發布時間：2020-07-24所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：海域溢油環境敏感性評價工作是溢油應急規劃的基礎，有利于溢油事故的應急處理。本文對海岸線的溢油環境敏感型的主要評價方法和選取的評價指標進行了總結;在溢油環境敏感性評價中采用的方法主要包含指數法、層次分析法、德爾菲法、模糊綜合評價法等;在
摘要：海域溢油環境敏感性評價工作是溢油應急規劃的基礎，有利于溢油事故的應急處理。本文對海岸線的溢油環境敏感型的主要評價方法和選取的評價指標進行了總結;在溢油環境敏感性評價中采用的方法主要包含指數法、層次分析法、德爾菲法、模糊綜合評價法等;在研究中，各類方法具有不同特點，多為各種方法同時使用。目前，國內外研究中選取的各類指標可總結歸為物理指標、生物指標、社會-經濟指標三大類，并且針對部分指標選取的理論依據進行了論述。探討了較為系統化的評價指標體系的構建。綜述了海岸線溢油環境敏感性評價的國內外的主要研究進展。最后指出當前溢油環境敏感性評價中存在的不足，如評價體系系統性差、評價指標科學性低及評價過程主觀性強等，而加強學科交叉的同時對目前研究中不足深入研究將是后續的研究重點。
關鍵詞：海洋溢油;環境敏感性評價;海岸線類型;評價方法;評價指標
隨著社會經濟的發展，人類活動對海洋造成的影響范圍和程度不斷擴大。近岸海洋生態系統，地理位置特殊，易發環境污染問題[1]。20世紀以來人類對于石油的需求激增，海上石油的開采、運輸行業規模不斷發展和擴大，溢油事故常有發生。根據統計數據，1970—2011年全球發生溢油事故1797起，其中大型溢油事故達454起，損失的石油約570萬t[2]。溢油會對受污海域內的生物產生毒害作用，嚴重時將危害人類健康，對社會經濟活動產生深遠影響[3]。海上溢油對自然資源和社會經濟的損害甚至有些已經達到了經濟和生態災難的規模[4]。1989年，“�？松�·瓦爾迪茲”(ExxonValdez)溢油事故中，由于缺乏有效的資源配置和清理措施，溢油24h內沒有得到及時有效地處理，導致生態破壞情況進一步惡化[5]。為了預防和減小石油污染的影響，必須采取有效的預防和處理措施。而且，生態環境問題在高敏感性地區出現后，會造成更大的損害且難以恢復。因此，對敏感性較高的區域進行優先保護是必要的。生態環境敏感性是指生態系統對區域內自然和人類活動干擾的敏感程度，能夠表示區域生態系統遭受干擾時，出現生態環境問題的難易程度和可能性大小，用以表示外界干擾所產生的可能后果[6]。生態環境敏感性評價可以確定各類環境問題的敏感區域，有利于實現區域生態環境科學性、針對性地保護。因此，對區域的各類環境問題進行有針對性生態敏感性評價是必要的。沿海溢油敏感性評價是溢油應急規劃的基礎，通過對海域的溢油敏感性評價分析，確定沿海區域的溢油敏感性保護次序和等級，正確地配置海上溢油應急資源和應急措施，有利于溢油事故的快速響應和處理。本文將梳理主要的評價分析方法，匯總主要的溢油敏感性評價指標因子，論述國內外溢油敏感性評價的研究進展，同時總結了溢油敏感性研究存在的部分問題并進行了研究展望。
1溢油敏感性評價常用方法
溢油敏感性評價方法同其他敏感性評價分析方法類似，常用的評價分析方法包含定性和定量分析[7]。定性分析是以人的主觀判斷為基礎的評價分析方法，如專家評價法等;定量分析則是在實驗或調研的基礎上，利用建立的數學公式或模型進行分析評價。常用的溢油敏感性評價分析方法主要有以下幾種。
1.1指數法
指數分析法是通過對各指標賦分的計算得到綜合指標得分的方法。其中，最常見的是綜合指數法，它根據各級評價指標中的各因子的指數得分，然后利用加權方法進行綜合指數計算。由于其計算過程簡潔，綜合指數法是敏感性評價中較為廣泛利用的方法，能夠一定程度的體現評價工作的整體性和層次性。Depel-legrin[8]在研究立陶宛段波羅的海沿岸溢油敏感性時，將海岸線特征、社會經濟、生物、漁業資源四個方面進行加權計算得到總海岸線敏感指數。
1.2層次分析法
層次分析法(AnalyticHierarchyProcess，AHP)是1970年代由美國運籌學家T.L.Saaty提出，是一種定性與定量相結合的決策分析方法[10]。層次分析法旨在對復雜的決策問題進行深入分析，利用較少的定量信息使決策的思維過程數學化，從而提供簡便的決策方法[11]，已成為應用最廣泛的多準則決策(MultipleCriteriaDecisionMaking，MCDM)方法之一[12]。
相關期刊推薦：《中國海洋大學學報：自然科學版》PeriodicalofOceanUniversityofChin(月刊)曾用刊名：山東海洋學院學報;青島海洋大學學報(自然科學版);青島海洋大學學報，1959年創刊，是以海洋和水產學科為辦刊特色的自然科學綜合性學術期刊，刊登理、工、農(水產)、醫(藥)等學科，包括海洋科學、環境科學與工程、水產科學、海洋藥物、海洋生物與生態、海洋化學、海洋地質、海洋物理、海洋工程、海洋信息與技術和海洋管理及相關領域的學術與科技論文。
層次分析法方法主要有以下幾個步驟：(1)建立層次結構模型;(2)構造判斷矩陣;(3)層次單排序及其一致性檢驗;(4)層次總排序及其一致性檢驗。Vafai等[13]使用了模糊層次分析法有效地評價了海岸線對溢油敏感性。層次分析法與模糊集理論的有機結合，為確定溢油敏感岸線提供了一種新穎、全面的方法。
1.3德爾菲法
德爾菲法是一種匿名專家評分或專家咨詢法[14]。以匿名的方式通過幾輪咨詢，征求專家們的意見，直到專家組成員的意見趨于一致，以達到預測目的。德爾菲法具有專業性強、匿名性、反饋性和統計推斷性等優點，但存在周期長、主觀偏向性等缺點[15-16]。
在溢油敏感性評價研究中，德爾菲法常被作為一種輔助方法和其他評價方法相結合使用。Castanedo等[9]在使用德爾菲法確定了溢油敏感指數計算公式中的常量的值。Ling等[17]研究溢油生態脆弱性時，利用德爾菲法確定了AHP中指標兩兩比較得到比較矩陣。
1.4模糊評價法
模糊評價法是一種運用模糊變換原理分析和評價模糊系統的方法，是以模糊推理為主的定性和定量相結合、精確與非精確相統一的分析評判方法，常用的是模糊綜合評價法。模糊綜合評價法利用模糊數學中的隸屬度理論，將定性評價轉化為定量評價[18]。
Tran等[19]提出了一種利用模糊集概念生成各類環境綜合指標并分析其敏感性的方法。其結果表明，綜合指數的敏感性分析可以揭示研究地區的環境狀況。此外，有研究人員將模糊評價法同層次分析法結合進行溢油敏感性評價[13]。
上述溢油敏感性評價方法是目前的研究工作中最為常用的幾種方法。其中，綜合指數法的應用最為廣泛。隨著研究工作的深入，溢油環境敏感性指標的選取更具全面性、層次性，層次分析法便逐漸在該領域得到應用。在評價過程中，不可避免地存在定性或半定性的描述，德爾菲法的采用增加了結果的科學性。此外，目前的溢油敏感性研究多是以上述幾種方法為基礎并以GIS為技術支撐，不僅可利用GIS中的海岸線數據庫，還可在GIS內完成ESI地圖的制作。在評價時最重要的是，不論采用哪種方法，只有在充分調研和可靠數據的基礎上，同時保證指標的科學性，才能夠較為準確的評價海域的溢油敏感性。
2溢油敏感性評價指標的構成
需要說明的是，在國外的研究中對于溢油敏感性評價的叫法有Oilspillvulnerabilityassessment和Oilspillsensitivityassessment兩種，對于脆弱性(Vulner-ability)和敏感性(Sensitivity)的概念和內容沒有進行明確的區分，二者含義相同。在溢油敏感性評價的起初，敏感性的確定主要是以海岸線的類型為判斷標準，對海岸線進行簡單地劃分和敏感性指數賦分。
Gundlach和Hayes[20]所構建的溢油脆弱性指數就是基于不同特征的海岸線對溢油的影響進等級賦值的。沿海環境被分為了1～10個溢油脆弱性等級，但只考慮了海岸線的物理參數。具體指標分類情況如表1所示，研究人員從波浪強度、海灘的基質組成等方面綜合考慮了沿岸的溢油脆弱性，定性地進行了描述和解釋。美國海洋和大氣環保署2002年發布的《環境敏感指數指南第三版》(Environmentalsensitivityindexguidelinesversion3.0)中，ESI地圖中包含了海岸線類型、生物資源和人類利用資源三個層面[21]。其中，根據海岸環境的物理特征，對于各海岸線類型進行了敏感性10個等級的分類。NOAA所劃分的10個脆弱性指數與Gundlach和Hayes[20]的劃分情況基本一致。其次雖然對生物資源和人類利用資源在地圖上進行了標繪，但未形成量化的表述。
此后的研究中，NOAA指南中海岸線類型的敏感性指數劃分方式，得到了眾多研究者的采納。Pincinato等[22]采用了類似于NOAA和Gundlach的海岸線敏感性等級分類方法對海岸線敏感性指數(LittoralSensitivityIndices，LSI)進行了規定，并結合GIS和決策樹對巴西某海岸線的LSI進行了研究。
隨著溢油敏感性研究的不斷深入，由于各評價海域的自然和社會條件的特異性，出于綜合考量，評價指標也逐漸從單一的海岸線物理特征指標發展為融入了物理、生物、社會經濟、管理要求等方面在內的多層次、全方位的指標體系，更加客觀準確地對研究區域進行分析評價。雖然，各研究中的評價指標都隸屬于物理、生物、社會經濟、管理幾項中之一，但是在初級指標和次級指標的選取上一致性較差。當前，國內外主要的溢油敏感性評價研究中指標的分類狀況見表2。
Nansingh[23]認為溢油敏感性指數的基礎是沿海環境的物理和生物特征之間的關系，故基于干濕兩季海岸環境的物理和生物因素對特立尼達拉島的溢油敏感性開展了研究。其中，物理特征是根據對沿海海域的波高、波周期、風速、沿岸流的監測數據的大小賦分;生物特征通過計算生物多樣性、生物量和豐度確定生物特征得分的高低。相對于前述半定量的賦分方法，該作者所采用的方法更具有數據支撐性。
Andrade等[24]在研究巴西馬拉尼昂海岸脆弱性時，將社會經濟因素加入到評價中�？偞嗳踔笖�(Totalvulnerabilityindex)分為自然脆弱性(Naturalvulnera-bility)、社會經濟脆弱性(Socioeconomicvulnerability)兩項。按照地貌單元將海岸線分為了河口、沿岸平原、沿岸高原三種類型并進行了脆弱性指數賦值，將三者的算術和作為自然脆弱性(Naturalvulnerability)。經濟收入、漁業、教育水平的脆弱指數的和稱為社會經濟脆弱性(Socioeconomicvulnerability)。經濟脆弱性的概念認為家庭收入水平是其承受物質和心理損害能力的決定因素，即收入越低，脆弱性越高;人和漁業的關系更顯而易見，越依賴于漁業的區域，其脆弱性越高;教育水平較低的地區更容易受到災害的影響，因此教育水平越低，脆弱性越高[25]。
Vafai等[13]在進行海岸溢油敏感性評價時劃分為了物理參數、生物資源參數、人類資源參數一級指標。其中，物理參數包含地形、海岸線基質、水動力：風和波浪;人類資源參數包含海岸線可用資源、旅游設施及基礎設施、重要歷史文化區域、人類聚集區。生物資源參數沒有具體化參數，但賦值時綜合考慮了棲息地、鳥類、水生動物、保護區等因素。
Castanedo等[9]將海岸的溢油敏感性指標劃分時，同樣包含了物理、生物、社會-經濟指標，但其相應的內容卻更具專業性和科學性。物理指標是由波暴露(Waveexposure)和海岸線斜度(Shorelineslope)計算得到，其中波暴露是方向(Orientation)和彎曲度(Sinu-osity)的算數和。波暴露代表著海浪對海岸沖擊的能量的高低，波浪垂直和水平方向的力使海面溢油反復經歷遷移、碰撞、破碎、聚集等過程作用，使油滴粒徑減小，易溶解的輕質油組分溶解在水中并逐漸被生物降解[26]。海岸線的坡度是影響溢油持久性的關鍵因素，坡度較小的地區相較于坡度大的地區更容易保存油。實驗研究發現擾動深度和海灘斜度(以角度正切值表示)是具有線性關系[27]。生物指標包含著狀態保持、稀有價值保護和恢復能力三個因素。該研究在對社會-經濟因素計算時，值得借鑒的是將溢油損失預算和清理費用包含在內，并采用Jenks自然分類法進行分類賦值;溢油損失的計算有漁業、旅游業、港口運輸等方面。
Depellegrin等[28]在對波羅的海東南部的立陶宛-俄羅斯海岸的溢油敏感性研究時，為更好地了解在開放、未遮蔽、高能量的沿海環境潛在的石油泄漏影響，在典型的ESI分析外，還引入了海岸線敏感性指數(Shorelinesensitivityindex)、海底敏感性指數(Sea-floorsensitivityindex)等。其中，海岸線敏感性指數參照了Castanedo[9]研究中的計算方法;海底敏感性指數由海底斜度(Seafloorslope)、水深(Bathymetry)、沉積物類型(Substratetype)和波暴露(Waveexposure)構成。從海底狀況評價敏感性角度較新穎，在溢油敏感性研究中較為少見。
在調研國內外文獻中溢油敏感性評價指標的基礎上，綜合可能的實際海域范圍情況，本文提出了更全面、更系統的溢油敏感性評價指標體系，詳細情況見表3。評價體系由三個級別指標構成，一級指標包含自然屬性因素、生物資源因素、社會-經濟因素和管理因素四項。
3海洋溢油敏感性研究進展
3.1國外研究進展
國外溢油敏感性評價的研究工作始于19世紀70年代。1976年，美國國家海洋和大氣管理局(NationalOceanicandAtmosphericAdministration，NOAA)和美國RPI公司合作發展了“環境敏感性指標地圖”(En-vironmentalSensitivityIndexMap)[21]。1978年，Gundlach和Hayes作為最早開展海岸溢油敏感性研究人員，根據海岸線的物理和地質特征構建了溢油脆弱性指數，以評估其對石油泄漏損害的潛在脆弱性[20]。此后，在對該指數持續的研究和完善工作中，促進了環境敏感性指數(EnvironmentalSensitivityIndex，ESI)的發展，并已成為美國和其他國家溢油應急計劃和響應的一個組成部分。
在進行近岸海域溢油環境敏感性評價時，最后的評價結果以EIS地圖的形式呈現，可以清晰直觀地說明敏感性狀況。第一張ESI地圖制作于墨西哥灣IX-TOC1號井井噴事件后，并在此后美國一直使用環境敏感性指數方法來繪制沿海地區的地圖，包括大型河口、湖泊和河流[21]。逐漸地，ESI地圖成為溢油應急響應的一部分，通過說明海岸線的敏感性狀況來確定早期的清理策略(見圖1)。傳統的環境敏感性地圖通常以紙質印發，制作費昂貴、難以更新，妨礙了敏感性地圖的進一步發展[31]。20世紀90年代，隨著地理信息系統(GeographicInformationSystem，GIS)的不斷發展，GIS被用于制作高質量和易更新的電子ESI地圖[32]，其廣泛地應用促進了ESI地圖的發展[33]。利用GIS對溢油環境敏感度進行系統化處理，可以通過從內部數據庫中迅速獲取準確的最新信息來響應特定的查詢，同時還提供空間分析[34-35]。Lawal等[36]研究開發了一個基于地理信息系統(GIS)的專家系統(ES)，用于測量海岸線對油的敏感性。以尼日利亞河流州為例，重點研究了其海岸線的生物、物理屬性。對高程、土壤、相對波暴露和衛星圖像數據進行整理，用于GIS中ES決策規則的制定。
在NOAA發布環境敏感性指數指南后，被世界其他國家所采用或作為操作手冊的框架。法國的意外水污染檔案、研究和試驗中心(CentreofDocumentation，ResearchandExperimentationonAccidentalWaterPollution，CEDRE)領導了Finisterre地區的溢油敏感性圖集的發展和制定，其敏感性評價指標主要由海岸的物理、生物和經濟三個因素組成[9]。Wieczorek等[37]采用基于GIS技術的ESI地圖，研究了巴西Cardoso島國家公園及周邊地區對溢油的敏感性情況。Sowmya等[38]以GIS和遙感技術為支撐，采用NOAA指南的方法，識別了卡納塔克海岸的溢油環境敏感性，發現了多種海岸ESI級別類型，并在ESI地圖中進行了生物資源繪制。Adler等[39]、Santos等[40]、BelloSmith等[41]、Tri等[42]分別對地中海沿岸、葡萄牙海岸、直布羅陀海峽北岸、越南吉婆島進行了溢油敏感性的研究。——論文作者：包木太1，2，孫曉軍1，2，王鑫平3，孫培艷3，李一鳴1，2，陸金仁2，李陽4
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