濱海旅游區溢油評價建模與系統實現

孫李城，季民，孫培艷，尹曉林，張繼民

（1.山東科技大學測繪科學與工程學院　　青島市　266590；2.國家海洋局北海環境監測中心　　青島市　266033）

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濱海旅游區溢油評價建模與系統實現

孫李城1，季民1，孫培艷2，尹曉林1，張繼民2

（1.山東科技大學測繪科學與工程學院青島市266590；2.國家海洋局北海環境監測中心青島市266033）

摘要：近幾年海洋溢油事件頻發，對濱海地區旅游環境造成了嚴重的污染。針對濱海旅游區的溢油現象進行定量評價，尋求合理的評價方案是當前相關領域專家學者普遍關注的問題。本文根據濱海旅游區生態系統的特性，以濱海旅游區的海水水質、岸灘環境和溢油危害為評價內容，構建濱海旅游區溢油污染評價指標體系和濱海旅游區溢油污染綜合評價模型，并且基于GIS技術進行了系統架構設計與實現。通過模擬海洋溢油事件，對該系統進行了測試。測試結果表明：該系統能夠對溢油區的污染等級做出快速評價。本研究為濱海旅游區的溢油污染評價提供了新的方法，該系統能夠輔助相關部門管理溢油相關的綜合信息，在溢油發生時快速反應，采取應急措施。

關鍵詞：濱海旅游區；溢油污染綜合評價；GIS

近年來濱海旅游產業規模不斷擴大，其增加值一直保持著較快的增長態勢，已經成為海洋經濟發展的支柱產業［1-2］，如圖1、2所示。同時隨著國民經濟的持續發展，我國石油勘探及航運貿易發展迅速，海上石油活動的日益增長，帶來經濟效益的同時也包含著潛在的巨大風險［3］。頻發的溢油事故不但對中國海洋經濟造成了巨大的損失，還給海洋生態造成了嚴重的破壞［4-10］。當溢油事故波及濱海旅游區時，更是會對濱海城市的旅游業經濟造成難以估量的損失。蓬萊19-3油田溢油事故導致當地多個景點長時間停業。2010年大連新港“7.16”溢油事故中，1 500余噸原油流入海灣，使當地的濱海旅游業受到重創［11-13］。2013年黃島輸油管道爆炸導致膠州灣內側海域大面積污染，一定程度上削弱了當地旅游業的發展。因此，溢油發生后必須快速評價溢油對濱海旅游區造成的污染程度，應對溢油污染。

圖1 2007-2014年濱海旅游業增加值

針對濱海旅游業遭受溢油影響所產生的損失評價，國內學者進行了大量的研究，并取得了一些成果。李亞楠等［14］在溢油模型及GIS的支持下，運用環境經濟學及系統動力學的理論和方法建立了評估經濟損失的數學模型。張廣海等［15］以某輪船發生在煙臺海域的溢油事故給煙臺市崆峒島旅游業造成的經濟損失為例，構建了旅游經濟損害評估模型，對旅游經濟損害評估進行了實證研究。陳鋒以貨幣的形式明確了在海灣發生的溢油事故對其生態系統服務造成的損失如何進行評估的方法體系［16］，并以羅源灣案例進行了研究。王瑞軍將油污損害持續時間在數據殘差辨識模型中均分，將受油污之前每個時間段內的收入與實際收入相減，計算旅游娛樂的損失［17］。耿曉琴運用本底趨勢線和資源價值理論進行分析，結合山東省煙臺市長島縣旅游景區石油污染的案例，構建了海洋旅游資源損害評估的一般模型，評估長島旅游景區溢油事故損失［18］。然而這些研究多側重于在宏觀層面對海洋旅游資源經濟損失進行評價，在全面系統地針對濱海旅游資源遭受海洋溢油污染評估方面的研究相對匱乏。我國在溢油污染對濱海旅游區的影響方面并沒有統一的評價標準，目前使用的《濱海旅游度假區環境評價指南》，主要從環境、水文氣象、自然景觀等非溢油因素入手對濱海旅游景區環境進行評價，缺乏濱海旅游區受到臨近海域突發溢油事件影響程度的真實反映。因此，簡明完整、定性定量地評估溢油對濱海旅游區的污染等級，實現濱海旅游區溢油相關信息的綜合管理，對濱海地區旅游業的可持續發展和經濟的穩定增長具有現實意義。

本文根據濱海旅游區溢油評價工作的實際需求，參考國家海洋局制定的《濱海旅游區溢油影響監測與評價技術指南》，將影響旅游區休閑、觀光、娛樂等功能的因素全部作為指標參與評價，構建了濱海旅游區溢油污染綜合評價模型，結合GIS、數據庫等先進信息技術，實現了快速分析評價溢油對濱海旅游區污染等級［19-21］，以及溢油綜合信息數據的入庫與管理。

圖2　2014年主要海洋產業發展情況

1　　濱海旅游區溢油污染綜合評價模型建立

1.1指標體系構建原則

完整性原則：指標體系應盡可能全面地反映綜合溢油對濱海旅游區影響的各方面狀況；

簡明性原則：指標概念明確，易測易得；

重要性原則：指標應是溢油對濱海旅游區影響的重要指標；

獨立性原則：某些指標間存在顯著的相關性，反映的信息重復，應擇優保留；

可評價性原則：指標均應為量化指標，并可用于不同濱海旅游區之間的比較評價。

1.2評價指標的選取和評價范圍的確定

基于“7·16”大連溢油污染事件研究分析，確定從海水水質，溢油危害，岸灘環境方面選取最能直觀反映溢油影響程度，且便于現場實施監測的海水中的石油類，嗅和味，漂浮油膜，岸灘油污作為評價指標。

濱海旅游區溢油評價應涵蓋溢油對濱海旅游區直接影響區域和間接影響區域，以現場調查結合歷史環境質量監測數據，確定溢油影響的單項要素的評價范圍，總的評價范圍要覆蓋各單項要素評價范圍。綜合考慮溢油污染與濱海旅游區指標因子相互作用關系，通常以濱海旅游區邊界為評價范圍，若影響區域涉及的完整水文單元、生態單元、地理單元超出濱海旅游區界限，可適當擴大評價范圍。

1.3溢油對海水浴場影響評價方法

1.3.1溢油對水質狀況影響評價

根據溢油海區海水的色、嗅和味，海面漂浮油污和海水中石油類指標，按照感官監測和實際檢測含量的不同，將溢油海區海水水質分為三級，三項監測指標中，以表中單項指標的最高值為最終指數分級判斷指標。溢油對海水水質影響分級標準見表1。

表1　　溢油對海水水質影響分級標準

1.3.2溢油危害指數

不同氣象條件下，溢油危害指數的判定如表2所示。

表2　　溢油危害指數的判定

其中溢油危害指數低于60為Ⅰ級，60-80之間為Ⅱ級，80以上為Ⅲ級。

1.3.3岸灘環境指標

溢油對海岸、沙灘環境影響分類標準如表3所示。以表中單項指標的最高值為最終指數分級判斷指標。

表3　　溢油對海灘環境影響分類標準

1.4溢油對濱海旅游區影響綜合評價

對濱海旅游區影響的綜合評價主要分為溢油對海水浴場影響綜合評價和溢油對濱海旅游區海上觀光等旅游活動影響綜合評價兩部分。通過對受溢油影響的相關海區現場調查、監測采集的海水色、嗅和味、油類、海面漂浮油污、沉積物油類、岸灘油污等要素數據對海水浴場的水質狀況、溢油危害指數、岸灘環境指標分別進行評價。然后根據這3項分指標的評價等級對海水浴場和濱海旅游度假區的海底觀光、海上觀光、海濱觀光、海上休閑、沙灘娛樂等功能影響進行評價，取兩部分指標最高值為溢油對濱海旅游區影響程度的評價結果。

溢油對海水浴場影響綜合評價標準如表4所示。

表4　　溢油對海水浴場影響綜合評價

影響程度為輕度影響時，浴場可以正常開放；影響程度為中等時，浴場條件對部分游泳者不適，管理機構應設立警示標識；影響程度為影響嚴重時，不適于游泳，管理機構應及時發布公告并關閉浴場；溢油對海上觀光、海上休閑、海底觀光、海濱觀光、沙灘娛樂等活動影響評價標準如表5所示。

表5　　溢油對濱海旅游區海上觀光等旅游活動影響綜合評價

影響程度為輕度影響時，旅游景點可以正常開放；影響程度為中等時，旅游景點條件對部分游客不適，管理機構應設立警示標識；影響程度為嚴重時，不宜開展各項休閑觀光活動，管理機構應及時發布公告并關閉景點。

2　　基于GIS的系統設計與實現

2.1系統總體架構

如圖3，系統總體架構由數據層、服務層和應用層3個層次構成。

圖3　　系統框架體系結構圖

2.1.1數據層

數據層主要包括基礎地理數據和現場監測數據。

基礎地理數據庫主要包括多比例尺矢量線劃圖數據和多分辨率影像數據。其中多比例尺矢量線劃圖數據主要包括北海區域功能區數據、敏感區劃數據、各級行政區劃數據、海島海岸線數據等。多分辨率影像數據主要包括多分辨率衛星影像數據和多分辨率航空遙感影像數據。

現場監測數據主要包括現場監測的數據，例如海水水質指標等評價指標的測定值。

2.1.2服務層

空間數據庫采用Oracle+ArcSDE系統平臺來實現數據的存儲，主要涉及渤海及周邊地區的基礎地理數據。

關系型數據庫采用Oracle11g數據庫管理系統來實現數據的存儲和訪問，主要用來管理現場監測的數據。

2.1.3應用層

應用層是與用戶的交互界面，如圖3，本系統包括事件管理、方案制定、任務下達、現場監測、分析評價五大模塊。

2.2系統的功能實現

2.2.1評價工作流程

評價工作主要分為4個部分：制定監測評價方案和任務、現場監測獲取數據、數據入庫和結果評價。首先在系統中進行監測站位、監測項目的設置，形成監測方案；然后將監測方案下載至海上監測終端，進行現場監測，采集相關信息；現場采集的樣品經實驗室分析后，將數據導入系統，最后，利用實驗分析得到的數據開展評價。

2.2.2系統主要功能模塊

根據以上濱海旅游區溢油評價工作流程和業務需要，開發如下五個主要功能模塊。

（1）事件查看

事件查看可以查詢數據庫中歷年來所有溢油事件，可根據溢油事件發生的時間篩選特定時間范圍內的溢油事件，主要記錄溢油事件的編號、名稱、簡要描述、發生地點、地理坐標、事故發生時間以及事故入庫時間等主要事故屬性字段。本模塊還提供了查看溢油區域的功能區劃圖、溢油影像等基礎地理數據的功能，輔助相關工作人員合理地劃定監測區域。

（2）方案制定

溢油事件發生后，進行濱海旅游區影響評價工作首先需要根據溢油事故的相關屬性制定具體行動方案，將影響評價工作明晰化、定量化。方案制定模塊主要實現方案的制定、編輯、查詢、方案書制作輸出。

（3）任務下達

當溢油事件編號、溢油事件名稱、相關方案編號、方案名稱確定后，根據以上信息制作具體待執行任務，分配給海監海事工作人員，指導相關人員出海監測。該模塊主要包括新建任務、任務管理、任務下達和任務書制作。

（4）現場監測

現場監測模塊依據海洋溢油事件下制定的方案和任務，開展現場調查和資料搜集工作，現場調查主要包括溢油事故調查、濱海旅游區溢油基本情況調查、濱海旅游區溢油影響監測要素調查。現場監測模塊主要實現現場監測的數據上傳到服務端以及歷史數據的查詢功能。該模塊包括現場數據錄入、實驗室數據錄入和歷史數據查詢。

（5）分析評價

為了更直觀形象地表現溢油對評價區域的影響，系統使用本文構建的濱海旅游區溢油污染綜合評價模型，根據現場監測數據計算得到污染程度等級，并采用分級設色對評價結果進行渲染，實現溢油評價結果的動態可視化地圖表達。

3　　系統測試

模擬青島某地區發生溢油事件，海監人員現場監測的各單項指標數據如表6所示。

表6 模擬監測數據

導入監測數據到本系統中進行評價，首先對海水浴場影響評價，海水水質指標為Ⅲ級，溢油危害指標為Ⅱ級，岸灘環境指標為Ⅱ級。根據溢油對海水浴場影響綜合評價標準，溢油對海水浴場綜合評價結果為：影響嚴重，評價結果如圖4所示。

圖4 溢油對海水浴場影響評價

然后對海上觀光、海上休閑、海底觀光、沙灘娛樂活動影響評價，海水水質指標為Ⅲ級，溢油危害指標為Ⅱ級，根據上述溢油對濱海旅游區海上觀光等旅游活動影響綜合評價標準，溢油對濱海旅游區海上觀光等旅游活動該項評價結果為：影響嚴重。評價結果如圖5所示。

圖5　　溢油海上觀光等旅游活動影響評價

最后進行濱海旅游區溢油污染綜合評價，綜合評價結果為：影響嚴重。根據評價結果等級進行地圖渲染，生成濱海旅游區溢油污染等級分布圖，如圖6所示。

圖6　　濱海旅游區溢油污染等級分布圖

4結語

本文以濱海旅游區海水水質、溢油危害、岸灘環境三個方面為主要評價內容，構建了濱海旅游區溢油污染評價指標體系和溢油污染綜合評價模型，實現了快速分析評價溢油對濱海旅游區的污染等級，結合GIS技術將相關監測信息和分析結果以地圖可視化的方式進行查詢和輸出，管理溢油相關綜合信息，并且通過模擬某旅游區發生溢油事件進行了測試。由于相關歷史數據不足，在以后的工作中仍然需要根據濱海旅游區發生溢油事件后采集的相關數據不斷優化濱海旅游區溢油污染綜合評價模型，根據實際工程經驗改進評價工作的流程和評價系統，以進一步提高濱海旅游區溢油污染評價工作的效率和評價結果的精確度。

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收稿日期：2016-03-02

基金項目：國家自然科學基金項目 （41471330），國家海洋局公益行業科研項目 （201205012）。