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基于风险模型的船舶漏油区域应急资源分配研究
张春昌1,2，安伟3，熊德奇1*，刘宝湛3，宋莎莎3
1大连海事大学环境科学与工程学院，辽宁大连116023
2中华人民共和国海事局，北京100736
3中国海洋环境服务有限公司，天津300452
2017年12月22日收到; 2018年2月5日接受
copy;中国海洋学会和德国施普林格GmbH出版社，斯普林格自然2018的一部分
摘要
合理分配应急资源的关键是将溢油应急能力与漏油风险相匹配。本文提出了一种基于风险的定量区域应急资源分配模型，全面分析溢油概率，危害后果，石油性质，风化过程和运行效率等因素。根据风险评估结果，该模型计算三个主要资源，即机械回收，分散和吸收。在中国广州小湖港现场应用程序中，该模式通过将评估风险与区域能力相匹配，并根据应急资源分配资源的能力目标实现了科学合理的应急配置。该模型被认为有利于提高资源效率有助于规划高风险地区的能力建设计划。
关键词：溢油风险，溢油量，概率，应急能力
引用：张春昌，安伟，熊德琪，刘宝湛，宋莎莎。 2018.船舶溢油区域应急资源配置的风险模型研究。 Acta Oceanologica Sinica，37（11）：133-138，doi：10.1007 / s13131-018-1253-x
1 介绍
由于中国航行沿海水域的船舶不断增加，中国海上运输快速发展，同时伴随着船舶漏油事故风险的增加。从1973年到2017年，157艘油船事故（溢出量超过10吨）在中国沿线发生，大部分泄漏发生在附近海域。为了应对不断增加的风险，有关溢油应急能力，不同地区之间的能力平衡以及应急资源的科学分配等问题引起了主管当局和公众越来越多的关注。
为了对船舶溢油事故做出科学反应，进行风险评估和分配相应的应急资源是十分有必要的，并且受到世界专家的高度重视。用于评估船舶溢油事故风险的工具包括随机理论，模糊数学，概率论，统计学，溢油动力学，事件树等被应用(Devanney, 1974; DNV, 2000, 2011; Frate 等l.,2000; Udoh and Ekanem, 2011; Lee and Jung, 2013; Akhtar等.,2012; Montewka, 2010a; Pedersen, 2010; Van Dorp and Merrick, 2011; Goerlandt and Montewka, 2015, Xiao, 2001; Li,2000; Jin, 2006; Xu and Li, 2005; Xi, 2009; Ren., 2000; Deng, 2011; Lan et al., 2014; Jiang, 2015; Gao, 2015; Wang,2016; Wu, 2017; Sun and Cao, 2018) ，定性，半定量和定量评估模型被建立(Curtis,1986; Tan and Otay, 1999; Fowler and Soslash;rgard, 2000; Trucco , 2008; Gucma and Przywarty, 2008; Geng , 2009; Montewka , 2010b; Li ., 2012; Xu, 2017)。也有相关电脑软件系统(TRB, 2001; Friis-Hansen andSimonsen, 2002; An , 2010) 通过分析溢油事故的概率及其危险后果进行风险评估。关于溢油应急资源的分配，目前的研究主要基于情景分析方法，即根据特定的泄漏量分配紧急资源用于油回收，抑制，吸附，分散等(Verma, 2013;Ha, 2018; Zhang, 2013)。然而，很少有研究侧重于区域应急资源配置（魏和庚2013; 丁，2015）。目前，应急资源配置的分配主要是指在2009年港口码头溢油应急设备/能源要求颁布的标准（以下简称“标准”）。
区域船源溢油应急能力是在应对溢油事故及其资源方面，该地区各单位的总体能力。尽管分配应急资源以匹配每个地区单位的能力及其各自的风险是基本原则，然而目前的研究未能为这一问题提供解决方案，因为：（1）量化关系仅建立在溢油数量和备灾的能力之间，而石油泄漏事故的概率和危险后果未考虑在内；（2）目前对港口的溢油应急能力的要求没有考虑到码头的联合反应能力，这可能导致应急资源过度配备; （3）根据机械回收，吸收，分散等响应方法，没有合理考虑海况，设备效率，油特性。本文在对船舶溢油事故风险评估的基础上，提出了基于溢油概率及其危险后果的风险指标，根据风险指标建立了港区各码头的备灾目标分配方法，并提出了分配每个码头应配备的溢油应急资源的方法，建立基于船舶源油泄漏风险的区域应急资源配置模型。该方法可应用于港口个别码头，单个港口区域以及个别区域的紧急资源分配。
2 模型
2.1溢油风险指数模型
基于事故概率和危险后果的溢油风险评估是一种半定量方法。在评估过程中，将计算的风险值与预先建立的标准进行比较，以确定风险等级，即高风险，中等风险或低风险。计算公式(HSC, 1991)是
; (1)
R是风险值; P是事故发生的概率; C是事故的危险后果
本文建立了一个定量的溢油风险指数方法，综合考虑事故概率，溢油量，敏感资源敏感系数和溢油事故影响概率等关键因素。计算公式为
; (2)
其中R是漏油风险指数; Pc是漏油事故概率指数; Cc是溢油危险后果指数；a是风险等级常数。船舶溢油事故的风险等级常数值为5（IMO，2002年，2008年;交通部和中华民国交通运输，2017）。
; (3)
其中P是溢油事故概率，通过统计分析获得; Pc是大于0的值。也就是说，事故发生概率P不能低于10-5，如果事故的返还期为10万年，则风险可以忽略不计。
(4)
其中Cc是综合危险后果指数; A是该地区最大的溢油事故的溢油量（吨）（国际海事组织，2002年）; Pi是敏感目标的概率（i）通过随机模拟预测会受到影响统计方法; Si是敏感保护目标的灵敏系数（i）（IMO，2002）; n是受到影响的敏感资源的数量; max是最大值。
2.2每个单位的溢油应急能力目标分配模型
响应能力目标根据区域溢油风险评估结果和风险准备责任比例进行分配。 计算公式是
(5)
其中Wi是单位i（t）的响应能力目标; W是地区应急响应目标（t），是该地区每个单元可能最大的溢油事故的最大值; Ri是单位i的溢油风险指数; Sigma;表示求和。
2.3各单位的溢油应急资源配置模型
溢油应急能力主要是指撇油机的机械回收能力，分散剂的分散能力和吸附剂材料的吸附能力 。当确定该区域中每个单元的响应能力目标时，需要确定响应资源的数量。
通过综合考虑应急资源的类型和特点，现场操作环境，运行时间，特征和油的风化过程等，建立了回收，扩散和吸附的应急资源分配计算模型。
恢复能力的计算公式是
(6)
其中Re是撇油器的回收率（m3 / h），是指每小时撇油器回收的油和水的量; W是根据紧急响应目标（t）的漏油量; rv是水面上溢油的蒸发率（％）; rs是溢油在水中的溶解率（％）; E是溢油在水中的乳化率（％）; P1是机油在除油过程中回收的油的比例（％）; rho;是油和水混合物的密度（t / m3）; alpha;是撇油器的效率（％），是指实际采油率与标记采油率的比例; t是响应操作的时间（h），它受应急计划的约束，可根据事故的规模进行调整。
分散能力的计算公式为
(7)
其中G是油分散剂的量（kg）; W是根据应急响应目标（t）确定的溢油量; rv是水面上溢油的蒸发率（％）; rs是溢油在水中的溶解率（％）; P2是用化学分散剂分散的油的比例（％）; gamma;是分散剂和油的比例。
吸附容量的计算公式为
(8)
其中我是吸收材料的数量（t）; W是根据区域应急能力目标（t）确定的溢油量; rv是水面上溢油的蒸发率（％）; rs是溢油在水中的溶解率（％）; P3是吸附材料吸收的油的比例（％）; J是吸附倍数; K是油保留率（％）; phi; 是吸附效率（％）。
由于油井的长度主要取决于船舶和泊位的大小，因此本文没有必要提供具体的计算公式。
3 模型应用和讨论
3.1计算结果
广州南沙港小湖港区有5个相邻的石化码头，即广州小湖石化，小湖中石化，广东石化，港发石化和建滔石化，如图1所示。每个港口每年有3 000多艘船到访和石油和化学品的年吞吐量约为900万吨。该港口毗邻几个环境敏感区域，具有很高的船源溢油事故风险。
图1广州港小湖港区石化码头的选址。
码头发生溢油事故的概率是根据事故数量和进出港口的船舶数量来计算的。 最大可能的溢油量是根据油轮的翼形液货舱（1 000-3 000 DWT，港口的普通油轮）完全溢出的情况计算出来的。 并根据随机场景数值模拟方法预测影响邻近敏感区域的概率。每个码头的溢油风险根据方程（2）—（4）计算，如表1所示。事故概率，可能的最大溢油量和敏感系数数据均来自广州小湖联合防御船舶污染源环境风险评估报告。并且每个码头的响应能力目标和资源分配结果根据方程（5）—（8）计算并如表2所示。
3.2讨论
3.2.1风险指数评估结果的比较
区域溢油风险评估的目的是确定每个风险源的相对风险，并根据不同区域的风险采取预防措施。利用风险矩阵法得到小湖港区码头溢油风险评估结果，如图2所示。可以看出，所有码头均利用事故概率和溢油量落入中等风险区域。作为指标（图2a），它们之间几乎没有差异。使用事故概率和危险后果指数作为指标，4个码头进入高风险区域，1个码头进入中等风险区域（图2b）。5个码头之间也没有明显的差异。如果选择溢油风险指数（表1）作为评估指标，小湖港区码头风险指数大于4，表明风险较高。三个码头——中石化小湖，广东和港发石化的风险指数范围为3至4，表明中等风险，其中存在明显差异。 建滔石化的风险指数小于3，表明风险较低。
图2小湖港区码头溢油风险矩阵，溢油量和概率矩阵（a），危险后果指数矩阵和概率（b）。
根据每个码头的溢油风险指数，风险等级（从高到低）是小湖石化，中石化小虎，广东，港发和建滔。因此，溢油风险指数法更适合区域溢油风险评估。
3.2.2模型参数的选择
溢油应急资源分配模型涉及多个参数，这些参数的值与溢油的特征和变化，应急资源的性能，现场环境条件等有关。参数值应根据具体情况合理确定，建议参考现有标准，产品性能指标，实验结果和经验值。
在小湖港区的情况下，响应操作被假定为在泄漏后48小时开始。安威等开发的溢油预测软件适用于风速设定为10 m / s，水温20°C的场合。溢流燃料油rv的模拟蒸发率在48小时内为26％（An等，2010），溶解速率rs在48小时内约为0.52％（杨等，1994）。根据深水地平线油的经验，乳化率E为2（CFR，2011），机械回收率P1，分散度P2和吸油量P3的比例分别定义为60％，30％和10％。泄漏（USCG，2011）和中国的溢油事故响应（中国MSA，2004）。现场操作时间为2天12小时，撇渣效率alpha;和吸附效率phi;分别定义为15％和25％（Chen 等，2011; Gowtham 等。，2016 ）。对于浓缩溢油分散剂和油的比例，上限为0.2根据船舶溢油应急能力评估指南（以下简称“指南”）（交通运输部）中华人民共和国，2014年）。关于吸附剂材料J的吸附时间和油保持率K，根据船舶吸收剂（JT / T560-2004）采用10％和8％的下限。参数值如表3所示。
3.2.3建模结果的比较
根据所提出的模型和标准计算的应急能力目标和资源分配结果的比较如表4所示。所提出的模型规定，应急响应能力的总体目标是400t，而标准提供的结果是 五个码头的应急能力总和，即1 140吨，是拟议模型的2.85倍。该模型提供的机械回收能力，分散能力和吸附能力分别为217.71 m3 / h，17.63 t和12.24 t，小于标准规定的280 m3 / h，18.5 t和21 t。
根据上述比较，拟议的模型根据码头的相关风险为每个码头分配不同数量的资源。但是，根据本标准的规定，相同靠泊能力的码头所需的应急资源相同，如中石化小湖，广发石化，广东石化，金板等，未能反映码头溢油风险的差异。可以看出，小湖石化，中石化小湖，广发石化的资源数量均低于标准规定值，广东石化和建滔的数量均超过行业规定值标准。同时，虽然广东石化的停泊能力为4.5万吨，但配置的资源量远远超过建滔石化的5万吨停泊能力。该模型的合理性得到了证明，因为它提出了基于风险评估的资源分配。
关于单个码头应对
资料编号：[4328]
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