長江內河港口污染物產生與處置能力風險分析

林博聞， 馬曉鳳， 文元橋 ， 周 立

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

水路運輸承擔了巨大的運輸量，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展，港口環境污染問題也日益突出,港口污染已成為阻礙社會經濟健康可持續發展的重要因素[2]。在此背景下，世界多國提出了“綠色港口建設”及其發展理念，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展可持續性進行評估。

在綠色港口建設的評估方面，國內外有著大量的研究成果。王昊宇應用定性、定量方法構建大連港建設的綠色評價體系并評估綠色港口建設水平[3]。該評價體系可以識別港口建設中的非持續環節，為管理者在環境影響和經濟利益之間實施高效決策提供支持，促進港口建設的可持續發展。薄鋒將生態港口的建設分為自然子系統、社會經濟子系統和港口資源子系統，并從港口法規、港口運營管理、生態環境建設、環境管理體系和發展綠色物流等不同角度，提出大連港建設發展生態型港口的對策[4]。Hossain等對加拿大18個主要港口的可持續性和環境績效進行評估[5]，設置25個預定義指標對港口可持續性進行評估，并將可持續性等級分為低、中、高三類。Wan等分析了世界綠色港口發展的現狀[6]，建立了基于驅動力、壓力、狀態、影響和響應框架的綠色港口發展定量評價模型，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境影響評價[7]。Olba等研究了一套通過建立海港風險指數來評估港口地區發生意外事故的潛在風險的評估方法。在確定港口主要航海風險后，利用網絡分析法從調查數據中得出各準則的風險感知權重[8]。Ozturk等基于專家評估法和機器學習對港口操縱航行進行風險評估，設計了距離、面積和速度三個參數來改進適用于港口的航行碰撞風險模型[9]。Kadir等提出了風險管理框架，設計了新的風險矩陣維度、評估現有控制措施因子的工具和新的風險類別，提供了更詳細的可持續風險類別、風險評估方法[10]。Oh等運用重要性績效分析(IPA)技術，對影響韓國港口可持續性的關鍵指標進行評估，確定了涵蓋可持續性環境、經濟和社會三大體系共27個可持續性評估指標對韓國港口可持續性進行評估[11]。韓昀瑾等根據建設綠色港口所需的基本條件，建立了包括生產規模、基礎設施、綠色物流、環境治理、發展環境五個方面評價指標的綠色港口評價體系，構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發展理論，針對港口物流與綠色物流的特點，建立了反映港口企業綠色物流發展水平的評價指標體系；利用定性和定量結合的云模型，對港口企業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，基于問卷調查數據，運用Bossel可持續發展定向指標框架的評估模型，從生存、能效、自由、安全、適應、共存六個定向指標對港口污染物產生與處置能力風險進行分析，為綠色港口發展評價提供一種可行思路。

1 Bossel模型在港口污染物產生與處置能力風險分析的應用研究

Bossel模型是Hartmut Bossel在1999年提出的可持續發展模型[14]，在評價系統可持續發展能力時包含生存、能效、自由、安全、適應、共存六個定向指標。其中，生存指系統有能力保持自身在系統中存在并提供維持系統存在所需的信息、能源和物質投入。能效指系統具有保護稀有資源和對環境造成影響的能力。自由指系統有能力以多種方式應對環境變化帶來的困難和挑戰。安全指系統能夠保護自身免受環境變化的有害影響的能力。適應指系統對環境變化帶來的挑戰做出恰當的反應的能力。共存指系統能夠調整自身行為，與所處環境中其他系統保持和諧共存的能力。

Bossel框架常用于對可持續發展能力評價，可持續發展主要包括社會可持續發展、生態可持續發展和經濟可持續發展[15]。港口污染物的不當處置會對生態環境造成嚴重不良影響，從而影響周邊區域的經濟、社會發展水平、區域的可持續發展。所以針對本文研究對象，應用Bossel框架構建長江內河港口污染物產生與處置能力風險分析體系，并通過建模對港口污染物產生與處置能力風險進行評估符合其應用領域，且具備可實施性。

在本研究中，首先基于Bossel模型的內涵細化六個定向指標，選擇合理的數據類型對各定向指標進行量化；再根據數值計算公式對不同類型數據進行計算，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重，最后通過計算系統總體評估得分，確定評估結果。下文將分別詳細闡述各部分的設計與計算過程。

應用Bossel框架構建長江內河港口污染物產生與處置能力風險分析體系需要分別對Bossel中生存、能效、自由、安全、適應、共存六個定向指標進行量化，本文各定向指標的量化設計如下：

生存：港口的周邊環境影響著港口獲得所需資源的難易程度、影響著港口的發展。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：污染物排放量是區域生態環境的主要影響因素之一，港口的污染物排放會對周邊生態環境造成巨大影響。因此選擇污染物排放強度對能效定向指標進行評價。

自由：港口污染物產生量發生變化時，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。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：周邊環境發生變化時，提高港口的應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、碼頭應急處理能力對安全定向指標進行評價。

適應：污染物復利用率時衡量綠色水平的關鍵指標之一，提高港口污染物復利用率可以維護港口生態環境穩定、降低外部環境變化帶來的干擾。因此選擇污染物復利用率對適應定向指標進行評價。

共存：污染物接收單位可以對港口產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環境的綠色程度，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Bossel可持續系統分析模型要求以及風險評價的需求，確立內河港口污染物產生與處置能力風險分析模型的評估指標如表1所示。

表1 港口污染物產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，因此圍繞表2中的信息設計問卷調查表并開展調研，并以問卷調查數據為基礎，構建Bossel模型對各調查碼頭的污染物產生與處置能力風險進行分析評估。

表2 港口污染物產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重進行分析評估和確定。根據上述評估評分方法，設各定向系統的樣本空間為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P等于2時如式(4)所示。

(4)

接下來求解離散度最大的優化模型。

(5)

引入拉格朗日算子λ可得：

(6)

對式(6)求偏導數，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，根據權重系數對系統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為各定向指標權重系數，Pj為該港口在該定向指標下的得分。

2 港口污染物數據來源與數據預處理

為了充分反映港口碼頭的污染物產生情況及處置情況，本研究設計了包括所屬港口、碼頭/泊位名稱、碼頭位置、產生的污染物種類及數量估計、污染物廢棄物接收裝置及其容量等的問卷調查表，如表4所示。其中產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據包括油污回收桶、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、廢物桶、污水艙等的擁有數量或者容量，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/泊位的調查數據，其中，關鍵信息缺失的問卷有兩份，關鍵信息缺失數據所占比例小于5%，故對關鍵信息缺失數據進行直接刪除并對其他數據做進一步處理。對問卷數據進行預處理包括：①對污染物廢棄物接收裝置及其容量缺失數據進行填補;②統一數據單位，將各類污染物按照平均密度換算成體積。處理后數據如表5。

表4 港口/碼頭基本情況普查表(部分數據)

表5 長江沿線某省港口污染物填補處理后數據表 m3

續表

本次所調查的港口污染物對人體、環境有著不同程度的影響，因此需根據各類污染物的特點對污染物危害度進行確定，也便于后續根據各類污染物的產生量、處置量及污染物危害度對港口污染物產生與處置能力進行風險評估。依據各類污染物的危害，將污染物分10個等級，數值越大對環境危害越大。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 某省港口污染物產生與處置能力風險分析

將建立的Bossel模型指標及計算方法應用于53個港口/碼頭的數據進行污染物產生與處置能力風險分析，設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級優秀的港口數為13個、IV級良好港口數為26個、III級中等港口數為2個、II級及格港口數為12個、I級不可接受港口數為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、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級及以上港口數占比達85%，說明該省港口建設中比較重視污染物的處理，整體港口污染物排放率較低，注重環境保護。

3) 自由定向指標的評分體現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了港口與安全應急設備庫的距離，評分越高距離越近，發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個港口加強自身應急處置能力，防范外部風險。

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

6) 共存定向指標的評分體現了港口產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秀率較高，說明當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

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

圖2 某省港口污染物產生與處置能力風險評估等級位置圖

4 結論與對策建議

隨著世界貿易的不斷發展，港口作為貿易的重要樞紐發揮著越來越大的作用。港口在促進貿易的同時也對生態環境帶來一定程度的危害，建設生態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可持續評估框架的長江內河港口污染物產生與處置能力風險模型，該模型適用于對區域內港口的綠色發展水平、污染物產生與處置能力進行量化評估。并以長江沿線某省的港口/碼頭為例進行了風險分析評估，較為客觀地反映了港口/碼頭污染物產生與處置能力的實際情況。為管理者在環境影響和經濟利益之間實施高效決策提供支持，促進港口建設的可持續發展，為綠色港口的評估建設提供了一種新的思路。

該模型由多個指標體系構成，對系統多方面的可持續發展能力進行分析，同時強調系統中較弱環節的發展能力，因此需收集較多方面的統計數據，在數據收集方面有一定的要求。

對案例省份的調研數據分析可知，自由、安全和共存相對于其他三項平均得分較低。結合風險等級值，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注，這部分接收裝置數量和容量的增加，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，在港口密集區域，各港口間相互影響較大，如圖2中左側和中部區域，港口、碼頭位置集中，應優先考慮增加碼頭污染物接收裝置的數量和容量。

2) 對于有一定規模的港口碼頭，要有計劃地增加應急設備庫的數量；對于規模較小的港口碼頭，可以考慮在距離較近的大型碼頭集中建設應急設備庫，以縮短規模較小的港口碼頭與安全應急設備庫的距離，更好應對突發應急情況。當前，應急資源庫主要集中在圖2左側區域和中部區域，右側區域應急資源庫分布較少，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域內增加3—5個應急資源庫。

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，實現綠色港口建設目標。

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