海洋溢油生態損害快速預評估模式研究

楊建強，張秋艷，羅先香

(1.山東省海洋生態環境與防災減災重點實驗室，山東 青島 266033；2.國家海洋局 海洋溢油鑒別與損害評估技術重點實驗室，山東 青島 266033；3.中國海洋大學海洋 環境與生態教育部重點實驗室，山東 青島 266100)

海洋溢油生態損害快速預評估模式研究

楊建強1,2，張秋艷3，羅先香3

(1.山東省海洋生態環境與防災減災重點實驗室，山東 青島 266033；2.國家海洋局 海洋溢油鑒別與損害評估技術重點實驗室，山東 青島 266033；3.中國海洋大學海洋 環境與生態教育部重點實驗室，山東 青島 266100)

海洋作為石油資源的主要產地和運輸路線，海上溢油事故對海洋生態系統的損害十分巨大。為了評估溢油對海洋生態系統的損害，研制一套海洋溢油生態損害的快速預評估方法和模式非常必要，且對于海洋管理和生態索賠具有重要意義。本文建立了一套適用于渤海海域的海洋溢油生態損害快速預評估模式，該模式將海洋溢油生態損失分為兩部分，即海洋環境容量損失和海洋生態服務功能損失，篩選出溢油量、溢油面積、溢油品質、生態敏感系數以及生態系統服務功能五大指標作為輸入參數，運用環境經濟學方法、衛星遙感技術以及成果參照法等方法對五個參數進行量化，快速評估海洋溢油生態損失。將該模式應用于“塔斯曼海”輪溢油案件進行驗證，結果較為符合實際，且評估時間大大縮短，具有一定的實際應用價值。

海洋；溢油；生態損害；評估；

隨著經濟的發展和社會的進步，人類對石油的需求激增，導致各種石油作業活動造成的石油污染事件頻發，危害巨大，特別是海上溢油事故對海洋生態系統和人類健康造成的危害越來越顯著。溢油事故一旦發生，為防止污染擴散，人們必須對其作出準確且快速的反應，評估溢油造成的損失就是反應之一。溢油對海洋生態系統造成的損失是溢油總損失的重要部分，評估溢油造成的生態損失對于保證海洋生態資源的可持續利用具有重要意義。

目前國內外已開展了一些溢油生態損害評估的研究。國外建立的溢油生態損失評估體系已較為完善，如美國的自然資源損害評價模型（Natural Resources Damage Assessment，NRDA）是世界上較為完善的溢油事故損害評估體系，該損害評估體系的評估版本很多[1]，主要有Type A、Type B、NRDAM/GLE、NRDAM/CME[2]和SIMAP[3]等。溢油生態損害評估方法也有多種，如條件價值法[4]、生境等價分析和資源等價分析[5-7]等。另外，美國各州也有針對于本州具體情況的評估公式，如華盛頓評估公式[8]、佛羅里達評估公式[9]等，美國、俄羅斯等國十分重視溢油事故后的快速評估工作，溢油事故發生后，首先利用快速評估模式（如上所提的華盛頓評估公式、佛羅里達評估公式等）進行快速評估，而后再開展進一步的細化評估，其快速預評估模式多是直接規定了所涉及海域的環境敏感系數、海洋生物的毒性等級等參數，評估結果做為溢油應急處置、決策的重要依據。國內由于缺乏相關法律依據以及生態損害索賠意識淡薄等原因，在溢油生態損失評估方面只進行了一些初步的研究。2003年，針對發生在天津近海的“塔斯曼海”輪溢油事故，國家海洋局北海環境監測中心技術專家[10,11]提出了溢油對海洋環境與生態損害評估的方法，是國內目前為止較早的、經過司法檢驗的損害評估方法，但該種方法經濟投入大，評估時效性較長。熊德琪[12]等通過物理海洋學、海洋生物學和生態毒理學的交叉融合，根據生物急性毒性效應定量化評估其損害程度，建立了溢油污染對海洋生物資源損害的數值評估模式，成功的應用于2005年發生在大連灣的“千島油1號”船溢油事故，并實現了模型數據的有效管理和圖形可視化[13]，但是這種方法僅僅強調溢油對生物資源的損害，沒有提出溢油對生境資源損害量化的有效方法。

因此針對我國海洋溢油污染事故生態損害評估研究尚未深入開展、溢油賠償不充分的現狀，本文旨從生態系統服務功能的角度，研制一套海洋溢油生態損害快速預評估模式，以期為海洋溢油管理和溢油索賠提供科學依據。

1 溢油生態損害快速預評估模式的建立

1.1 溢油生態損害快速預評估模式建立的依據

海洋溢油事故一旦發生，既會對海域原有的部分或全部生態服務功能造成破壞，又會占用一定的環境容量，因此可以將溢油生態損失分為2部分，即環境容量損失和生態服務功能損失。對這兩部分進行量化時，有必要篩選出與溢油生態損害密切相關的因子，如溢油量、溢油面積、溢油品質、生態敏感系數、生態服務功能等，并選擇高效準確的計算方法作為各因子的取值方法，借鑒已有的評估公式方法，構建HY=F（n1，n2，n3，……，nm）的函數關系來確定溢油生態損害量。其中HY為溢油生態損害價值，n1，n2，n3，……，nm為與溢油生態損害密切相關的因子。

1.2 溢油生態損害快速預評估模式建立

該模式將海洋溢油生態損失分為兩部分，海洋生態服務功能損失和海洋環境容量損失。則海洋溢油生態損失可表示為：

式中：HYE為海洋生態服務功能損失；HYW為溢油造成的海洋環境容量損失。

其中海洋生態服務功能損失又可表示為：

式中：

hyi—第i類海洋生態系統類型海洋生態服務功能損失，單位為萬元；

i—溢油影響區域的海洋生態系統類型；

hyai—溢油影響的第i類海洋生態系統的面積，單位為公頃（hm2）；

d—敏感程度折算率，依據我國國情，結合專家打分，取值為1%～3%，海洋生態環境敏感區取3%、海洋生態環境亞敏感區取2%、海洋生態環境非敏感區取1%。

ti—溢油事故發生至第i類海洋生態系統恢復至原狀的時間，單位為年（a）；

c—溢油品質影響因子，參數取值范圍為0～1，取值見表1；

si—溢油對i類海洋生態系統服務功能損失率，采用下式來計算：

式中：

hydi—第i類海洋生態系統類型單位服務價值，單位為元/hm2·a，取值見表3；

hyli—第i類海洋生態系統類型所在海域的溢油生態敏感系數，取值見表2；hyki—第i類海洋生態系統健康指數變化率；海洋環境容量損失采用2種方法（即效用函數法和影子工程法）來計算，用2種方法的計算結果的平均值來作為本模式中的海洋環境容量損失值：

式中：HYW1為效用函數法計算得到的海洋環境容量損失；HYW2為影子工程法計算得到海洋環境容量損失。兩種方法的計算公式為：

式中：

Ws—溢油事故的溢油量，單位為噸；

Wt—油類入海消減量，單位為噸；

Wm—為達到油類入海消減量目標所采取措施的投資額，單位為萬元；

WP—建設污水處理廠的費用，單位為萬元；

Wq—處理費，單位為萬元/立方米（萬元/m3）；

Wc－溢油損害水體體積，單位為立方米（m3）。

損害水體體積的計算采取如下公式：

式中：hya—溢油影響的海水面積，單位為平方公里（km2）；

K—溢油影響的海水平均深度，單位為米（m），一般以表層水體0.5 m計。

1.3 快速預評估模式中的參數說明

1.3.1 溢油量和溢油面積 溢油量和溢油面積

的確定采用衛星遙感技術。衛星遙感技術考慮了所有海域，其估算結果也是比較精確的，并且能夠滿足本模式快速評估應用的時效性。

1.3.2 溢油品質 由于不同溢油持久性的差異，使得不同品質溢油對海洋生態系統的影響時間不同，產生的生態損害也不同。因此本模式通過溢油品質持久性系數來修正不同種類溢油對海洋生態系統造成的損害。借鑒任福安等[14]的研究，定義各種油品的持久性系數如表1。

表 1 各種油品的持久性系數Tab.1 Permanence coefficients of different oil

1.3.3 生態敏感系數 不同海洋生態系統對溢油的生態敏感性不同，本模式應用溢油生態敏感系數來修正不同類型海洋生態系統的溢油生態損失。首先建立評價因素集及評價等級集，采用專家打分和模糊評判相結合的方法，綜合評定之后得到各不同敏感區的敏感系數，如表2。據此可得渤海溢油生態敏感系數分區圖（圖1）。

圖 1 渤海溢油生態敏感系數Fig.1 Sensitive coefficients of oil spill in the Bohai Sea

表 2 海洋溢油生態敏感系數定義表Tab.2 Ecological sensitivity coefficients of marine oil spill

1.3.4 生態系統服務功能 對于生態系統服務功能的確定采用成果參照法，借鑒了Costanza等人對于全球生態系統服務功能價值的研究結果，確定我國海洋生態系統服務功能價值如表3。

表 3 不同海洋生態系統的單位服務功能價值[15]Tab.3 Average global value of annual marine ecosystem services[15]

1.3.5 海洋生態服務功能損失率 本模式用海洋生態系統健康指數變化率代表海洋生態服務功能損失率。海洋生態系統健康指數變化率的確定采用海洋遙感方法，利用海洋水色遙感測定海水葉綠素含量，半定量地了解海洋浮游植物的情況，用以定量地評估溢油事故污染造成的海洋初級生產力的變化率，用其表征海洋生態系統的健康變化情況。目前應用遙感反演海洋葉綠素的方法大體上可分為經驗算法和基于模型的算法兩種，本模式為提高計算速度，采用經驗算法[16]。

2 案例分析

2.1 案例概況

2002年11月23日凌晨4時8分，一艘滿載原油的馬耳他籍油輪“塔斯曼海”輪（TASMAN SEA）與中國大連旅順順達船務有限公司的“順凱一號”輪在天津大沽口東部海域23海里（約為118°13′E，38°50′N）處發生碰撞。這次溢油事故給我國渤海海域造成了嚴重的污染，對海洋生態環境構成了嚴重的威脅，沿岸1 500余戶漁民養殖戶遭受了巨大的經濟損失。在歷時兩年的時間里，有關專家運用恢復費用法、替代法等[17]對此次溢油造成的海洋生態損害損失進行了評估，評估結果高達4 338萬元人民幣[11]。

2.2 案例評估

應用本模式評估“塔斯曼海”輪溢油事故時，各指標參數取值如表4所示。

表 4 海洋溢油生態損害快速預評估模式輸入參數取值Tab.4 Input parameter values of ecological damage assessment of marine oil spill model

根據公式(3)，得出海洋生態服務功能損失=溢油品質影響因子×污染面積×（單位生態服務功能價值×生態敏感系數×生態服務功能損失率）×折算率×損失時間 = 1.0×359.60×（1610×0.63× 50%）×3%×1×100 = 547 113.42（$），折算為人民幣為358.68 萬元（采用2011年3月匯率，1美元合6.555 8元人民幣）。

“塔斯曼海”輪溢油事故造成的海洋生態損害的定量化評估結果為海洋環境容量和海洋生態系統服務功能價值損失的總和，根據公式(1)，得出：海洋生態損失總價值= 海洋生態系統服務功能損失＋海洋環境容量損失= 358.68＋3 167.9= 3 526.58萬元。

2.3 結果分析

根據文獻[11]，“塔斯曼海”輪溢油事故造成的海洋生態損害損失評估結果為 4 338萬元人民幣，其評估周期為2年，并開展了多次海上調查。本模式的評估結果為3526.58 萬元人民幣。通過比較可知，本模式得到海洋生態損害價值損失評估結果小于原始評估結果，其原因主要是海洋生態系統服務價值損失計算時所選取的計算參數是最低，選取的海洋生態環境敏感區以漁業用水區為主，未考慮濱海濕地溢油損失，而在文獻[11]中考慮了溢油在潮間帶的生態損害部分。因此，本模式所計算的海洋溢油生態損失量是較為保守的。但與以往評估方法比較起來，本模式能在溢油事故后的很短時間（小于1天）計算出初步的生態損害價值，以往在事故后半年甚至幾年才能給出準確的評估結果，大大提高了評估速率，進而提高了對海上溢油事故處理的時效性。此外，本文提出的模式同樣可以應用于其他海域（如黃海、東海和南海），只須根據各自海域的特點確定其海洋生態環境敏感系數代入評估模式，具有較好的普適性。

3 結 語

本文從生態服務功能的角度，建立了海洋溢油生態損害快速預評估模式，該模式將溢油造成的海洋生態損害分為兩部分，即海洋生態服務功能損失和海洋環境容量損失，采用公式化評估方法，大大簡化了評估過程，而且，所需指標參數較少，易于獲得，因而提高了溢油生態損害評估速率。應用“塔斯曼海”輪溢油案例進行驗證的結果較為合理，與原始評估結果較為一致，可以嘗試進行推廣應用。

雖然本模式仍然存在針對性不強、評估結果偏低、各參數取值有待于進一步分析確定等缺點，但本模式的提出是對我國現有溢油生態損害評估技術體系的有效補充，具有一定的實際應用價值，并可為今后的溢油生態索賠事件提供技術依據，對于我國海洋經濟可持續發展及海洋生態環境保護具有重要意義。

[1]Ofiara D D.Natural resource damage assessments in the United States: rules and procedures for compensation from spills of hazardous substances and oil in waterways under US jurisdiction [J].Marine Pollution Bulletin, 2002, (44): 96-110.

[2]National Oceanic and Atmospheric Administration.Specifications for Use of NRDAM/CME Version 2.4 to Generate Compensation Formulas.Guidance Document for Natural Resource Damage Assessment Under the Oil Pollution Act of 1990.Damage Assessment and Restoration Program.National Oceanic and Atmospheric Administration [M].Maryland：Silver Spring, 1996.

[3]McCay D F.Development and application of damage assessment modeling: example assessment for the North Cape oil spill [J].Marine Pollution Bulletin, 2003, (47): 341-359.

[4]Carson R T, Conaway M B, Hanemann W M, et al.The Value of Preventing Oil Spill Injuries to Natural Resources along California’s Central Coast.Report prepared for NOAA [R].California Dept.of Justice, and California Dept of Fish and Game, 1996.

[5]McCay D F, Rowe J J, Whittier N, et al.Estimation of potential impacts and natural resource damages of oil [J].Journal of Hazardous Materials, 2004, 107(1-2): 11-25.

[6]Steven M T.Refining the Use of Habitat Equivalency Analysis [J].Environ Manage, 2007, (40): 161-170.

[7]Zafonte M, Hampton S.Exploring welfare implications of resource equivalency analysis in natural resource damage assessments [J].Ecological Economics, 2007, 61(1): 134-145.

[8]Geselbracht L, Logan R.Washington’s marine oil spill damage compensation schedule – Simplified resource damage assessment.Proceedings of the 1993 International Oil Spill Conference [C].1993.

[9]Plante K J, Lanette M P, Price L M, et al.Florida’s Pollutant Discharge Natural Resource Damage Assessment Compensation Schedule-A Rational Approach to the Recovery of Natural Resource Damages.Proceedings of the 1993 International Oil Spill Conference [C].1993.

[10]高振會, 楊建強, 崔文林, 等.海洋溢油對環境與生態損害評估技術及應用 [M].北京: 海洋出版社, 2005.

[11]高振會, 楊建強, 王培剛, 等.海洋溢油生態損害評估的理論、方法及案例研究 [M].北京: 海洋出版社, 2007.

[12]熊德琪, 廖國祥, 姜玲玲, 等.溢油污染對海洋生物資源損害的數值評估模式 [J].大連海事大學學報, 2007, (3): 68-77.

[13]廖國祥, 熊德琪, 姜玲玲, 等.溢油污染生物資源損害評估地理信息系統的開發 [J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版), 2008, (4): 746-749.

[14]任福安, 殷佩海, 耿曉輝.海上溢油事故等級的綜合評定 [J].交通環保, 2000, (6): 16-19.

[15]Costanza R, Arge R D, Groot R D, et al.The value of the world′s ecosystem services and natural capital [J].Nature, 1997, 387: 253-260.

[16]Carder K L, Chen F R, Cannizzaro J P, et al.Performance of the MODIS semi-analytical ocean color algorithm for chlorophyII-a [J].Advances in Space Research, 2004, (3): 1152-1159.

[17]紀大偉, 楊建強, 高振會, 等.海洋溢油生態損害評估研究進展[J].水道港口, 2006, 27(2): 115-119.

[18]National Oceanic and Atmospheric Administration, Discounting and the treatment of uncertainty in natural resource damage assessment.Technical paper 99-1.National Oceanic and Atmospheric Administration [M].Silver Spring, Maryland, 1999.

Study on the ecological damage rapid assessment model of the marine oil spill

YANG Jian-qiang1,2, ZHANG Qiu-yan3, LUO Xian-xiang3

(1.Shandong Provincial Key Laboratory of Marine Ecology and Environment & Disaster Prevention and Mitigation，Qingdao 266033, China; 2.Key Lab of Marine oil spill Identification and Damage Assessment Technology, SOA, Qingdao 266033, China; 3.Key Lab of Marine Environmental Science and Ecology of the Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266100, China)

The damage to marine ecosystem caused by marine oil spill accidents was quite huge since marine is the main producing area and transportation line of oil resources.It’s necessary to develop an ecological damage assessment method for assessing the ecological damage amount caused by oil spill and for marine management and ecology claims.An ecological damage rapid assessment model of marine oil spill was set up.In this model, the ecological damage caused by marine oil spill was divided into two parts, they were the marine environment capacity losses and marine ecological service functions losses.The input parameters included spill volume, spill area, oil quality, ecological sensitivity coefficient and ecological service functions calculated by environment economics, remote sensing technique, results referring and so on.Finally, the ecological damage rapid assessment model of marine oil spill was constructed.This model was applied to “TASMAN SEA” accident, and the result was consistent with the original one.Using this model, the assessment time was cut short greatly.Therefore, the model proposed in this paper is practical to deal with marine oil spill accident.

marine; oil spill; ecological damage; assessment

X55

A

1001-6932(2011)06-0702-05

2010-06-07；

2011-06-14

“十一五”國家科技支撐計劃（2006BAC03B04-01-04）；國家軟科學研究計劃（2008GXQ6B140）；國家海洋局海洋溢油鑒別與損害評估技術重點實驗室開放基金（201017）。

楊建強（1972－），男，研究員，博士生導師，主要從事海洋生態與災害評估研究。

羅先香（1972－），女，副教授，博士，主要從事濕地生態及近海海洋生態系統健康診斷及評價研究。E-mail：lxx81875@ouc.edu.cn。