遼東灣近岸海域油污染生態(tài)風險評價研究

王思宇, 陶 平, 宗勇軍, 邵秘華

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遼東灣近岸海域油污染生態(tài)風險評價研究

王思宇1, 陶 平1, 宗勇軍2, 邵秘華1

(1. 大連海事大學 環(huán)境科學與工程學院, 遼寧 大連 116023; 2. 大連海洋環(huán)境監(jiān)測中心站, 遼寧 大連 116015)

以2014–2015年海洋調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎, ArcGIS軟件為平臺, 通過選取致災因子危險性、承災體脆弱性相關影響因子, 基于災害理論和層次分析法構建了遼東灣近岸海域油污染生態(tài)風險評價指標體系、評價模型及評價標準, 將致災因子危險性等級和承災體脆弱性等級進行疊加, 從而實現(xiàn)對研究海域油污染生態(tài)風險進行綜合評價, 并對該海域溢油風險可能導致的環(huán)境影響進行了系統(tǒng)分析、診斷和綜合評價。結果表明: 遼東灣近岸海域風險處于較高風險, 應加強對環(huán)境敏感區(qū)域的保護, 并完善環(huán)境監(jiān)測體系。本文同時為重要濕地生態(tài)敏感區(qū)合理配置溢油應急資源和實施風險決策提供技術支撐, 也為目前事故后的危機管理到預防性風險管理的轉變提供理論依據(jù)。

溢油; 承災體; 致災因子; 河口; 生態(tài)風險

隨著沿岸經(jīng)濟帶建設和海洋開發(fā)的迅猛發(fā)展, 提升了海上石油運輸業(yè)和石油開采業(yè)的快速期, 同時帶來海洋溢油事件的頻發(fā)[1], 其造成的生態(tài)損害其范圍十分廣泛, 導致局部海域溢油污染造成的近岸生態(tài)退化愈加嚴重, 不但包括對海洋生物的損害, 還包括對海洋生境的損害, 甚至對人類健康都會造成直接或間接影響[2], 這些都引起政府和海洋學術界的關注和重視, 因此, 建立油污染風險評價對海洋管理部門建立溢油事故反應、生態(tài)資源補償及評估等具有極為重要的研究意義。

目前, 國際上對油污損害評估技術的研究已較為成熟, Jack等[3]從生物學角度出發(fā), 利用眾多的分子、細胞和生理生物標記海洋動物的反應, 以評估石油化合物的污染損害; Duarte等[4]選擇珊瑚物種的生物學指標, 模擬石油泄漏發(fā)生頻率和珊瑚的死亡事故的關系, 開展了巴西海岸的海洋保護區(qū)的風險研究; Kankara等[5]將溢油模擬與沿海資源信息結合起來, 通過整合沿海資源信息系統(tǒng)和石油泄漏軌跡模型, 為欽奈海岸進行了基于情景的風險評估和敏感性指數(shù)化研究。而國內(nèi)方面, 高振會等[6]提出了海洋溢油對環(huán)境與生態(tài)損害評估方法, 為國內(nèi)的溢油環(huán)境損害評估和賠償提供了參考; 劉勝[7]在沿海石油儲運溢油風險評價的研究論文中, 對沿海石油儲運溢油風險評價建立了分層面的指標體系, 其中包括儲運系統(tǒng)、油品儲存、港區(qū)油碼頭以及輸油管線等環(huán)節(jié); 楊陽[8]在大連新港船舶溢油風險評價及防范系統(tǒng)研究中系統(tǒng)而較為全面的建立了三層指標體系, 其第二層——評價準則層包括了自然條件、油船自身、港口條件、管理水平和人員五大因素, 并首次將碼頭布置合理程度作為評價因素層加入了船舶溢油風險評價的指標體系當中, 并將其構建的指標體系應用于大連新港船舶溢油風險的綜合評價; 張倩等[9]通過對影響溢油污染程度的相關因素進行綜合全面分析, 構建了海洋溢油污染評估指標體系, 并提出新的影響因子隸屬度函數(shù),為海洋溢油污染等級評估提供支持。經(jīng)文獻查新, 目前未見有綜合考慮海上船舶、石油平臺、輸油管線等多風險源, 建立河口及近岸海域油污染風險評價指標體系及評價方法的公開文獻報導, 且已有研究中方法以及所考慮的評價因素和指標較為單一。因此, 本研究綜合多方面因素并運用層次分析法構建判斷矩陣, 針對遼東灣近岸環(huán)境風險評價指標及權重進行研究, 建立各分項生態(tài)風險評價體系制定和評價模型, 實現(xiàn)對研究海域油污染生態(tài)風險綜合評價。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

雙臺子河口濕地位于遼東灣北部海域, 屬于遼寧省盤錦市境內(nèi), 為雙臺子河口自然保護區(qū)的所在地[10]。研究范圍處于雙臺子河口國家級自然保護區(qū)和種子資源保護區(qū)[11], 同時也是遼河三角洲海洋開發(fā)活動中石油平臺、碼頭、油氣管線、航道、錨地等分布密度大、范圍廣的高風險敏感區(qū), 研究區(qū)域面積5 786km2, 詳見圖1。

1.2 構建指標體系

本文篩選致災因子、承災體評價指標用以構建體系, 其中致災因子指自然或人為環(huán)境中, 產(chǎn)生影響并造成災害的元素[12], 承災體指直接受到災害影響和損害的主體[13]。綜合考慮評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境受氣象、水文、人類活動干擾等多種因素共同作用, 本文選取受溢油制約因素高、可導致局部生態(tài)失衡、生物資源易受破壞的介質(zhì)為承災體和致災因子指標, 具體分布詳見圖2。

圖1 評價區(qū)域地理位置圖

圖2 承災體和致災因子指標分布圖

1.3 指標權重確定

考慮到本研究建立的油污染評價指標體系是多層次的指標體系, 因而采用定性和定量相結合的層次分析法來確定權重, 其基本步驟如下: (1)通過兩兩指標相互比較, 建立判斷矩陣。這里為保證數(shù)據(jù)的科學合理引進專家打分法, 以電子郵件咨詢和專家面對面咨詢等形式, 向海洋化學、海洋生態(tài)、海洋地質(zhì)等相關領域的專家及研究人員共發(fā)出專家征詢問卷進行兩兩比較打分; (2)計算權重和最大特征根; (3)一致性檢驗。

綜上分析, 指標體系及各指標權重值詳見表1。

表1 河口及近岸海域油污染風險評價指標體系

2 風險綜合評價

2.1 評價指標分級

按各指標計算方法和其所依據(jù)的規(guī)程標準的不同, 劃定合理閾值, 依輕度、中度、高度和極度進行分級[14-15]。

各承災體指標中, 水體富營養(yǎng)化經(jīng)富營養(yǎng)化指數(shù)計算公式計算并劃分等級; 石油類指標中水體、沉積物環(huán)境石油類分別參照《海水水質(zhì)標準》(GB 3097- 1997)、《海洋沉積物質(zhì)量標準》(GB 18668-2002)的閾值進行脆弱性等級劃分; 海洋生物指標方面參考馬玉艷[16]《河口浮游動物群落生態(tài)健康評價方法及應用》, 依據(jù)《近岸海洋生態(tài)健康評價指南》(HYT 087-2005), 以背景值為基礎做出調(diào)整和浮動; 而環(huán)境敏感目標及各致災因子指標方面, 參考研究海域最大的漲落潮的潮程以及相關應急響應預案內(nèi)容, 以GIS為平臺, 選取不同緩沖距離()進行等級劃分, 具體方法分別如表2、表3所示。

2.2 綜合指數(shù)評價

式中:v為綜合指數(shù);W為各指標權重值;F為各指標評價得分值;為評價指標的數(shù)目。

參考《海洋生態(tài)系統(tǒng)健康評價技術規(guī)程第一部分: 海灣生態(tài)系統(tǒng)》相關分級標準, 進行各指標脆弱性、危險性賦值, 詳見表4。

2.3 等級表征

2.3.1 承災體脆弱性等級表征

結合上述評價指數(shù)模型計算結果, 進行承災體脆弱性等級劃分詳見表5, 脆弱性狀態(tài)表征如下:

表2 各承災體脆弱性等級劃分

注: A、B、C分別為近十年各指標的平均值, 其中A=80個/m3, B=200mg/m3, C=200個/m2,單位為km

表3 各致災因子危險性等級劃分

注:單位為km

表4 各指標賦值表

表5 承災體脆弱性評價指數(shù)等級劃分

(a)輕度脆弱: 系統(tǒng)活力很強, 無生態(tài)異常, 生態(tài)功能極其完善, 系統(tǒng)極其穩(wěn)定, 遭受損害的可能性極小; (b)中度脆弱: 系統(tǒng)活力較強, 無生態(tài)異常, 生態(tài)功能較完善, 系統(tǒng)尚穩(wěn)定, 有一定程度遭受損害的可能性; (c)高度脆弱: 有一定的系統(tǒng)活力, 生態(tài)系統(tǒng)較不穩(wěn)定, 已有少量生態(tài)異常出現(xiàn), 遭受損害的可能性較高; (d)極度脆弱: 系統(tǒng)活力較低, 生態(tài)系統(tǒng)較不穩(wěn)定, 生態(tài)異常較多, 遭受損害可能性較高[17]。

2.3.2 致災因子危險性等級表征

致災因子危險性評價等級劃分詳見表6, 危險性狀態(tài)表征如下:

表6 致災因子危險性評價指數(shù)等級劃分

(a)輕度危險: 發(fā)生油污染概率極低, 危險指數(shù)較低, 風險程度在生態(tài)系統(tǒng)的承受范圍之內(nèi); (b)中度危險發(fā)生油污染概率較低, 危險指數(shù)中等, 風險程度較輕, 一定程度超出生態(tài)系統(tǒng)的承受范圍; (c)高度危險: 發(fā)生油污染概率較高, 危險指數(shù)較高, 風險程度超出生態(tài)系統(tǒng)的承受范圍; (d)極度危險: 發(fā)生油污染概率高, 危險指數(shù)高, 風險程度嚴重超出生態(tài)系統(tǒng)的承受范圍之內(nèi)。

2.4 油污染風險綜合評價

2.4.1 油污染風險評價模型

本文認為風險是致災因子危險性和承災體脆弱性二者共同作用的結果[18], 因而選取聯(lián)合國于2004年提出的型進行風險評價模型的構建, 其公式為: 風險=危險×脆弱性[19]。再根據(jù)前文中通過層次分析法和專家打分法所求得二者相應權重值, 建立了綜合風險計算公式:= (0.6667)+ (0.3333), 式中為風險值,為致災因子危險性,為承災體脆弱性。

2.4.2 油污染風險等級劃分

油污染風險評價等級劃分詳見表7, 風險狀態(tài)表征設計如下:

表7 油污染風險評價等級劃分

(a)低風險: 發(fā)生油污染概率極低, 生態(tài)系統(tǒng)遭受損害的可能性極小, 風險指數(shù)較低, 風險程度在生態(tài)系統(tǒng)的承受范圍之內(nèi); (b)中等風險: 發(fā)生油污染概率較低, 生態(tài)系統(tǒng)有一定程度遭受損害的可能性, 風險指數(shù)中等, 風險程度較輕, 一定程度超出生態(tài)系統(tǒng)的承受范圍; (c)較高風險: 發(fā)生油污染概率較高, 生態(tài)系統(tǒng)遭受損害的可能性較高, 風險指數(shù)較高, 風險程度超出生態(tài)系統(tǒng)的承受范圍; (d)高風險: 發(fā)生油污染概率高, 生態(tài)系統(tǒng)遭受損害的可能性高, 風險指數(shù)高, 風險程度嚴重超出生態(tài)系統(tǒng)的承受范圍之內(nèi)。

3 結果分析

3.1 承災體脆弱性評價

結合GIS空間疊加技術, 繪制出脆弱性分區(qū)等級圖及面積百分比圖(圖3、4所示)。由圖可知, 研究區(qū)的承災體脆弱性分部特征為: 脆弱性較大的模塊多分布在海洋保護區(qū)、旅游休閑娛樂區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)等區(qū)域。而隨著近岸海域的水體富營化程度的增高, 海域普遍的脆弱程度較高, 而較外部海域水質(zhì)情況及沉積物質(zhì)量狀況較為良好。

圖3 承災體脆弱性等級圖

由圖4可見, 其面積百分比排序依次分別為: 輕度(32%)>中度(26%)>極度(22%)>高度(20%)。該研究區(qū)的脆弱性分布特征為: 極度脆弱區(qū)域占評價范圍總面積的22%, 近似四分之一, 而高度脆弱和極度脆弱的面積總百分比達到42%, 即評價范圍內(nèi)近一半?yún)^(qū)域內(nèi)的承災體脆弱性等級較高, 生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定程度較高, 易受到風險源有害物質(zhì)的污染和侵蝕。

3.2 致災因子危險性評價結果

同理繪制致災因子危險性等級圖及面積百分比圖(圖5、6所示), 由圖可知, 其危險性分布特征為: 危險程度較大的區(qū)域主要集中在海洋石油平臺、輸油管線、海上油輪運輸?shù)葏^(qū)域, 特別是石油碼頭、運輸航道等, 陸源排污口周邊地區(qū)雖危險性較低, 但潛在隱患仍然不可忽視。

圖4 各脆弱性等級面積百分比圖

由圖6可見, 其面積百分比排序依次分別為: 輕度(33%)>中度(28%)>高度(29%)>極度(10%)。分布特征為: 雖然極度危險區(qū)域僅占評價范圍總面積的10%, 但是高度危險區(qū)域百分比達到29%, 近總面積的三分之一, 因而評價范圍內(nèi)風險較大的區(qū)域仍不容忽視, 一旦發(fā)生危險, 將會對河口及近岸造成較大影響。

圖5 致災因子危險性等級圖

圖6 各危險性等級面積百分比圖

3.3 河口及近岸油污染風險綜合評價結果

利用GIS技術將承災體脆弱性等級圖與致災因子危險性等級圖進行疊加, 得到河口及近岸油污染風險等級圖, 并繪制面積百分比圖(圖7、8所示), 由圖可知其分布特征為: 風險性較高的區(qū)域主要集中在海洋保護區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)等環(huán)境敏感目標區(qū)域, 以及海洋石油平臺、運輸航道等風險源區(qū)域, 一旦溢油事故發(fā)生, 敏感目標將受到較大影響, 而各致災因子對近岸海域造成污染的可能性較大, 沖擊力較高。

由圖8可以看出, 其面積百分比排序依次分別為: 中等(32%)>較高(28%)=低(28%)>高(12%)。分布特征為: 較高風險區(qū)域面積占評價范圍總面積的32%, 這部分區(qū)域雖然中風險指數(shù)中等, 風險程度較輕, 但仍應對其可能出現(xiàn)的風險進行嚴格把控, 否則, 較高風險區(qū)域總面積將顯著增加, 甚至達到高風險等級, 使得生態(tài)系統(tǒng)遭受損害的可能性顯著增高, 超出生態(tài)系統(tǒng)的承受范圍。

4 結論

本文對該海域溢油風險可能導致的環(huán)境影響進行了系統(tǒng)分析、診斷和綜合評價, 并得到以下研究結論:

(1) 在承災體脆弱性評價方面, 脆弱度較高的區(qū)域集中分布在海洋保護區(qū)、旅游休閑娛樂區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)等敏感目標區(qū)域內(nèi), 應加強保護; 在致災因子危險性評價方面, 呈現(xiàn)危險性較高的區(qū)域主要集中在石油勘探、開發(fā)及運輸相關的風險源覆蓋區(qū)域, 應以石油碼頭、運輸航道為重要監(jiān)管區(qū)域, 加強溢油防范措施監(jiān)視、監(jiān)察力度。

圖7 河口及近岸油污染風險等級圖

圖8 遼東灣各風險等級面積百分比圖

(2) 結合風險綜合評價結果, 可知此河口地區(qū)為生態(tài)敏感區(qū), 各環(huán)境敏感目標及致災因子可對海域造成較高風險, 當前不僅應加強對環(huán)境敏感區(qū)域的保護, 還應盡快健全海上環(huán)境風險預警和應急機制, 完善環(huán)境監(jiān)測體系, 實現(xiàn)對可能造成溢油事故的風險源有效管理與監(jiān)控。

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(本文編輯: 康亦兼)

Ecological risk assessment of oil spills in coastal waters of Liaodong Bay

WANG Si-yu1, TAO Ping1, ZONG Yong-jun2, SHAO Mi-hua1

(1. College of Environmental Science & Engineering, Dalian Maritime University, Dalian 116023, China; 2. Dalian Marine Environment Monitoring Center, Dalian 116015, China)

Using oceanographic survey data from 2014 to 2015 and ArcGIS software as a platform, we selected the related vulnerability factors of hazard-bearing bodies and hazard-inducing factor risks to establish an assessment index system for oil spills in estuaries and coastal waters. We based this system on disaster theory and the analytic hierarchy process. We also established evaluation criteria and an evaluation model for synthetically appraising the study area using superimposed hazard-factor risk and hazard grades. In addition, we performed a systematic analysis, diagnosis, and comprehensive evaluation of the potential environmental impacts of oil spills in the area. The results show that the coastal waters in Liaodong Bay are at high risk and that the protection of environmentally sensitive areas should be strengthened and the environmental monitoring system improved. Finally, important ecologically sensitive wetland areas should be provided for the technical support of the rational allocation of oil spill emergency resources and the implementation of risk decision-making. In addition, a theoretical basis should be established for changing from crisis management to preventive risk management.

Oil spill; Hazard-bearing body; Hazard-inducing factors; Estuary; Ecological risk

Nov. 21, 2016

王思宇(1991-), 女, 吉林長春人, 碩士研究生, 研究方向: 海洋環(huán)境評價和生態(tài)修復, E-mail: maviswang920@sina.com; 陶平,

, 副教授, 研究方向: 海洋環(huán)境評價和生態(tài)修復, E-mail: taoping_dl@163.com

X826

A

1000-3096(2017)09-0143-08

10.11759/hykx20161121001

2016-11-21;

2017-03-06

蓬萊19-3油田溢油事故生態(tài)修復項目-河口及近岸海域油污染風險評價及管理技術研究(201413)

[Ecological restoration project of Penglai 19-3 oil spill accident- Study on Oil Pollution Risk Assessment and Management Technology in Estuary and Coastal Area, No. 201413]