三峽庫區船舶溢油風險評價研究

陳卓歐，黃 明，延 飛

(武漢理工大學 航運學院，武漢430063)

國家海事局對水運船舶溢油污染的方針是“防治結合，預防為主”。相比溢油事故后的治理，事故前的預防有效實施對減少溢油的損害影響更為重要。目前，對于內河船舶溢油的風險評價的研究，主要集中在評價方法的選取上［1-2］，鄧健等［3］研究了三峽庫區船舶溢油風險評價指標體系問題，該研究僅僅局限于評價溢油事故發生的概率，而從風險的定義來看［4］，它不僅包括事故發生的概率，還包括事故造成的后果，包括經濟損失、人員傷亡等。因此，從這個意義上講，評價模型還不夠全面。

本文將熵值法與無量綱方法相結合，利用熵值法確定影響船舶溢油因素的權重賦值，并對不同地區風險因子進行無量綱化處理，綜合考慮溢油發生的概率和可能造成的后果，并針對三峽庫區的12個港區開展例證研究，研究結論可以為海事管理機構有針對性地采取措施降低溢油風險提供依據。

1 三峽庫區船舶溢油概率評價模型

1.1 評價指標體系建立

確定內河船舶溢油概率的指標體系時應當遵循的原則為

指標必須和三峽庫區船舶溢油概率的目標相一致，必須具有系統性、可操作性、科學性、可比性，指標之間應避免相關性，指標設置要重點突出，定量和定性指標相結合。

基于評價指標體系建立的原則，鑒于國內外主要評價指標體系的經驗，結合調研和專家意見，考慮資料獲取的難易程度、模型的可操作性等，對指標進行篩選，選取6個評價指標:①轄區水域長度;②內河船舶斷面交通流;③轄區油船進出港艘次;④轄區油碼頭數量;⑤轄區油品吞吐量;⑥轄區事故數。

1.2 三峽庫區船舶溢油風險評價模型

為了計算總體的溢油概率指數，在計算得到各指標概率度的基礎上還需要確定各指標的權重，本文設計采用熵值法確定評價指標的權重。

1.2.1 指標無量綱處理方法

在利用熵值法確定權重過程中，需要用到的原始數據矩陣中會存在指標單位不一致，比較時標準不統一的問題，需要對數據進行無量綱化處理。根據合理的假設可以確定模型的基本函數形式，然后根據歷史樣本數據和理論分析找出各指標的某些特征值，再通過這些特征值得出每個評價指標模型的具體形式，即確定每個評價指標的評價函數，最后根據區域各指標的實際值和評價模型得出各評價指標的評價值。

對該模型做出如下假設。

1)模型中評價值為無量綱值，稱之為子安全度。每個評價指標的單位和數量不同，因此必須通過對它們進行計算模型無量綱化處理，使它們能夠進行綜合計算。

2)子安全度介于0～1之間。對應標準，每個指標都存在一個最差值和一個最優值，取最差值或比最差值小時該指標為0，取最優值或比最優值大時該指標為1，盡管有越大越好的指標，也有越小越好的指標，但是它們的取值都介于最差值和最優值之間，并且其函數應該是單調的。

圖1 三峽庫區船舶溢油概率評價函數曲線

3)模型中的各指標分別占有不同的權重，對安全度有大小不同的貢獻。

很多國際機構和專家學者對很多指標都確定了不發生危機的一個值，這個值不是最差值，也不是最優值，稱之為及格值，取這個值時安全度為0.6［5］。同時根據各種規劃、標準以及實際情況可確定一個理想值或者最差值，對模型求解并建立安全度計算模型，見表1。

表1 指標評價函數對應關系表

以“危險品碼頭分布指標”為例，認為當該轄區沒有危險品碼頭時(即危險碼頭數為0時)，該指標概率度最低，為最優值0;當該轄區危險品碼頭數量為轄區的平均值時，即6座時，該指標概率度為及格值，為0.6。當該轄區危險品碼頭數量為轄區最大值時，即危險品碼頭數量為12座時，該指標概率度為最差，分值為1。通過歸一化處理，將原來的帶有單位的歷史樣本數據轉化為無量綱數值。本文采用線性分段函數插值的方法對多個指標進行無量綱處理。假設x為標準化后的樣本數據，X為原始的帶單位的指標樣本數據，XZY為最優的指標值，XZC為最差的指標值，XZY和XZC可由指標樣本數據的最大或最小值確定，也可以理論分析給出。將歸一化后的數值XZY(值為0)、XJG和XZC(值為1)，通過下列等式計算得到該指標概率評價函數。

1.2.2 熵值法基本原理

熵是系統無序程度的度量，可以用于度量已知數據所包含的有效信息量和確定權重［6］。在船舶溢油概率評價中，對“熵”的計算確定權重，就是根據各項指標值的差異程度，確定各指標的權重。當各評價對象的某項指標值相差較大時，熵值較小，說明該指標提供的有效信息量較大，其權重也應較大;反之，若某項指標值相差較小，熵值較大，說明該指標提供的信息量較小，其權重也應較小。當各被評價對象的某項指標值完全相同時，熵值達到最大，這意味著該指標無有用信息，可從評價指標體系中去除。

1.2.3 熵值法求權重步驟

使用熵權法確定權重主要有以下3個步驟。

1)原始數據矩陣歸一化。設m個評價指標，n個評價對象的原始數據矩陣為A=(aij)m×n，對其歸一化后得到R=(rij)m×n。對值越大越優的指標而言，歸一化公式為

對于值越小越優的指標而言，其歸一化公式為

2)定義熵。在有m個指標，n個被評價對象的評估問題中，第i個指標的熵為

3)得到熵權。得到了第i個指標的熵之后，可得到第i個指標熵權

式中:wi——用熵值法確定的評價指標權重。

1.2.4 綜合層溢油綜合概率指數計算

綜合概率指數E表示的是該轄區船舶溢油概率評價的最終計算值，它代表的是該轄區污染概率的整體情況，其計算方法如下式。

式中:E——綜合層的三峽庫區船舶溢油污染概率指數;

yj、wj——各指標的指標概率度和權重，j=1，2，3，4，5，6，分別代表下屬的6個指標。

將溢油概率評價模型應用于內河管轄水域。在計算中，指標評價函數實際采用海事局管轄水域各指標的多年的統計最優、平均及最差值數據作為基礎，確定各指標的評價函數，帶入各轄區的指標概率評價函數即可計算評價指標概率度。

在此基礎上，根據各指標權重分別計算各轄區的綜合船舶溢油概率指數E。

2 三峽庫區船舶溢油風險評價

2.1 船舶溢油概率評價

對于船舶溢油概率風險來說，選取1.1中所述6個因素進行評價，通過對12個港區中以上6個因素數據的無量綱化處理，得到評價指標見表2。

表2 溢油概率風險因子無量綱化結果

在以上無量綱結果的基礎上，利用熵值法求得的6個風險指標的權重結果，見表3。

表3 溢油概率風險指標權重

由表3可見，轄區危險品吞吐量的權重最大，轄區長度的權重最小，但總體上看，6個指標的權重相差不大。

2.2 三峽庫區船舶溢油損害評價

2.2.1 船舶溢油損害評價指標體系

船舶溢油損害評價指標體系由兩個層次組成，一是指標層，另一個是綜合層。綜合層為溢油損害指數，反應的是船舶溢油損害概況;指標層為指標損害度，代表的是各指標的損害值。

按1.1的原則，對指標進行篩選，在充分調研的基礎選取了2個評價指標，即溢油敏感資源分布數量和油品危險度。

2.2.2 船舶溢油損害評價指標權重求取

通過調研，并根據油品危險度分類及分值、常見油品危險度的取值等相關規定［7］，得到三峽庫區12個港區的溢油敏感資源分布數量和油品危險度的無量鋼化結果見表4。

表4 三峽庫區溢油損害評價指標函數及計算值

利用熵值法基本原理和步驟，得到轄區溢油敏感區域分布0.498 0和油品危險度0.502 0。

3 三峽庫區船舶溢油風險綜合評價

3.1 風險評價方法選取

目前的一些風險評價方法由于沒有區別對待風險所包含的發生概率及損害兩者之間存在的關系，使得一些風險評價方法在基本的評價原理或評價模型上存在不合理或不完善的地方［8］。本文定義風險為事件發生概率和事件損害或者是事件發生可能性和后果嚴重程度的綜合反映，見圖2。風險水平的計算是利用結合概率和損害的二維風險矩陣。

圖2 風險的概念

3.2 三峽庫區船舶溢油風險計算

根據本文評價方法，綜合考慮綜合概率指數E與綜合損害指數D，風險指數R的表達為

對于三峽庫區船舶溢油事件而言，風險的高低還不能僅僅依靠概率×損害來描述。溢油事件發生概率高而損害小和溢油事件發生概率低而損害大，對沿江區域的經濟、社會影響程度是不同的［9］。因此對于溢油事件而言，損害評價高于某一界限即可認為是高風險［10］。

利用公式(7)得到三峽庫區12個港區的綜合風險值見表6。

由表6可見，重慶溢油風險最大，其次為涪陵、巫山、萬州。但是對于本文所定義的內河溢油風險評價而言，若涪陵發生溢油，其損害程度可能會遠高于巫山，其綜合風險值為巫山的近兩倍。

4 結論

以三峽庫區中的12個港區為例，在風險評價部分采用熵值法求權重，有效降低了模型的主觀性，同時將風險發生概率與風險發生后的損害影響程度相結合作為最終的風險評價值。

表6 綜合風險值

提出的模型可以供專家對評價結果提出對策，并使海事管理機構能夠對溢油發生的可能性進行定性的、定量的分析和判斷，有效地防止溢油事件的發生。本文所采用的方法和模型，也可為我國其它主要內河水域進行船舶溢油風險評價提供一定的參考和借鑒。

［1］張 偉.內河油碼頭風險評價研究［J］.中國水運，2011，11(8):29-31.

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［7］王 靖，張金鎖.綜合評價中確定權重向量的幾種方法比［J］.河北工業大學學報，2001，30(2):52-55.

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