CN106339796A - 一种海洋溢油风险评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋污染风险评估和监测领域，尤其涉及一种海洋溢油风险评估方法。所述海洋溢油风险评估方法，包括以下步骤：①风险源评估；②风险扩散计算；③敏感度分析；④溢油风险区划；步骤②的具体操作为：基于研究海域不同季节海洋环境、水动力特征及风场变化，采用油粒子漂移扩散模拟方法，建立气候态海洋溢油风险扩散模型，分月份计算各溢油风险源风险扩散场，并叠加计算确定溢油危险度等级。本发明建立气候态海洋溢油风险扩散模型，既满足了高分辨率计算溢油风险扩散精度要求，又节省了计算量，使海区级的综合溢油风险计算具有可行性。

Description

一种海洋溢油风险评估方法
技术领域
本发明属于海洋污染风险评估和监测领域，尤其涉及一种海洋溢油风险评估方法。
背景技术
随着全球经济持续快速发展，对能源的需求不断增加，海洋石油勘探开发和海上石油运输迅速增加，海上溢油事故也不断增多，沿海及内河、水上、水下及陆域溢油事故风险均明显加大，严重威胁着海洋及沿岸的生态环境。溢油多发生在海上，随着风浪漂移至海岸线，溢油不仅对海面造成严重环境污染，而且由于石油烃类污染物的潜在毒性和生物积累效应会导致近岸海域环境质量和生物种类多样性指数严重下降，海洋生态系统遭受严重破坏，也会对水产业和旅游业造成巨大损失。近些年国内外溢油污染事故呈现大规模频发态势，已引起世界各国的高度重视，大力加强了溢油风险防范和应急处置工作。溢油风险的计算和评估对抑制污染面、减少与消除石油污染起着关键性的作用。总体相对国外而言，我国的溢油风险评价起步较晚，这一领域的工作尚属起步阶段，还缺乏系统的方法与研究。尤其是缺少海区级、综合性、系统性的溢油风险评估方法，评估方法的关键技术亟待突破。在现有技术体系的基础上，针对应对溢油污染中存在的不足，建立适应海洋溢油事件需求的海洋溢油污染风险评估技术体系和规范性方法，以便于快速、有效、规范地应对溢油事件，进而提高防灾减灾能力，为海洋溢油风险管理和海洋环境保护提供技术支持，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术的不足，提供一种海区级(空间尺度在百公里以上)、综合性、系统性的海洋溢油风险评估方法，以便于系统性、有效、规范地应对海洋溢油威胁，进而提高防灾减灾能力，为海洋溢油风险管理和海洋环境保护提供科学依据。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种溢油风险评估方法，包括以下步骤：(1)溢油风险源评估：构建海洋溢油风险源风险评估方法，开展溢油风险源评估分析；(2)溢油风险扩散计算：建立风险源的溢油风险漂移扩散模型，计算溢油风险扩散场，获取溢油危险度；(3)溢油敏感度分析：构建溢油敏感区指标体系，计算海洋溢油敏感度值；(4)溢油风险区划：综合溢油危险度和敏感度，建立海洋溢油风险评估与区划方法；
步骤(2)风险扩散计算的具体方法为：根据海洋溢油扩散的规律，基于研究海域不同季节海洋环境、水动力特征及风场变化，采用油粒子漂移扩散模拟方法，建立气候态海洋溢油风险扩散模型，所述气候态海洋溢油风险扩散模型的构建方法为，①首先建立研究海区的水动力模型，模拟计算出全年海区流场，并计算提取各网格主要分潮的调和常数与各月份余流(环流)作为扩散模型的水动力参数，②其次，采用气候态的各月海表风场，计算风海流和风致油膜漂移速度，③再是应用气候态的各月海表气温和水温，结合该海区的油品参数，构建溢油风化过程曲线，④最后，各网格中油粒子动力参数的矢量求和，并进一步插值到精细化网格(网格分辨率不低于200米)，结合油粒子自身的风化变化，建立可用于离线计算(水动力模型与扩散模型非同步计算)的气候态溢油风险扩散模型；气候态海洋溢油风险扩散模型的水动力模型采用离线计算，风场、温度采用各月气候态数据；分月份计算各溢油风险源风险扩散场，并叠 加计算确定溢油危险度等级。
由于高分辨率的海洋动力模型实时计算需要耗费大量的计算机资源和时间，单个或少数几个风险源的模拟计算量尚可接受；但系统性的风险评估需要综合考虑各种可能发生的情况，溢油不同发生时间的组合可达数百种，海区内存在大量的溢油风险源，风险点源数量成百上千；因此常规的溢油漂移扩散方法用于海区级海洋溢油风险扩散计算不具备可行性。本发明采用气候态海洋溢油风险扩散模型，由于水动力模型采用离线计算，风场、温度采用各月气候态数据，因此在计算精度较可靠的同时，确保了实际计算量的可行性。
进一步地，根据步骤(1)风险源评估计算得到单个风险点源可能的溢油量，采用所述气候态海洋溢油风险扩散模型，单个风险点源单个可能的溢油量，可计算得到各月份每个小时的油膜分布场，叠加各小时油膜分布场，再乘以溢油量对应的溢油概率，得到月份油膜分布场，不同的溢油量、溢油概率组合叠加得到单个风险点源的月份溢油风险扩散场。12个月份的溢油风险扩散场叠加可得到年度的溢油风险扩散场，不同风险点源的溢油风险扩散场叠加可得到海区综合的溢油风险扩散场，即溢油危险度场。根据海区的溢油危险度分布，不同网格溢油危险度值的相对大小，划定溢油危险度等级。
进一步地，步骤(1)的海洋溢油风险源主要包括海底输油管道溢油、海上石油平台、港口石油储备基地。
进一步地，步骤(1)的溢油风险源评估分析方法为：采用了层次分析法和专家打分法建立风险指标体系，结合国内外溢油数据库模型建立溢油风险源风险评估模型，用于计算各风险源可能的溢油量以及对应的溢油概率。
进一步地，步骤(3)溢油敏感度分析的具体方法为：综合分析海域的自然属性、管理需求和人文社会价值，采用层次分析法、专家打分法、模糊综合评 判方法建立海洋溢油敏感区等级划分指标体系与对应权重值，计算海域每个网格的溢油敏感度，确定敏感区等级。
进一步地，步骤(4)溢油风险区划的具体方法为：根据步骤(2)所述方法计算得到的溢油危险度等级和步骤(3)所述方法计算得到的溢油敏感度等级，采用风险矩阵法进行判断每个网格的溢油风险等级，溢油危险度等级作为矩阵的一维，溢油敏感度等级作为矩阵的另一维，形成风险矩阵判断每个网格的溢油风险等级(见表1)。
表1风险矩阵等级表
与现有技术相比，本发明的优点为：由于高分辨率的海洋动力模型实时计算需要耗费大量的计算机资源和时间，单个或少数几个风险源的模拟计算量尚可接受；但系统性的风险评估需要综合考虑各种可能发生的情况，溢油不同发生时间的组合可达数百种，海区内存在大量的溢油风险源，风险点源数量成百上千；因此常规的溢油漂移扩散方法用于海区级海洋溢油风险扩散计算不具备可行性。本发明采用气候态海洋溢油风险扩散模型，由于水动力模型采用离线计算，风场、温度采用各月气候态数据，因此在计算精度较可靠的同时，确保了实际计算量的可行性。
附图说明
图1为环境风险系统的主要组成部分；
图2为本发明的海洋溢油风险源的风险评估技术路线；
图3为本发明的海洋溢油风险扩散模型计算技术路线；
图4为本发明的海洋溢油敏感区等级划分指标体系；
图5为本发明在渤海石油勘探风险区划中的部分应用证明；
图6为本发明实施例中建立的石油平台溢油风险指标体系；
图7为本发明实施例中归并后的溢油风险点源的分布；
图8为本发明实施例中采用的渤海气候态风场；
图9为本发明实施例中渤海石油平台溢油风险扩散、叠加后的年度溢油危险度分布；
图10为本发明实施例中计算得到的渤海石油平台年度溢油危险度等级图；
图11为本发明实施例中计算得到的渤海溢油敏感度等级图；
图12为本发明实施例中计算得到的渤海石油平台年度溢油风险区划图；
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
环境风险事件的发生是环境风险系统的各部分依次发生作用的结果，大体包含3个基本过程(见图1)：①风险因子释放过程，即环境风险源的形成及环境风险因子的释放；②风险因子转运过程，即环境风险因子在环境空间中经一系列过程形成特定的时空分布格局；③风险受体暴露及受损过程，即环境空间中的风险因子损害某种风险受体。由于海洋的流体特征，风险因子的转运过程——溢油风险的扩散是不可忽略的重要组成部分；我国海洋溢油风险评价中，仅有在评估单个或少数几个溢油风险源溢油时，计算了溢油风险的扩散的研究；未见在海区级(空间尺度在百公里以上)综合性的溢油风险评估，考虑不同风险源扩散后相互叠加效应的研究成果。
本发明已在渤海石油勘探开发溢油风险区划中进行了初步应用(见图5)； 基于2013年、2014年的石油勘探开发情况数据，计算了渤海石油勘探开发的风险分布，填补了海区级、系统性溢油风险评估领域的空白，成果已融入到全国海洋生态环境监督管理系统——海洋突发事件应急管理系统中。
实施例
本发明公开了一种溢油风险评估方法，包括以下步骤：(1)构建海洋溢油风险源风险评估方法，开展溢油风险源评估分析；(2)建立风险源的溢油风险漂移扩散模型，计算溢油风险扩散场，获取溢油危险度值；(3)构建溢油敏感区指标体系，计算海洋溢油敏感度值；(4)综合溢油危险度和敏感度，建立海洋溢油风险评估与区划方法。
步骤(1)的海洋溢油风险源为渤海海上石油平台；风险评估分析方法为：采用了层次分析法和专家打分法建立风险指标体系(见图6)，计算每个平台的风险评分，结合DNV等溢油数据库模型建立溢油风险源风险评估模型(见图2)，即：分别建立渤海石油平台勘探井、开发井、生产井的风险评分、溢油量与溢油概率的联合方程。渤海分布着各类油井三千多个，计算各平台的可能溢油量和溢油概率，并归并平台之间距离小于3km的溢油风险源，归并后共计132个风险点源(见图7)。
步骤(2)的具体方法为：根据海洋溢油扩散的规律，基于渤海不同季节海洋环境、水动力特征及风场变化，采用油粒子漂移扩散模拟方法，建立气候态海洋溢油风险扩散模型，分月份计算石油平台溢油风险扩散场(见图3)。所述风险扩散模型，①建立渤、黄海水动力模型，模拟计算出渤海各月份流场，并计算提取各网格主要分潮的调和常数与各月份余流(环流)作为扩散模型的水动力参数；②采用气候态的各月海表风场(见图8)，计算风海流和风致油膜漂移速度；③应用气候态的各月海表气温和水温，结合渤海的油品参数，构建溢油风化方程；④应用空间插值技术，将各动力参数插值到精细网格(网格分辨率优于200米)，并矢量求和，建立可用于离线计算的气候态溢油风险扩散模型。
根据已计算的风险源风险评估结果——每个平台可能的溢油量与溢油概率组合，应用该风险扩散模型，可计算得到各月份每个小时的油膜分布场，叠加各小时油膜分布场，再乘以溢油量对应的溢油概率，得到月份油膜分布场，不同的溢油量、溢油概率组合叠加得到单个风险点源的月份溢油风险扩散场。12个月份的溢油风险扩散场叠加可得到年度的溢油风险扩散场，不同风险点源的溢油风险扩散场叠加可得到海区综合的溢油风险扩散场，即溢油危险度场(见图9，单位为：吨/平方公里)。根据海区的溢油危险度分布，不同网格溢油危险度值的相对大小，划定溢油危险度等级(见表1)，渤海石油平台溢油危险度等级分布见图10。
表2溢油危险度等级划分标准
步骤(3)的具体方法为：综合考察渤海溢油污染生态环境敏感度、海洋经济影响敏感度和社会及民众心理敏感度，采用层次分析法、专家打分法、模糊综合评判方法建立海洋溢油敏感区等级划分指标体系(见图4)与对应权重值，计算渤海每个网格的溢油敏感度，确定敏感区等级(见表3、图11)。
表3溢油敏感度等级划分标准
步骤(4)的具体方法为：根据步骤(2)所述方法计算得到的渤海溢油危险度等级和步骤(3)所述方法计算得到的渤海溢油敏感度等级，采用风险矩阵 法进行判断每个网格的溢油风险等级，溢油危险度等级作为矩阵的一维，溢油敏感度等级作为矩阵的另一维，形成风险矩阵判断每个网格的溢油风险等级，渤海石油平台溢油风险区划见图12。
本发明采用“水动力离线计算的气候态溢油风险扩散模型”，动力参数通过插值到精细网格，既满足了高分辨率计算溢油风险扩散精度要求，又节省计算量使海区级的综合溢油风险计算具有可行性。
从本实施例的计算结果中可以看出渤海石油平台溢油风险高低分布情况：渤海湾和辽东湾是溢油高风险区分布密集区，渤海湾主要位于海湾西北、西南以及黄河口北部海域(渤西、南堡、埕岛等油田区)，辽东湾主要位于海湾中部以及底部海域(绥中、锦州、辽河等油田区)，渤海中部蓬莱19-3油田海域溢油风险也较高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种海洋溢油风险评估方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)风险源评估：构建海洋溢油风险源风险评估方法，开展溢油风险源评估分析；(2)风险扩散计算：建立风险源的溢油风险漂移扩散模型，计算溢油风险扩散场，获取溢油危险度值；(3)敏感度分析：构建溢油敏感区指标体系，计算海洋溢油敏感度值；(4)溢油风险区划：综合溢油危险度和敏感度，建立海洋溢油风险评估与区划方法；
步骤(2)风险扩散计算的具体方法为：根据海洋溢油扩散的规律，基于研究海域不同季节海洋环境、水动力特征及风场变化，采用油粒子漂移扩散模拟方法，建立气候态海洋溢油风险扩散模型；气候态海洋溢油风险扩散模型的水动力模型采用离线计算，风场、温度采用各月气候态数据；分月份计算各溢油风险源风险扩散场，并叠加计算确定溢油危险度等级。
2.根据权利要求1所述的溢油风险评估方法，其特征在于：溢油危险度等级的具体确定方法为：根据步骤(1)风险源评估计算得到单个风险点源可能的溢油量，采用所述气候态海洋溢油风险扩散模型，计算得到各月份每个小时的油膜分布场；叠加各小时油膜分布场，再乘以溢油量对应的溢油概率，得到月份油膜分布场；不同的溢油量、溢油概率组合叠加得到单个风险点源的月份溢油风险扩散场；12个月份的溢油风险扩散场叠加可得到年度的溢油风险扩散场；不同风险点源的溢油风险扩散场叠加可得到海区综合的溢油风险扩散场，即溢油危险度场；根据海区的溢油危险度分布，不同网格溢油危险度值的相对大小，划定溢油危险度等级。
3.根据权利要求1所述的溢油风险评估方法，其特征在于：步骤(1)的海洋溢油风险源包括海底输油管道溢油、海上石油平台、港口石油储备基地。
4.根据权利要求1所述的溢油风险评估方法，其特征在于：溢油风险源评估方法为：采用层次分析法和专家打分法建立风险指标体系，结合溢油数据库建立我国海洋溢油风险源风险评估模型，用于计算各风险源可能的溢油量以及对应的溢油概率。
5.根据权利要求1所述的溢油风险评估方法，其特征在于：步骤(3)敏感度分析的具体方法为：采用层次分析法、专家打分法、模糊综合评判方法建立海洋溢油敏感区等级划分指标体系与对应权重值，计算海域每个网格的溢油敏感度，确定敏感度等级。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的溢油风险评估方法，其特征在于：步骤(4)溢油风险区划方法为：根据步骤(2)所述方法计算得到的溢油危险度等级和步骤(3)所述方法计算得到的溢油敏感度等级，采用风险矩阵法进行判断每个网格的溢油风险等级，溢油危险度等级作为矩阵的一维，溢油敏感度等级作为矩阵的另一维，形成风险矩阵判断每个网格的溢油风险等级，绘制溢油风险区划图。
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