（交通信息工程及控制专业论文）基于多层次灰色模型的船舶溢油风险评价研究.pdf

中文摘要 摘要 伴随着全球经济的快速发展和世界经济一体化进程的不断加快，世界各国间 的贸易往来不断增加，对能源( 尤其是对石油) 的需求量也不断提高，因此全球 性的海运贸易得到了空前的发展。然而，随着世界航运事业的飞速发展和石油运 输量的快速增加，运输船舶数量的迅速增加使得船舶的通航环境变得更加复杂， 因而导致船舶发生溢油污染的风险也随着增大。频繁的船舶溢油事故不仅严重地 危害了海洋生态系统，而且对社会经济的快速发展和对海洋环境的保护都是非常 不利的。 近年来由于渤海海域内船舶通航密度迅速增加，渤海海域沿岸各港口的货物 吞吐量和进出港船只的数量也在不断增加，并且随着大型化、专业化的危险品船 舶的增加，因此船舶在这一海域发生溢油事故的风险也随着不断增长。如果船舶 发生了较大规模的溢油事故，这将给渤海海域的海洋环境和周边地区的经济建设 带来严重的威胁，这样会直接影响渤海海域经济的快速发展。 在此背景下，本文以渤海海域到港船舶为研究对象，首先介绍了渤海海域的 基本情况：包括水文信息、气象信息、港口的发展状况以及各港口的货物吞吐量 等方面的情况。然后着重分析总结了影响船舶溢油的3 个主要因素：即船舶自身因 素、外界环境因素和人为因素对船舶溢油的影响。最后以“大庆6 3 ”轮和“银河 王子 轮为例建立了多层次灰色评价模型。结果表明：此模型具有计算简单、层 次清晰和结果可信度高的特点，此模型为综合治理船舶溢油提供了参考。多指标、 多层次的评价体系方法对防止溢油事故、加强船舶溢油的监控具有重要的指导意 义和应用价值。 关键词：船舶溢油；影响因素；风险评价；灰色模型 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n a t i o n a le c o n o m ya n dt h ec o m i n go fw o r l d i n t e g r a t i o n ，t h et r a d e sa l lo v e rt h ew o r l dh a v eb e e ni n c r e a s e d ，t h er e q u i r e m e n tf o r e n e r g yv o l u m e s ，e s p e c i a l l yf o rp e t r o l e u m , h a sb e e ne n l a r g e d ，s 0t h em a r i n et r a d ea l l o v e rt h ew o r l dh a sa l s ob e e nr a p i d l yd e v e l o p e d h o w e v e rw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f t h em a r i n et r a d ea l lo v e rt h ew o r l da n dp e t r o l e u mv o l u m e si n c r e a s e dr a p i d l y , a n dt h e n u m b e ro fv e s s e l sa d d e d ，t h et r a n s p o r t a t i o ne n v i r o n m e n ti sb e c o m i n gm o r ea n dm o r e c o m p l e x ，t h ef r e q u e n to i ls p i l la c c i d e n th a sa f f e c t e dn o to n l yo c e a ne c o l o g ys y s t e m ，b u t a l s ot h ee c o n o m yr a p i dd e v e l o p m e n ta n dt h ep r o t e c t i o no fe c o n o m ye n v i r o n m e n t r e c e n t l y , o w i n gt oh e a v yt r a n s p o r t a t i o nd e n s i t y ，l a r g ec a r g ot h r o u g h o u ti np o r ti n b o h ms e aa r e aa n dm u c hm o r ev e s s e l s ，w i t ht h ei n c r e a s i n go fl a r g e - s a l ea n ds p e c i a l i z e d v e s s e l s ，t h ep o t e n t i a lr i s ko fp o l l u t i o nf r o mv e s s e l sh a sb e e ng r o w i n go n c et h eo i ls p i l l a c c i d e n th a p p e n e dt oav e s s e li nal a r g es c a l e ，i tw o u l di n e v i t a b l yb r i n gs e r i o u sd a m a g e t ot h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t , t h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dp e o p l e sh e a l t h , d i r e c t l y a f f e c t i n gt h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n to f b o h a is e aa r e a u n d e rt h i sb a c k g r o u n d ，s e t t i n gt h ev e s s e ln a v i g a t i n ga r o u n db o h a is e aa r e aa s r e s e a c h i n go b j e c t ，f i r s tt h eb a s i cs i t u a t i o no ft h eb o h ms e ah a sb e e ni n t r o d u c e d ： i n c l u d i n gh y d r o l o g i c a li n f o r m a t i o n , m e t e o r o l o g i c a li n f o r m a t i o n ，d e v e l o p m e n to fp o n s a n dp o r tc a r g ot h r o u g h p u ta n ds oo n t h e nt h r e em a j o rf a c t o r sa f f e c t i n gt h eo i ls p i l lh a s b e e na n a l y z e d ：t h es h i p so w nf a c t o r s ，e x t e r n a le n v i r o n m e n t a lf a c t o r sa n dh u m a n f a c t o r s f i n a l l y , 什d a q i n g6 3 ”v e s s e la n d ”g a l a x yp r i n c e v e s s e lh a v eb e e ns e tf o r e x a m p l et os e tu pm u l t i l e v e lg r a ye v a l u a t i o nm o d e l t h er e s u l t sh a ss h o w e d ：t h i s m o d e li ss i m p l ei nc a l c u l a t i o n ，c l e a ri nl e v e la n dc r e d i b l ei nt h er e s u l t s t h i sm o d e lh a s p r o v i d e dc o m p r e h e n s i v eo i ls p i l li n f o r m a t i o n m u l t i i n d e x ，m u l t i l e v e l e v a l u a t i o n s y s t e mm e t h o dt op r e v e n to i ls p i l l sa n de n h a n c eo i ls p i l lm o n i t o r i n gh a sb e e no f i m p o r t a n tg u i d i n gs i g n i f i c a n c ea n da p p l i c a t i o nv a l u e k e yw o r d s ：s h i p so i ls p i l l ；a f f e c t i n gf a c t o r ；r i s ka s s e s s m e n t ；g r e ys y s t e mm o d e l 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文! 基王垒屋达蕴鱼撞型的墅舶潼油凰险迁俭硒究：。除论 文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经 公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：重塑雩车一 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密日( 请在以上方框内打“4 ) 论文作者签名：邵曰日彳 导师签名： 弓昏弦袭 日期：如，口年多月叩日 基下多层次灰色模型的船舶溢油风险评价研究 第1 章绪论 1 1 选题背景和研究意义 海洋占地球面积达百分之六十多，它具有丰富的生物和矿物资源，海洋环境 是整个人类生存和发展的重要的自然环境。所以，保护好这个环境对全球经济的 可持续发展至关重要。 伴随着全球经济的快速发展和世界经济一体化进程的不断加快，世界各国间 的贸易往来不断增加，对能源( 尤其是对石油) 的需求量也不断提高。由于海洋 运输成本低，仅为铁路运输的4 0 一5 0 【l 】，迄今为止，对石油的输入输出的最主 要的手段仍是海上运输，海洋运输的运输容量之大、成本之低是其它运输方式不 可比拟的，因此全球性的海运贸易得到了空前的发展。但是，随着世界航运业的 飞速发展和石油运输量的快速增加，使得船舶的运输环境更加复杂，因而导致船 舶发生溢油污染的风险也随着增大，如今船舶溢油污染已成为全球海洋污染倍受 关注的焦点之一。 1 9 8 9 年3 月2 4 h ，美国某石油公司的埃克森瓦尔迪兹号油轮在美国阿拉斯加 洲威廉王子湾触礁造成船体破裂，因此导致船载的3 7 0 0 0 t 原油流入威廉王子湾四 周水域，受污染的海岸线约有8 6 0 0 k m 。因为这次溢油事故，造成受污染的水域中 大量的水生生物和海鸟死亡，当地渔民被迫关闭了赖以生存的渔场和相关设施， 沿岸几十家企业受到严重的影响而濒于倒闭。为此，埃克森公司的经济损失高达 近百亿美元【2 1 。 1 9 9 9 年3 月2 4 日，我国的珠海市伶仃水道发生“闽燃供2 号”油轮与“东海2 0 9 号 油轮碰撞事故，共有5 8 9 7 t 重油溢出。事故发生后，油污迅速扩散到中山、深 圳和珠海等地，受到污染的海岸线有5 5 k m ，而被污染的海域超过3 0 0 k m 2 。同时受 到污染的还有珠海的人工沙滩；淇澳头至九洲的白蚬护养殖区；香洲、淇澳岛养 殖场等。很多海水养殖产品如鲈鱼、蟹、牡蛎等因污染而死亡。另外，淇澳岛上 有超过半数的红树林被溢油污染而死亡，其生物链中的海鸟、鱼、虾等也大量死 亡，而本次溢油事故对该地区生态环境的损害更是无法估量的。 绪论 2 0 0 1 年1 月1 6 h ，“杰西卡 号油轮在厄瓜多尔加拉帕戈斯群岛的圣克里斯托 瓦尔岛港口附近海域触礁搁浅，船体向右舷倾斜。由于船上的油泵被损坏，油料 泄漏使加拉帕戈斯群岛海面形成1 3 0 k i n 2 的油膜，油污已经达到该群岛的两个岛的 海滩，威胁着岛上及其附近的海狮、伽蓝鸟、大型鬣蜥等珍稀生物，并且有海狮 死亡【3 1 。 2 0 0 7 年1 1 月7 号，由于当时有大雾能见度很低，韩国“中原釜山”号货轮离港后 不久撞上旧金山海湾大桥桥墩，造成船上的约2 2 x 1 0 5 t 原油发生泄漏，不仅影响 了当地的旅游业，而且也给旧金山湾的海洋环境造成了很大的大威胁【4 】。 以上只是列举了近2 0 年来几次典型的船舶溢油污染事故，从中可以看出船舶 溢油污染会对环境和生态造成严重的危害。 属于我国所管辖的海域面积近近3 x1 0 6 l a n 2 ，而且拥有1 8 0 0 0 k m 的大陆海岸线 【5 】。近几年来我国的石油进口量呈现出明显的的增长态势：2 0 0 4 年我国经海运进口 原油共1 1 1 0 6 t ，沿海石油运输量超过2 x 1 0 8 t ；2 0 0 5 年我国已成为仅次于美国的 世界第二大石油消费国；2 0 0 6 年我国沿海石油运输量达到4 3 1 1 0 8 t ，其中运输原 油1 8 7 1 0 8t 1 6 1 。据统计，2 0 0 6 年仅航行于中国沿海水域的船舶已达至u 4 6 4 万艘次【刀。 伴随着运输船舶数量的迅速增加，由船舶溢油事故所造成的对海洋污染的威胁也 变得日趋严重。据统计，1 9 7 3 年至2 0 0 6 年之间发生在我国沿海的船舶溢油事故总 计2 6 3 5 起，频繁的船舶溢油事故不仅严重地危害了海洋生态系统，而且对社会经 济的快速发展和对海洋环境的保护都是非常不利的【8 1 。 随着船舶溢油事故潜在风险的增大，预防溢油事故发生比事故发生后再进行 应急处理更具有现实意义。因此，有必要进行船舶溢油事故风险评价的研究，在 科学分析的基础上给出风险预报，以便采取相应的预防措施，从而使船舶溢油污 染尽可能降低到最低程度。 1 2 国内外研究现状 为了保护海洋环境和防止海洋发生溢油污染，长期以来国际社会进行了不懈 的努力。从二十世纪6 0 年代末至7 0 年代末的十年间，国际海事组织先后通过了 2 基丁多层次灰色模型的船舶溢油风险评价研究 1 9 6 9 年国际干预公海油污事故公约、( 1 9 6 9 年国际油污损害民事责任公约、 ( 1 9 7 1 年关于设立国际油污损害赔偿基金的公约、1 9 7 3 年国际防止船舶造成 污染公约及1 9 7 8 年议定书( m a r p o l 7 3 7 8 ) 等一系列公约和很多的关于这 些公约的修正案及议定书，这对于控制发生海洋溢油污染以及避免其进一步恶化 有非常重要的意义。 对溢油风险评价的研究国内外学者主要从如下三个方面进行：一是影响溢油 事件的因素分析；二是溢油事件的发生概率；三是溢油风险的动力学模型【9 】。 1 2 1 国外研究现状 直至2 0 世纪7 0 年代环境风险评价才在发达的工业国家逐步形成。而从2 0 世 纪9 0 年代至今，生态风险评价逐渐成为新的研究热点并不断完善【4 】。多数学者对 船舶溢油的发生概率进行模拟是使用以下几种理论：应用随机理论、模糊数学理 论和物元分析理论【1 们。 1 9 7 4 年d e v a n n e y 等人【l i 】通过统计溢油数据，研究了溢油事故的发生次数及其 发生规模的概率特征，他们在研究的过程中使用的是贝叶斯分析法。 1 9 8 3 年r o b e nh s c h u l z e 1 2 】等人把所研究范围内的船舶事故的概率、溢油概率 与船舶通量相结合的方法，重点分析了能见度对油船事故的影响，最后得出了所 研究范围内船舶发生溢油的概率。但是这种方法有一个缺点，它并不能用于计算 每一种油船的溢油概率。 溢油风险分析( 0 s r a ) 模型【1 3 】是美国d o i 开发的，这个模型对溢油轨迹进行了 模拟，并且结合给定时间和给定地点影响溢油敏感区域的条件作为条件概率，然 后利用泊松分布计算了溢油基础概率，最后得到了溢油影响环境资源的综合概率。 有文献【1 4 】采用1 9 7 4 至1 9 9 2 年间全世界范围内油轮的溢油数据和1 9 6 4 年至 1 9 9 2 年间美国外大陆架的海上输油管线和钻井平台的溢油纪录数据对溢油概率的 估计进行了改进，这种方法在实际中得到广泛的使用f 1 5 】。但是，这种方法常常会 受到历史记录以及数据来源的限制，计算结果有时就显得粗糙。 3 绪论 1 2 2 国内现状 相对国外而言，我国的溢油风险评价起步较晚，目前溢油风险评价尚无统一 的方法，还没有一套适合中国的有关风险评价程序和方法的技术性文件【1 6 】，近十 年来，我国的溢油风险评价工作取得了的发展。目前我国研究人员对船舶溢油事 故的风险评价研究概括起来有以下几种方法： 第1 种方法是采用事故树的方法。如陈国际【1 7 】等以模糊数学的综合评判为基 础，通过综合的分析技术人员的因素，对能够导致船舶海事的人为因素进行了量 化评价，从而向船员和管理人员提供了防止人为失误的方法。李品芳【1 8 】考虑了导 致油船溢油的一些基本因素：如船舶吨位、船舶类型、天气状况和人为因素等因 素，然后采用模糊数学法研究了港口区域溢油区化问题。田海潮【1 9 】用模糊数学理 论建立了京唐港船舶溢油风险评价模型，然后以建立的评价模型为基础开发了船 舶溢油评价软件，从而对京唐港防止船舶溢油的发生提出了相应的对策。 第2 种方法是运用概率论和数理统计的方法。如肖景坤【冽等应用线性规划理论、 概率与数理统计理论、人工神经网络理论等理论相结合的方法，根据我国海域内 船舶溢油德尔历史数据，利用泊松二次分布法对船舶溢油发生的概率进行了预测， 分析了溢油量不同的船舶发生溢油次数的概率特点，对我国海域内发生船舶海上 溢油事件的风险概率问题进行了全面的理论分析与应用研究。李品芳、殷佩海【2 l 】， 金海明、施欣【2 2 】等人分别用该方法预测了厦门港和宁波港的船舶溢油风险概率， 该方法适用于航道、锚地、泊位等地发生船舶碰撞、破损等事故造成的较大规模 溢油事故，但对码头前沿水域，由于装卸事故、操作失误等造成的小规模溢油事 故不适用。竺诗忍【2 3 】等把条件概率的研究手段用于舟山海域突发性溢油事故的风 险评价研究。孙维维【l 】以大连新港海区油船溢油风险为研究内容，应用模糊综合评 价模型，对该海区内油船溢油的可能性建立了风险评价指标体系。金海明【2 2 1 对宁 波港的进出港油船的溢油风险进行了评估研究，他运用的是a h p 和模糊综合评估 相结合的方法。 第3 种方法是系统的灰色理论方法。如马会等【2 4 】重点研究了船舶操纵环境的危 险度，他使用的是灰色系统理论的灰色聚类和灰色统计的方法。高岩松f 2 习、赖强 2 6 】 4 基于多层次灰色模型的船舶溢油风险评价研究 采用灰色理论的方法研究了港口区域发生溢油的危险度。杨军【2 7 】等采用灰度与隶 属度相结合的灰色模糊评价方法，根据灰色模糊数学理论对港口船舶溢油的风险 进行了区划，结果表明这种方法是比较客观的。 第4 种方法是神经网络的方法。如肖景坤【2 0 】利用人工神经网络系统建立了船舶 溢油风险程度甄别的评价模型，构建了可用于不同海域之间发生船舶溢油危险横 向比较的神经网络系统。耿晓辉【2 8 】采用模糊神经网络方法建立了溢油事故等级评 价的数学模型，根据影响船舶海上溢油的8 个因素对船舶溢油事故的等级进行了评 价。 第5 种方法是统计的方法【2 9 1 。采用统计数据进行规律分析方法对事故的可能性 进行分析。统计法的思路是在目前航行条件基本不改变的情况下，根据历史资料 来推算事故发生的可能性。这种方法可以用来推导数千吨乃至数万吨的溢油事故 的可能性，但其准确程度需要深入验证。 1 3 本文研究的主要内容 第l 章主要说明了本课题研究的目的和意义；概括了国内外溢油风险评价的研 究现状；总结本文研究的主要内容。 第2 章分析了海洋油污染的来源；说明了溢油在海洋环境中的风化过程；总结 了溢油的危害。 第3 章主要阐述了渤海海域的自然状况、海域内港口发展概况。 第4 章在对以往溢油事故数据分析的基础上分析了影响溢油事故的因素。通过 分析总结，为下面章节确定评价指标体系，建立多层次灰色模型奠定了基础。 第5 章首先介绍了多层次灰色评价的方法，然后建立了多层次灰色评价模型。 通过计算得出灰色评价系数、灰色评价权向量以及权矩阵，最后根据计算结果做 出综合评价。 第6 章主要是用两个实例来验证本文提出的多层次灰色评价模型。 5 船舶溢油污染及危害 第2 章船舶溢油污染及危害 海洋环境中出现大面积溢油，会对受污染海域的环境状况和生态系统造成严 重的影响【3 0 】。有文献报道3 1 1 在我国近海的某些海湾已经出现了一定规模的溢油污 染，从而导致了受污染水域生态环境恶化的情况。所以进行船舶溢油污染及其危 害性的研究显得尤为重要。 2 1 海洋环境中石油污染的来源 海洋环境中石油污染的来源可分为人为活动来源与天然来源两类【3 2 1 。见下图 2 1 。每年进入海洋环境中的石油大约有3 2 1 0 6 t 【3 3 1 ，海洋石油污染的主要来源是 海洋运输船舶【3 4 1 ，每年大约为1 4 7 x 1 0 6 t ，这种溢油占石油年入海量的4 6 【3 5 1 。 图2 1 海洋中的石油来源 f i 9 2 1t h eo i l ys o u r c ei nt h es e a 6 基丁多层次灰色模型的船舶溢油风险评价研究 海洋环境中最主要的污染物质是油类物质，其中船舶污染3 5 。据有关资料 统计，近几年海洋溢油中由于船舶溢油所造成的污染主要是因为船舶违法排放、 船舶事故和船舶操作不当引起的【3 6 1 。 2 1 1 船舶造成的海洋油污染 船舶油污染主要包括如下3 种：船舶事故性溢油；船舶违章排放造成的油污 染；船舶装卸作业中的操作溢油。 ( 1 ) 船舶事故性溢油 导致发生船舶油污染事故的原因主要有以下五种：一是因为船舶失控造成的 溢油污染事故。如2 0 0 6 年2 月2 7 日，在通过苏伊士运河时，一艘利比里亚籍油 轮由于船舶舵机发生技术故障而失灵，导致船舶撞上了运河河堤，造成船上3 0 0 0 t 重油泄漏。二是因为船体破损或断裂造成的污染。如2 0 0 5 年8 月2 1 日，巴拿马 籍“海洋皇后”轮在航行途中由于货舱出现漏洞，导致了约8 0 t 二甘醇泄漏入海。三 是因为船舶触礁造成污染事故。如2 0 0 5 年4 月3 日，葡萄牙籍某油轮在靠泊大连 新港码头途中，由于受水流的影响而触礁，从而导致船体出现破损，有约2 0 t 原油 溢出。四是因船舶碰撞造成的污染。如2 0 0 5 年4 月8 日，在长江口水域韩国籍某 轮与另一艘船发生碰撞，导致该轮船体破损，约6 7 t 甲苯和燃油泄漏入海。五是因 为在货物装卸过程中操作过失造成的污染。如中国长航集团公司的“大庆4 3 5 ”轮在 香港码头卸油时，由于操作人员的疏忽，通往污油水舱的腰节阀没有关闭，造成 在卸油时，有部分货油驳到污油水舱，导致污油水舱油品溢出入海。 ( 2 ) 船舶违章排放造成的油污染 按照防止船舶污染海域管理条例和海洋环境保护法的规定，虽然对 船舶违章排污的行为要进行非常严厉地处罚，但因为部分船员保护海洋环境的自 觉性和防污意识比较差，所以会存在着一些个体船舶违章排污的情况，将机舱污 水不经过处理直接违章排入海中。另外一个方面，因为一些船龄较长的老旧船舶 的机器设备老化，机舱里跑、冒、滴、漏的情况也非常严重。 ( 3 ) 船舶装卸作业过程中的操作性溢油 7 船舶溢油污染及危害 造成海域油污染的另一种重要的途径是船舶装卸作业过程中的溢油污染以及 输油管线内部的残油回流造成的油污染。造成这种溢油污染有如下两个方面的原 因：一是在装卸货油过程中，装卸人员在货舱油满时不能及时停泵所造成的溢油 污染；二是船舶在卸完油成后进行顶水扫管线作业时，操作人员不按操作程序作 业，因而导致了输油管内的残油回流入海造成海洋油污染。 2 1 2 海洋石油开发对海洋造成的油污染 我国海域石油蕴藏量十分丰富，海洋石油开发的步伐也在加快，目前多数开 发者都集中在近海海域勘探和开发。在海洋石油勘探开发的过程中，有的钻井船 和采油平台，由于他们的环保意识相对比较薄弱，常常人为地将大量的含油污水 不断地排入海洋，在不同的程度上对我国近海海域的自然环境造成了一定的影响。 因此，海洋石油开发也是目前造成海洋污染的原因之一。海洋石油开发对海洋造 成污染主要表现在：( 1 ) 生产( 工作) 含油污水排入海洋。( 2 ) 意外漏油、溢油、井 喷等事故的发生。( 3 ) 人为过程中和自然过程中产生的含油污水流入海洋中。石油 进入海水中，对海洋生物的危害是非常严重的。 2 2 溢油在海洋环境中的风化过程 海洋环境中一旦出现溢油，这些溢油在风、浪、流、水温、气温、光照和生 物活动等因素的共同作用下，不管是溢油的数量还是溢油的化学成分、理化性质 等很多方面都随着时间的变化而不断地发生着变化【3 7 】【3 8 】【3 9 1 。这种变化过程就是通 常所说的溢油的风化过程。溢油在海洋环境中的风化过程主要包括以下6 种：即 溢油的蒸发过程、溢油的光化学氧化过程、溢油的溶解过程、溢油的乳化过程、 溢油颗粒的吸附沉降过程和微生物对溢油的降解过程等，所有的海面溢油都要经 过这些风化过程。图2 2 就描述了是海上油膜的风化过程。国外很多学者对进入海 洋后的溢油的风化过程做了大量的研究性工作 4 0 1 4 ，我国于1 9 8 4 年开始研究海面 溢油的风化过程 4 2 1 。一些研究人员为了更详细深入地研究海上溢油的风化过程， 8 基于多层次灰色模型的船舶溢油风险评价研究 他们在试验室中进行了大量的溢油模拟试验，得到了许多宝贵的资料。 风向 _ i o 蠢膏 图2 2 海上溢油风化过程示意图 f i 9 2 2t h es k e t c hm a po ft h eo i ls p i l lw e a t h e r i n gp r o c e s si nt h es e a 2 3 溢油的危害 溢油的危害是多方面的，可概括地分为如下3 种：溢油对健康的危害、溢油 对安全的危害和溢油对环境的危害【4 3 1 。 2 3 1 溢油对健康的危害 溢油中苯及苯的衍生物对人体健康的危害是最典型，这些苯类物质对人体危 害的急性反应症状有很多，如眼睛流泪、头痛、反应不灵敏、味觉反应迟钝、昏 迷等。危害程度比较严重时还会出现呼吸困难、心跳停止，最严重的会造成死亡。 这些中毒症状主要是因为油类物质的蒸气造成的，除了其蒸气能导致人体中毒外， 油类物质的毒害作用还会通过以下3 种途径对人体产生危害：( 1 ) 吸入：由于油的 9 船舶溢油污染及危害 薄雾或泡沫通过呼吸直接吸入人体肺部而导致的中毒。( 2 ) 皮肤接触：一旦发生溢 油，那么人体皮肤是最容易接触到溢油的，这是溢油对人体健康造成危害的主要 途径。原因是当皮肤接触到油类物质时，这些油类物质就会通过皮肤表面的毛囊 以及汗腺直接对人体造成危害，这种危害有时很严重而且反应也很快。人体皮肤 若长时间与油类物质接触，就会引起各种皮肤病，严重时甚至会导致癌症。( 3 ) 摄 取：用被油类物质污染的手抓取食物或抽烟时就会引起摄取中毒，偶尔也会发生 意外吞食的情况。总而言之，长期暴露在含有苯及其衍生物的油类物质的环境中 会造成较高的癌症发病率( 特别是白血病) 。 2 3 2 溢油对安全的危害 因为绝大多数油类物质都具有很高的危险性，例如油类物质的易燃性和易爆 性等，所以当溢油事故发生后，不管是对个人安全还是对公共安全都会产生很大 的威胁。在溢油的初始阶段，发生溢油的区极可能存在易燃气体，这些气体遇到 明火就会燃烧而导致火灾，当油气浓度大时甚至可能发生剧烈的爆炸。溢油的易 燃危险性主要是由于溢油中轻组分的含量所决定的，如果其中所含的轻组分的含 量越多、沸点越低，则这种溢油的易燃危险性就越大。例如有些原油中甲烷、乙 烷等轻组分的含量比较大，那么这种原油的易燃危险性就比较大，因为其闪点相 对来说是比较低的。 2 3 3 溢油对海洋环境的危害 因为油类物质本身具有毒性，所以当有溢油进入海洋时，这些溢油就会对海 洋环境造成多方面的的危害。它不仅会危害到海洋的自然环境和自然资源，还会 危害到海洋野生动、植物以及海洋水产资源和养殖资源等。 ( 1 ) 船舶溢油会危害到海洋生物 最容易受船舶溢油污染的海洋初级生物就是海洋浮游生物，一方面是因为这 些海洋浮游生物对油类的毒性极其敏感；另一方面是因为这些海洋浮游生物是与 水体连成一体的，所以它们会吸收大量的海面溢油。此外，由于漂浮在海面上的 浮油会遮蔽太阳光，这样对海上浮游植物的光合作用会造成严重的影响，因此加 1 0 基丁二多层次灰色模型的船舶溢油风险评价研究 快了这些浮游生物腐败变质的速度。同时如果这些海洋浮游生物由于受到污染而 腐败变质的话，则以浮游生物为食的其他的一些较高级的海洋生物的生存也将会 受到严重的威胁。 ( 2 ) 船舶溢油会危害到鸟类 一旦发生海上溢油，这些溢油对鸟类尤其是进行潜水捕食的鸟类的危害是最 大的。以鱼类和小的海洋浮游生物为食的这些鸟类，当它们与海面浮油接触后， 鸟的羽毛就能吸收大量的浮油，使得羽毛失去其原有的防水及保温的能力。另外， 鸟类在用嘴整理沾满油污的羽毛的过程中，很容易把附着在羽毛上的溢油摄取到 体内而损伤其内脏，这样就会导致受溢油污染的鸟类中毒而死。 ( 3 ) 船舶溢油会危害到海洋哺乳动物 海洋溢油污染对不同的海洋哺乳动物的危害程度是不同的。成年的海豹、海 豚和鲸鱼等哺乳动物，因为它们对海洋溢油极其敏感，所以一旦出现溢油，这些 动物就能迅速地逃出溢油的水域而避免受到溢油的污染。但是有些海洋哺乳动物 如一些小海狗、成年的海豹以及水獭等，由于这些海洋哺乳动物不愿意离开它们 的栖息场所，所以当它们在海滩上栖息时就会受到溢油污染的危害，严重时甚至 会引起死亡。 ( 4 ) 船舶溢油会危害到浅水域及其附近的岸线 多数海洋生物活动的最集中的水域通常就是浅水域，如幼鱼、珊瑚和贝类等。 如今在社会上引起强烈反响的溢油污染的危害就是对该类水域所造成的污染危 害。而溢油对浅水域附近的岸线及沙滩的污染就会对当地的旅游业的发展产生影 响，如果溢油污染发生在旅游旺季，则对旅游业所造成的危害就是无法估量的。 另外，在浅水域及其附近岸线的盐业和海水淡化设备都会受到溢油污染的危害。 而红树林、沼泽和湿地等这些遮蔽的岸线，因为有很高的资源价值，一旦发生溢 油污染，对它们所造成的危害是难以估量的。 ( 5 ) 船舶溢油会危害到渔业的发展 幼鱼和成鱼对溢油的敏感度是不同的，成鱼对溢油非常敏感，因此一旦发生 溢油，它们就会迅速地游离溢油水域，而幼鱼则是生活在浅水域，受到溢油污染 船舶溢油污染及危害 的可能性就很大。溢油对渔民的危害主要表现在两个方面，一方面是由于溢油污 染对当地的渔业资源带来的危害；另一方面是由于溢油污染对网具的危害。 ( 6 ) 船舶溢油会危害到水产养殖业 一旦在近海海域发生溢油污染事故，则对此海域的水产养殖业就会造成巨大 的危害。例如在网箱里养殖的鱼因不能逃离，这部分鱼一旦受到溢油污染后根本 就不能食用。另外，如海带、贝类、海参等近岸养殖的海产品也是如此。 2 4 本章小结 本章包括如下3 个方面的内容： 一是分析了海洋油污染的来源，阐明了船舶溢油污染和海洋石油开发是引起 海洋油污染的两大途径。 二是说明了溢油在海洋环境中的风化过程，其中包括溢油的蒸发、溶解、乳 化、吸附沉淀、光氧化和生物降解等几个过程。 三是总结了溢油的危害，主要包括溢油对健康、安全和环境3 个方面的危害。 1 2 基于多层次灰色模型的船舶溢油风险评价研究 第3 章渤海海域概况 渤海是我国北方的内海，曲折的海岸线环经我国的辽宁、河北、山东、天津市之间， 它三面环陆一面通过渤海海峡与黄海相连接。渤海沿岸良港众多，航运繁忙，渔业捕捞 日益发展，滩涂养殖方兴未艾，在我国的经济发展中占有非常重要的地位。拥有丰富的 海洋资源是渤海的特点，而且渤海也是我国石油运输得最重要的海匕通道。近年来，随 着渤海海上石油运输量的增加，船舶溢油污染事故也不断出现，据不完全统计， 从1 9 9 1 年至2 0 0 5 年间共发生5 0 t 以上的船舶溢油事故1 5 起，溢油总量超过2 4 6 3 t 。 从统计的数字可以看出，近年来，由于海上石油运输量的增加，不仅船舶溢油事故 次数成倍增长，而且溢油总量也是翻倍增加。溢油不仅造成严重的海洋和环境污 染，影响水产业和旅游业的发展，而且也严重地破坏了生态系统的功能。为了增 加石油的储备量，我国已在渤海地区的大连、天津等3 个主要的的沿海城市设立 了储存石油的基地，例如已经在大连港新建成有一个2 x 1 0 5 t 级别的和3 1 0 5 t 级别 的油码头各一个，平均年进口石油可达2 x 1 0 7 t ；另外天津港已经拥有1 5 x 1 0 5 t 级 别的和2 1 0 5 t 级别的油轮码头；渤海海域其他各港口都在提高码头的接卸能力， 整个渤海经济圈石油运量占全国运量的l 3 耐3 9 1 ，因此可以说渤海海域船舶发生溢 油的风险正在日益加大。对于渤海这样一个半封闭的海域，一旦发生船舶油污染 事故，所造成的危害远比其它海域要大。 3 1 渤海海域的地理位置 渤海海域主要由三湾一峡组成，即北部的辽东湾、西部的渤海湾、南部的莱州 湾及东部与黄海相连的渤海海峡。渤海海域是指从辽东半岛的丹东和大连两市海 岸线交界处与山东半岛的威海、烟台两市海岸线交界处之间的连线为界以西的海 域，见图3 1 。由黄海向内陆伸入的一个大海湾就是渤海海域，其中包括渤海湾、 莱州湾和辽东湾。渤海海峡连接着渤海和黄海，渤海海峡口最窄处宽度只有5 7 海 里，其中有3 0 多个岛屿，较大的包括钦岛、砣矶岛、南长山岛和皇城岛等。渤海 海岸线全长约3 8 0 0 k m 。 渤海海域慨况 j 一 幽3 i 渤海的地理侥置 f i 9 31q h e l o c a t i o n o f b o h a i 32 渤海海域主要生态资源概况 3 21 国家级和省市级的自然和生态资源保护区 渤海的生态环境橄为重要，渤海海域_ 而被陆地包围，一而通过渤海海峡与 黄海相通。山丁萁特蛛的地理位置，所以在渤海海域的周边有很多国家纽及省市 级自然资源和，l 态资源保护区，现有包括蛇岛在内的国家缴、地方级海洋自然保 护区近2 0 处。 在渤海海域内的国家缴的珍稀、濒危物种保护区丰要存大连斑海豹国家缎自 然保护区、山东省的长岛困家级自然保护r 、黄河二角洲地区自然保护阿、辽宁 省的般台河l 1 国家级自然倪护医和昌黎黄金海岸幽家缴海洋自然保护区等。国家 纽的自然保护区、重要生态资源保护区主要有山东省的长岛国家级自然保护区、 山东省的滨州贝壳堤岛与湿地系统国家级自然保护区、辽宁省的蛇岛一老铁山国 家级自然保护区和昌黎黄会海岸国家级海洋自然保护区等。这些珍稀、濒危物种、 基于多层次灰色模型的船舶溢油风险评价研究 自然保护区和重要生态资源保护区是具有很高生态价值的环境资源，它们对溢油 极为敏感。 在渤海海域内省市级自然、地貌保护区主要有山东潍坊莱州湾近江牡蛎原种 自然保护区、大连海王九岛海洋景观自然保护区、大凌河口滨海湿地自然保护区、 大港古泻湖自然保护区、庙岛群岛海豹自然保护区以及庙岛群岛海洋自然保护区 等等。 3 2 2 重要的旅游风景区和水产养殖区 在渤海海域内重要的旅游风景区主要有长兴岛旅游区、兴城海滨大、小笔架 山旅游区、北戴河旅游区、浮渡河口沙堤自然保护区、山海关旅游区、南戴河旅 游区以及一些海岛如养马岛、长岛、蓬莱阁的“海市蜃楼”和海滋、长山群岛、 等。这些资源的生态价值都很高，对溢油污染也非常敏感。另外一方面渤海海域 内的海洋自然水产资源和水产养殖资源包括了沿岸海域渔业养殖区和近海海域的 渔业捕捞区。著名的烟威渔场就是沿岸海域渔业养殖区，这个区域是各种蟹类、 鱼、虾等海洋生物的产卵场和繁殖区。沿海还有许多海上养殖场，如威海周边海 域就有许多这样的海上养殖场，这些养殖场主要养殖经济鱼类，贝类，海带等， 近几年又陆续开始尝试海参的养殖。所有这些海产品都具有很高的经济价值，沿 海渔民的主要生活来源也是这些海产品，所以有必要保护好这些渔业资源。另外 渤海具有丰富的海水资源，利用这些海水资源，长期以来沿海地区的居民在海区 内已经建有二十多个盐田，长芦盐区是中国最大的盐场，盐产量占全国的1 3 弱。 烟台地区沿岸也有十个盐场，盐田面积超过1 6 0 姘，这些盐场生产的产品不仅保 证了居民的生活用盐和工业生产用盐，而且为我国的医药卫生等其它经济领域提 供了不可缺少的资源，所以需要更好地保护盐场资源。 3 3 渤海海域的水文和气象状况 气候：渤海海域大陆性季风气候显著，水文状况变化复杂。由于渤海湾为三 面环陆的半封闭性海湾，位于中纬度季风区，离蒙古高原较近，因此，气候有显 渤海海域概况 著“大陆性 特征：一是季风显著；二是冬寒夏热，四季分明，春秋短促，气温 年变差大；三是雨季很短，主要集中在夏季，7 、8 两月降水量占全年的6 4 至 6 8 ，春季少雨，降水量的年际变化也很大。 水温：由于受到大陆性气候的影响，渤海海域的水温等值线大致与海岸平行， 从沿岸水域向外海水域，其水温的数值是逐渐减小的。冬季平均水温1 2 ，以1 月最低，略低于o ；夏季水温高于2 0 ，以8 月最高，约为2 8 。冬季常结冰， 冰期始于1 2 月终于翌年3 月，冰量为5 8 级( 以冰盖面占总海面的十分比为级) 。 潮汐：由于渤海海域的潮汐受到北黄海潮波的影响，因此大部分地区一般是 每日出现两次高潮和两次低潮，只有秦皇岛附近水域基本上每日只有一次高潮和 一次低潮，因为这里地势隐蔽且海水迟滞作用较大。因此渤海的潮汐属正规和不 正规半日潮，潮差一般在0 5 m - - 4 o m 左右( 渤海沿岸平均潮差为0 7 m 一2 7 m ) 。 渤海海域的潮流系统主要是半日潮，石城岛至庄河一线以东的海域属于正规半同 潮，此线以西的海域至渤海海峡则为不正规半日潮。而辽东湾、渤海湾和莱州湾 三个海湾均为正规半日潮，渤海海域中部的龙口至成山头一带的水域则为不正规 半日潮。渤海海域的海浪以风浪为主，平均波高约为0 6 m ，最大波高可达 4 o m 一5 o m 。 海流：渤海海域的海流可分为2 类：一类是属于大洋系统的寒暖流；另一类 是渤海海域内的沿岸流。渤海海域的大洋性海流受黑潮暖流和东海寒流两方面的 影响。在夏季，黑潮暖流的分支经黄海进入渤海，对渤海的水文和气候都有显著 影响；在冬季，由于黄渤海北部得水温逐渐降低，因而就会形成一股寒冷的水流， 从渤海向东海流动，这样就形成了冬季的东海寒流。渤海海域的沿岸流也有两个 分支：一支是受东北风的影响，从秦皇岛一直到渤海湾，大致呈东北一西南向， 在冬季经常与南下的寒流汇合从而增强其势力；在夏季则与从黄海进入的冷水团 汇合，对秦皇岛以及北戴河一带有直接的影响，因此使上述地区的气候凉爽；另 一支受东南风的影响，从黄河口附近一直延伸到渤海湾，大致呈东南一西北向， 春季和夏季相对较强，进入秋季后由于被北部南下的沿岸流所替代将会逐渐减弱。 风：渤海海域的风，冬春两季多为北风或西北风，夏秋两季多为南风。 1 6 基于多层次灰色模型的船舶溢油风险评价研究 3 4 渤海海域主要港口及各港口吞吐量发展概况 3 4 1 渤海海域主要港口发展概况 整个环渤海地区呈现“c ”字型分布的海陆地形，沿岸地区的各个港口则是沿 “c ”字依次分布，其中包括烟台、天津、秦皇岛、营口以及大连等港口，这些港口 形成了一个规模相对较大的港口群。由于整个环渤海地区海陆形状的“c 字型的特 点，这样就使环渤海各港口之间的运输距离更短，因此各港口之间的经济来往就 比较频繁，相对于渤海海域以外的海域而言，渤海海域内的各个港口之间就形成 了一个相对独立的港口体系见图3 2 。天津港、秦皇岛港和大连港是渤海湾地区的 最大的3 个港口，其中我国最大的人工港就是天津港，它濒临渤海湾，整个港区 现有水域面积近2 0 0 k i n 2 。大连港和秦皇岛港则是大型的现代化综合性港口，可以 装运散粮、散矿、煤炭、原油、集装箱等货物，具有配套齐全的设备设施、完善 的服务功能、优越的运输条件等方面的优点。 随着社会经济的飞速发展，环渤海地区在大型港口迅速发展的同时，中小港 口如龙口港、锦州港、京唐港、营口港等发展也很迅速，这些中小港口形成了渤 海港口群发展的新亮点。整个环渤海地区计划在2 0 1 0 年需新增港口吞吐能力 7 4 1 0 8 t ，重点建设集装箱、进口铁矿石和原油以及煤炭装船中转运输系鲥3 9 】，其中 大型进口铁矿石接卸能力达至l j 9 x 1 0 7 t ；集装箱码头接卸能力达到2 4 0 0 万标准箱 ( t e u ) ；大型进口原油接卸能力达到3 1 0 7 t ；大型煤炭装船能力达到2 3 3 x 1 0 8 t 。 1 7 渤海海域概况 i 公善 ，矿“ 堆一4 r i 蓝訾 4 幽3 2 渤海海域港口体系示意嘲 f i 9 32 t h es k e 【c h m a p o f