王業(yè)保, 張春昌, 唐 誠, 于 祥, 馮 龍, 劉 錳, 劉 欣

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渤海海域油類、類油類危險品船舶避難地選取策略研究

王業(yè)保1, 2, 張春昌3, 4, 唐 誠1, 于 祥5, 馮 龍5, 劉 錳6, 劉 欣1

(1. 中國科學院海岸帶環(huán)境過程與生態(tài)修復重點實驗室, 山東省海岸帶環(huán)境過程重點實驗室, 中國科學院煙臺海岸帶研究所, 山東 煙臺 264003; 2. 中國科學院大學, 北京 100049; 3. 中華人民共和國海事局, 北京 100736; 4. 中華人民共和國海事局, 煙臺溢油應急技術中心, 山東 煙臺 264000; 5. 魯東大學 資源與環(huán)境工程學院, 山東 煙臺 264025; 6. 湖南信息職業(yè)技術學院, 湖南 長沙 410200)

為減輕油類、類油類危險品船舶事故污染, 提前確定船舶避難地具有重要意義。文章以渤海海域25個港口和55個錨地作為研究對象, 對在3種事故類型(起火爆炸(事故類型1)、污染物泄漏(事故類型2)、存在沉沒風險(事故類型3))下, 如何選取船舶避難地進行研究。首先分別確定評價不同事故類型采用的評價指標; 然后, 針對每個港口和錨地, 采用歸一化方法, 其對應的各評價指標均被賦予1~100的分值; 再次, 對各評價指標的分數(shù)按照相同的權重進行疊加; 最后, 根據(jù)疊加結果, 分別對在3種事故類型下, 各港口和錨地的得分進行排序, 在此基礎上繪制了避難地選取策略圖。排序靠前的適合作避難地, 排序靠后的不適合作避難地, 因此, 依據(jù)最終排序結果, 可以得出適合作為避難地的地點, 以及不適合作為避難地的地點: 事故類型1時應優(yōu)先選擇莊河港、皮口港等, 避免選擇錨地49、錨地50等地點; 事故類型2時皮口港、錨地12等最適合, 避免選擇濰坊港、錨地50等地點; 而事故類型3時應優(yōu)先選擇威海港和朝陽港等地點, 避免選擇大連港、旅順新港等地點。

渤海; 港口; 錨地; 危險品船舶; 避難地選取策略

2002年11月, 滿載7.7萬t燃料油的“威望”號油輪駛經(jīng)西班牙附近海域時發(fā)生險情。船長立即向西班牙有關部門求援, 希望他們能允許船只進入其管轄區(qū)域避難, 但是當?shù)卣芙^了油輪避難的請求, 反而要求油輪駛離海岸, 隨后“威望”號又試圖向葡萄牙和法國求助, 同樣遭到了拒絕, 油輪只能滯留在海上。隨著險情進一步加劇, 油輪斷成了兩截, 大概有超過9 000萬 L石油傾泄到海上, 事故對當?shù)亟?jīng)濟和生態(tài)環(huán)境造成了巨大的損害。世界海運界對此高度關注, 以該次事故為重要轉(zhuǎn)折, 國際海事組織(IMO)隨后出臺了兩個重要文件: 《關于需援助船舶避難所指南決議(第A.949(23)號決議)》和《關于海事援助服務決議(第A.950(23)號決議)》。這兩個文件為沿海國家和港口當局設立需援助的船舶避難所提供了可供參考的依據(jù)。

目前, 國際上一些國家已經(jīng)根據(jù)IMO的要求開始了關于需援助船舶避難地的建立。環(huán)波羅的海已有多個國家明確指定了船舶避難地, 如丹麥明確指定了22個沿岸的港口和錨地作為船舶避難場所, 并將避難場所分為兩類: 適用于高污染船只的和適用于普通船只的[1], 拉脫維亞也提前指定了7個區(qū)域為船舶的臨時避難地[2]。相比之下, 部分國家和地區(qū)并沒有為船舶明確指定避難地點, 例如英國認為每一個區(qū)域都可能成為避難地, 因為沒有任何一個地點適合所有避難船舶, 所以當被援助船舶申請避難時, 應該根據(jù)具體情況具體分析。英國當局列出了大約800個能成為潛在避難場所的地點,包括港口、港灣、錨地、海灣、河口、河流甚至環(huán)境敏感區(qū)。美國則以《美國海岸警衛(wèi)隊避難地政策》和美國國家應急反應小組(NRT)《避難地指南》的形式對避難地問題進行了規(guī)定, 但兩份文件都沒有為遇難船舶明確指定避難地[3]。值得一提的是, 盡管沒有明確指定船舶避難地, 美國發(fā)布了避難地決策的指導原則, 當船舶需要避難時, NRT會首先從美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)獲取技術支持, 例如當時的天氣和海況、海浪、海流, 該區(qū)域的詳細海圖, 季節(jié)性條件(如海冰情況)等等, 在這些條件的基礎上, 再制定恰當?shù)臓I救計劃, 為事故船舶提供恰當?shù)谋茈y場所做準備[4]。IMO也建議在選取避難地時要考慮環(huán)境經(jīng)濟因素、自然條件以及應急計劃[5]。美國與IMO的經(jīng)驗為本研究中所考慮的各項指標的確定提供了參考。

為有效防止船舶事故引發(fā)的污染, 中國政府積極開展國際合作, 已經(jīng)簽署了《關于需援助船舶避難所指南決議(第A.949(23)號決議)》和《關于海事援助服務決議(第A.950(23)號決議)》, 同時, 中國是《1990年國際油污防備、反應和合作共約》的簽約國, 為履行公約, 我國還與韓國、日本、俄羅斯三國共同簽署了《西北太平洋地區(qū)溢油應急計劃》[6]。在國內(nèi), 制定了預防海洋污染的法律法規(guī), 《中華人民共和國海洋環(huán)境保護法》第六十九條規(guī)定: 裝卸油類的港口、碼頭、裝卸站和船舶必須編制溢油污染應急計劃, 并配備相應的溢油污染應急設備和器材, 還編制了《國家突發(fā)環(huán)境事件應急預案》和《國家海上溢油處置事件應急預案》, 以便在事故發(fā)生后快速反應。但目前為止, 國內(nèi)沒有任何一部法律和行業(yè)指南對船舶避難地的相關內(nèi)容進行規(guī)定, 也鮮有針對危險品船舶避難場所選取方法的研究。

綜上所述, 面對各種復雜的環(huán)境因素以及利益相關方, 目前明確指定避難場所的國家和地區(qū)并不多, 國際上也沒有統(tǒng)一的標準與方法決定如何選取避難地。中國海上運輸日益繁忙, 安全事故不斷增加。尤其環(huán)渤海地區(qū)港口密布, 運輸危險品以及原油的大型船舶數(shù)量不斷增長, 發(fā)生大規(guī)模海上污染事故的風險亦不斷增大。本研究以渤海區(qū)域為例, 綜合考慮環(huán)境因素、應急能力和人口密度等, 在技術層面上研究危險品船舶避難地選取策略, 為未來我國船舶避難地的選取和相關法規(guī)指南的制定提供參考。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)域和對象

研究區(qū)域為渤海海域。由于港口與錨地非常適合船舶的?？? 因此預先指定了研究區(qū)域內(nèi)25個主要港口和55個錨地作為潛在的避難地選取對象, 通過綜合分析, 從這80個地點中選擇出最適合作為船舶避難地的地點, 以及最不適合的地點。為了方便, 對港口直接以港口名稱描述, 對錨地以1到55的數(shù)字編號描述, 所有港口和錨地的分布位置如圖1所示。

1.2 船舶避難地評價指標的確定

船舶出現(xiàn)險情尋求避難時, 判斷一個地點是否滿足條件, 需要綜合考慮不同評價指標, 參照美國與IMO的經(jīng)驗[4-5], 本研究中選取環(huán)境、應急能力、海況、人口等因素作為船舶避難地評價指標。從事故原因的角度來看, 引起船舶尋求避難的原因多種多樣[7], 但不管何種原因引發(fā)的事故, 事故類型可以分為3類: 起火爆炸(污染物不泄漏)(簡稱為事故類型1)、船舶污染物泄漏(簡稱為事故類型2)、船舶存在沉沒風險(簡稱為事故類型3)。每種事故類型所考慮的評價指標是不同的。一般裝載危險品的船舶有集裝箱船、散化船、油輪3種類型, 本文不對船舶類型分開討論, 而是假定裝載的貨物為一般油類或者類油類化學品。表1為3類事故類型分別對應的各項評價指標, 在事故類型1中, 考慮了5個評價指標, 在事故類型2中, 考慮了11個評價指標, 在事故類型3中, 考慮了6個評價指標。為方便表述, 每個評價指標被賦予了一個代碼。

圖1 渤海區(qū)域港口和錨地位置

表1 3類事故類型分別對應的評價指標及代碼

1.3 船舶避難地評價指標打分原則

依據(jù)評價指標的真實值, 對評價指標進行歸一化處理, 然后以百分制表示。越適合作為避難地, 該地點的得分越高, 相反, 越不適合作為避難地, 該地點的得分越低。下面分別對每個評價指標打分的技術方法予以說明。

1.3.1 事故類型1評價指標的打分原則

首先, 判斷待選取地點是否存在危險品碼頭。鑒于危險品的易燃易爆性, 必須禁止起火或發(fā)生爆炸的船舶在有危險品碼頭的地點避難; 其次是應急能力。應急能力數(shù)據(jù)來自各港口應急設備數(shù)量的統(tǒng)計。需要說明的是, 由于應急力量較為分散且隸屬于不同的單位, 在對應急能力進行打分時, 參考了海事局劃定的渤海海域管轄范圍(圖2)。在圖2所示的8個轄區(qū)內(nèi), 每個轄區(qū)都分布著一定數(shù)量的港口和錨地, 鑒于錨地位于海上, 不存在應急儲備, 本文分別計算了每個轄區(qū)內(nèi)所有港口的應急能力之和, 隨后, 位于同一轄區(qū)的各個港口和錨地的應急能力都用該轄區(qū)的應急能力之和來代替。例如, 消防能力的得分由消防船的數(shù)量決定, 第1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8轄區(qū)內(nèi)消防船的數(shù)量分別為10, 10, 4, 7, 2, 3, 9, 3只, 因此第1至第8轄區(qū)消防能力的得分分別為100, 100, 40, 70, 20, 30, 90, 30。所以, 位于第一轄區(qū)內(nèi)的港口和錨地得分都為100, 第二轄區(qū)內(nèi)的港口和錨地得分也為100, 以此類推。類似地, 拖帶能力的得分根據(jù)轄區(qū)內(nèi)拖輪的數(shù)量確定, 救助能力的得分根據(jù)轄區(qū)內(nèi)專業(yè)救助船舶的數(shù)量確定。再次, 根據(jù)全國第六次人口普查數(shù)據(jù), 統(tǒng)計了渤海沿岸各區(qū)縣的人口密度, 因為起火爆炸會對人口密集區(qū)產(chǎn)生較大影響。對人口密度打分時, 各港口的得分根據(jù)該港口所在地的實際人口密度確定, 另外, 雖然錨地位于海上, 但一般離岸邊較近, 因此錨地也參與了打分, 其得分根據(jù)港口所在地的人口密度, 經(jīng)過反距離權重(IDW)插值法確定。

圖2 渤海海域轄區(qū)劃分

1.3.2 事故類型2評價指標的打分原則

當事故類型2時, 首先考慮其對環(huán)境的影響。本研究統(tǒng)計了渤海區(qū)域中自然保護區(qū)、農(nóng)漁業(yè)區(qū)和旅游休閑區(qū)等3種環(huán)境敏感區(qū)的分布, 根據(jù)待選地點距這些環(huán)境敏感區(qū)的距離確定得分, 離環(huán)境敏感區(qū)越近, 越不適合作為避難地, 得分越低, 反之越高。其次是應急能力(清污、過駁、污染圍控、人員防護)的評估, 該種情況下應急能力的打分方法與事故類型1下應急能力的打分方法相同。清污能力得分根據(jù)現(xiàn)有收油機的工作效率確定, 過駁能力得分根據(jù)現(xiàn)有卸載泵的工作效率確定, 污染圍控能力的得分根據(jù)現(xiàn)有圍油欄的數(shù)量確定, 人員防護能力的得分根據(jù)現(xiàn)有專業(yè)防化服的數(shù)量確定。再次, 避難地需避開人口密集區(qū)。另外, 鑒于海面風力和浪高數(shù)據(jù)的實時性, 本研究采用HY-2A衛(wèi)星雷達高度計的年平均數(shù)據(jù), 計算得到渤海區(qū)域的平均風力和浪高, 風力越大、浪高越高, 得分越低。最后, 根據(jù)通用河口輸運模型(GETM)模擬的海表最大潮流流速, 確定各港口和錨地的海表流速的得分。

1.3.3 事故類型3評價指標的打分原則

事故類型3時, 首先, 環(huán)境因素的打分原則為: 離環(huán)境敏感區(qū)越近, 越不適合作為避難地, 得分越低, 反之越高。其次, 各港口和錨地所在地的海底坡度亦影響避難地的選取, 坡度越大, 越不適合作為避難地, 得分越低。再次為海底底質(zhì), 按照軟泥質(zhì)最優(yōu), 沙質(zhì)次優(yōu)的原則, 將最適合作為避難場所的淤泥底質(zhì)賦值為90, 其他依次類推, 中砂底質(zhì)賦值為80, 細砂底質(zhì)賦值為70, 含砂黏土底質(zhì)賦值為60, 沙質(zhì)黏土底質(zhì)賦值為50。最后是水深, 根據(jù)各港口和錨地的水深情況, 分別對其賦予不同的分值。

2 結果和討論

2.1 船舶避難地評價指標得分結果

通過對不同船舶避難地評價指標分別進行打分, 得到了各港口和錨地不同評價指標的得分結果。具體見表2。

2.2 船舶避難地評價指標得分結果的權重和排序

完成各個船舶避難地評價指標打分后, 需要確定各個船舶避難地評價指標的權重, 進而進行疊加處理。然而, 本研究涉及的評價指標眾多, 即便專家參與決策, 也很難確定每個評價指標的具體權重, 因此, 本文假定: 所有評價指標具有相同的權重值。在此基礎上, 事故類型1中, 排除掉所有存在危險品碼頭的港口, 最終得分計算方法是: ()× 0.25; 事故類型2中, 最終得分計算方法: ()×(1/11); 事故類型3中, 最終得分計算方法: ()×(1/6)。其中,,,,,,,,,,,,,,,,,代表該字母所對應的評價指標的得分。計算完成后, 分別對3種事故類型下各個評價指標的最終得分排序(表3—表5)。

表2 港口和錨地對應的評價指標得分結果

續(xù)表

港口與錨地評價指標得分結果 ABCDEFGHIJKLMNOPQR 錨地19無100820964405942184753848862956080 錨地20無1008209653999942184753858662945071 錨地21無40577591133265110095100808584925076 錨地22無10082097141342184753798655977092 錨地23無100820961233342184753768559895090 錨地24無100820951134542184753818364855092 錨地25無70932598206170497684708161965075 錨地26無7093259822243770497684477868899082 錨地27無7093259835319970497684257767979075 錨地28無709325971194770497684707871989088 錨地29無709325981173970497684517967949085 錨地30無70932598444370497684578068919090 錨地31無202109826319114283532287568939076 錨地32無7093259864314470497684337966929074 錨地33無709325981134970497684648757668066 錨地34無40577598129505110095100407965628073 錨地35無7093259839488870497684297668979065 錨地36無709325979268170497684478875996067 錨地37無7093259734479970497684458777995065 錨地38無4057759714855110095100448779945073 錨地39無40577597128455110095100708777898077 錨地40無40577598115225110095100708674928080 錨地41無70932598165870497684538155768074 錨地42無40577597429405110095100478673948071 錨地43無202109850547514283532307768919075 錨地44無7093259857337270497684258065959075 錨地45無7093259840435170497684417768899081 錨地46無709325982414970497684308160925072 錨地47無709325982215870497684288159835068 錨地48無202109818318214283532317571929083 錨地49無202109818239914283532297568899076 錨地50無301109791502601821591882979088 錨地51無906110097445322443737607278987086 錨地52無1001007552148161006910074668186589068 錨地53無1001007551137201006910074808188699079 錨地54無1001007549130181006910074698182809078 錨地55無1001007542133191006910074697973579079

表3 事故類型1中潛在避難地的最終得分及排序

表4 事故類型2中潛在避難地的最終得分及排序

表5 事故類型3中潛在避難地的最終得分及排序

2.3 避難地選取策略圖

為清晰表示各港口和錨地作為潛在避難地的優(yōu)劣次序, 根據(jù)最終得分排序, 分別繪制了3種事故類型下的避難地選取策略圖。將港口和錨地按照最終得分排序高低分為5組, 事故類型1中5組最終得分排序區(qū)間分別為1—7, 8—13, 14—15, 16—18, 19—22, 其中, 最終得分排序1—7的地點最適合作為避難地,最終得分排序19—22的地點最不適合作為避難地; 事故類型2中5組最終得分排序區(qū)間分別為1—8, 9—12, 13—19, 20—25, 26—31, 其中, 最終得分排序1—8的地點最適合作為避難地, 最終得分排序26—31的地點最不適合作為避難地; 事故類型3中5組最終得分排序區(qū)間分別為1—9, 10—17, 18—20, 21—23, 24—29,其中, 最終得分排序1—9的地點最適合作為避難地, 最終得分排序24—29的地點最不適合作為避難地。

圖3顯示, 當船舶遇到事故類型1時, 避難地的最優(yōu)選擇應位于遼東半島附近, 包括莊河港、皮口港、錨地6等, 其次可以選擇山東半島北部的部分港口和錨地, 最不適合的地點為錨地31、錨地43、錨地48、錨地49、錨地50。圖4顯示, 在事故類型2中, 最適合作為避難地的地點大多為位于遼東半島、秦皇島港和唐山港附近的錨地, 而不適合作為避難地的地點大多位于山東半島北部。圖5顯示, 事故類型3中, 朝陽港、威海港以及位于渤海灣內(nèi)的部分錨地是最適合作為避難地的地點, 船舶尋求避難時, 應優(yōu)先考慮這些地點。

3 結論

本研究將25個港口和55個錨地作為研究對象, 對油類、類油類危險品船舶遇險時, 假定了起火爆炸(污染物不泄漏)、船舶污染物泄漏、船舶存在沉沒風險3種事故類型, 并根據(jù)國際經(jīng)驗選取了各事故類型應考慮的評價指標并冠以代碼。隨后, 利用歸一化方法, 分別對3種事故類型下每個港口和錨地對應的不同的評價指標打分。打分完成后, 按照相同的權重值將指標得分疊加, 得到最終得分, 并對最終得分排序。將排序劃分為5個組, 排序靠前的地點適合作為避難地, 排序靠后的地點不適合作避難地。分別得到了3種事故類型下最適合作為避難地的地點, 以及最不適合作為避難地的地點。最后, 本研究繪制了渤海區(qū)域船舶避難地選取策略圖, 建議優(yōu)先選擇排序靠前的分組作為船舶避難地, 同時避免排序最后一組的地點成為避難地。

圖3 事故類型1下避難地選取策略圖

圖4 事故類型2下避難地選取策略圖

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

因此, 依據(jù)排序結果, 可以得出適合作為避難地的地點, 以及不適合作為避難地的地點: 事故類型1時應優(yōu)先選擇莊河港、皮口港等, 避免選擇錨地49、錨地50等地點, 事故類型2時皮口港、錨地12等最適合, 避免選擇濰坊港、錨地50等地點, 而事故類型3時應優(yōu)先選擇威海港和朝陽港等地點, 避免選擇大連港、旅順新港等地點。該研究在技術上為船舶避難地的選取提供了參考。

但是, 由于船舶避難地的選取為比較復雜的課題, 本研究尚存在一些問題。在現(xiàn)實決策過程中, 往往涉及較多因素, 從宏觀上講包括兩個方面: 管理層面和技術層面。本研究只是在技術層次上對船舶避難地的選取進行討論, 從而為管理者提供決策依據(jù), 不涉及決策機制的探討以及各部門之間的相互協(xié)調(diào)。其次, 本研究所采用的均為常見的評價指標。事實上, 決策時需考慮事故發(fā)生后的具體情況, 比如冬季時某些區(qū)域可能存在海冰, 以及事故發(fā)生時船舶距離避難地的距離等等, 這些評價指標都只能在事故發(fā)生后獲得, 盡管未被考慮在內(nèi), 但同樣重要。再次, 各港口和錨地最終的得分只是相對值, 鑒于打分方法具有一定主觀性, 當進行避難地選擇時, 決策者不必只選排序靠前的部分地點, 只要排除排序靠后的部分地點, 剩余地點都可被作為考察對象。

圖5 事故類型3下避難地選取策略圖

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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

(本文編輯: 劉珊珊)

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

Jan. 3, 2017

王業(yè)保(1989-), 男, 山東泰安人, 博士研究生, 從事海岸帶風險與預警研究, 電話: 13031613409, E-mail: ybwang@yic.ac.cn; 劉欣,通信作者, 研究員, 電話: 0535-2109195, E-mail: xliu@yic.ac.cn;劉錳, 通信作者, 講師, E-mail: 512107121@qq.com

X323

A

1000-3096(2017)12-0075 -11

10.11759/hykx20170103001

2017-01-03;

2017-04-18

國家自然科學基金項目(41371483); 中國科學院重點部署項目(KZZD-EW-14)