三峽庫(kù)區(qū)船舶溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

陳卓歐，黃 明，延 飛

(武漢理工大學(xué) 航運(yùn)學(xué)院，武漢430063)

國(guó)家海事局對(duì)水運(yùn)船舶溢油污染的方針是“防治結(jié)合，預(yù)防為主”。相比溢油事故后的治理，事故前的預(yù)防有效實(shí)施對(duì)減少溢油的損害影響更為重要。目前，對(duì)于內(nèi)河船舶溢油的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究，主要集中在評(píng)價(jià)方法的選取上［1-2］，鄧健等［3］研究了三峽庫(kù)區(qū)船舶溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系問(wèn)題，該研究?jī)H僅局限于評(píng)價(jià)溢油事故發(fā)生的概率，而從風(fēng)險(xiǎn)的定義來(lái)看［4］，它不僅包括事故發(fā)生的概率，還包括事故造成的后果，包括經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡等。因此，從這個(gè)意義上講，評(píng)價(jià)模型還不夠全面。

本文將熵值法與無(wú)量綱方法相結(jié)合，利用熵值法確定影響船舶溢油因素的權(quán)重賦值，并對(duì)不同地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)因子進(jìn)行無(wú)量綱化處理，綜合考慮溢油發(fā)生的概率和可能造成的后果，并針對(duì)三峽庫(kù)區(qū)的12個(gè)港區(qū)開展例證研究，研究結(jié)論可以為海事管理機(jī)構(gòu)有針對(duì)性地采取措施降低溢油風(fēng)險(xiǎn)提供依據(jù)。

1 三峽庫(kù)區(qū)船舶溢油概率評(píng)價(jià)模型

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

確定內(nèi)河船舶溢油概率的指標(biāo)體系時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循的原則為

指標(biāo)必須和三峽庫(kù)區(qū)船舶溢油概率的目標(biāo)相一致，必須具有系統(tǒng)性、可操作性、科學(xué)性、可比性，指標(biāo)之間應(yīng)避免相關(guān)性，指標(biāo)設(shè)置要重點(diǎn)突出，定量和定性指標(biāo)相結(jié)合。

基于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立的原則，鑒于國(guó)內(nèi)外主要評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合調(diào)研和專家意見，考慮資料獲取的難易程度、模型的可操作性等，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選，選取6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo):①轄區(qū)水域長(zhǎng)度;②內(nèi)河船舶斷面交通流;③轄區(qū)油船進(jìn)出港艘次;④轄區(qū)油碼頭數(shù)量;⑤轄區(qū)油品吞吐量;⑥轄區(qū)事故數(shù)。

1.2 三峽庫(kù)區(qū)船舶溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

為了計(jì)算總體的溢油概率指數(shù)，在計(jì)算得到各指標(biāo)概率度的基礎(chǔ)上還需要確定各指標(biāo)的權(quán)重，本文設(shè)計(jì)采用熵值法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

1.2.1 指標(biāo)無(wú)量綱處理方法

在利用熵值法確定權(quán)重過(guò)程中，需要用到的原始數(shù)據(jù)矩陣中會(huì)存在指標(biāo)單位不一致，比較時(shí)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理。根據(jù)合理的假設(shè)可以確定模型的基本函數(shù)形式，然后根據(jù)歷史樣本數(shù)據(jù)和理論分析找出各指標(biāo)的某些特征值，再通過(guò)這些特征值得出每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)模型的具體形式，即確定每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)函數(shù)，最后根據(jù)區(qū)域各指標(biāo)的實(shí)際值和評(píng)價(jià)模型得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值。

對(duì)該模型做出如下假設(shè)。

1)模型中評(píng)價(jià)值為無(wú)量綱值，稱之為子安全度。每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的單位和數(shù)量不同，因此必須通過(guò)對(duì)它們進(jìn)行計(jì)算模型無(wú)量綱化處理，使它們能夠進(jìn)行綜合計(jì)算。

2)子安全度介于0～1之間。對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)指標(biāo)都存在一個(gè)最差值和一個(gè)最優(yōu)值，取最差值或比最差值小時(shí)該指標(biāo)為0，取最優(yōu)值或比最優(yōu)值大時(shí)該指標(biāo)為1，盡管有越大越好的指標(biāo)，也有越小越好的指標(biāo)，但是它們的取值都介于最差值和最優(yōu)值之間，并且其函數(shù)應(yīng)該是單調(diào)的。

圖1 三峽庫(kù)區(qū)船舶溢油概率評(píng)價(jià)函數(shù)曲線

3)模型中的各指標(biāo)分別占有不同的權(quán)重，對(duì)安全度有大小不同的貢獻(xiàn)。

很多國(guó)際機(jī)構(gòu)和專家學(xué)者對(duì)很多指標(biāo)都確定了不發(fā)生危機(jī)的一個(gè)值，這個(gè)值不是最差值，也不是最優(yōu)值，稱之為及格值，取這個(gè)值時(shí)安全度為0.6［5］。同時(shí)根據(jù)各種規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)際情況可確定一個(gè)理想值或者最差值，對(duì)模型求解并建立安全度計(jì)算模型，見表1。

表1 指標(biāo)評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系表

以“危險(xiǎn)品碼頭分布指標(biāo)”為例，認(rèn)為當(dāng)該轄區(qū)沒(méi)有危險(xiǎn)品碼頭時(shí)(即危險(xiǎn)碼頭數(shù)為0時(shí))，該指標(biāo)概率度最低，為最優(yōu)值0;當(dāng)該轄區(qū)危險(xiǎn)品碼頭數(shù)量為轄區(qū)的平均值時(shí)，即6座時(shí)，該指標(biāo)概率度為及格值，為0.6。當(dāng)該轄區(qū)危險(xiǎn)品碼頭數(shù)量為轄區(qū)最大值時(shí)，即危險(xiǎn)品碼頭數(shù)量為12座時(shí)，該指標(biāo)概率度為最差，分值為1。通過(guò)歸一化處理，將原來(lái)的帶有單位的歷史樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為無(wú)量綱數(shù)值。本文采用線性分段函數(shù)插值的方法對(duì)多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱處理。假設(shè)x為標(biāo)準(zhǔn)化后的樣本數(shù)據(jù)，X為原始的帶單位的指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)，XZY為最優(yōu)的指標(biāo)值，XZC為最差的指標(biāo)值，XZY和XZC可由指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)的最大或最小值確定，也可以理論分析給出。將歸一化后的數(shù)值XZY(值為0)、XJG和XZC(值為1)，通過(guò)下列等式計(jì)算得到該指標(biāo)概率評(píng)價(jià)函數(shù)。

1.2.2 熵值法基本原理

熵是系統(tǒng)無(wú)序程度的度量，可以用于度量已知數(shù)據(jù)所包含的有效信息量和確定權(quán)重［6］。在船舶溢油概率評(píng)價(jià)中，對(duì)“熵”的計(jì)算確定權(quán)重，就是根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)值的差異程度，確定各指標(biāo)的權(quán)重。當(dāng)各評(píng)價(jià)對(duì)象的某項(xiàng)指標(biāo)值相差較大時(shí)，熵值較小，說(shuō)明該指標(biāo)提供的有效信息量較大，其權(quán)重也應(yīng)較大;反之，若某項(xiàng)指標(biāo)值相差較小，熵值較大，說(shuō)明該指標(biāo)提供的信息量較小，其權(quán)重也應(yīng)較小。當(dāng)各被評(píng)價(jià)對(duì)象的某項(xiàng)指標(biāo)值完全相同時(shí)，熵值達(dá)到最大，這意味著該指標(biāo)無(wú)有用信息，可從評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中去除。

1.2.3 熵值法求權(quán)重步驟

使用熵權(quán)法確定權(quán)重主要有以下3個(gè)步驟。

1)原始數(shù)據(jù)矩陣歸一化。設(shè)m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的原始數(shù)據(jù)矩陣為A=(aij)m×n，對(duì)其歸一化后得到R=(rij)m×n。對(duì)值越大越優(yōu)的指標(biāo)而言，歸一化公式為

對(duì)于值越小越優(yōu)的指標(biāo)而言，其歸一化公式為

2)定義熵。在有m個(gè)指標(biāo)，n個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)估問(wèn)題中，第i個(gè)指標(biāo)的熵為

3)得到熵權(quán)。得到了第i個(gè)指標(biāo)的熵之后，可得到第i個(gè)指標(biāo)熵權(quán)

式中:wi——用熵值法確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。

1.2.4 綜合層溢油綜合概率指數(shù)計(jì)算

綜合概率指數(shù)E表示的是該轄區(qū)船舶溢油概率評(píng)價(jià)的最終計(jì)算值，它代表的是該轄區(qū)污染概率的整體情況，其計(jì)算方法如下式。

式中:E——綜合層的三峽庫(kù)區(qū)船舶溢油污染概率指數(shù);

yj、wj——各指標(biāo)的指標(biāo)概率度和權(quán)重，j=1，2，3，4，5，6，分別代表下屬的6個(gè)指標(biāo)。

將溢油概率評(píng)價(jià)模型應(yīng)用于內(nèi)河管轄水域。在計(jì)算中，指標(biāo)評(píng)價(jià)函數(shù)實(shí)際采用海事局管轄水域各指標(biāo)的多年的統(tǒng)計(jì)最優(yōu)、平均及最差值數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，確定各指標(biāo)的評(píng)價(jià)函數(shù)，帶入各轄區(qū)的指標(biāo)概率評(píng)價(jià)函數(shù)即可計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)概率度。

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)各指標(biāo)權(quán)重分別計(jì)算各轄區(qū)的綜合船舶溢油概率指數(shù)E。

2 三峽庫(kù)區(qū)船舶溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 船舶溢油概率評(píng)價(jià)

對(duì)于船舶溢油概率風(fēng)險(xiǎn)來(lái)說(shuō)，選取1.1中所述6個(gè)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)12個(gè)港區(qū)中以上6個(gè)因素?cái)?shù)據(jù)的無(wú)量綱化處理，得到評(píng)價(jià)指標(biāo)見表2。

表2 溢油概率風(fēng)險(xiǎn)因子無(wú)量綱化結(jié)果

在以上無(wú)量綱結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用熵值法求得的6個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的權(quán)重結(jié)果，見表3。

表3 溢油概率風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重

由表3可見，轄區(qū)危險(xiǎn)品吞吐量的權(quán)重最大，轄區(qū)長(zhǎng)度的權(quán)重最小，但總體上看，6個(gè)指標(biāo)的權(quán)重相差不大。

2.2 三峽庫(kù)區(qū)船舶溢油損害評(píng)價(jià)

2.2.1 船舶溢油損害評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

船舶溢油損害評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由兩個(gè)層次組成，一是指標(biāo)層，另一個(gè)是綜合層。綜合層為溢油損害指數(shù)，反應(yīng)的是船舶溢油損害概況;指標(biāo)層為指標(biāo)損害度，代表的是各指標(biāo)的損害值。

按1.1的原則，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)選取了2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，即溢油敏感資源分布數(shù)量和油品危險(xiǎn)度。

2.2.2 船舶溢油損害評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重求取

通過(guò)調(diào)研，并根據(jù)油品危險(xiǎn)度分類及分值、常見油品危險(xiǎn)度的取值等相關(guān)規(guī)定［7］，得到三峽庫(kù)區(qū)12個(gè)港區(qū)的溢油敏感資源分布數(shù)量和油品危險(xiǎn)度的無(wú)量鋼化結(jié)果見表4。

表4 三峽庫(kù)區(qū)溢油損害評(píng)價(jià)指標(biāo)函數(shù)及計(jì)算值

利用熵值法基本原理和步驟，得到轄區(qū)溢油敏感區(qū)域分布0.498 0和油品危險(xiǎn)度0.502 0。

3 三峽庫(kù)區(qū)船舶溢油風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)

3.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法選取

目前的一些風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法由于沒(méi)有區(qū)別對(duì)待風(fēng)險(xiǎn)所包含的發(fā)生概率及損害兩者之間存在的關(guān)系，使得一些風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法在基本的評(píng)價(jià)原理或評(píng)價(jià)模型上存在不合理或不完善的地方［8］。本文定義風(fēng)險(xiǎn)為事件發(fā)生概率和事件損害或者是事件發(fā)生可能性和后果嚴(yán)重程度的綜合反映，見圖2。風(fēng)險(xiǎn)水平的計(jì)算是利用結(jié)合概率和損害的二維風(fēng)險(xiǎn)矩陣。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)的概念

3.2 三峽庫(kù)區(qū)船舶溢油風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

根據(jù)本文評(píng)價(jià)方法，綜合考慮綜合概率指數(shù)E與綜合損害指數(shù)D，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)R的表達(dá)為

對(duì)于三峽庫(kù)區(qū)船舶溢油事件而言，風(fēng)險(xiǎn)的高低還不能僅僅依靠概率×損害來(lái)描述。溢油事件發(fā)生概率高而損害小和溢油事件發(fā)生概率低而損害大，對(duì)沿江區(qū)域的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)影響程度是不同的［9］。因此對(duì)于溢油事件而言，損害評(píng)價(jià)高于某一界限即可認(rèn)為是高風(fēng)險(xiǎn)［10］。

利用公式(7)得到三峽庫(kù)區(qū)12個(gè)港區(qū)的綜合風(fēng)險(xiǎn)值見表6。

由表6可見，重慶溢油風(fēng)險(xiǎn)最大，其次為涪陵、巫山、萬(wàn)州。但是對(duì)于本文所定義的內(nèi)河溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)而言，若涪陵發(fā)生溢油，其損害程度可能會(huì)遠(yuǎn)高于巫山，其綜合風(fēng)險(xiǎn)值為巫山的近兩倍。

4 結(jié)論

以三峽庫(kù)區(qū)中的12個(gè)港區(qū)為例，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)部分采用熵值法求權(quán)重，有效降低了模型的主觀性，同時(shí)將風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率與風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后的損害影響程度相結(jié)合作為最終的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值。

表6 綜合風(fēng)險(xiǎn)值

提出的模型可以供專家對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果提出對(duì)策，并使海事管理機(jī)構(gòu)能夠?qū)σ缬桶l(fā)生的可能性進(jìn)行定性的、定量的分析和判斷，有效地防止溢油事件的發(fā)生。本文所采用的方法和模型，也可為我國(guó)其它主要內(nèi)河水域進(jìn)行船舶溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供一定的參考和借鑒。

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