基于指數法的廣州小虎石化港區溢油污染風險評估

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(1.大連海事大學 環境科學與工程學院，遼寧 大連 116023；2.中海油能源發展股份有限公司安全環保分公司，天津 300457)

目前，國內外針對溢油事故發生概率、發生規模，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]，并且開發了相關的計算機軟件系統[7]。但之前研究存在一些問題，主要體現在：①只分別計算溢油概率和危害后果等級，未綜合得到溢油風險等級；②溢油量只能告知風險管理者某個事故規模大小，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、敏感目標敏感系數，以及受溢油污染的概率等關鍵性指標的溢油風險綜合評價模型，為港口溢油應急防備能力評估提供參考與依據。本文以廣州小虎港區5個碼頭為例，使用改進的溢油風險指數模型進行評估，綜合計算各碼頭溢油風險水平，并通過與矩陣法評估結果進行對比，討論分析評估模型的合理性和適用性。

1 評估區域

廣州南沙港小虎港區有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、成品油和化工產品，周圍敏感區較多，港區溢油風險較大。各碼頭泊位和規模情況匯總于表1。

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

2 評估方法

改進的溢油風險指數法包括溢油風險指數模型、溢油概率指數模型和危害后果指數模型。

2.1 溢油風險指數模型

綜合考慮事故概率、溢油量、敏感目標敏感系數，以及受溢油污染的概率等關鍵性指標，確定溢油風險指數R為

(1)

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

2.2 溢油概率指數模型

通過將事故概率按照10的負次方大小分別賦予1～5的數值，建立Pc計算模型。

表1 廣州港小虎港區各石化碼頭規模一覽表

表2 各碼頭附近主要環境敏感目標

Pc=lgP+5

(2)

式中：P為溢油事故概率，為統計分析得到。

Pc取值范圍須大于0，即事故概率P應不低于10-5，如果事故發生頻率低于10萬年1次，則風險可忽略不計。

2.3 溢油危害后果指數模型

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

(3)

式中：A為溢油量，t，取區域最可能事故溢油量；Pi為敏感保護目標i受影響的概率，根據隨機模擬統計法預測得到；Si為敏感保護目標i的敏感系數；n為受影響的敏感保護目標個數。

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 評估結果

3.1 溢油概率指數

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。結果見表3。

表3 各碼頭溢油概率及概率指數計算結果

注：廣州港年吞吐量為17 900 t。

3.2 溢油危害后果指數計算

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，一旦船舶發生碰撞事故，假設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

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

表4 各碼頭最可能溢油量計算結果

表5 各碼頭溢油事故隨機情景模擬參數

注：模擬2014—2016年隨機發生事故的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。

應用珠江口水域溢油預報系統[11]對各碼頭溢油污染影響概率和最快到達時間進行預測，結果見圖2。

通過敏感系數和敏感目標受污染概率結果計算，得到各碼頭溢油污染指數，見表6。

3.2.3 溢油危害后果指數

按照式(3)進行碼頭船舶溢油危害后果指數的綜合計算，結果見表7。

圖2 各碼頭溢油污染海面概率和溢油最快到達時間

地區敏感目標敏感系數Si以下碼頭污染率Pi、危害指數Pi×Si小虎石化中石化小虎粵海石化港發石化建滔石化海洋自然保護區黃唇魚自然保護區南沙濱海濕地保護區102050%5.03%0.650%5.01%0.240%4.08%1.640%4.05%1.040%4.02%0.4濱海旅游區蒲洲旅游休閑區虎門旅游休閑區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3.283.202.752.762.66

3.3 溢油風險指數

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

表7 各碼頭溢油危害后果指數計算結果

表8 各碼頭船舶溢油污染風險指數分析結果

4 結果討論

港口區域溢油風險評估的目的就是確定港區內各碼頭風險源的相對風險大小，根據不同碼頭風險大小采取針對性的防范措施。利用風險矩陣方法，對小虎港區碼頭進行溢油風險評估的結果見圖3。

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

圖3 小虎港區各碼頭溢油污染風險分布

根據各碼頭溢油污染風險指數，溢油污染風險大小排序為小虎石化、中石化小虎、粵海石化、港發石化、建滔石化。

5 結論

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

2)評估應急單位應急資源配置是否合理，主要是評估應急資源是否與當地的風險相適應。評估結果可用于確定港口區域各碼頭溢油應急目標，并合理確定應急防備分配比例。

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