基于熵權(quán)模糊綜合評價法的寧波舟山港大榭港區(qū)溢油事故環(huán)境風險評估

尤曉光 陳明波

【摘 要】 為防范港口溢油環(huán)境風險，保護水生態(tài)安全，構(gòu)建熵權(quán)模糊綜合評價模型對港區(qū)環(huán)境風險評估方法和應用進行研究，并運用熵權(quán)法確定權(quán)重，評估寧波舟山港大榭港區(qū)的溢油環(huán)境風險水平。結(jié)果表明，該港區(qū)溢油環(huán)境風險較低，主要風險因素是船舶類型、能見度和大風。

【關(guān)鍵詞】 寧波舟山港;大榭港區(qū);溢油環(huán)境風險;熵權(quán)法;評價指標

0 引 言

隨著一系列重大海洋工程的建設(shè)，我國海域油田井噴、油船碰撞造成的突發(fā)性溢油事故時有發(fā)生。研究導致船舶溢油的環(huán)境風險，對于降低溢油風險、保護我國水生態(tài)安全、促進港口可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。我國已開始將風險管理理念引入到溢油危害防控領(lǐng)域，但在事故預防研究方面仍顯不足，亟待開展突發(fā)溢油事故的環(huán)境風險預防研究工作。

寧波舟山港是我國長三角及長江沿線地區(qū)煤炭、原油和鐵礦石運輸?shù)闹修D(zhuǎn)基地，其中原油是其主要中轉(zhuǎn)貨物。隨著油品儲運基地的建設(shè)，未來港區(qū)油品的吞吐量將會進一步增長，船舶流量也將不斷加大，各種潛在風險隨之增加。[1] 舟山群島水域是國家“六區(qū)一線”重點水域，眾多的島礁、復雜的通航環(huán)境、高密度的船舶流、頻繁的商漁船交會，再加上濃霧等能見度不良天氣多發(fā)，極易出現(xiàn)事故險情。據(jù)統(tǒng)計，2010―2019年寧波舟山港海域在能見度不良氣象條件下共發(fā)生水上交通事故39起、沉船20艘，大風天氣期間發(fā)生水上交通事故43起、沉船17艘。船舶在運輸及碼頭裝卸過程中一旦發(fā)生原油泄漏、擴散或火災爆炸等事故，不僅會造成重大財產(chǎn)損失和人員傷亡，還將造成嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，并有可能導致航道阻塞。溢油事故不但會造成附近水域、濕地、自然保護區(qū)的污染，還可能威脅下游飲用水安全和生態(tài)安全。

本研究選擇寧波舟山港大榭港區(qū)作為研究對象，采用熵權(quán)模糊評價法對其進行溢油環(huán)境風險評價，探討港區(qū)環(huán)境風險識別、評價模型構(gòu)建、風險應急預防等問題。

1 港區(qū)基本情況

大榭港區(qū)位于我國海岸線中段的大榭島，屬亞熱帶季風氣候地區(qū)，四季分明。附近海域多年平均氣溫17.2℃，累年極端最高氣溫40.5℃，累年極端最低氣溫 5.7℃，累年最高月平均氣溫33.4℃，累年最低月平均氣溫1.7℃。北侖氣象站1995―2005年統(tǒng)計資料顯示：區(qū)域常風多為東南向、南向，統(tǒng)計頻率均為9%，次常風多為北向、西北向，統(tǒng)計頻率均為8%;強風多為北向、西北向，最大風速分別為24 m/s、22 m/s，次強風多為東向、東南偏東向，最大風速均為20 m/s。多年平均霧日數(shù)38.1 d，累年最多霧日數(shù)49 d，累年最少霧日數(shù)20 d。潮汐性質(zhì)屬于不規(guī)則半日淺海潮。

近年來大榭港區(qū)貨物吞吐量快速增長，到港貨船也隨之增多。2015年大榭港區(qū)到港貨船大約為艘，2017年增長至艘，比2015年增長了73.9%，到港艘次增長較快的船舶類型主要是油船、化學品船和其他貨船。大榭港區(qū)到港船舶以油船、散裝化學品船和集裝箱船為主，約占到港船舶總量的64%。從船舶規(guī)模看，2017年100 ～ 499噸級到港船舶數(shù)量較2015年增長艘次， ～ 噸級到港船舶增長艘次，分別占增長總量的37.8%和39%，到港船舶主要是油船和化工品船。大榭港區(qū)到港的油船、液化氣船、化學品船以小型船舶為主，噸級以下船舶到港艘次，占小型到港船舶總量的76.8%;到港集裝箱船以大型船舶為主，1萬噸級以上船舶到港艘次，占大型到港船舶總量的55.8%。

2 熵權(quán)模糊綜合評價模型的構(gòu)建

2.1 建立因素集

因素集是指以評價系統(tǒng)中影響評判的各種因素為元素形成的集合。本研究中的各種因素，即風險評價中的各評價指標。根據(jù)評估對象確定相應的評價指標體系，并由此來確定評價因素集。設(shè)有一個評價因素集U，評價m個評價指標，則其因素集為U={U1，U2，…，Um}。本研究中選取船舶類型（U1）、能見度（U2）、大風（U3）、流速（U4）、交通密度（U5）、導助航條件（U6）、救援水平（U7）等7個指標作為反映港口環(huán)境風險水平的主要指標。

由U1～U7組成的集合，即是評判港口環(huán)境風險水平的因素集。

2.2 構(gòu)建評價集

將評估對象的可能結(jié)果劃分為n個等級，則評價集V={V1，V2，…，Vn}。將每一個評價指標的結(jié)果劃分為5個等級，可構(gòu)建環(huán)境風險評價集為V={V1，V2，…，V5}。

2.3 單因素模糊評估

單獨從一個因素出發(fā)，以確定評估對象對評價集的隸屬程度（可能性程度），稱為單因素模糊評估。

設(shè)對因素集U中第i個因素Ui進行評判，評價集V中第j個元素Vi的隸屬程度為rij，則按第i個因素Ui的評判結(jié)果，可用模糊集合Ri={ri1，ri2，…，rin}。

將各因素評價集的隸屬度組成矩陣，形成評判矩陣。

2.4 建立權(quán)重集

運用熵權(quán)法確定權(quán)重。信息論將熵解釋為系統(tǒng)無序程度的一種度量，熵值越小，系統(tǒng)無序程度越小，評價指標在綜合評估中起到的作用越大，其權(quán)重也越大;反之，熵值越大，指標權(quán)重就越小。熵權(quán)法按照各指標的變異程度，通過計算各指標的熵值，確定權(quán)重大小。

一般來說，因素集U中不同評價指標對環(huán)境風險的影響程度不同，各評價指標的重要程度不同，影響到港口的環(huán)境風險管理和決策中的關(guān)注程度。為反映各指標的重要程度，對各指標賦予相應的權(quán)重wi，由各權(quán)重所組成的集合W={w1，w2，…，wn}，W成為因數(shù)權(quán)重集，簡稱權(quán)重集。各權(quán)重wi應滿足歸一性和非負性條件 wi=1、wi≥0，可視為各評價指標Ui對“重要性”的隸屬度，因此權(quán)重集是因素集上的模糊子集。

根據(jù)熵權(quán)法基本原理，計算各指標Ui的信息熵值ai。

再根據(jù)各指標的信息熵值計算其權(quán)重wi。

港口環(huán)境風險的各評價因子對影響環(huán)境風險的程度不同，可以根據(jù)其權(quán)重得到更合理的加權(quán)矩陣。指標的熵越大，其熵權(quán)越小，該指標越不重要。

2.5 熵權(quán)模糊綜合評價

單因素模糊評估，僅反映了一個評價指標對評價對象的影響。要綜合考慮所有評價指標的影響，得到更合理的評價結(jié)果，即模糊綜合評價。對于給出的評價矩陣R，考慮各因素的重要程度，即給定隸屬度函數(shù)值或權(quán)重集W，則模糊評價模型為

3 溢油環(huán)境風險評估指標體系

溢油風險評估首先應根據(jù)事故類型及油品碼頭實際情況，分析歷年事故或險情發(fā)生的原因，確定溢油事故影響因素。結(jié)合舟山港域及長江口其他港區(qū)歷史事故調(diào)研資料及相關(guān)文獻，港區(qū)環(huán)境風險區(qū)域包括陸域、港池或碼頭前沿、水域（包括航道、錨地），溢油事故類型包括油品管道泄漏、儲罐泄漏、儲罐火災爆炸、碼頭裝卸作業(yè)油品泄漏、碼頭火災、水域溢油、水域火災爆炸等。[2]港區(qū)溢油環(huán)境風險識別及溢油事故原因見表1。

船舶溢油事件主要涉及船舶類型、氣象、環(huán)境、人為等4個因素。本文根據(jù)各因素設(shè)計溢油事故主要評價指標，選取船舶類型、船舶噸位、船齡、油品裝卸量、能見度、大風、流速、導助航條件、船員及管理人員技能和經(jīng)驗水平、應急救援水平等10個因素作為備選指標，各評價指標見表2。

依據(jù)各指標統(tǒng)計資料，由科研院所、海事部門、航運企業(yè)等16位專家確定各指標的敏感度和風險評價等級。

利用敏感度對評價指標進行初篩。敏感度代表特定評價指標的變化對環(huán)境風險的敏感程度。根據(jù)專家調(diào)查結(jié)果，評價指標“船舶噸位”“船齡”“船員及管理人員技能和經(jīng)驗水平”被初步確定為對環(huán)境風險事件的發(fā)生“不敏感”。表1中的船舶類型、油品裝卸量、能見度、大風、流速、導助航條件、救援水平等7個因素作為最終評價指標。

4 大榭港區(qū)環(huán)境風險評估

根據(jù)上述評價指標體系，確定評價因素由7個風險指標組成，即U={U1，U2，…，U7}={船舶類型，油品裝卸量，能見度，大風，流速，導助航條件，應急救援水平}。將每一個評價指標的結(jié)果劃分為5個等級，可構(gòu)建風險評價集為V={V1，V2，…，V5}={低，較低，中等，較高，高}。

專家評價結(jié)果統(tǒng)計情況見表3。

將表3中的調(diào)查結(jié)果經(jīng)過歸一化處理得到各指標風險等級的隸屬度值，可得模糊關(guān)系矩陣R。

由式（2）和（3）計算各指標的熵值ai和權(quán)重wi，結(jié)果見表4。

再由式（4）進行模糊綜合評價得：

按最大隸屬度原則，評價結(jié)果表明：大榭港區(qū)溢油風險度為“較低”。參照評價指標值，主要風險因素為船舶類型、能見度和大風。

5 結(jié) 語

寧波舟山港已成為全國重要的石油及化工品中轉(zhuǎn)儲備物流基地，現(xiàn)有油品總庫容量達萬m3，油品年吞吐量超過萬t，是我國重要的戰(zhàn)略石油儲備基地。據(jù)附近海域海事局統(tǒng)計資料，“能見度”和“大風”是影響水上交通安全的首要因素，特別是能見度不良條件下的交通安全風險最大。本研究評價結(jié)果與上述實際情況基本相符，說明基于熵權(quán)的模糊綜合評價法對港區(qū)環(huán)境風險評估有較好的適用性。評估結(jié)果表明：應合理規(guī)劃油品碼頭布局，優(yōu)化油品船舶比例;此外，還要提高監(jiān)管和應急救援能力，在能見度不良及大風天氣時盡可能減少人為因素對水上交通安全和環(huán)境安全的影響。

參考文獻：

[1] 鮑子谷，謝偉.油品碼頭規(guī)劃中的環(huán)境風險評價[J].水運管理，2017（5）：15-17.

[2] 佟馨，江福才，郭顏斌，等.長江航道航行環(huán)境風險評價[J].上海海事大學學報，2017（4）：32-36.