港口工程船舶污染环境风险与评估.docx

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刘春萍;沈有兵;丁少鹏
【摘 要】、项源分析和影响推测几个环节,指出此类工程风险评估的难点,提出试行船舶污染海洋环境风险评价技术标准需要完善的建议.
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】2025(000)005
【总页数】6 页(P68-73)
【关键词】风险评估;港口;溢油;模型;海洋环境
【作 者】刘春萍;沈有兵;丁少鹏
【作者单位】中交其次航务工程勘察设计院广州分公司,广东广州511442;中交其次航务工程勘察设计院广州分公司,广东广州 511442;中交其次航务工程勘察设计院广州分公司,广东广州 511442
【正文语种】中 文
【中图分类】X55
随着全球一体化进程的逐步加快，航运业一片富强，给人类社会带来丰厚的经济利 益，然而在船舶航行和作业的过程中发生的突发性污染事故却使人类赖以生存的海 洋环境资源突然恶化。如 2025 年 4 月墨西哥湾溢油事故，泄漏石油近 500 万桶，
其中 420 万桶进入墨西哥湾水域；2025 年 7 月大连港“”事故，输油管线
和 10 万吨级原油罐发生爆炸，导致原油泄漏〔最初估算为 1 500 t，实际高达 7 万 t〕，受污染海疆约 430 km2。2025 年 6 月渤海湾溢油事故，据统计共有约
700 桶原油渗漏至渤海海面，另有约 2 500 桶矿物油油基泥浆渗漏并沉积到海床，
已造成 5 500 km2 海水受污染，大致相当于渤海面积的 7%，事故导致 840 km2 的海疆一夜之间从 I 类水质变为 IV 类水质。
为避开船舶污染事故的发生或将风险降到最低，对有可能因船舶造成污染的建设项 目〔沿海和内河已建、建和改扩建的港口、码头、船舶修造或拆解、航道建设等〕 进展船舶污染环境风险评估是格外必要的。通过评估对马上开展的工程做足防范工 作，不仅可以预防溢油事故所造成的各种经济和社会损失，而且对保护海洋生态环 境、维护海洋资源的可持续利用起到重要作用。
船舶污染环境风险评估框架
目前评估参考指导主要为《船舶污染海洋环境风险评价技术标准》〔试行〕、
《MARPOL 73/78 公约》、HJ/T 169—2025《建设工程环境风险评价技术导
则》、JTJ 226—1997《港口建设工程环境影响评价标准》、GB/T 19485—2025
《海洋工程环境影响评价技术导则》。评估的主要目的是分析识别船舶污染风险源、风险事故概率、事故规模、风险等级，现有防污应急力量；针对性地制定降低风险 的措施，降低风险发生频率和减轻事故危害。船舶污染环境风险评估流程框见图 1。图 1 船舶污染环境风险评估流程[1]
工程案例分析
工程概述
以南沙港区小虎岛作业区某油品化工码头为例，建设规模为 1 个 8 万吨级成品油
卸船泊位和 1 个 5 000 吨级〔化学品〕、2 个 3 000 吨级〔油品〕、3 个 2 000
吨级〔1 个化学品，2 个油品〕装船泊位，码头总长度为 1 060 m，主要装卸货种
为燃料油、汽油、柴油、甲苯、二甲苯、甲醇，承受装卸臂装卸，设计年通过力量
为 880 万 t，其中卸船力量 530 万 t、装船力量为 350 万 t[2]。工艺流程如下：
卸船泊位：船舱→船舱货泵→装卸臂→码头、引桥管线→ (陆域管线→库区储罐)。装船泊位：(库区储罐→陆域管线→装船泵→陆域管线)→引桥、码头管线→质量流量计→装卸臂→船舱。
环境敏感因素分析
工程四周的环境敏感区主要有：1〕居民点，距离 700～4 100 m，保护目标为大气环境；GB 3095—1996《环境空气质量标准》及 2025 年修改单二级标准。2〕 小虎沥沙孖沥水域，距离 10 km 半径范围，保护目标为水环境；GB 3838—2025
《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准。3〕大虎岛咸淡水鱼类产卵场保护区、珠江口经济鱼类繁育保护区、东莞市黄唇鱼市级自然保护区、广州南沙海洋生态示范区、坦头红树林，距离 0～10 km 范围，保护目标为生态环境。
事故风险识别
码头区域的管线、装卸臂、阀门及船舶等，在装卸、运输过程中均有可能发生油品
〔化学品〕泄漏事故。通过对同类码头进展全面的类比分析，以事故发生缘由作为划分依据，船舶污染事故风险源主要包括：1〕治理层面，即人的担忧全行为引起的操作性污染事故；2〕环境层面，即外部因素引起的海损性污染事故；3〕工程技术层面，即设备设施的质量缺陷或故障引起的污染事故，见表 1。
表 1 油品〔化学品〕泄漏事故缘由分析泄漏事故 可能缘由人的担忧全行为船、岸沟通有误或连接不当，违章作业、指挥失误、麻痹大意，治理不善、规章制度不健全，船舶超载导致溢出外部因素的影响航道拥挤、导助航设施不完善、自然灾难
〔台风地震海啸等〕、船舶碰撞、搁浅和触碰等船舶交通事故、人为破坏〔如战斗〕 设备设施的质量缺陷或故障设备选型选材不当、焊接质量缺陷、法兰及阀门缺陷、
不同材质管道接口缺陷、管道磨损及疲乏、到港船舶不符合安全要求、安全检测及
保护装置失灵
油品〔化学品〕泄漏事故与油气集中、火灾及中毒等事故是严密联系在一起的。以装卸船过程中发生在码头面的油品泄漏事故为例，油品发生泄漏后，将在码头面上流淌，并渐渐形成具有肯定厚度和面积的油池。该油池假设被点燃，将引发池火；反之则不断蒸发，蒸发产生的蒸气云在空气中持续集中，当集中浓度足够大时，将有可能造成暴露人员中毒。可见，油品泄漏是油气集中、火灾或中毒等事故的前提。因此，对油品泄漏事故应赐予高度重视。
项源分析
船舶污染事故发生的概率推测
本工程承受概率计算法，船舶在海上发生事故的概率属于离散型二项概率分布。设争论港口区域通过 n 艘船舶并发生 k 次事故，则事故风险概率为：
式中：p 为每艘船舶发生事故的概率，q=1-p 为每艘船不发生事故的概率。
依据调研资料该工程港池内每年进出港船舶约 1 000 艘，船舶不发生船舶事故的置信度为 95%。则得出：
通过 Matlab 软件，求解上述方程得出 p≤3×10-5，即该工程船舶发生事故概率的根底值。考虑船舶装卸货的实际过程，假设在本工程港口和内航道上航行的船舶中有一半载货，另一半空载，载货的船舶在航道、泊位和锚地发生碰撞的概率均为1/3。在航道和锚地船舶碰撞引起的溢油事故的条件是必需有一艘载货船舶与另一艘船舶发生碰撞，则： P1〔两艘中均非载货船只〕＝P2〔一艘为空船〕×P2〔另一艘也是空船〕 P2〔空船〕＝1/2
所以 P〔两艘中至少一艘载货〕＝1-P1＝3/4。
依据假设，条件概率 P〔溢油︱在内航道发生碰撞〕＝P〔溢油︱在锚地发生碰撞〕
＝〔1/3P〕×〔3/4〕 P〔溢油︱在泊位发生碰撞〕＝〔1/3P〕×〔1/2〕
则 P 总〔溢油︱碰撞〕＝〔2×〔1/3P〕×〔3/4〕+〔1/3P〕×〔1/2〕〕=2/3P 因此将来几年该工程船舶发生事故的概率为 2×10-5，因此该工程船舶发生溢油的风险概率为：n〔载货船舶数〕×P〔溢油〕≈1 次/〔50 a〕。
本工程水域包括码头水域和支航道，依据统计，码头水域事故溢油一般小于 10 t， 占总事故次数的 97%。支航道与主航道接口处有可能消灭重大事故，占总事故次
数的 2%。因此，码头水域最大可信事故〔10 t〕概率为 次/a×97%= 次/a；支航道最大可信事故〔100 t〕概率为 次/a×2%= 4 次/a。
船舶污染事故污染量推测
依据本工程的油船和化学品船舶的主要船型、吨位和实载率，分别对码头操作性事故污染量、海损型事故污染量〔包括最可能发生事故的溢油量、最大溢油量和最坏状况下的溢油量〕进展推测，见表 2。
表 2 船舶污染事故污染量推测事故类型 船舶吨级/DWT 操作性污染事故推测 海损性污染事故推测油泵/(t·h-1) 关闭时间/min 溢油量/t 最可能溢油量/t 最大溢油量
/t 最坏状况下溢油量/t 化学品船舶主力船型 2 000 200 5 18 200～300 3 000 27
000 主力船型 3 000 230 5 19 最大船型 30 000 1 000 3 50 油品船舶 主力船型
30 000 1 000 3 50 3 000 8 000 72 000 最大船型 80 000 2 000 3 100
风险影响推测
事故行为模型选取1〕流场计算模型。
珠江口水域潮流模型承受 Tide2D 二维潮流模型模拟潮位和水体平面运动流速，通
过有限元数值模拟方法获得模拟计算海疆运动方程的解，该运动方程为对 Navier-
Stohes 公式进展沿自由外表水深垂向积分〔无视垂直应力〕所得到的以潮汐为主的浅水体水平面运动方程。
式中：u 为水平二维流速〔m/s〕；t 为时间〔s〕；f 为柯氏力系数；g 为重力加速度〔m/s2〕；η 为平均海面高度〔m〕；τb 为海底摩擦应力〔N/m2〕；H 为水深〔m〕。
2〕油品泄漏事故行为模型。
溢油模式分别计算溢油污染物在大气、水面、上层水体、下层水体、海底和海岸这6 局部的三维空间上的分布。基于流体对流-集中运动方程的溢油模式可表示为：
式中：C 为油浓度〔在水面和岸线上是单位面积质量，在水体和沉积物中是单位体积质量为浓度在空间特定位置的瞬时变化率；v 为平移输送向量；d 为梯度算子；
D 为扰动集中系数；rj 为各种溢油参数变化率〔包括溢油连续溢漏引起的质量增加、海面溢油蒸发、海面溢油的扩展、海面溢油的乳化、水面溢油上岸、溢油分散进入 水体、溢油降解速率〕。
粒子模型方法将运动过程分成两个主要的局部，即平流过程和集中过程。承受确定性方法模拟溢油〔粒子云团〕的输移过程。溢油在每一瞬时的三维空间位置和分布状态则是各种运动过程的综合作用的结果。各油粒子在海水外表受风和流的共同作用漂移运动，并伴有随机行为，因此可视作拉格朗日粒子，承受随机走动算法计算各油粒子在水平方向的漂移运动，公式如下：
式中：xi0，yi0 为第 i 个油粒子原始位置；xi，yi 为第 i 个油粒子经过 Tt 时间后的位置；ui，vi 为第 i 个油粒子原始位置处 X，Y 方向水平流速，它是潮流、风海流、
波余流等的合成流；Tt 为时间步长；Eix，Eiy 为 Tt 时间第 i 个油粒子在 X，Y 方
向的随机走动距离。
风导输移是引起平流输移的另一重要因素，风对油膜输移的直接作用为式中：W 为风速向量；f 为风因子矩阵。3〕化学品事故泄漏行为模型。
承受基于费克集中定律的可溶性物质传输集中全微分方程，通过三维差分数值模拟方法模拟化学品泄漏对水质的影响，模式为
式中：CPlltnt 为污染物浓度；x，y，z 为笛卡儿三维空间坐标；t 为时间；u，v 为 x，y 方向的深度平均的海流流速；wPlltnt 为含污染物水体在 z 方向的重力沉降速率；kx，ky，kz 为 x，y，z 方向的湍流及摩擦集中系数，选择 Okubo“统一的集中斑点图”依据网格尺度确定水平集中系数，选择同类现场试验阅历性公式计算的垂直集中参数。
模拟推测结论
在工程四周的航道发生船舶泄漏事故，选择不利气象条件时的北风进展模拟，风速 取年平均值 m/s；泄漏开头时刻选择对环境保护目标污染风险最大的落潮时刻，
持续泄漏 12 h。分别模拟港口装卸的汽油和甲醇两种不同溶解性质的化学品泄漏
事故对水质影响。评估结果如图 1 和 2 所示。
图 1 汽油泄漏事故对水域水质的影响范围
图 2 甲醇泄漏事故对水域水质的影响范围
由图可知，本水域处于珠江干流和东江四口门〔潮汐水道〕的交汇处，水深流急； 涨潮最大流速 m/s，落潮最大流速为 m/s；水流根本上是顺水道方向的往复流。工程水域的外海潮波，从伶仃洋传入，通过虎门水道进入狮子洋向黄埔方
向渐渐消弱；涨潮时受径流的顶托，落潮时径流和潮流一起下泄。码头发生油品和
化学品泄漏事故时，会对工程上游的沙仔沥和下游大虎岛西侧的产卵场水域造成污染[3]。
应急力量
工程除环境风险应急预案及响应系统外，本工程自身依据 JTT 451—2025《港口码头溢油应急设备配备要求》的规定配备了防溢油系统设备材料，见表 3。另外工程四周的粤海番禺石油化工储运、番禺华域防污、广州三江防油污工程公司以及广州海事局设备库均可在事故发生时调集协作应急。
表 3 工程自配防溢油系统设备材料设备名称 规格 单位 数量 备注永久布放型围油栏 WG1100 m 2 660 氯丁橡胶应急型围油栏 GWJ1100 m 730 油拖网 总容量 6 m3 套 2 吸油材料 纤维类 PP-2 t 5 化学品专用型 溢油分散剂 GM-2 t 4 浓缩型溢油分散剂喷洒装置 PS80 套 1 喷洒速度 t/h 溢油监视报警系统 HHOSDY- 100 套 1 4 个监测点轻松储油罐 QG-10 个 7 10 m3 围油栏布放艇 艘 2 专业防污清污船舱容 130 m3,回收效率 65 m3/h 艘 1 “穗清污 11”潮汐补偿器 FS1100 套 9 对接浮筒 DWT1100 套 15 锚及浮标 100 kg 套 21 叉车 3 t 台 1
降低风险对策
降低船舶污染海洋环境风险的对策主要分降低风险事故概率和减轻事故后果两个主要方面。前者可细化为工程安全措施、综合治理规定、船舶航行、操纵细则、码头营运治理对策、安全治理体制等；后者主要是针对码头可能发生的泄漏、火灾爆炸等重大事故，制订切实可行的应急预案，并配备防溢油设施。值得指出的是本码头工程配有对设定水域进展 24 h 连续溢油监测，并在码头监控中心的电子海图上可以随时查询各监控点的信息。一旦发生溢油，现场安装的声光报警器便可以报警， 首先提示码头现场的操作人员和港口安全员到达现场观察溢油状况，并提示溢油的种类，并可以给设定的手机号码发送短消息，提示有溢油险情。指挥人员可以依据
系统中实时显示的风和水流及潮位的信息科学地指挥溢油应急行动。这可以大大缩
短事故应急反响时间，从而减轻事故后果。3 港口工程船舶污染环境评估的难点
船舶事故泄漏的定量分析
一般定性分析承受类比法、统计分析法、专家调查法、加权法等，定量分析承受概率法、指数法、事故树法等。但不管承受何种方法，其前提都是把握全面详实的数据根底。而目前国内相关海事资料不够详尽或更不准时，如各港区到港艘次，船型、货种、运量、航道利用率，船舶事故的统计数据〔泄漏污染物的具体种类、物化性质、事故损失、事故时期的环境条件〕及缘由分析，各港区政府部门或者企业所具备的应急力量等资料。对港口工程污染环境评估仅以事故泄漏的数量作为确定后果严峻性级别的依据，因此对泄漏量的定量分析至关重要。
但导则并没有明确提出针对化学品船舶的计算方法。虽然同一地区对同一品种的化学品需求量相对油品的需求量较少，但是所需化学品的种类繁多，因此一艘化学品船舶可能同时装载数种化学品，化学品船舶设计的舱容也不尽一样；目前此类的评估根本上依靠评估单位自己的调研结果来进展推测，所以各个评估单位的推测泄漏量相差幅度较大。
事故行为的模型还有待完善
泄漏事故的污染物在海疆水域中的行为和归宿是一个格外简单的过程，可大致分为3 大类：1〕在重力、外表张力、惯性力和黏性力等共同作用下的扩展过程；2〕 在流场、风场等环境动力要素的作用下溢油的输移过程，包括水平方向的漂移、集中以及垂直方向的参混、悬浮过程；3〕蒸发、溶解、乳化、光氧化、吸附沉降、水体的混合集中以及生物降解等引起溢油组成性质转变的风化过程；以及包含在其中的随机性。基于以上过程分析，很多学者、机构通过大量深入的争论提出各种理论和模型。如溢油扩展模型：Fay 三阶段油膜扩展理论模型及后来的改进模型、
Okubo 和黄礼贤等人的阅历模型、蒙特卡罗扩展模型等，漂移模型：Coast
Guard〔II〕模型、SEADOCK 模型、Navy 模型、Delawane 模型以及国内学者建立的瞬时溢油模型等，风化模型：IKU 模型、ADIOS 模型、OSIS 模型、Sebastiao & Guedes-Soares 模型、OILSYS 模型、Batteele 模型以及与 GIS 技术结合的三维溢油模型等[4-5]。
虽然已有很多专家致力于溢油行为模型的争论，但是目前大多数溢油风化模型借助了阅历方程，具有肯定的局限性；而且目前模型根本上都是将溢油行为各过程分别出来独立计算，很少有反映出污染物本身的风化引起的组成变化导致的溢油在垂直方向的分布的不同；也根本没有把地理环境的转变〔如近岸搁浅〕和人为干预〔如发生泄漏时准时地响应应急打算，马上收集和去除大局部油污〕等因素纳入模型的质量平衡推测中；所以事故行为的模型还有待于提高其准确度，为船舶污染海洋环境风险评价供给更好的技术支撑。
4 建议
加快建设海事资源平台并准时更和共享相关数据。如电子海图、各港区到港艘次、船型、货种、运量、航道利用率，船舶事故的数据统计及缘由分析、各港区政府部门或者企业所应急力量等资料。
建议海事局每隔 4 a 对其管辖海疆船舶污染事故风险进展评估，在整个海疆范围内确定高风险区，重调整总体应急反响打算，并确定船舶污染环境承载指数[6]，量化环境污染压力与环境污染承压力之间的耦合关系，为风险事故评价供给参考。 3〕鉴于目前泄漏事故行为的模型还具有肯定的适应性和局限性，建议船舶污染海洋环境风险评价过程应至少使用两种溢油模型对评估工程进展推测、比较；并把工程所具有的应急力量、地理环境的转变状况和环境敏感程度等因素，纳入溢油行为模型的质量平衡推测中，做二次推测比照。