家环境预报中心(NCEP)全球气象卫星提供的30年（1984——2014年）风场数据，选择近地面风场，风场范围为东海海域。

模型选择流场数据为长江口及上海近岸水域典型水文年2012年的全年流场数据，利用ECOMSED源代码开发和建立长江口杭州湾大范围水域三维流场并进行率定验证，模拟泄漏时刻由模型在2012年全年任意时刻随机选取，可兼顾各类型水期、季节和气象条件。

生态环境敏感目标的设定主要依据《上海市人民政府关于发布上海市生态保护红线的通知》（沪府发〔2018〕30号）中对于上海市生态保护红线的划分情况。根据区域主导生态功能，上海市生态保护红线共分为6种类型，分别是生物多样性维护红线、水源涵养红线、特别保护海岛红线、重要滨海湿地红线、重要渔业资源红线和自然岸线。

1.3 研究方法

1.3.1 分级分类分区管控思路

采用水域生态系统生态服务功能识别和水域生态环境风险评价等技术方法，进行水域环境风险分级控制管理，是水域生态环境保护及有效实施风险防控的需要。针对不同分区的风险特征、敏感目标的生态特征，抓住形成风险的主要因素和控制环境污染的主要因子，将风险防范策略和应急预案策略落实到具体分区，明确各分区风险防范和应急保护的侧重点，提高突发环境污染风险防范的针对性、有效性，以及海洋环境污染事件处置的优先顺序和关注重点，从而更高效地降低海洋环境风险或风险发生后的不利影响。

将海洋环境风险进行分级分类管控，可以系统地给出海洋突发环境污染事件的事前预防策略方案和应急准备策略预案，突出“防范优先”原则，有助于在降低现状风险的基础上控制潜在风险[22-23]。海洋环境风险分区分类的防范策略，强调了风险防范体系的区域针对性，能够为海洋和区域管理部门、相关企事业单位等提供切合实际区域特征的管理指导意见，提高海洋环境风险管理的科学性和有效性，有助于形成一定的社会、经济和环境效益。

根据《中华人民共和国防治船舶污染海洋环境管理条例》有关规定，对于沿海水域，可按照船舶溢油量或者直接经济损失或者对环境的影响程度，将危害后果划分为灾难性、特别重大、重大、较大、一般、较小6个级别，其中，特别重大、重大、较大、一般4个级别基本上可与上述规定的事故等级相对应，本研究据此将风险分区划分为高风险区、较高风险区、较低风险区和风险区4个级别。

1.3.2 溢油风险指数法

溢油风险指标体系应能全面真实地反映近岸水域受溢油风险影响的后果，全面分析溢油事故对环境影响的各种因素[24-26]。本研究主要关注针对水域溢油事故的风险防范和应急处置，确定溢油发生的可能性、危害性、持续性等因素，重点考虑事故的历史发生概率、敏感目标位置、敏感程度等因素。

指标选取主要考虑事故本身的情况、影响事故的客观条件和敏感目标的受影响情况。其中事故本身的情况主要包括发生规模、发生概率、持续时间等；影响事故的客观条件主要包括风速、风向等气象条件，水温、流速、流向等水文条件，石滩、沙滩等岸线类型；敏感目标的受影响情况主要包括敏感目标类型、敏感目标对于溢油事故的敏感程度、社会经济损失、生态环境损失、后续恢复时间等。溢油风险指标体系影响因素如表1所示。指标体系分为4级，包括指数目标、指数类型、一级指标和二级指标。

表1 长江口水域溢油风险影响因素指标Table 1 Influencing factors and indicators of oil spill risk in the Yangtze River Estuary

溢油风险指数的计算主要结合溢油模型相关参数和溢油事故概率分布等进行。以环境风险评估理论为基本框架，参照《船舶污染海洋环境风险评价技术规范（试行）》中的船舶污染海洋环境风险定义：风险=概率×后果，综合考虑不同级别的溢油事件发生概率与长江口水域不同级别敏感目标的受影响概率，采用溢油风险指数来表征高风险区、较高风险区、中风险区和低风险区4个级别的风险区。溢油风险指数计算公式如下：

式中：R为长江口水域任意一处的溢油风险指数；Qj为该点某级别溢油事件的影响因子；Tj为该点某级别溢油事件的溢油发生概率；Pi为某敏感目标受影响概率；Si为该敏感目标敏感系数；j为溢油事件影响级别；i为敏感目标序号。

采用Oilmap模型中的receptor模块分别对各敏感目标进行计算，模拟长江口水域内任意水域发生溢油事件后影响到该敏感目标的概率。利用随机模拟统计法的反向算法，在各敏感目标模拟点位进行1 000次随机计算，选择典型季节（包括丰、枯季）的任意时间作为溢油发生时间，根据1 000次模拟方案的计算结果进行分析并绘制出事故对研究水域访问概率的等值线图，从而得到各敏感区域的被访问概率。

1.3.3 敏感目标设定

综合考量上海市近岸海域功能区划和上海市生态保护红线类型，设定青草沙水库、陈行水库、东风西沙水库、九段沙湿地、崇明东滩、大小金山三岛、金山城市沙滩、碧海金沙、南汇东滩、长江口捕捞区作为长江口水域主要的敏感目标水域，敏感系数取值参考《船舶污染海洋环境风险评价技术规范（试行）》附录表5-1环境资源的敏感性分类表中对自然生态资源、经济社会资源的不同类型资源给予的敏感系数（表2）。

表2 不同敏感目标的敏感系数Table 2 Sensitivity coefficient of different sensitive targets

2 长江口区划结果与分析

2.1 溢油风险指数

计算长江口水域溢油风险指数，利用插值法形成长江口水域溢油风险指数空间分布（图1）。

图1 长江口水域溢油风险指数空间分布Fig.1 Spatial distribution of oil spill risk index in the Yangtze River Estuary

2.2 一级区的划定

以长江口集中式饮用水源地、主要生态自然保护区、渔业资源保护和岸线生态旅游资源为关注重点，利用溢油反算统计模型，模拟主要敏感目标在不同水域发生溢油事故时受影响的概率。利用叠图的方法，将不同敏感目标归类汇总，确定针对不同功能区域的溢油风险范围，以此划分上海市溢油风险重点防控区一级区（图2）。

图2 长江口水域溢油风险区划一级区示意Fig.2 First level zoning of oil spill risk zoning in the Yangtze River Estuary

以青草沙为例，对长江口青草沙水源地取水口进行反算模拟，确定存在1%可能性对各水源地取水口造成影响的溢油事故区域范围，确定青草沙水源地下游溢油风险边界为青草沙水库南岸，在此基础上将边界线延伸至长兴岛南端。上游到东风西沙水源地；该区域的一天内事故影响风险在2%以上，作为青草沙水源地供水安全保证区域。

2.3 二级区的划定

在一级区划定的基础上，根据溢油事件发生概率及长江口水域敏感目标分布，进一步区分风险防控区域级别，提出不同区域内船舶管控级别和溢油事故响应级别。依据长江口水域溢油风险指数空间分布图，风险指数较高的区域主要在九段沙湿地周边、深水航道以东的捕捞区、东风西沙水库西侧、青草沙水库南侧以及大小金山三岛周边水域。这几个水域的共同特点是溢油事故易发，且存在较敏感的水域生态保护区。根据长江口水域溢油风险指数空间分布计算结果，结合上海市近海海域功能区划，在一级区的基础上进一步划分长江口水域溢油风险二级区（图3）。

图3 长江口水域溢油风险区划二级区示意Fig.3 Secondary zoning diagram of oil spill risk zoning in the Yangtze River Estuary

根据溢油风险指数划定长江口水域溢油风险区：风险指数＞5，高风险区；风险指数为3～5，较高风险区；风险指数为1～3，中风险区；风险指数＜1，低风险区。二级区共计17个区，其中高风险区1个，较高风险区6个，中风险区6个，低风险区4个，各风险级别面积分别为335、2 375、5 695和3 068 km2，面积占比分别为2.92%、20.70%、49.64%和26.74%。

从一级区来看（表3），长江口水源安全敏感区主要分为较高风险区和中风险区2个二级区，面积分别为344 和862 km2，较高风险区主要位于溢油历史事件发生概率较高的东风西沙水源地上游区域及长江口吴淞口区域。

表3 长江口水域溢油风险区划二级区划分结果统计Table 3 Statistics of secondary division results of oil spill risk zoning in the Yangtze River Estuary km2

长江口自然生态敏感区包含4个风险级别，风险由高到低的区域面积分别为335、799、1 937和1 462 km2，高风险区主要位于九段沙东侧水域，较高风险区分布于高风险区东西两侧，中风险区分布于较高风险区周边及崇明东滩自然保护区，崇明北支等剩余区域虽然包含中华鲟自然保护区等敏感目标，依然为长江口自然生态低风险区。

杭州湾城市生态敏感区主要包含较高风险、中风险和低风险3个风险级别，面积分别为105、431和366 km2，较高风险区位于金山石化及金山城市沙滩周边区域，奉贤南部杭州湾近岸水域为城市生态中风险区，临港区域南部则为城市生态风险低风险区。

近岸海洋渔业敏感区包含较高风险、中风险和低风险3个风险级别，面积分别为1 127、2 465和1 240 km2。

3 重点防控区分级管控对策建议

3.1 长江口水源地溢油风险重点防控区

该区域内出现的溢油风险事件以保护水源地正常取水为最优先考虑因素，加强区域内溢油事故联防联控，形成长江口水源地溢油风险防控区内应急处置的统一指挥和协调体系。对于进入重点防控区域较高风险区的船舶需与水库管理单位建立在线联系，实时告知船舶位置及运行状态，一旦发生事故，第一时间通知各相关单位。应急监测过程中针对水源地水环境质量标准开展监测。在重点防控区范围较高风险区内配备完备的围油栏、机械回收装置等应急处置设施，避免使用化学消油剂等可能造成二次污染影响水源地水质的处理方式。严控长江口北港航道运输货品类别，禁止港区内油品等危险货物由北港航道运输，设立港区进入北港航道的运输量红线。

3.2 长江口自然生态溢油风险重点防控区

由于自然生态区域往往范围较大，难以做到在敏感目标范围的有效防护，需重点提高溢油应急反应能力，建设应急响应基地，搭建区域三级联动响应体系，在高风险区内合理布局应急物资储备库，配备相应能力的储备物资和人员，完善环境应急预案，确定首要风险防护目标为九段沙湿地保护区和东滩湿地自然保护区等自然保护区内动植物，提高防控区域内溢油事故风险控制能力和生态保护能力。分别依据区划风险级别，提示区域中行驶和停泊的船舶保持相应级别的警惕，该区域内溢油事故将引起不同程度的生态资源损失。

3.3 近岸海洋渔业溢油风险控制区

以保护海洋渔业资源为主要目标构建溢油风险防范控制体系，提高该区域溢油事故发生后损失评估能力，明确区域内溢油污染生态损失和渔业资源损失评估方法，将溢油事故对海洋渔业损失控制到最低。针对不同级别风险区，提示过往船舶、海洋渔业管理部门较高、中和低3个警示级别，该区域内溢油事故将引起不同程度的渔业资源损失。

3.4 杭州湾城市生态溢油风险控制区

重点保护城市岸线生态资源，着重加强金山、奉贤、浦东南部地区对于岸线油污污染防范控制体系构建，搭建三区联防联控系统，确定首要风险保护目标为金山三岛、金山城市沙滩和碧海金沙，提高近岸水域油污处置能力。针对不同级别风险区，提示过往船舶、沿岸行政区和岸线管理部门较高、中和低3个警示级别，该区域内溢油事故将首要引起不同程度的旅游资源损失。

4 结论

（1）根据长江口水域的主要海洋、环境、生态功能区域分布，结合长江口水域溢油历史事故，构建了以生态环境敏感目标为研究对象的溢油风险指数体系，形成了长江口水域溢油风险区划方案，该区划划分方法在长江驻点研究工作中形成了解决方案，并在入海口片区研究中得以推广应用。

（2）将长江口及杭州湾划为4个一级风险区：长江口水源安全敏感区、长江口自然生态敏感区、杭州湾城市生态敏感区和近岸海洋渔业敏感区。在一级区的基础上分别划定高风险区、较高风险区、中风险区和低风险区4个级别的二级风险区划，共划分二级区17个，其中高风险区1个，较高风险区6个，中风险区6个，低风险区4个，各风险级别区面积分别为 335、2 375、5 695和 3 068 km2。

（3）针对重点防控区提出分区分级分类防控要求建议，明确不同防控分区首要保护目标为水源保护区、自然生态保护区、城市旅游资源、渔业资源等，并按分级管控要求提出不同区域预警防控等级，为长江口海域溢油风险防控管理提供基础决策依据。