基于指數(shù)法的廣州小虎石化港區(qū)溢油污染風(fēng)險評估

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(1.大連海事大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司，天津 300457)

目前，國內(nèi)外針對溢油事故發(fā)生概率、發(fā)生規(guī)模，以及危害后果評價方面取得了較多的研究成果，建立了大量的定性、半定量和定量的評估模型[1-6]，并且開發(fā)了相關(guān)的計算機軟件系統(tǒng)[7]。但之前研究存在一些問題，主要體現(xiàn)在：①只分別計算溢油概率和危害后果等級，未綜合得到溢油風(fēng)險等級；②溢油量只能告知風(fēng)險管理者某個事故規(guī)模大小，無法完全代表最可能的溢油危害后果。有必要建立一種綜合考慮事故概率、溢油量、敏感目標(biāo)敏感系數(shù)，以及受溢油污染的概率等關(guān)鍵性指標(biāo)的溢油風(fēng)險綜合評價模型，為港口溢油應(yīng)急防備能力評估提供參考與依據(jù)。本文以廣州小虎港區(qū)5個碼頭為例，使用改進的溢油風(fēng)險指數(shù)模型進行評估，綜合計算各碼頭溢油風(fēng)險水平，并通過與矩陣法評估結(jié)果進行對比，討論分析評估模型的合理性和適用性。

1 評估區(qū)域

廣州南沙港小虎港區(qū)有5個石油化工碼頭，地理位置毗鄰，見圖1。

圖1 廣州港小虎港區(qū)各石化碼頭位置示意

港口年進出港船舶超過3 000艘次，吞吐量約17 800萬t/年，主要運輸燃料油、成品油和化工產(chǎn)品，周圍敏感區(qū)較多，港區(qū)溢油風(fēng)險較大。各碼頭泊位和規(guī)模情況匯總于表1。

根據(jù)《廣東省海洋功能區(qū)劃》，碼頭和航道附近溢油污染事故的重點保護目標(biāo)和海洋敏感保護區(qū)主要包括海洋自然保護區(qū)和取水口等，由此確定各碼頭附近主要環(huán)境敏感目標(biāo)見表2。

2 評估方法

改進的溢油風(fēng)險指數(shù)法包括溢油風(fēng)險指數(shù)模型、溢油概率指數(shù)模型和危害后果指數(shù)模型。

2.1 溢油風(fēng)險指數(shù)模型

綜合考慮事故概率、溢油量、敏感目標(biāo)敏感系數(shù)，以及受溢油污染的概率等關(guān)鍵性指標(biāo)，確定溢油風(fēng)險指數(shù)R為

(1)

式中：Pc為溢油事故概率指數(shù)；Cc為溢油危害后果指數(shù)；a為風(fēng)險分級常數(shù)，a=5[8-10]。

2.2 溢油概率指數(shù)模型

通過將事故概率按照10的負(fù)次方大小分別賦予1～5的數(shù)值，建立Pc計算模型。

表1 廣州港小虎港區(qū)各石化碼頭規(guī)模一覽表

表2 各碼頭附近主要環(huán)境敏感目標(biāo)

Pc=lgP+5

(2)

式中：P為溢油事故概率，為統(tǒng)計分析得到。

Pc取值范圍須大于0，即事故概率P應(yīng)不低于10-5，如果事故發(fā)生頻率低于10萬年1次，則風(fēng)險可忽略不計。

2.3 溢油危害后果指數(shù)模型

從溢油水中漂移預(yù)測結(jié)果可得到3個數(shù)據(jù)：①溢油量，為單一值，即最可能溢油事故的溢油量；②溢油可能到達(dá)的各個環(huán)境敏感目標(biāo)，并給出了各自的溢油敏感系數(shù)；③溢油到達(dá)敏感目標(biāo)的概率、最快影響時間、油膜厚度、污染物濃度、持續(xù)影響時間。其中，最快影響時間和持續(xù)影響時間可用于風(fēng)險管理環(huán)節(jié)中對應(yīng)急防備措施中的應(yīng)急反應(yīng)時間要求；油膜厚度可用于計算應(yīng)急防備中的收油機的回收效率；污染物質(zhì)量濃度可用于生態(tài)損害評估。對上述評估指標(biāo)進行篩選，最終選擇溢油量、敏感系數(shù)和受污染概率作為溢油危害后果評價指標(biāo)。

(3)

式中：A為溢油量，t，取區(qū)域最可能事故溢油量；Pi為敏感保護目標(biāo)i受影響的概率，根據(jù)隨機模擬統(tǒng)計法預(yù)測得到；Si為敏感保護目標(biāo)i的敏感系數(shù)；n為受影響的敏感保護目標(biāo)個數(shù)。

最可能事故溢油量按代表船型一個邊艙的液體貨物全漏完進行預(yù)測。

Q最可能=Vmin邊艙×ρ×α

(4)

式中：Q最可能為最可能泄漏量，t；Vmin邊艙為最小邊艙容積，m3；ρ為液體密度，t/m3；α為液體貨物實載率，85%～95%。

3 評估結(jié)果

3.1 溢油概率指數(shù)

由于碼頭和航道船舶污染事故與貨物裝卸吞吐量呈正比關(guān)系，因此，采用類比計算方法，通過近年的各碼頭貨物吞吐量占廣州港貨物吞吐量的比例，分別推算各碼頭溢油污染事故概率，并計算各碼頭溢油概率指數(shù)。結(jié)果見表3。

表3 各碼頭溢油概率及概率指數(shù)計算結(jié)果

注：廣州港年吞吐量為17 900 t。

3.2 溢油危害后果指數(shù)計算

3.2.1 最可能事故溢油量

各油碼頭泊位以500～1 000 t級的油船停靠最多，其次是天于3 000 t級。以3 000 t級的油船為例，分6～8個貨油艙，平均每個邊艙載油300～400 t，一旦船舶發(fā)生碰撞事故，假設(shè)1個邊艙的油全部漏完，最可能溢油量大約400 t；15萬t級以下的成品油船一般有10～12個貨油艙，其中單個邊艙的艙容一般占總載重噸的6%～8%，根據(jù)各碼頭代表船型按式(4)計算，得到各碼頭的最可能泄漏量，見表4。

3.2.2 溢油污染指數(shù)

溢油污染指數(shù)可用于為敏感目標(biāo)的脆弱程度和受污染的概率，其主要考慮敏感系數(shù)和敏感目標(biāo)受污染的概率2個指標(biāo)，其中敏感系數(shù)參考IMO《海上溢油風(fēng)險評價與反應(yīng)防備評估手冊》中的環(huán)境資源敏感性分類表獲得；受污染概率通過300次隨機情景模擬統(tǒng)計獲得，隨機情景模擬參數(shù)見表5。

表4 各碼頭最可能溢油量計算結(jié)果

表5 各碼頭溢油事故隨機情景模擬參數(shù)

注：模擬2014—2016年隨機發(fā)生事故的300個情景，氣象條件為氣象站實測值(小時平均)；水文條件為珠江口流份模擬場景。

應(yīng)用珠江口水域溢油預(yù)報系統(tǒng)[11]對各碼頭溢油污染影響概率和最快到達(dá)時間進行預(yù)測，結(jié)果見圖2。

通過敏感系數(shù)和敏感目標(biāo)受污染概率結(jié)果計算，得到各碼頭溢油污染指數(shù)，見表6。

3.2.3 溢油危害后果指數(shù)

按照式(3)進行碼頭船舶溢油危害后果指數(shù)的綜合計算，結(jié)果見表7。

圖2 各碼頭溢油污染海面概率和溢油最快到達(dá)時間

地區(qū)敏感目標(biāo)敏感系數(shù)Si以下碼頭污染率Pi、危害指數(shù)Pi×Si小虎石化中石化小虎粵海石化港發(fā)石化建滔石化海洋自然保護區(qū)黃唇魚自然保護區(qū)南沙濱海濕地保護區(qū)102050%5.03%0.650%5.01%0.240%4.08%1.640%4.05%1.040%4.02%0.4濱海旅游區(qū)蒲洲旅游休閑區(qū)虎門旅游休閑區(qū)10105%0.51%0.13%0.31%0.13%0.31%0.110%1.01%0.18%0.40.5%0.05碼頭污染指數(shù)3.283.202.752.762.66

3.3 溢油風(fēng)險指數(shù)

將計算得到的溢油概率指數(shù)和危害后果指數(shù)代入式(1)，計算得到溢油風(fēng)險指數(shù)，計算結(jié)果見表8。

表7 各碼頭溢油危害后果指數(shù)計算結(jié)果

表8 各碼頭船舶溢油污染風(fēng)險指數(shù)分析結(jié)果

4 結(jié)果討論

港口區(qū)域溢油風(fēng)險評估的目的就是確定港區(qū)內(nèi)各碼頭風(fēng)險源的相對風(fēng)險大小，根據(jù)不同碼頭風(fēng)險大小采取針對性的防范措施。利用風(fēng)險矩陣方法，對小虎港區(qū)碼頭進行溢油風(fēng)險評估的結(jié)果見圖3。

由圖3可見，以事故概率和溢油量作為指標(biāo)(見圖3a))，所有碼頭風(fēng)險評估結(jié)果都落入中風(fēng)險區(qū)，彼此之間幾乎沒有差別；以事故概率和危害后果指數(shù)作為指標(biāo)(見圖3b))，有4個碼頭評估結(jié)果為高風(fēng)險區(qū)，1個為中風(fēng)險區(qū)，但彼此差別不太明顯。但如果以碼頭溢油污染風(fēng)險指數(shù)(表8)作為評估指標(biāo)，小虎碼頭風(fēng)險指數(shù)大于4為高風(fēng)險；中石化小虎、粵海、港發(fā)3個碼頭風(fēng)險指數(shù)在3～4之間，屬于中等風(fēng)險，且3者之間數(shù)值差別也較為明顯；建滔石化風(fēng)險指數(shù)小于3，屬于低風(fēng)險。

圖3 小虎港區(qū)各碼頭溢油污染風(fēng)險分布

根據(jù)各碼頭溢油污染風(fēng)險指數(shù)，溢油污染風(fēng)險大小排序為小虎石化、中石化小虎、粵海石化、港發(fā)石化、建滔石化。

5 結(jié)論

1)對廣州小虎港區(qū)石化碼頭溢油風(fēng)險評估結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的評估方法相比，改進的風(fēng)險指數(shù)法綜合考慮溢油事故概率、溢油量、溢油對環(huán)境敏感目標(biāo)危害后果等因素，評估結(jié)果可直觀顯示溢油風(fēng)險等級。

2)評估應(yīng)急單位應(yīng)急資源配置是否合理，主要是評估應(yīng)急資源是否與當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)險相適應(yīng)。評估結(jié)果可用于確定港口區(qū)域各碼頭溢油應(yīng)急目標(biāo)，并合理確定應(yīng)急防備分配比例。

3)研究表明，溢油污染風(fēng)險指數(shù)法適合于港區(qū)碼頭溢油風(fēng)險評估，但對于較大范圍內(nèi)的區(qū)域性溢油風(fēng)險評估是否適用，如何劃分不同的風(fēng)險區(qū)，還需要進行深入研究。