基于敏感目標被訪問概率法的長江口水域溢油風險區劃研究

陳昊，盧士強，邵一平，王彪，劉揚

1.上海市環境科學研究院

2.長江生態環境保護修復聯合研究上海駐點工作組

3.上海水環境模擬與水生態修復工程技術研究中心

長江大保護是國家戰略，習近平總書記“共抓大保護，不搞大開發”的指示，為長江流域生態環境保護工作指明了方向。在上海駐點跟蹤研究的過程中，長江口水域突發性水污染環境風險問題是上海市集中式飲用水水源地管理和長江口主要水生態環境面臨的主要威脅。

近年來，上海市各類突發環境事件呈逐年增加趨勢。2009——2018年突發環境污染事件共發生275起，其中涉及飲用水安全的突發污染事件包括2003年的“8.5”溢油事件等。針對上海長江口水源地和重要生態敏感區發生的突發水環境污染事件，如何快速進行水源地水質風險預警評估、適時啟動應急響應機制、客觀準確地評估河口環境生態損失，成為海事、環保、海洋漁業等管理部門共同面臨的難題。

目前，國內外對于水環境污染風險的分級評估方法主要有風險指數法、數值模擬法和統計分析法[1-7]。風險指數法通過建立風險影響因子的指標體系，按照評分原則得到評估對象的風險指數，如朱容娟等[8]基于海洋溢油風險區劃指標體系和風險量化模型，進行了遼東灣海洋溢油風險區劃的劃分；汪守東等[9]提出基于不確定性分析理論的區域油品碼頭空間布局的溢油風險模擬與評估方法，對舟山海域進行了綜合溢油風險評估，對不同碼頭布局方案下海域溢油風險水平進行了綜合比較。數值模擬法是在掌握區域基本信息的基礎上，利用污染物遷移模型和風險評價模型對污染物輸移規律進行模擬及風險評價，如宋協法等[10]通過模擬得出污染海域油濃度分布和溢油污染范圍信息，結合海洋生物毒性效應，開展了溢油事故漁業資源損失評估。統計分析法主要利用聚類分析等對數據進行分類分析，如張淑瑤等[11-12]基于貝葉斯網絡開展了船舶溢油風險區劃研究，根據影響因素靈敏度分析對渤海海域4個分區進行風險水平計算；陳許霞等[13-15]利用灰色模糊綜合評價等方法，對海域生態敏感區進行模糊評判，提出了基于歷史溢油事故統計和主要敏感目標的溢油生態環境風險區劃方案。國內近年來針對環境風險分區區劃及管理措施也有較為系統的研究，如畢軍等[16]探討了環境風險區劃的步驟、指標體系和對策方案，提出了環境風險劃分方案和相應防范措施；黃奎[17]基于安全熵的海上溢油度量法提出了最優應對措施；胡雪松[18]從溢油風險的企業管理因素評估出發，提出了相應應急管理措施。筆者通過對上海市長江口水域進行基于敏感目標被訪問概率法的風險區劃分，提出分級分類管控要求，以期探索完善上海市在長江口飲用水水源地及水生態系統的應急響應和應急處置方面的環境管理水平，為上海市和全國其他類似重要敏感水體的應急管理提供技術支撐手段和有益的借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

以長江口水域為主要研究對象，拓展至近岸海域，即為國家規定的領海基線向外延22.2 km范圍內的海域。長江口呈三級分汊、四口入海的河勢格局，共有北支、北港、北槽和南槽4個入海口門，口門外為長江水下三角洲。南部為開敞的杭州灣北岸水域。

長江口擁有航道、灘涂、岸線和漁業等資源。長江口航道是長江入海的咽喉要道，具有重要的戰略地位。長江口深水航道經過整治，目前通航水深已達12.5 m，可滿足第三、四代集裝箱船全天候通過。南槽航道最小通航水深約5.5 m。杭州灣金山航道自綠華山至金山石化總廠碼頭，水深8 m左右，可乘潮通航5萬噸級油輪。

本研究長江口水域分為長江口區和東海及杭州灣區，海域內自然保護區主要包括崇明東灘濕地候鳥保護區、金山三島海洋生態自然保護區、九段沙濕地生態自然保護區、長江口中華鱘自然保護區等多個國家級重要自然保護區。

1.2 數據來源

根據溢油事件分級與概率統計結果，模擬油品選取長江口船舶溢油事故最為多見發生泄漏的380#燃料油。油品的物理化學性質參數是影響溢油模型模擬精度的重要因素，針對長江口存儲和運輸的油品種類，通過資料和文獻調研，整理了油品理化性質參數，包括油品名稱、密度、黏度、表面張力、最大含水率、最小油膜厚度、閃點、沸點及蒸發常數等關鍵參數[19-21]。

風場選擇美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）下屬美國國家環境預報中心(NCEP)全球氣象衛星提供的30年（1984——2014年）風場數據，選擇近地面風場，風場范圍為東海海域。

模型選擇流場數據為長江口及上海近岸水域典型水文年2012年的全年流場數據，利用ECOMSED源代碼開發和建立長江口杭州灣大范圍水域三維流場并進行率定驗證，模擬泄漏時刻由模型在2012年全年任意時刻隨機選取，可兼顧各類型水期、季節和氣象條件。

生態環境敏感目標的設定主要依據《上海市人民政府關于發布上海市生態保護紅線的通知》（滬府發〔2018〕30號）中對于上海市生態保護紅線的劃分情況。根據區域主導生態功能，上海市生態保護紅線共分為6種類型，分別是生物多樣性維護紅線、水源涵養紅線、特別保護海島紅線、重要濱海濕地紅線、重要漁業資源紅線和自然岸線。

1.3 研究方法

1.3.1 分級分類分區管控思路

采用水域生態系統生態服務功能識別和水域生態環境風險評價等技術方法，進行水域環境風險分級控制管理，是水域生態環境保護及有效實施風險防控的需要。針對不同分區的風險特征、敏感目標的生態特征，抓住形成風險的主要因素和控制環境污染的主要因子，將風險防范策略和應急預案策略落實到具體分區，明確各分區風險防范和應急保護的側重點，提高突發環境污染風險防范的針對性、有效性，以及海洋環境污染事件處置的優先順序和關注重點，從而更高效地降低海洋環境風險或風險發生后的不利影響。

將海洋環境風險進行分級分類管控，可以系統地給出海洋突發環境污染事件的事前預防策略方案和應急準備策略預案，突出“防范優先”原則，有助于在降低現狀風險的基礎上控制潛在風險[22-23]。海洋環境風險分區分類的防范策略，強調了風險防范體系的區域針對性，能夠為海洋和區域管理部門、相關企事業單位等提供切合實際區域特征的管理指導意見，提高海洋環境風險管理的科學性和有效性，有助于形成一定的社會、經濟和環境效益。

根據《中華人民共和國防治船舶污染海洋環境管理條例》有關規定，對于沿海水域，可按照船舶溢油量或者直接經濟損失或者對環境的影響程度，將危害后果劃分為災難性、特別重大、重大、較大、一般、較小6個級別，其中，特別重大、重大、較大、一般4個級別基本上可與上述規定的事故等級相對應，本研究據此將風險分區劃分為高風險區、較高風險區、較低風險區和風險區4個級別。

1.3.2 溢油風險指數法

溢油風險指標體系應能全面真實地反映近岸水域受溢油風險影響的后果，全面分析溢油事故對環境影響的各種因素[24-26]。本研究主要關注針對水域溢油事故的風險防范和應急處置，確定溢油發生的可能性、危害性、持續性等因素，重點考慮事故的歷史發生概率、敏感目標位置、敏感程度等因素。

指標選取主要考慮事故本身的情況、影響事故的客觀條件和敏感目標的受影響情況。其中事故本身的情況主要包括發生規模、發生概率、持續時間等；影響事故的客觀條件主要包括風速、風向等氣象條件，水溫、流速、流向等水文條件，石灘、沙灘等岸線類型；敏感目標的受影響情況主要包括敏感目標類型、敏感目標對于溢油事故的敏感程度、社會經濟損失、生態環境損失、后續恢復時間等。溢油風險指標體系影響因素如表1所示。指標體系分為4級，包括指數目標、指數類型、一級指標和二級指標。

表1 長江口水域溢油風險影響因素指標Table 1 Influencing factors and indicators of oil spill risk in the Yangtze River Estuary

溢油風險指數的計算主要結合溢油模型相關參數和溢油事故概率分布等進行。以環境風險評估理論為基本框架，參照《船舶污染海洋環境風險評價技術規范（試行）》中的船舶污染海洋環境風險定義：風險=概率×后果，綜合考慮不同級別的溢油事件發生概率與長江口水域不同級別敏感目標的受影響概率，采用溢油風險指數來表征高風險區、較高風險區、中風險區和低風險區4個級別的風險區。溢油風險指數計算公式如下：

式中：R為長江口水域任意一處的溢油風險指數；Qj為該點某級別溢油事件的影響因子；Tj為該點某級別溢油事件的溢油發生概率；Pi為某敏感目標受影響概率；Si為該敏感目標敏感系數；j為溢油事件影響級別；i為敏感目標序號。

采用Oilmap模型中的receptor模塊分別對各敏感目標進行計算，模擬長江口水域內任意水域發生溢油事件后影響到該敏感目標的概率。利用隨機模擬統計法的反向算法，在各敏感目標模擬點位進行1 000次隨機計算，選擇典型季節（包括豐、枯季）的任意時間作為溢油發生時間，根據1 000次模擬方案的計算結果進行分析并繪制出事故對研究水域訪問概率的等值線圖，從而得到各敏感區域的被訪問概率。

1.3.3 敏感目標設定

綜合考量上海市近岸海域功能區劃和上海市生態保護紅線類型，設定青草沙水庫、陳行水庫、東風西沙水庫、九段沙濕地、崇明東灘、大小金山三島、金山城市沙灘、碧海金沙、南匯東灘、長江口捕撈區作為長江口水域主要的敏感目標水域，敏感系數取值參考《船舶污染海洋環境風險評價技術規范（試行）》附錄表5-1環境資源的敏感性分類表中對自然生態資源、經濟社會資源的不同類型資源給予的敏感系數（表2）。

表2 不同敏感目標的敏感系數Table 2 Sensitivity coefficient of different sensitive targets

2 長江口區劃結果與分析

2.1 溢油風險指數

計算長江口水域溢油風險指數，利用插值法形成長江口水域溢油風險指數空間分布（圖1）。

圖1 長江口水域溢油風險指數空間分布Fig.1 Spatial distribution of oil spill risk index in the Yangtze River Estuary

2.2 一級區的劃定

以長江口集中式飲用水源地、主要生態自然保護區、漁業資源保護和岸線生態旅游資源為關注重點，利用溢油反算統計模型，模擬主要敏感目標在不同水域發生溢油事故時受影響的概率。利用疊圖的方法，將不同敏感目標歸類匯總，確定針對不同功能區域的溢油風險范圍，以此劃分上海市溢油風險重點防控區一級區（圖2）。

圖2 長江口水域溢油風險區劃一級區示意Fig.2 First level zoning of oil spill risk zoning in the Yangtze River Estuary

以青草沙為例，對長江口青草沙水源地取水口進行反算模擬，確定存在1%可能性對各水源地取水口造成影響的溢油事故區域范圍，確定青草沙水源地下游溢油風險邊界為青草沙水庫南岸，在此基礎上將邊界線延伸至長興島南端。上游到東風西沙水源地；該區域的一天內事故影響風險在2%以上，作為青草沙水源地供水安全保證區域。

2.3 二級區的劃定

在一級區劃定的基礎上，根據溢油事件發生概率及長江口水域敏感目標分布，進一步區分風險防控區域級別，提出不同區域內船舶管控級別和溢油事故響應級別。依據長江口水域溢油風險指數空間分布圖，風險指數較高的區域主要在九段沙濕地周邊、深水航道以東的捕撈區、東風西沙水庫西側、青草沙水庫南側以及大小金山三島周邊水域。這幾個水域的共同特點是溢油事故易發，且存在較敏感的水域生態保護區。根據長江口水域溢油風險指數空間分布計算結果，結合上海市近海海域功能區劃，在一級區的基礎上進一步劃分長江口水域溢油風險二級區（圖3）。

圖3 長江口水域溢油風險區劃二級區示意Fig.3 Secondary zoning diagram of oil spill risk zoning in the Yangtze River Estuary

根據溢油風險指數劃定長江口水域溢油風險區：風險指數＞5，高風險區；風險指數為3～5，較高風險區；風險指數為1～3，中風險區；風險指數＜1，低風險區。二級區共計17個區，其中高風險區1個，較高風險區6個，中風險區6個，低風險區4個，各風險級別面積分別為335、2 375、5 695和3 068 km2，面積占比分別為2.92%、20.70%、49.64%和26.74%。

從一級區來看（表3），長江口水源安全敏感區主要分為較高風險區和中風險區2個二級區，面積分別為344 和862 km2，較高風險區主要位于溢油歷史事件發生概率較高的東風西沙水源地上游區域及長江口吳淞口區域。

表3 長江口水域溢油風險區劃二級區劃分結果統計Table 3 Statistics of secondary division results of oil spill risk zoning in the Yangtze River Estuary km2

長江口自然生態敏感區包含4個風險級別，風險由高到低的區域面積分別為335、799、1 937和1 462 km2，高風險區主要位于九段沙東側水域，較高風險區分布于高風險區東西兩側，中風險區分布于較高風險區周邊及崇明東灘自然保護區，崇明北支等剩余區域雖然包含中華鱘自然保護區等敏感目標，依然為長江口自然生態低風險區。

杭州灣城市生態敏感區主要包含較高風險、中風險和低風險3個風險級別，面積分別為105、431和366 km2，較高風險區位于金山石化及金山城市沙灘周邊區域，奉賢南部杭州灣近岸水域為城市生態中風險區，臨港區域南部則為城市生態風險低風險區。

近岸海洋漁業敏感區包含較高風險、中風險和低風險3個風險級別，面積分別為1 127、2 465和1 240 km2。

3 重點防控區分級管控對策建議

3.1 長江口水源地溢油風險重點防控區

該區域內出現的溢油風險事件以保護水源地正常取水為最優先考慮因素，加強區域內溢油事故聯防聯控，形成長江口水源地溢油風險防控區內應急處置的統一指揮和協調體系。對于進入重點防控區域較高風險區的船舶需與水庫管理單位建立在線聯系，實時告知船舶位置及運行狀態，一旦發生事故，第一時間通知各相關單位。應急監測過程中針對水源地水環境質量標準開展監測。在重點防控區范圍較高風險區內配備完備的圍油欄、機械回收裝置等應急處置設施，避免使用化學消油劑等可能造成二次污染影響水源地水質的處理方式。嚴控長江口北港航道運輸貨品類別，禁止港區內油品等危險貨物由北港航道運輸，設立港區進入北港航道的運輸量紅線。

3.2 長江口自然生態溢油風險重點防控區

由于自然生態區域往往范圍較大，難以做到在敏感目標范圍的有效防護，需重點提高溢油應急反應能力，建設應急響應基地，搭建區域三級聯動響應體系，在高風險區內合理布局應急物資儲備庫，配備相應能力的儲備物資和人員，完善環境應急預案，確定首要風險防護目標為九段沙濕地保護區和東灘濕地自然保護區等自然保護區內動植物，提高防控區域內溢油事故風險控制能力和生態保護能力。分別依據區劃風險級別，提示區域中行駛和停泊的船舶保持相應級別的警惕，該區域內溢油事故將引起不同程度的生態資源損失。

3.3 近岸海洋漁業溢油風險控制區

以保護海洋漁業資源為主要目標構建溢油風險防范控制體系，提高該區域溢油事故發生后損失評估能力，明確區域內溢油污染生態損失和漁業資源損失評估方法，將溢油事故對海洋漁業損失控制到最低。針對不同級別風險區，提示過往船舶、海洋漁業管理部門較高、中和低3個警示級別，該區域內溢油事故將引起不同程度的漁業資源損失。

3.4 杭州灣城市生態溢油風險控制區

重點保護城市岸線生態資源，著重加強金山、奉賢、浦東南部地區對于岸線油污污染防范控制體系構建，搭建三區聯防聯控系統，確定首要風險保護目標為金山三島、金山城市沙灘和碧海金沙，提高近岸水域油污處置能力。針對不同級別風險區，提示過往船舶、沿岸行政區和岸線管理部門較高、中和低3個警示級別，該區域內溢油事故將首要引起不同程度的旅游資源損失。

4 結論

（1）根據長江口水域的主要海洋、環境、生態功能區域分布，結合長江口水域溢油歷史事故，構建了以生態環境敏感目標為研究對象的溢油風險指數體系，形成了長江口水域溢油風險區劃方案，該區劃劃分方法在長江駐點研究工作中形成了解決方案，并在入海口片區研究中得以推廣應用。

（2）將長江口及杭州灣劃為4個一級風險區：長江口水源安全敏感區、長江口自然生態敏感區、杭州灣城市生態敏感區和近岸海洋漁業敏感區。在一級區的基礎上分別劃定高風險區、較高風險區、中風險區和低風險區4個級別的二級風險區劃，共劃分二級區17個，其中高風險區1個，較高風險區6個，中風險區6個，低風險區4個，各風險級別區面積分別為 335、2 375、5 695和 3 068 km2。

（3）針對重點防控區提出分區分級分類防控要求建議，明確不同防控分區首要保護目標為水源保護區、自然生態保護區、城市旅游資源、漁業資源等，并按分級管控要求提出不同區域預警防控等級，為長江口海域溢油風險防控管理提供基礎決策依據。