魏 芳，耿安朝

（上海海事大學海洋環(huán)境與工程學院 上海 201306）

區(qū)域海上溢油應急處理能力評價研究

魏 芳，耿安朝

（上海海事大學海洋環(huán)境與工程學院 上海 201306）

文章應用數值模擬方法，針對不同等級溢油事故發(fā)生時的油膜飄移擴散軌跡進行模擬研究。同時，根據上海港海域水文氣象條件和應急處理措施，選取合理的影響因素，建立區(qū)域海上溢油應急處理能力評價指標，并對上海港海域的溢油應急處理能力進行了評價與分析。

溢油模擬；溢油應急處理能力；評價指標

1 引言

隨著我國海上運輸業(yè)及海洋石油開采的不斷發(fā)展，海上溢油事故的潛在風險持續(xù)增加。據國家海洋局統(tǒng)計，1973—2009年我國沿海共發(fā)生船舶溢油事故3 000多起，其中溢油量50 t以上的事故83起，總溢油量達4.62萬t，沿海地區(qū)近幾年平均每4天發(fā)生一起溢油事故。2010大連灣“7·16”輸油管道爆炸事故和2011渤海灣蓬萊19-3油田漏油事件，都是對我國海上溢油應急能力的嚴峻考驗。

在這些事件處理應對過程中所暴露出來的問題主要集中在：海上溢油事故應急機制和管理體制不完善；海上溢油應急能力不足以及溢油應急的技術體系不合理，應急裝備在數量、質量、配備和布局等方面存在不協(xié)調因素。因此，深入系統(tǒng)地開展區(qū)域海上溢油應急能力優(yōu)化和建設模式研究，對指導我國海上溢油應急體系建設和提高海洋生態(tài)安全管理水平具有現實意義［1－4］。

基于上述考慮，本研究通過建立區(qū)域海上溢油應急處理能力評價指標，進而提高區(qū)域海上溢油應急裝備的建設水平；提高區(qū)域海上溢油應急能力。

2 建立溢油應急處理能力評價指標

對區(qū)域海上溢油應急處理能力的評價，既要考慮到搶險隊伍達到溢油現場的響應時間，還要考慮應急裝備配置、所在位置及應急物資儲備等因素。并且在典型和不利的天氣與海況條件下溢油量、油膜擴散面積、油膜厚度隨時間的變化規(guī)律與圍油、吸油、消油等現場處理量之間有著密切關聯；因而對應急處理能力的評價是一個綜合考量。

本研究以溢油應急響應能力優(yōu)化布局為基礎，探討區(qū)域監(jiān)測監(jiān)視系統(tǒng)、應急隊伍裝備配置、應急物資儲備等以第一時間達到溢油點和環(huán)境敏感區(qū)風險防范為目標，對區(qū)域溢油搶險船舶?？俊⒁缬蛻痹O備庫布局等進行優(yōu)化。

在評價指標的選取方面，通過對水域溢油漂移擴散規(guī)律和溢油應急處理流程與措施的分析，可知應急響應時間是溢油事故中能否及時有效地清除油污，將溢油事故對周邊環(huán)境和經濟損害降至最低的關鍵。

一方面溢油應急響應時間為一個時間段，它體現在盡可能短的時間內對溢油進行回收、清除，有效降低溢油的上岸幾率，側面則反映搶險單位的溢油應急響應能力和組織能力；另一方面完成上述工作所需的應急處理設備一般需協(xié)同使用，這主要包括圍油、撇油、回收清污設備，它們在應急搶險行動中的作用是相互影響，互為補充的。因此，將應急響應時間、圍油能力、撇油與回收能力、消油清污能力作為評價港口、碼頭等溢油應急處理能力評價體系中的評價指標才可有效發(fā)揮溢油應急處理能力 （表1）。

表1 溢油應急處理能力評價指標

3 評價區(qū)域溢油飄移擴散規(guī)律模擬研究

3.1 溢油模型選取

隨著海洋動力學的發(fā)展以及溢油事故防治的需要，數學模型逐漸代替了物理模型試驗，現在常見的數學模型有一維模型、垂直二維模型、平面二維模型及三維模型［3－6］。這些模型的開發(fā)、研究及應用，使海事部門預先掌握溢油事故中油膜運動軌跡、污染面積等基本溢油資料，為溢油應急搶險行動提供了有利幫助。

3.2 軟件選取

近年來，“油粒子”模型［7－9］在國際上得到廣泛的應用，因其模擬溢油在海面的漂移擴散行為上具有高穩(wěn)定性與高效率性特點。本研究采用較成熟的溢油模型軟件——長江口外海污染事故應急評價系統(tǒng)，就具有三維“油粒子”理論計算模塊，可以直接讀取風場和潮流場等數據進行溢油漂移擴散模擬，內置的地理信息系統(tǒng)文件格式與Arc View相兼容。

3.3 設定模擬參數

本研究采用 “油粒子”模型，模擬研究典型天氣和海況下的區(qū)域溢油漂移擴散規(guī)律；以溢油事故頻發(fā)點、風向風速頻率、潮流場特征、油品種類等為要素，作為模擬計算的主要參數。

4 案例分析

4.1 上海港船舶污染事故分析

根據上海港各轄區(qū)溢油事故次數統(tǒng)計，在2001—2008年上海港溢油事故次數大于10次的主要發(fā)生在寶山、蘭州路、吳涇、外高橋和吳淞；而溢油量不小于50 t的主要分布在寶山、吳涇、吳淞和洋山港水域。

4.2 評價水域溢油飄移擴散規(guī)律

為評價溢油事故帶來的影響，本評價選擇事故風險比較敏感的水域。在溢油事故易發(fā)區(qū)域選取了7個溢油事故點 （圖1）。并根據該區(qū)域多年的水文氣象資料，設定計算參數 （表2）。

圖1 長江口水域溢油事故點分布

表2 溢油模擬計算參數

本研究以一個潮周期 （12 h）為計算時間結點，模擬水上溢油飄移擴散軌跡。由于所選溢油事故點位置各異，會出現油膜漂移到附近的陸地、岸灘或是其他環(huán)境敏感點，若油膜漂移時間不足12 h，表示油膜抵達岸灘或環(huán)境敏感點。

4.3 評價水域的數據分析

為使計算結果更直觀，在表3與圖2和圖3中舉例列出溢油點B、E的計算數據與軌跡圖，同時結合圖1可知：

表3 大潮期溢油事故點油膜漂移面積

圖2 溢油點B油膜漂移擴散軌跡

圖3 溢油點E油膜漂移擴散軌跡

（1）溢油點B，西邊是上海市浦東新區(qū)，東北側是長興島，在長興島的西北端是青草沙水源保護區(qū)。在次導風S下，在6.5 h抵達長興島嶼邊的灘地上，即到達青草沙水源保護區(qū)的外圍灘地；在主導風NNW和次導風NNE下，因為該航道靠近上海市區(qū)，一般在2.0 h內就到達浦東新區(qū)外圍灘地，這要求應急船舶需快速到達油膜漂移的地點，同時應急船舶上的應急處理設備和器材也要在最短時間內配備齊全，以便及時進行清污。

（2）溢油點E，在該區(qū)域發(fā)生溢油事故時，因為周圍沒有障礙物，所以油膜可以長時間漂移，同時油膜面積將隨時間不斷擴大，因為溢油點在長江口口外，海面情況變化較大，時間越長，油膜擴散面積越大，給溢油的清除帶來的難度也會增加。

4.4 上海港船舶溢油應急處理能力現狀

目前，上海港轄區(qū)內的船舶溢油應急處理設施主要為油碼頭和防污公司配置的圍油欄，吸油氈、消油劑和中小型收油機等。此外，上海港區(qū)還有34條可以從事水面溢油回收作業(yè)的船舶，這些船舶大多在50～200 GT之間，以油船和貨船居多。這些已有的應急器材和設備的存儲庫分布點 （圖4）。

4.5 上海港船舶溢油應急處理能力評價

根據上海港各應急船?？看a頭、儲備庫、出航路線，可預測到達溢油事故點位所需的溢油應急響應時間。當發(fā)生溢油事故時，從距離溢油點最近的船舶?？看a頭與儲備庫出發(fā)，并根據表1中的計算公式得各溢油點所需的應急響應時間 （表4）。同時，對該時間內各事故點對溢油應急設備的實際需求量與儲備庫現有量進行對比，結果列入表4至表7。

根據表中數據，在應急響應、現場組織與處理等方面已經達到800 t特大級別溢油事故的應急處理能力，應急船舶?？奎c位和器材儲備庫布局比較合理，各類圍油欄和消油劑存量基本能夠滿足特大級別溢油事故應急處理需求，但在撇油設備、油污回收設備存在數量不足的現狀。如果對應急船舶?？奎c、器材存儲點、收油設備配備布局等做出適當調整，同時加快添置部分撇油設備和現場清污處理船舶，將會使上海港港口水域完全有望完全達到800 t溢油事故應急處理水平。

圖4 上海港防污染溢油應急分布

表4 溢油應急響應時間

表5 圍油欄現有量與需求量對比

表6 撇油設備與油污回收設備現有量與需求量對比

續(xù)表

表7 消油劑現有量與需求量對比 kg

5 結束語

筆者通過對溢油擴散規(guī)律的研究，得到油膜的漂移擴散軌跡與相關數據，揭示油膜擴散面積、油膜厚度、油品性質等與現場圍油、吸油、消油等環(huán)節(jié)的相關關系。同時，溢油應急處理能力評價指標的確定，為評價各級應急搶險單位的溢油應急處理能力提供了相應的評價指標和評價方法，同時避免搶險單位在溢油應急船舶與應急器材的種類和數量上配備的不合理性和重復性建設，減少了資源浪費，提高了資源利用率，為今后區(qū)域溢油應急裝備模式建設提供了相關的理論依據。

［1］ 奚風華，劉家新.油船溢油風險評價指標體系的構建及應用［J］.船海工程，2010，39（1）：38－40.

［2］ 施欣，陳維皓，趙文朋，等.基于溢油模擬的船舶溢油污染風險評估［J］.系統(tǒng)仿真學報，2007，19（13）：3094－3100.

［3］ 蘇醒，高春元.論我國港口溢油應急能力標準化建設［J］.中國海事，2008（12）：41－44.

［4］ 楊省世.我國水上船舶溢油應急能力現狀及建設規(guī)劃研究［J］.中國海事，2009（3）：37－41.

［5］ 王守東，沈永明，鄭永紅.海上溢油遷移轉化的雙層數學模型［J］.力學學報，2006，38（4）：452－461.

［6］ 劉樺，吳衛(wèi)，何友聲，等.長江口水環(huán)境數值模擬研究：水動力數值模擬［J］.水動力學研究與進展，2000，15（1）：17－30.

［7］ 郭為軍，張樹深，劉素玲.用于環(huán)境風險評價的大連灣溢油預測模型［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2007，23（4）：72－75.

［8］ 李大鳴，陳海舟，付慶軍.海上溢油數學模型的研究與應用［J］.哈爾濱工程大學學報，2008，29（12）：1291－1297.

［9］ 李飛鵬，尹秋曉，張海平，等.感潮河流溢油事故的數值模擬研究：以黃浦江為例［J］.中國人口·資源與環(huán)境，2008，18（?？?43－546.