（轮机工程专业论文）葫芦岛港船舶溢油风险评价研究.pdf

中文摘要 摘要 在环境保护日益为人们所重视的今天，海洋环境的保护和船舶事故频率的研 究也越来越为人们所关注。近年来，国内外研究了许多油船发生溢油的概率计算及 溢油活动的模拟，比如美国学者r o b e r th s c h u l z e 等人给出了s t m a r yr i v e r ，范围 内溢油发生的概率表示，日本学者s e r g e y 等利用粒子追踪模型进行了溢油活动的 模拟研究。这些计算方法往往是相对简洁的，而且还受到数据来源和历史记录的 限制，计算结果也较为粗糙。随着世界航运业的发展和大型油轮进口原油的增加， 船舶发生事故的潜在风险日渐增加，因此有必要对其可能发生事故进行专门的研 究。本文通过对船舶易发生的事故分别建立数学模型，计算出船舶发生事故的频 率，并指出事故多发区地带以及船舶发生何种事故的频率最高；然后根据p o m 得 到所研究区域的潮流流向并模拟出一旦船舶发生溢油后，油膜在在潮流影响下的 行为轨迹；最后，画出风险接受矩阵。 应用上述理论与方法，本文结合葫芦岛港柳条沟港区，计算了在此区域船舶 发生碰撞、漂移性搁浅、操纵性搁浅、火灾爆炸以及船体破损等事故的频率，但 船舶发生事故后导致溢油的频率有待进一步研究。随后在此基础上，首先利用p o m 得到该区域的潮流场，然后假定在事故多发地带发生溢油并进行溢油油膜轨迹的 预测和模拟。最后，结合船舶事故频率和溢油量画出风险接受矩阵。 关键词：风险；事故频率；溢油；p o m 英文摘要 t h eo i ls p i l lr i s ka s s e s s m e n to ft h ep o r to fh ul u d a o a b s t r a c t n o w a d a y s ，a si n c r e a s e de m p h a s i si sp u to ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，m a r i n e e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o na n dr e s e a r c h e so nt h ef r e q u e n c yo fs h i pa c c i d e n t sa r eg o tm o r e a t t e n t i o n m a n yr e s e a r c h e si na c c i d e n t sf r e q u e n c yo ft a n k e ro i ls p i l la n di t ss i m u l a t i o n o fs p i l la c t i v i t i e sh a v e b e e nc a r r i e do u ti nr e c e n ty e a r s ，s u c ha st h eh s c h u l z e ，a m e r i c a n s c h o l a r , d e v e l o p e dw i t ht h ep r o b a b i l i t ye x p r e s s i o no fo i ls p i l l st h a to c c u r r e di nt h es c o p e o fs t m a r yr i v e r , t h ej a p a n e s es c h o l a rs e r g e yd i das i m u l a t i o nr e s e a r c hb yp a r t i c l e t r a c k i n gm o d e l t h e s ec a l c u l a t i o n sa l er e l a t i v e l ys i m p l e ；a n dr e s t r i c t e dw i t ht h ed a t a s o u r c e sa n dh i s t o r i c a lr e c o r d sw h i c hl e a dt or o u g hr e s u l t s w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h e w o r l ds h i p p i n gi n d u s t r ya n dt h ei n c r e a s e di m p o r to fc r u d eo i lb yv l c co ru l c c , t h e p o t e n t i a la c c i d e n tr i s ko fs h i pi si n c r e a s i n g ；t h e r e f o r e ，i ti se s s e n t i a lt ot a k es p e c i a l r e s e a r c ho na n ya c c i d e n t st h a tm a yo c c u r t h em a t h e m a t i c a lm o d e l so ns h i p so f a c c i d e n t - p r o n ea r es e p a r a t ee s t a b l i s h e d ，t h es h i p sa c c i d e n tf r e q u e n c ya r ec a l c u l a t e d ， a n dp o i n t e do u tt h es t r i pa c c i d e n t - p r o n ea r e a s ，w h i c ha c c i d e n tr e p r e s e n tt h eh i g h e s t f r e q u e n c y t h e nt h ec u r r e n td i r e c t i o n sa r ec a l c u l a t e d ，t h ee x c u r s i o n sa r es i m u l a t e da n d d i f f u s i o no fo i lf i l mw h i c ha r eb a s e do nt h ep r i n c e t o no c e a nm o d e l ( p o m ) ，a n df i n a l l y g i v et h er i s ka c c e p t a n c em a t r i x b ya b o v et h e o r ya n dm e t h o d s ，t h ec o l l i s i o n ，d r i f tg r o u n d i n g ，p o w e r e dg r o u n d i n g ， f i r e e x p l o s i o na n ds t r u c t u r a lf a i l u r ea c c i d e n t sf r e q u e n c yi nt h eh a r b o ra r e ao fl i u t i a o g o u a r ec a l c u l a t e d ，b u tt h ef r e q u e n c yo fo i ls p i l ls t i l ln e e df u r t h e rs t u d y o nt h i sb a s i s ，f i r s t u s ep o mt og e tt h ec u r r e n tf i e l di n t h i ss t u d ya r e a ，t h e n ，t h eo i lf i l mt r a c ki nt h e c i r c u m s t a n c eo fa na s s u m i n go i ls p i l la c c i d e n th a p p e n e di nt h ea c c i d e n t - p r o n ea r e aa r e p r e d i c t da n ds i m u l a t e d a tl a s t ，c o m b i n e dw i t ht h ef r e q u e n c yo fs h i pa c c i d e n t sa n do i ls p i l l st o d r a wt h er i s ka c c e p t a b l em a t r i x k e yw o r d s ：r i s k ；a c c i d e n tf r e q u e n c y ；o i ls p i l l ；p o m 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，撰写成博硕 士学位论文 ：夔苣鱼鲞墅舶鲎油丛险透盆硒窥：。除论文中已经注明引用的内容外，对 论：艾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： 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 芙数据库进行检索，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二拷。 不保密口( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名数锑导师签名 1 日期：埘年 葫芦岛港船舶溢油风险评价研究 第1 章绪论 1 1 选题的意义 海洋是地球上仅次于生物圈的巨大生态系统。它起着调节大陆气候，促进全 球水循环的作用，是世界各沿海国家交通往来的航运通道，它蕴含着各种自然资 源，是人类获取蛋白质、工业原料和能源的重要基地。1 9 9 8 年被联合国定为“国 际海洋年”，保护海洋环境，防止海洋遭受污染破坏已成为全世界人们关注的焦点 之一。 海洋污染以陆源污染为主。然而，随着世界航运业的发展，商船队伍的不断 扩大，船舶已成为海洋的一个不可忽视的污染源，其中又以石油污染为主。船舶 石油污染是指由于船舶运输而使石油及其产品对海洋造成的污染，它约占油类对 海洋污染总量的4 7 t 1 1 。随着经济的发展，我国对能源的需求日益增加，从1 9 9 3 年以来，我国己由石油出口国成为石油进口国，作为世界上第三大石油消费国， 2 0 0 3 、2 0 0 4 年石油进口量都超过了1 亿吨，现在已经远远超过这一数字，目前， 我幽足当今世界第二、亚洲第一太石油进口国，进口石油的9 0 通过海上船舶运 输完成【2 】。近几年，随着我国石油战略储备方案的实施，船舶溢油事故发生的风险 也在增加，溢油事故污染给我们造成的经济损失也将呈高增态势发展。 船舶给海洋带来石油污染，主要通过两种渠道：操作性排放和事故性排放。 操作性排放主要是指机舱含油舱底水，油船的含油压载水和洗舱水的排放。这些 含油污水的形成与运输石油的操作工艺和油船动力装置的技术管理有关。事故性 排放分为两种情况：一是船舶发生碰撞、搁浅、触礁等严重船舶事故，造成的石 油污染，这类情况下的溢油是突发的、不确定的，而它给海洋造成的污染往往是 灾难性的；二是供售货油、燃料油作业中的跑、冒、滴、漏所造成的污染。 在通航环境日益复杂，油船大型化的情况下，大规模的溢油风险也随之上升。 有专家认为，我国海域可能是未来船舶溢油事故的多发区和重灾区。船舶溢油的 风险是潜在的，是未知的，根据墨菲法则可知：风险是由系统本身的复杂性、关 联性和不确定性决定的，不管技术安全规范怎么有效，事故依旧会发生，因此我 第1 章绪论 们要在科学的分析和评估基础上，给出风险预报，力求在风险和收益中取得最佳 平衡，所以对溢油风险评估的研究尤为重要。 1 2 油船溢油风险评估的国内外研究进展 1 2 1 国外研究进展 1 9 2 4 年，美国制定了油污染防止法。1 9 5 4 年，英国提出国际防止海洋 油污染公约( o i l p o l 5 4 ) ，它是防止船舶造成油污染国际法的首创。但真正认识 到油污染的严重性是在1 9 6 7 年油轮t o 玎e yc a n y o n 和以后的a m o e oc d i z 、e x x o n v a l d e z 油污事件后，美国从1 9 6 9 年开始举办两年一次的国际溢油会议，反映防治 油污染科技的应用与发展。 溢油风险评估工作对于抑制污染、减少与消除油污染起着重要的指导作用。 国外许多学者应用随机理论方法、模糊数学方法、物元分析方法等，对油船海上 溢油的发生概率进行有效的模拟【孓4 。 1 9 7 4 年，d e v n a n e y 等人【5 7 利用贝叶斯分析对溢油统计数据进行了溢油事故发 生次数、发生规模等概率特征的初步研究。由于对局部海域而言，其范围内发生 的溢油事件概率是非常小的，有时甚至没有溢油的历史纪录，在这种情况下，用 随机理论方法将受到限制，所以这种方法并不适合局部海域的溢油概率分析。 r o b e r th s c h u l z e 等人【8 】通过求条件概率得到溢油概率的方法来计算溢油发生 概率。将s t m a r y 鼬v e r 范围内油船通量与油船事故概率和溢油概率相关联的方式， 分析能见度这个环境因素对油船事故的影响，并得出溢油发生概率的公式。显然， 这种方法并不适合求每一类油船事故引起的溢油概率，因为在一个事故己经发生 的条件下，其溢油与否并不依赖能见度的高低。所以，这种计算方法简洁，但也 较为粗糙。 文献9 1 采用1 9 6 4 1 9 9 2 年间美国外大陆架o c s ( o u tc o n t i n e n t a ls h e l o 的海上钻 井平台和输油管线的溢油历史纪录及1 9 7 4 。1 9 9 2 年间的全球油船的溢油历史数据 对溢油发生率的估计进行了修正，溢油发生率是用每生产或运输一个单位的油， 能引起溢油事故的发生次数来表示的。这种方法在实际中得到广泛的应用。 这些计算方法往往相对简单，受到数据来源和历史记录的限制，计算结果也 葫芦岛港船舶溢油风险评价研究 较为粗糙。因为对局部海域而言，其范围内发生的溢油事件概率是非常小的，有 时其至没有溢油的历史纪录，在这种情况下，采用随机理论方法将受到限制，这 种方法并不适合局部海域的溢油概率分析，同时概率计算无法为溢油事故发生后 实际的应急计划提供可操作性的决策建议。 1 2 2 国内研究动态 相对国外而言，我国的溢油风险评价起步较晚，这一领域的工作尚属起步阶 段，还缺乏系统的方法与研究。随着国际学术交流的增多，我国的溢油风险评价 工作逐步朝着与国际接轨的方向发展。 国内对船舶发生事故的因素分析研究大部分是采用事件树的方法统计分析导 致船舶海事事件发生的因素。如陈国际【lo 】等以模糊数学的综合评判为基础，通过 对技术人员的思想素质、业务能力、心理状况等各方面进行综合的层次分析，对 如何预防人为因素导致油船海事进行了量化评估，向决策者和船员提供防止人为 失误评估的措施；马会等1 1 1 利用灰色系统的灰色聚类和灰色统计的方法，对操船 环境的危险度进行了研究；还有部分学者是通过系统的灰色理论方法对港口危险 度的研究【1 2 】【，对港口管理提出科学性建议。这些对船舶和港口安全进行的因素 分析方法，完全可以借鉴并将其应用于船舶溢油的因素分析当中。 近几年，国内溢油事故的频发使许多学者把重点放在对溢油发生概率的预测 和对油船溢油因素分析的问题上。竺诗忍 15 】等采用条件概率研究手段，假定航行 的油船中，半数载油半数空载，载油油船在航道、泊位、或锚地分别发生碰撞、 搁浅、或船身破损后溢油的概率各为5 0 ，用于舟山海域突发性溢油事故的风险 评价研究；肖景坤掣1 6 h 1 8 】应用概率与数理统计、人工神经网络理论、线性规划等 理论或方法，以我国海上油船溢油历史统计数据为依据，对我国海域内油船海上 溢油事件的风险概率分析、油船溢油的因素分析、油船溢油的危害预报分析等问 题进行了较为全面的理论分析与应用研究；李品旁1 9 】采用模糊数学方法对港口区 域溢油问题进行研究时考虑了导致油船溢油的一些基本因素：油船类型、油船吨 位、油船的技术状态、气候条件、人为因素。然而这些评价分析显得比较粗糙， 并且其对于各种因素对溢油发生可能性影响的确立是较为武断和主观的。与此同 第1 章绪论 时，溢油风险的动力学模拟研究在我国也蓬勃发展起来。国家海洋局第一海洋研 究所l a g f d 实验室研制了溢油漂移全动力模式，模式方程组包括了影响溢油的动 力和非动力因子，采用数值方法求解，并在渤海和南海进行了运用。金梅兵【2 0 】提 出了油膜在海岸处的边界控制条件，讨论了海岸带对油膜的吸附规律，采用溢油 漂移全动力模式对渤海湾大港油田海上平台处的溢油漂移情况进行了模拟；余加 艾【2 】基于溢油与海冰、水、大气的相互作用原理，建立了渤海结冰港区溢油行为 的二维数值模式。到了九十年代，单纯的溢油模型研究逐步上升到溢油动态预测 系统方面的研究。广东海事局与大连海事大学共同开发了珠江口区域海上溢漏污 染物动态预测系统 2 2 ，综合三维潮流模型、三维溢油与化学品漂移扩散模型、溢 油风化模型等预测溢漏油品在珠江口水面及水体中的漂移扩散范围和性质变化过 程，系统的预测结果与现场实际情况比较相符。 总体而言，国内溢油风险研究己取得一定成果，但由于研究时间短、人力物 力资源投入有限等原因，从具体应用效果来看，还没有完善成为先进的体系，与 国际相关成果相比，理论性和实用性均尚有一定的差距。 1 。3 研究的主要内容 1 3 1 采用的评估思路 以往的溢油风险评估路线主要考虑的是哪些因素能够引起船舶的溢油，通过 对这些风险因素的识别来讨论这些因素对溢油影响的大小，从而分析出船舶存在 的风险有多大。本文通过定量分析对船舶发生事故建立模型，得出船舶发生事故 的频率以及导致泄漏的概率。例如，一艘油船在研究的航道上行驶，通过分析得 出这艘船可能溢油的概率很小，以往的溢油风险评估会认为此时风险较小。但是， 如果这艘船装载的油品毒性很大，小概率事件一旦发生，即油船发生泄漏，将会 对海区的环境造成巨大影响，这时就不能单纯的只依靠风险发生的概率来评价风 险的大小，而且还要综合考虑分析溢油量。 本文将葫芦岛港柳条沟港区船舶的风险分析分为船舶事故的频率和发生泄漏 后油膜的漂移路径的预测。鉴于实际船舶发生溢油时事态的紧迫性，所以本文的 重点放在计算船舶发生事故的频率和溢油量以及油膜的漂移路径分析上。在分别 4 葫芦岛港船舶溢油风险评价研究 确定了事故的频率和溢油量以后，本文的风险总体评价将结合事故频率和溢油量 来进行，这样求出来的才是全部的、完整的风险，即 风险= 概率溢油量 1 3 2 研究的主要内容 第一章介绍选题的意义，油船溢油风险评估的国内外研究现状，以及本文的 主要研究内容； 第二章简单介绍定量和定性风险评估的优缺点和风险评估的不确定性以及风 险接受准则； 第三章着重阐述研究海域的水域自然环境、海区航道条件、敏感区域以及船 舶通航密度； 第四章建立数学模型，得出船舶发生事故的频率，并指出何种船舶发生何种 事故的频率最大； 第五章首先预测出船舶发生操作性事故和海损性事故时的溢油量，其次，利 用p o m 计算研究区域的潮流场，最后，对溢油进行简单的油膜漂移模拟及预报； 第六章综合全文，画出风险评估矩阵，并给出风险管理措施和意见； 第七章总结本文所做的工作和存在的不足，对今后的进一步研究提供依据。 1 3 3 本文的主要工作 本文基于国内外溢油风险概率计算的现状，在分析综合已有的通过历史数据 进行计算的方法基础之上，分析海上船舶发生溢油的主要原因，建立计算海上船 舶发生事故频率的数学模型。由于船舶发生大量溢油主要原因是船舶发生事故引 起的，因此本文的主要内容包括以下几个方面： ( 1 ) 船舶在海上航行发生的事故种类很多，本文主要考虑船舶发生碰撞、搁 浅、火灾爆炸以及船体破损，并对这几种事故分别建立数学模型来计算事故发生 的频率，并指出何种船舶发生何种事故的频率最大； ( 2 ) 通过操作性溢油事故的溢油量统计结合葫芦岛辖区污染事故统计表预测 出当葫芦岛港发生操作性溢油事故时，将会导致的溢油量；对海损性溢油事故的 溢油量则是根据船舶类型和船舶吨位来预测的； 第1 章绪论 ( 3 ) 利用p o m 计算研究区域的潮流场，在风与潮流的共同作用下演示出船 舶溢油油膜的漂移轨迹，从而形象的显示出溢油所覆盖的海域； ( 4 ) 根据船舶的事故频率和溢油量，画出风险评估矩阵，并给出风险管理措 施和意见。 6 葫芦岛港船舶溢油风险评价研究 第2 章风险分析的基本理论 2 1 风险定义 从安全的角度而言，风险是指在一定的时间内，由于意外事故的发生给人类 带来危害的可能性，即风险不仅仅取决于危险事故发生的频率，而且还取决于事 故造成后果的大小。目前，通常将风险用事故的发生概率尸和事故产生的后果c 两个指标来表示【2 3 】： r = f ( p ，c ) ( 2 1 ) 风险无处不在，即使很有把握的事情，也可能有意外发生，即风险具有客观 存在性风险评估就是对风险进行识别、评估，做出全面的、综合的分析。风险评 估主要解决以下四个问题【2 4 】： ( 1 ) 可能发生什么意外事件； ( 2 ) 意外事件发生的可能性或失效频率； ( 3 ) 发生意外事件后会产生什么样的后果； ( 4 ) 这种意外事件的风险是否可以接受。 风险评估还与管理决策密切相关。借助于风险评估所获得的数据和结论，并 综合考虑经济、环境、可靠性和安全性等因素，可以制定适当的风险管理程序， 是系统操作者和管理者做出安全决策。有一点需要注意的是，管理者尽量不要参 与风险评估的过程，风险评估人员也应该不受其它因素的影响，特别是管理者政 治因素的影响，这样才能够保证风险评估结果的客观性 2 5 】【2 6 1 。 风险评估作为一种工程技术手段，很好地揭示了意外事故发生的机理和各种 防护措施在事故发生过程中的作用，评估的主要过程有四步【2 7 ： ( 1 ) 危险辨识； ( 2 ) 失效概率评估； ( 3 ) 失效后果评估； ( 4 ) 风险评估。 2 2 风险评估的类型 通过风险评估，可以得到定性和定量的数据，以备决策人在风险管理中做出 第2 章风险分析的基本理论 正确的选择。到目前为止，为了针对不同的系统进行风险评估，发展了多种评估 方法。这些方法可归类为定性、半定量和定量评估三种类型。评估之前，企业的 管理者需要决定采用哪种类型的评估来合理的解决要处理的问题。判断评估类型 的好坏，关键在于风险是否得到了降低和评估的过程是否合理可行【2 8 】【2 9 。 2 2 1 定性风险评估 定性评估实施简单方便，所以很多项目都是采用定性的方法进行评估。通过 定性评估，可以把人员风险、财产风险、环境风险和商业运行风险结合起来进行 统一的考虑。而且，有一些危险识别的方法也可以用来进行定性的评估。这些方 法可以对定性的对危险进行评估，也可以分析风险的降低措施。例如f m e a 可以 对系统的每一种危险的重要性进行评估。危险识别方法用于定性评估并不是最好 的选择，定性评估最常用的方法是风险矩阵法【3 0 1 。根据风险矩阵风险排序的结果， 可以优先对高风险的危险采取风险降低措施。 风险矩阵法是为每一种危险的失效频率( 也称为可能性或概率) 和失效后果都 进行了评估。通过矩阵可以排序每一种危险对应的风险高低及对应的风险降低措 施是否满足需要。风险矩阵一般将失效频率和后果分为3 “个等级。其实，风险 矩阵的大小没有严格的统一的标准，如图2 2 所示。经过系统的危险识别以后，通 常会产生一个危险列表，然后，根据定性评估的标准确定每一个危险的失效频率 和后果等级，产生风险评估的矩阵表。 但是，定性评估对可能性和后果的评估都是根据专家的判断，人为主观因素 占有很大比重，缺少一个风险分析的详细过程。当一个危险能够产生多个事故后 果的时候，而且各种后果的严重程度又是大不相同时，这时就很难断定该危险对 应的后果等级大小。 2 2 2 定量风险评估 定量风险评估是对某一设施或作业活动中发生事故的实效频率和后果进行表 达的系统方法，也可以讲它是一种对风险进行量化管理的技术手段。在定量风险 评估中风险的表达式为 3 1 ： r = 厂巴 ( 2 2 ) 在风险评估过程中，衡量风险通常主要考虑以下三个方面： 葫芦岛港船舶溢油风险评价研究 ( 1 ) 人员风险，包括： 团体风险( p o t e n t i a ll o s so f l i f e ，p l l ) ； 个人风险( i n d i v i d u a lr i s kp e ra n n u m ，i r p a ) ； ( 2 ) 环境风险； ( 3 ) 财产风险。 目前，在安全方面的评估中对于定量风险评估一般采用人员风险作为衡量指 标。 定量风险评估作为一种工程技术手段，很好地揭示了意外事故发生的机理和 各种防护措施在事故发生过程中的作用。定量风险评估作为最为复杂的风险评估 技术之一，基本过程包括：调研、资料收集、危险辨识、对危险发生频率的评估、 对危险产生后果的评估和风险评估等过程，见图2 1 。定量风险评估总的危险识别 是为了对需要进行定了模拟的失效情况进行选择，对可能发生事故的一个量化的 审查过程。 图2 1 定量风险评估的基本过程 f i g2 1t h eb a s i cp r o c e s so fq u a n t i t a t i v er i s ka s s e s s m e n t 9 第2 章风险分析的基本理论 定量风险评估的过程就是建立模型，然后再进行模型计算的过程。先把评价 目标模型化，然后再进行失效频率和后果计算。评价目标的模型化就是对过程本 身进行非常精确的描述。对所有相关数据的收集，使分析尽可能的建立在准确的 基础上，同时也对评估的边界进行了限定。 定量风险评估的失效频率计算主要是预测事故的失效频率，评估的主要方法 有： ( 1 ) 历史事故数据库：目前，在国际上有一些组织和部门都建立了自己的事故 数据库，从中可以得到事故发生的频率。这种方法比较简单，易于理解，常用来 作为定量风险评估失效频率的评估方法。对于一些新建港口和缺乏事故资料的区 域这种方法就不适用。 ( 2 ) 故障树评估：该方法将一个事故归结为由许多不同的原因导致的，包括人 的操作失误等。通过各个不同原因失效的历史数据来判断事故的失效频率。这种 评估方法所涉及的知识面很广，既繁且难。 ( 3 ) 模拟评估：一些事故的失效频率可以通过模拟的方法来进行预测。例如， 船舶碰撞就是根据当地海域的具体情况，采用计算机模拟的方法来计算碰撞事故 的频率。这种评估方法不受地域的限制，也不会因为缺乏历史数据而难以进行， 因此本文即采取这种方法对风险评估中的频率进行计算。 ( 4 ) 事件树评估：该方法在给定一个初因事故的情况下，分析此事故可能导致 的各种结果。它主要是通过事故的初始失效频率和发生各个分支事故的概率来得 到最终各个事故结果的频率。对于某个确定的始发事件，采用构造事件树，所涉 及的系统越多，事件树也越复杂，它所要求的知识面也非常广，操作起来比较繁 琐。 ( 5 ) t 程判断：许多情况下，对于一些较小的危险，而且没有什么更好的评估 方法，往往根据工程经验采用人为判断的方法来进行失效频率分析。显然这种方 法不适用所有的失效频率的计算。 ( 6 ) 贝叶斯分析：该方法考虑了历史失效数据、工程经验和各种不确定性等因 素，对事故发生频率进行了系统的分析。目前，该方法主要用于结构可靠性的分 析，在定量风险评估中使用的比较少。 1 0 葫芦岛港船舶溢油风险评价研究 总体而言，定性评估应用起来最为简便，该方法需要的数据量最少，评估过 程中使用的技巧也比较少，只对要分析的问题进行最低程度上的分析。相反，定 量风险评估需要量的数据对问题进行全面的分析。半定量评估介于定性和定量评 估之间。鉴于此，本文将采用定量风险评估对船舶事故频率进行计算，对后果采 用半定量的方法进行计算。 2 。3 风险与不确定性问题 风险是对各种因素造成的未来结果所具有不确定性规律的一种描述。不确定 性是一个主观概念，是一种思想状况，因此无法直接测量，个体与个体之间不尽 相同。风险是一个客观概念，这就意味着它是可以被度量的。但是，在实际问题 中，两者很难区分。因此，通常对风险和不确定性不作区分，都视为“风险”，把 风险理解为可测定概率的不确定性。 不确定性从来源上大致可分为以下几个方面【3 2 】： 1 随机不确定性，即由于事物发生的条件不充分，使得在条件和事件之间不 能出现必然的因果关系，从而事件的出现与否表现出不确定性，这种不确定性称 为随机性，利用一般的概率理论就足以处理。 2 模糊不确定性，即表现在事物本身的概念是模糊的，利用模糊数学的理论 来处理。 3 灰色不确定性，即由于事物知识的不完善性引起的不确定性。知识的不完 善性有两种，一种是客观信息的不完善，是由于客观条件的限制造成的，例如由 于测量的困难，不能获得足够的资料；另一种是由于人对客观事物的认识不完整、 不清晰，或者是难以做到全面考虑。由于知识的不完备，在实际中只能依靠专家 对这种不确定性做出评估。 不确定性从本质上可分为两类：客观不确定性和主观不确定性。客观不确定 性又分为三种，内在不确定性、模型不确定性和统计不确定性。 1 内在不确定性是指物理量本身具有的客观随机性。 2 模型不确定性是指因为计算模型不完备，如计算模型有目的被简化、理想 化或因机理尚未了解透彻造成的不确定性。 3 统计不确定性是指因试样( 试样数量) 不充分引起的不确定性。 第2 章风险分析的基本理论 这三类不确定性都是客观存在的，直接影响对工程风险的分析。随着科学技 术的发展和提高以及资料占有量的增多，不确定性的内在规律逐渐得到认识，模 型和统计不确定性越来越得到控制和缩小。 主观不确定性是指由于人的主观认识、主观行为与客观的规律相悖而引起的 与真实值的偏差。主观不确定性与客观不确定性的区别在于前者是一种失误或错 误引起的偏差，背离了真实；而后者是真实在某种程度上的近似和简化，与真实 值具有本质的区别。在工程中，我们要力求减小客观不确定性、杜绝主观不确定 性。 2 4 风险接受准则 船舶航运所带来的风险水平是否在可以接受范围之内，是否需要额外的安全 系统来将风险降低到一个尽可能低的水平或可以承受的程度，这需要根据风险接 受准则来进行比较【3 3 】。 风险接受准则表示了在规定的时间内或某一行为阶段可接受的总体风险等 级，它为风险分析以及制定减小风险的措施提供了参考依据。因此，一般在评估 实施之前进行定义。此外，风险接收准则应尽可能地反映安全目标以及行为特征。 根据风险表示的方法，风险接受准则可以通过定量或定性的方式来定义，但 无论是定量还是定性的定义，都必须包括以下几点 3 4 】： 风险可接受准则的制定应满足工程中的安全性要求； 公认的行为标准； 偶发事件及其效应的知识累积； 从自身活动和相关事故中得到的经验。 对于风险分析和风险评价的结果，人们往往认为风险越小越好。但是减小风 险是要付出代价的。无论减小风险发生的概率还是采取防范措施使发生危险造成 的损失降小，都要投入资金、技术和劳务。通常的做法是将风险限定在一个合理 的、可接受的水平上。现阶段风险接受准则有如下几种： ( 1 ) 风险矩阵 3 0 】 当涉及到很多种风险，或单个灾害性事故的风险值难以计算时，表示风险的 种较为适用的方法，是将事故发生的概率和相应的后果置于一个矩阵中，该矩 葫芦岛港船舶溢油风险评价研究 阵即为风险矩阵，如图2 2 所示。风险矩阵分为以下三个区域： 不可接受风险； 可接受的风险； 不可接受风险和可接受的风险之间的临界区域。 概率增i - - 4 $ 口m p 重程度增 凹22 风睑矩阵 f i g2 2r i s k m a t r i x 不目接受的r 险 # e t 一步评口 目接受h 在临界区域需要进行风险评估以及决定究竟是否应采取措施减小风险，或是 否需要预先做进一步的研究。 以接受的风险极限值通过在矩阵中定义可按受和不可接受风险区域来设 定。风险矩阵可用于定性或定量的风险评估。若将概率粗略地以稀少和频繁，后 果以小、中和灾难性分类，可由风险矩阵表示定性分析的结果。定性分析中的分 类标准是至关重要的。风险矩阵中的分类和分块区域由连续性变量替代后，即可 进行完全的定量分析。 ( 2 ) a l a p p 原俨5 】 目前工业界中一般采用a l a r p ( a sl o wa sr e a s o n a b l ep r a c t i c e ，即a l a 胴原 则作为唯一可接受原则。a l 4 r p 原则可以适用于个人死亡风险、环境风险和财产 风险的评估。a l a r p 原则要求尽可能降低风险，同时这样低的风险程度应该是能 够实现的，见图2 3 。 第2 章风硷分析的基本理论 图23a l a r p 原则 f i 9 2 3 t h e l r ；n c l p l co f a l a r p a l a r p 原则用途是作为使风险降低到最低合理可行的一个准则，可以这样理 解： 如果风险水平超过容许上限，除特殊情况外该风险无论如何不能被接受。 如果风险水平低于容许下限，该风险是可以被接受的，无需采取安全改进 措施。 如果风险水平在容许上限和下限之间，即在a l a r p 区。处在这个范围内的 风险应满足使风险水平“尽可能低”这个一个要求，而且是介于可接受风险和不 可接受风险之间的可实现的风险范围内，来尽可能的降低风险水平。 风险可接受准则的表述形式有许多种，对于不同行业，有着不同的准则。风 险标准是为管理决策服务的。风险标准的制定，首先要反映公众的价值观，对灾 害的承受能力。其次，风险标准必须考虑社会的经济能力。标准过严，社会经济 能力无法承担，就会阻碍经济发展。标准过松，一旦风险事件发生会对社会造成 严重的经济损失。因此通过费用一效益分析，寻找平衡点，优化标准，来制定最 大可接受的风险标准，已是大势所趋。 葫芦岛港船舶溢油风险评价研究 第3 章葫芦岛港海域的基本情况 葫芦岛市系辽宁省辖市之一，位于辽宁省西部沿海地区，扼“辽西走廊”之 咽喉，地处东北及华北地区结合部，为著名的关外第一市，地理位置显要。葫芦 岛市作为东北地区的西大门和环渤海经济圈的主要开放城市之一，其经济实力雄 厚，在我国经济发展战略布局中占有十分重要的地位。 葫芦岛港位于辽东湾西北岸，地理位置重要，其经济腹地广阔，资源丰富， 货源充足，公路、铁路交通发达，集疏运条件良好，历来是区域性货物集散地， 是一个综合性多功能的现代化港口。葫芦岛港新港区所在柳条沟为天然海湾，与 老港南防坡堤相毗邻，地理坐标为东经1 2 0 0 5 77 2 0 ”，北纬4 0 0 4 2 1 2 ”。自然岸线长 约3 0 k m ，依山傍海，港区水域宽阔，交通便利，是一个综合性多功能的现代化港 n 【3 6 】【3 8 一o 3 1 葫芦岛港港口现状 3 1 1 港口设施 葫芦岛市陆上交通四通八达，1 0 2 国道、京哈铁路、京沈高速公路和秦沈高速 铁路架构了葫芦岛市陆上运输框架。同时，葫芦岛市具有得天独厚的地理优势， 陆域海岸线长达2 0 4 6 公里，岛屿岸线长3 1 9 公里，海岸线总长2 3 6 5 公里。葫芦 岛港拥有良好的地理位置，优良的岸线条件，发达的交通网络，港阔水深，夏避 风浪，冬微结薄冰，为不冻良港。根据葫芦岛海岸沿岸的地形等自然条件，葫芦 岛港总体布局规划在葫芦岛市区规划了两个港区一狮子山港区和柳条沟港区【3 9 。 目前，葫芦岛港务局利用渤海造船厂提供的3 个舾装码头和与渤海造船厂合 建的1 个万吨级码头进行港口装卸作业。葫芦岛港务局现主要使用合建的1 个万 吨级泊位和利用东防波堤扩建的一个临时液化石油气泊位进行港口作业。港口的 年通过能力约为1 0 0 万吨左右。主要货种为粮食、化肥、水泥、液化石油气等。 3 1 2吞吐量 随着经济的快速发展，港口完成的吞吐量也在持续增长【4 0 1 。葫芦岛市近几年 沿海码头吞吐量情况见图3 1 。 第3 章葫芦岛港海域的基本情况 从统计数据可以看出，1 9 9 7 2 0 0 2 年葫芦岛港吞吐量年均递增1 39 0 ，2 0 0 年、2 0 0 2 年较上年增长率分别为2 06 0 、2 20 6 。据预测，葫芦岛港口吞吐量， 2 0 1 0 年为7 7 5 万吨，2 0 2 0 年为1 4 0 3 万吨( 见表31 ) 。 1 9 9 71 9 9 8】9 9 92 0 0 02 0 0 】2 0 0 2 凹3l 葫芦岛港1 9 9 7 2 0 0 2 年吞吐量 f i g3lt h e h a n d l i n g c a p a b i l i t y o f h u l u d a op o n m1 9 9 7 - 2 0 0 2 表312 0 2 0 年规划吞吐置 t a b31s c h e d u l e d h a n d l i n g c a p a b i l i t y i n 2 0 2 0 加 蛐 加 m 葫芦岛港船舶溢油风险评价研究 3 2 葫芦岛港自然条件 葫芦岛港位于辽东湾中部，地处辽西走廊咽喉要塞之地，地理位置重要。腹 地广阔、资源丰富，货源充足，公路、铁路交通发达，历来是区域性货物集散地， 适合开发建设综合性、多功能的现代化港口。 葫芦岛港柳条沟港区，为天然弧形海湾，自然岸线长约3 0 k m ，依山傍海， 港区水域宽阔，- 4 5 m 等深线距岸4 5 0 m 左右，覆盖层具有可挖性，1 4 。0 - 1 6 o m 高程为良好的持力层岩基。 3 2 1 气象 3 2 1 1 气温 葫芦岛市地处中纬度地带，属温带季风型大陆性气候。四季分明，春季风沙 较大，回暖迅速，气候干燥，夏季炎热多雨，秋季凉爽；冬季干旱、寒冷，温差 较大，年平均气温9 4 。c ，极端最高气温3 4 1 ，极端最低气温2 1 ，年最高平均 气温1 3 1 ，年最低平均气温6 1 。 3 2 1 2 降水 最大年降水量7 9 6 6 m m 年平均降水量 5 3 2 7 m m 同最大降水量 1 7 6 o m m ( 1 9 7 5 年7 月) 降水量多集中于7 9 月，其降水量占全年的7 6 以上。 3 2 1 3 风 常风向s w ，频率1 6 4 次常风向鼹缈、n e ，频率分别为1 0 5 5 、1 6 2 3 强风向s w ，次强风向船职 年出现大于和等于7 级风频率为1 5 5 。最大平均风速为2 6 3 m s ；春夏多s 、 豁w 、s w 风向，冬季多出现n 、n n e 风向。 第3 章葫芦岛港海域的基本情况 ) 。一 甄瑗甓毽 图3 2 葫芦岛港风玫瑰图 f i g 3 2t h ew i n dr o s em 印o f h u l u d a op o r t 3 2 1 4 雾 雾多出现于春秋两季，年平均雾日4 6 天，水平能见度小于l 公里的大雾日平 均每年9 3 天。 3 2 2 水文 3 2 2 1 潮汐 f 1 ) 潮汐特性 该海区为混合潮型，属不规则的半日潮。 ( 2 ) 潮位特征值 经统计分析，本区潮位特征值如下： 平均高潮位 3 0 2 m 平均低潮位 o 5 2 m 最高高潮位 4 5 7 m 最低低潮位 一1 1 2 m 葫芦岛港船舶溢油风险评价研究 平均海平面 1 7 5 m 最大潮差4 0 6 m 平均潮差 2 0 5 m 3 2 2 2 海流 该海区以潮流为主，不规则半潮流基本呈往复流。流向的总趋势是：涨潮流 流向n e 向，落潮流流向s w 向，一般流速为0 2 0 - - 4 ) 3 0 m s 。 3 2 2 3 波浪 根据测波资料统计分析，本海区常波向豁形，频率2 8 9 3 ，次常波向为s ，频 率为2 2 8 2 ；强波向s s w ，次强波向为s 。h 1 1 0 0 9 m 频率为1 8 2 4 ，h 1 1 0 i 3 m 的频率为7 7 9 ，h 1 1 0 i 6 m 的频率为3 6 5 。 3 2 2 4 冰况 港区海域每年冬季均有不同程度的海冰出现，通常1 月中旬至2 月中旬为冰 情严重期。每年1 2 月份多出现初生冰，1 2 月出现板冰、板白冰、厚冰，2 3 月的 流冰以厚冰为主，3 月中旬消融。流冰方向大致与岸平行，为w s w - n e n 向，流冰 速度一般为( o 1 o 6 ) m s 。 3 3 葫芦岛港的通航条件 3 3 1 航道情况 本港区进港航道长约8 0 公里，为单向航道；航道宽度为1 4 8 m ；航道水深为 1 2 8 2 m ；航道底高程1 0 9 m 。 3 3 2 助航设备 为了船舶航行安全，船舶航行采用导标与侧面浮标相结合的助航方式，中心 导标1 对，电浮标1 0 座，堤头灯1 座。 3 3 3 敏感区域 葫芦岛境内气候属大陆性季风气候，冬寒夏暑，雨热同期。自然景观和人文 景观达4 0 余处，著名的葫芦岛旅游景点有兴城古城、九门口水上长城、碣石遗址 等。沿海多浴场，较大者6 处，其中有望海寺海滨浴场、兴城海滨浴场、龙湾海 滨浴场、芷锚湾海滨浴场等。浴场均水碧沙白，为旅游避暑良好去处。 1