長江內(nèi)河港口污染物產(chǎn)生與處置能力風(fēng)險分析

林博聞， 馬曉鳳， 文元橋 ， 周 立

(1.武漢理工大學(xué)智能交通系統(tǒng)研究中心， 湖北 武漢 430063；2.國家水運安全工程技術(shù)研究中心， 湖北 武漢 430063；3.長江航務(wù)管理局， 湖北 武漢 430014)

水路運輸承擔(dān)了巨大的運輸量，使得船舶污染物排放成為人為排放的主要部分之一[1]；特別是隨著港口的大力發(fā)展，港口環(huán)境污染問題也日益突出,港口污染已成為阻礙社會經(jīng)濟健康可持續(xù)發(fā)展的重要因素[2]。在此背景下，世界多國提出了“綠色港口建設(shè)”及其發(fā)展理念，有必要選擇一種合適的評估方式對港口污染物處置能力和發(fā)展可持續(xù)性進行評估。

在綠色港口建設(shè)的評估方面，國內(nèi)外有著大量的研究成果。王昊宇應(yīng)用定性、定量方法構(gòu)建大連港建設(shè)的綠色評價體系并評估綠色港口建設(shè)水平[3]。該評價體系可以識別港口建設(shè)中的非持續(xù)環(huán)節(jié)，為管理者在環(huán)境影響和經(jīng)濟利益之間實施高效決策提供支持，促進港口建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。薄鋒將生態(tài)港口的建設(shè)分為自然子系統(tǒng)、社會經(jīng)濟子系統(tǒng)和港口資源子系統(tǒng)，并從港口法規(guī)、港口運營管理、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、環(huán)境管理體系和發(fā)展綠色物流等不同角度，提出大連港建設(shè)發(fā)展生態(tài)型港口的對策[4]。Hossain等對加拿大18個主要港口的可持續(xù)性和環(huán)境績效進行評估[5]，設(shè)置25個預(yù)定義指標對港口可持續(xù)性進行評估，并將可持續(xù)性等級分為低、中、高三類。Wan等分析了世界綠色港口發(fā)展的現(xiàn)狀[6]，建立了基于驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響和響應(yīng)框架的綠色港口發(fā)展定量評價模型，利用所提出評價模型對綠色港口進行自我評價。徐文軍基于灰色理論和層次分析法進行了港口對環(huán)境影響評價[7]。Olba等研究了一套通過建立海港風(fēng)險指數(shù)來評估港口地區(qū)發(fā)生意外事故的潛在風(fēng)險的評估方法。在確定港口主要航海風(fēng)險后，利用網(wǎng)絡(luò)分析法從調(diào)查數(shù)據(jù)中得出各準則的風(fēng)險感知權(quán)重[8]。Ozturk等基于專家評估法和機器學(xué)習(xí)對港口操縱航行進行風(fēng)險評估，設(shè)計了距離、面積和速度三個參數(shù)來改進適用于港口的航行碰撞風(fēng)險模型[9]。Kadir等提出了風(fēng)險管理框架，設(shè)計了新的風(fēng)險矩陣維度、評估現(xiàn)有控制措施因子的工具和新的風(fēng)險類別，提供了更詳細的可持續(xù)風(fēng)險類別、風(fēng)險評估方法[10]。Oh等運用重要性績效分析(IPA)技術(shù)，對影響韓國港口可持續(xù)性的關(guān)鍵指標進行評估，確定了涵蓋可持續(xù)性環(huán)境、經(jīng)濟和社會三大體系共27個可持續(xù)性評估指標對韓國港口可持續(xù)性進行評估[11]。韓昀瑾等根據(jù)建設(shè)綠色港口所需的基本條件，建立了包括生產(chǎn)規(guī)模、基礎(chǔ)設(shè)施、綠色物流、環(huán)境治理、發(fā)展環(huán)境五個方面評價指標的綠色港口評價體系，構(gòu)造了基于灰云聚類的綠色港口評價模型[12]。鈕爾軒等基于可持續(xù)發(fā)展理論，針對港口物流與綠色物流的特點，建立了反映港口企業(yè)綠色物流發(fā)展水平的評價指標體系；利用定性和定量結(jié)合的云模型，對港口企業(yè)綠色水平進行評價并提出有效改進建議[13]。

但到目前為止，專門針對港口各類污染物及其接收處置能力進行的評價研究較少，因此本文將就此展開研究，并以某省港口碼頭為例，基于問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，運用Bossel可持續(xù)發(fā)展定向指標框架的評估模型，從生存、能效、自由、安全、適應(yīng)、共存六個定向指標對港口污染物產(chǎn)生與處置能力風(fēng)險進行分析，為綠色港口發(fā)展評價提供一種可行思路。

1 Bossel模型在港口污染物產(chǎn)生與處置能力風(fēng)險分析的應(yīng)用研究

Bossel模型是Hartmut Bossel在1999年提出的可持續(xù)發(fā)展模型[14]，在評價系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力時包含生存、能效、自由、安全、適應(yīng)、共存六個定向指標。其中，生存指系統(tǒng)有能力保持自身在系統(tǒng)中存在并提供維持系統(tǒng)存在所需的信息、能源和物質(zhì)投入。能效指系統(tǒng)具有保護稀有資源和對環(huán)境造成影響的能力。自由指系統(tǒng)有能力以多種方式應(yīng)對環(huán)境變化帶來的困難和挑戰(zhàn)。安全指系統(tǒng)能夠保護自身免受環(huán)境變化的有害影響的能力。適應(yīng)指系統(tǒng)對環(huán)境變化帶來的挑戰(zhàn)做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)的能力。共存指系統(tǒng)能夠調(diào)整自身行為，與所處環(huán)境中其他系統(tǒng)保持和諧共存的能力。

Bossel框架常用于對可持續(xù)發(fā)展能力評價，可持續(xù)發(fā)展主要包括社會可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展[15]。港口污染物的不當(dāng)處置會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重不良影響，從而影響周邊區(qū)域的經(jīng)濟、社會發(fā)展水平、區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。所以針對本文研究對象，應(yīng)用Bossel框架構(gòu)建長江內(nèi)河港口污染物產(chǎn)生與處置能力風(fēng)險分析體系，并通過建模對港口污染物產(chǎn)生與處置能力風(fēng)險進行評估符合其應(yīng)用領(lǐng)域，且具備可實施性。

在本研究中，首先基于Bossel模型的內(nèi)涵細化六個定向指標，選擇合理的數(shù)據(jù)類型對各定向指標進行量化；再根據(jù)數(shù)值計算公式對不同類型數(shù)據(jù)進行計算，之后確定各細化指標的基準分值，并將基準值分為若干檔次；運用離差平方和最大法確定各個指標的權(quán)重，最后通過計算系統(tǒng)總體評估得分，確定評估結(jié)果。下文將分別詳細闡述各部分的設(shè)計與計算過程。

應(yīng)用Bossel框架構(gòu)建長江內(nèi)河港口污染物產(chǎn)生與處置能力風(fēng)險分析體系需要分別對Bossel中生存、能效、自由、安全、適應(yīng)、共存六個定向指標進行量化，本文各定向指標的量化設(shè)計如下：

生存：港口的周邊環(huán)境影響著港口獲得所需資源的難易程度、影響著港口的發(fā)展。因此選擇港口/碼頭地理位置對生存定向指標進行評價。

能效：污染物排放量是區(qū)域生態(tài)環(huán)境的主要影響因素之一，港口的污染物排放會對周邊生態(tài)環(huán)境造成巨大影響。因此選擇污染物排放強度對能效定向指標進行評價。

自由：港口污染物產(chǎn)生量發(fā)生變化時，港口各類型污染物接收裝置儲備容量與污染物處置效率密切相關(guān)。因此選擇污染物接收裝置容量對自由定向指標進行評價。

安全：周邊環(huán)境發(fā)生變化時，提高港口的應(yīng)急處理能力可以更迅速的抵御有害影響并維護港口的正常運行。因此選擇港口、碼頭應(yīng)急處理能力對安全定向指標進行評價。

適應(yīng)：污染物復(fù)利用率時衡量綠色水平的關(guān)鍵指標之一，提高港口污染物復(fù)利用率可以維護港口生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定、降低外部環(huán)境變化帶來的干擾。因此選擇污染物復(fù)利用率對適應(yīng)定向指標進行評價。

共存：污染物接收單位可以對港口產(chǎn)生的污染物進行接收和處置，港口各種類污染物接收單位是否齊全影響著港口周邊生態(tài)環(huán)境的綠色程度，因此選擇是否有污染物接收單位對共存定向指標進行評價。

最終根據(jù)Bossel可持續(xù)系統(tǒng)分析模型要求以及風(fēng)險評價的需求，確立內(nèi)河港口污染物產(chǎn)生與處置能力風(fēng)險分析模型的評估指標如表1所示。

表1 港口污染物產(chǎn)生與處置能力評價指標

上述選取指標具體計算方法如表2所示，這些信息與港口/碼頭的運營實際情況有關(guān)，因此圍繞表2中的信息設(shè)計問卷調(diào)查表并開展調(diào)研，并以問卷調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建Bossel模型對各調(diào)查碼頭的污染物產(chǎn)生與處置能力風(fēng)險進行分析評估。

表2 港口污染物產(chǎn)生與處置能力評價指標計算方法

為便于對各等級港口/碼頭進行劃分，因此對各指標進行選取后需確定指標評分基準值，本文采用優(yōu)選法和專家咨詢法對各基準值范圍進行確定。將評價指標的基準值分為最高水平V、高水平IV、中等水平III、低水平II和最低水平I五檔，表3為按以上指標量化后的評分標準。

在確定指標分級評分后，采用離差平方和最大法對表3中各項定向指標的權(quán)重進行分析評估和確定。根據(jù)上述評估評分方法，設(shè)各定向系統(tǒng)的樣本空間為n，且每個樣本空間中有m個定向指標。模型的基本定向指標矩陣為P=(pij)m×n，其中i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。因此樣本空間中各個子向量的綜合得分如式(1)所示。

表3 指標量化評分標準

(1)

(2)

(3)

求歐氏距離，當(dāng)P等于2時如式(4)所示。

(4)

接下來求解離散度最大的優(yōu)化模型。

(5)

引入拉格朗日算子λ可得：

(6)

對式(6)求偏導(dǎo)數(shù)，取wj、λ極值得：

(7)

對式(7)進行求解得

(8)

分別對各定向指標進行計算后，根據(jù)權(quán)重系數(shù)對系統(tǒng)總的評估得分進行計算。

(9)

其中:C(t)為港口總的評估得分，wj為各定向指標權(quán)重系數(shù)，Pj為該港口在該定向指標下的得分。

2 港口污染物數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)預(yù)處理

為了充分反映港口碼頭的污染物產(chǎn)生情況及處置情況，本研究設(shè)計了包括所屬港口、碼頭/泊位名稱、碼頭位置、產(chǎn)生的污染物種類及數(shù)量估計、污染物廢棄物接收裝置及其容量等的問卷調(diào)查表，如表4所示。其中產(chǎn)生的污染物種類包括粉塵、生活污水、生活垃圾、港口垃圾、沖洗污水、油污水、固體廢棄物和危廢棄物[16]。污染物廢棄物接收裝置數(shù)據(jù)包括油污回收桶、污油池、沖洗沉淀池、生活污水處理池、油氣回收裝置、含油污水收集裝置、封閉回收系統(tǒng)、廢物桶、污水艙等的擁有數(shù)量或者容量，以及是否有生活污水接收單位、是否有油污水接收單位、是否有生活垃圾接收單位等信息。本次總計收集了長江干線某省的55個碼頭/泊位的調(diào)查數(shù)據(jù)，其中，關(guān)鍵信息缺失的問卷有兩份，關(guān)鍵信息缺失數(shù)據(jù)所占比例小于5%，故對關(guān)鍵信息缺失數(shù)據(jù)進行直接刪除并對其他數(shù)據(jù)做進一步處理。對問卷數(shù)據(jù)進行預(yù)處理包括：①對污染物廢棄物接收裝置及其容量缺失數(shù)據(jù)進行填補;②統(tǒng)一數(shù)據(jù)單位，將各類污染物按照平均密度換算成體積。處理后數(shù)據(jù)如表5。

表4 港口/碼頭基本情況普查表(部分數(shù)據(jù))

表5 長江沿線某省港口污染物填補處理后數(shù)據(jù)表 m3

續(xù)表

本次所調(diào)查的港口污染物對人體、環(huán)境有著不同程度的影響，因此需根據(jù)各類污染物的特點對污染物危害度進行確定，也便于后續(xù)根據(jù)各類污染物的產(chǎn)生量、處置量及污染物危害度對港口污染物產(chǎn)生與處置能力進行風(fēng)險評估。依據(jù)各類污染物的危害，將污染物分10個等級，數(shù)值越大對環(huán)境危害越大。各類污染物的危害度通過專家咨詢法獲得，其危害度的值如表6所示。

表6 污染物危害度表

3 某省港口污染物產(chǎn)生與處置能力風(fēng)險分析

將建立的Bossel模型指標及計算方法應(yīng)用于53個港口/碼頭的數(shù)據(jù)進行污染物產(chǎn)生與處置能力風(fēng)險分析，設(shè)1分以下為I級、1～2分為II級、2～3分為III級、3～4分為IV級、4～5分為V級。評分V級優(yōu)秀的港口數(shù)為13個、IV級良好港口數(shù)為26個、III級中等港口數(shù)為2個、II級及格港口數(shù)為12個、I級不可接受港口數(shù)為0個。所有碼頭平均得分為3.32分，整體評價良好。其中生存平均得分3.91、能效平均得分4.28、自由平均得分3.51、安全平均得分3.58、適應(yīng)平均得分4.13、共存平均得分3.53。

Bossel模型中各港口/碼頭生存、能效、自由、安全、適應(yīng)、共存六項定向指標評分分布情況如圖1所示。其中：

1) 生存定向指標的評分體現(xiàn)了港口所處地理位置的便利程度，評分越高所處位置越便利。該省港口生存評分等級集中在III級及以上，體現(xiàn)出該省港口位置布局較為合理。

2) 能效定向指標的評分體現(xiàn)了港口污染物的排放率，評分越高港口污染物排放率越低。該省評分IV級及以上港口數(shù)占比達85%，說明該省港口建設(shè)中比較重視污染物的處理，整體港口污染物排放率較低，注重環(huán)境保護。

3) 自由定向指標的評分體現(xiàn)了港口污染物接收和處置能力，評分越高所能額外容納的污染物越多。該省港口自由評分整體保持在較高水平，但評分在III級及以下的港口需要加強污染物接收裝置儲備，進一步提升污染物處置能力。

4) 安全定向指標的評分體現(xiàn)了港口與安全應(yīng)急設(shè)備庫的距離，評分越高距離越近，發(fā)生污染事故時越易于處置。該省港口整體安全得分良好，希望評分為I級和II級的8個港口加強自身應(yīng)急處置能力，防范外部風(fēng)險。

5) 適應(yīng)定向指標的評分體現(xiàn)了港口污染物的復(fù)利用率，評分越高復(fù)利用率越高。該省適應(yīng)評分在IV級及以上港口數(shù)占比86%，說明該省港口整體污染物復(fù)利用率較高，綠色水平較好。

6) 共存定向指標的評分體現(xiàn)了港口產(chǎn)生污染物的接收處置能力，評分越高污染物處置越便利。該省港口共存評分優(yōu)秀率較高，說明當(dāng)前港口污染物基本得到有效接收處理。

圖1 定向指標評分分級圖

該省港口污染物產(chǎn)生與處置能力風(fēng)險評估情況空間分布如圖2所示，其風(fēng)險等級分布具有一定的空間特征，反映了當(dāng)前污染物處置能力、環(huán)保資源、應(yīng)急能力資源配備的均衡性。圖2中部2號區(qū)域港口/碼頭評估結(jié)果等級整體較高，均為IV級或V級。左側(cè)1號區(qū)域港口分布較為分散，大部分港口/碼頭評估結(jié)果為IV級以下，甚至為II級，該部分區(qū)域應(yīng)加強綠色港口建設(shè)提升港口競爭力。右側(cè)3號區(qū)域港口/碼頭之間距離較遠，多數(shù)港口評分等級較高，但仍有個別港口需進一步加強建設(shè)。

圖2 某省港口污染物產(chǎn)生與處置能力風(fēng)險評估等級位置圖

4 結(jié)論與對策建議

隨著世界貿(mào)易的不斷發(fā)展，港口作為貿(mào)易的重要樞紐發(fā)揮著越來越大的作用。港口在促進貿(mào)易的同時也對生態(tài)環(huán)境帶來一定程度的危害，建設(shè)生態(tài)綠色港口的需求與日俱增，港口的綠色程度也成為港口重要的競爭力。

本文提出了一種基于Bossel可持續(xù)評估框架的長江內(nèi)河港口污染物產(chǎn)生與處置能力風(fēng)險模型，該模型適用于對區(qū)域內(nèi)港口的綠色發(fā)展水平、污染物產(chǎn)生與處置能力進行量化評估。并以長江沿線某省的港口/碼頭為例進行了風(fēng)險分析評估，較為客觀地反映了港口/碼頭污染物產(chǎn)生與處置能力的實際情況。為管理者在環(huán)境影響和經(jīng)濟利益之間實施高效決策提供支持，促進港口建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，為綠色港口的評估建設(shè)提供了一種新的思路。

該模型由多個指標體系構(gòu)成，對系統(tǒng)多方面的可持續(xù)發(fā)展能力進行分析，同時強調(diào)系統(tǒng)中較弱環(huán)節(jié)的發(fā)展能力，因此需收集較多方面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)收集方面有一定的要求。

對案例省份的調(diào)研數(shù)據(jù)分析可知，自由、安全和共存相對于其他三項平均得分較低。結(jié)合風(fēng)險等級值，可從如下角度增加港口污染物防控水平：

1) 增加碼頭污染物接收裝置的數(shù)量和容量，尤其對于高危害度的污染物，其接收裝置要特別關(guān)注，這部分接收裝置數(shù)量和容量的增加，將對港口碼頭自由指標的提升有重要影響，進而有助于提高港口碼頭整體評估水平。此外，在港口密集區(qū)域，各港口間相互影響較大，如圖2中左側(cè)和中部區(qū)域，港口、碼頭位置集中，應(yīng)優(yōu)先考慮增加碼頭污染物接收裝置的數(shù)量和容量。

2) 對于有一定規(guī)模的港口碼頭，要有計劃地增加應(yīng)急設(shè)備庫的數(shù)量；對于規(guī)模較小的港口碼頭，可以考慮在距離較近的大型碼頭集中建設(shè)應(yīng)急設(shè)備庫，以縮短規(guī)模較小的港口碼頭與安全應(yīng)急設(shè)備庫的距離，更好應(yīng)對突發(fā)應(yīng)急情況。當(dāng)前，應(yīng)急資源庫主要集中在圖2左側(cè)區(qū)域和中部區(qū)域，右側(cè)區(qū)域應(yīng)急資源庫分布較少，同時各港口碼頭之間距離較遠，因此建議在條件允許的情況下在這些區(qū)域內(nèi)增加3—5個應(yīng)急資源庫。

3) 增加生活污水、油污水、生活垃圾污染物接收單位，加強各港口/碼頭污染物處置能力，從而提升港口整體綠色水平，實現(xiàn)綠色港口建設(shè)目標。

4) 在管理方面，需加強對各港口/碼頭工作人員的培訓(xùn)，提升港口/碼頭工作人員對“綠色港口建設(shè)”的責(zé)任感。同時定期進行污染物應(yīng)急處置演習(xí)，以在發(fā)生突發(fā)應(yīng)急情況時做出更快、更高效的處置方案；并定期對港口污染物產(chǎn)生與處置能力進行評估，根據(jù)評估結(jié)果采取相應(yīng)措施提升港口的污染物風(fēng)險處置能力。