1、船舶溢油事故等级的模糊综合评价摘要:本文引用模糊数学的方法， 对船舶溢油事故等级进行综合评判，建立了模糊 评价综合模型，为船舶溢油事故等级评判提供了依据。在此基 础上，通过实例，给出了具体的评价 过程。 实践证明：该方法对于船舶溢油事故等级评价有其合理性和可靠性。关键词:船舶溢油 模糊综合评价 模糊矩阵引言60 年前，人们的环境保护意识还比较薄弱，对于船舶溢油造成的危害认识尚浅。正是在二战期间，战争引发了许多船舶溢油事故，沿海国家没有任何措施抗御溢油造成的危害，使事故涉及的沿海国水域产生了严重的溢油污染，带来巨大损失，引起了国际社会和沿海国家对海洋环境保护的普遍关注，出台了限制船舶排放油污的处
2、理海上溢油的国际公约。同时，为了对已经发生的溢油事故损害大小进行判断，进而采取有针对性的处理措施，各国也陆续开始研究事故等级的评价方法。1. 我国近年来发生的船舶溢油事件概况回顾自上世纪 90 年代以来，我国已经成为石油净进口国。随着石油贸易量的不断增加，运输油轮数目日益增多，吨位不断加大，一旦发生事故，后果严重。根据有关方面统计，自 1990 年以来，我国港口石油吞吐量每年差不多以1000 万吨的速度递增，到 1995 年，港口吞吐量达到 1.77亿吨。1973 年至 2000 年的 28 年间，在我国沿海发生的2400 起船舶溢油事故中，一次溢油超过 50 吨的重大溢油事故为 54 起，涉
3、及了从大连港到珠江口的几乎整条海岸线。近年来，我国发生的最大的船舶碰撞溢油事故发生珠江口。2004 年 12 月 7 日，两艘万吨级集装箱船在珠江口担杆岛东北约 8 海里处发生碰撞，两船受损，一艘是由深圳盐田驶往新加坡的巴拿马籍“HVUNDAIADVANCE”轮，另一艘是由深圳赤湾驶往上海的德国籍“MSCILONA”轮。溢油从“MSCILONA”轮尾部油舱溢出，在水面形成了一条约 9 海里的溢油带。泄漏的 1200 吨原油形成的巨大油污带，不仅仅影响到和它相近的海面浅水层，还通过食物链把危害扩大到包括深海在内的整个海洋生态体系，对海洋环境造成较大污染。船舶溢油对环境的危害主要体现在对海洋环境的
4、污染。海洋环境污染具有污染源多、扩散面广、停留时间长、治理难度大等主要特点。在海洋环境污染损害中，石油是最普遍、数量最大的污染源，全世界每年经各种途径流入海洋的石油总量达 1000 多万吨。这些石油终日不断地进入大气、土地、河流和海洋，海洋成了蓄积污染物的最大仓库。除了依靠海洋本身的自净能力外，很难再转移到别处。由于船舶溢油的危险性较大，因此有必要对发生的船舶溢油事故的危险等级进行评估，保证船舶溢油事故造成的损失降到最小。目前有些国家，如英国，对溢油的影响评价中主要以溢油量大小的评价参数对溢油污染事故进行分级，将溢油对环境可能造成的影响从“极小”到“重大”划分为六个等级，不同的影响程度对应于不
5、同的响应措施，见表 1。表 1 英国溢油事故等级划分标准分级 溢油量 影响程度 相应的响应措施1 010 加仑 极小的 可不要求处理2 11100 加仑 小的 可能要喷洒溢油分散剂，特别是在封 闭水域内3 101 加仑1吨 中等的 可能要采取处理措施，取决于面积的 大小4 150 吨 大的 要求处理，可能要出动若干艘船艇5 50250 吨 严重的 要求全面出动船艇和消污设备6 250 吨 重大的 可能要求地区或国家参与消污显而易见，仅仅根据溢油量来判定溢油事故等级有一定的片面性，因为溢油位置的敏感性、油品特性、船舶状况等也是影响危害程度的因素，但这些属于定性方面的因素，不像溢油量可以用某个具体
6、的数值来表示大小。模糊综合评价法是综合考虑系统的多种价值因素，将定性分析和定量分析相结合，主观分析与客观分析相结合，用模糊集理论来评定优劣的方法。因此，该方法在评价上述因素的影响程度上是适用的。本文即尝试使用模糊评价法评估船舶溢油的事故等级。2 模糊综合评价理论的基本思想和数学模型2.1 模糊综合评价理论的基本思想模糊综合评价方法的基本思想是在确定评价因素、因子的评价等级标准和权值的基础上，运用模糊集合变换原理，以隶属度描述各因素及因子的模糊界线，构造模糊评判矩阵，通过多层的复合运算，最终确定评价对象所属等级。模糊综合评价法有单层次的模糊评价和多层次的模糊评价，单层次模糊综合评价是多层次综合模
7、糊评价的基础，本文算例中采用的是多层次模糊评价，即首先是对最低层的诸项指标进行模糊综合评价，再对较高层次的诸项进行模糊综合评价，直到对最顶级指标进行模糊综合评价为止。如果有多类的评价等级，那么就综合评价结果，利用加权平均的方法，就可得到最后的定量评价结果。2.2 模糊综合评价的数学模型在单层次的模糊评价中，设因素， 表示被考虑的因素,评语集),.(21nUi， 表示评判的结果。因素集 U 上mVj的模糊子集 叫做权数分配， (0,.(21aAia1)为因素 被考虑的权数。U 的任一指标 对于iaiV 中的每一种评价的隶属度组成了 V 上的模糊子集，记为。对于每一指标),.()21imirR（i
8、=1,2,n）都求出对应的 ，就构成了一个i jRUV 上的模糊矩阵 R，即 ,.21;,.nirj 这样，当权数分配 A 和变换矩阵 R 已知时，应用模糊矩阵的复合运算即可进行综合评判，从而得到模糊综合评判的单因素评价模型= AoR),.(21mbB其中0 1ij1rnijaVjb通过对因素集的分层划分,可将上述单因素评价模型扩展为多层次模糊综合评判模型.单因素模型应用在多层因素上,即每一层的评价结果又是上一层评价的输入,直到最上层为止。在本文算例中对因素集作一次划分 p 时，可得到二层次模),.(21nU糊综合评判模型。其算式为 21nRoAoB综式中 A 为 中的 n 个因素),.(21
9、UPUi 的权数分配； Ai 为 中 k 个因素,ii iu的权数分配； R 和 Ri 分别为 U/P 和 Ui 的综合评判的变换矩阵。 则为 U/P 同时也为 U 的综合评判结果。综B对 B 进行“归一化”处理，即得，其中 ),.(*2*1mbmjj b.21*,（ j1，2，,m）根据加权平均原则，结合等级得分，得到定量指标值，即可判断所属等级。3 算例对于“千岛油 1”船舶溢油事件进行模糊评价3.1 “千岛 油 1”事件概述2005 年 7 月 2 日 11 时 31 分，中国籍油轮“千岛油1”与马来西亚籍集装箱船“崎凌云” （“BUNGA MAS TUTUH”）在大连港外锚地相撞，造成
10、“千岛油 1”右舷5 舱严重破损，部分货油溢出。其中， “千岛油 1”轮为浙江舟山千岛船务有限公司所有，船长 93.8 米，宽 13.8 米，总吨 2491，本航次从大连新港油码头装载 7 号重柴油 3800吨到广州。与其相撞的集装箱船为“川崎凌云”轮（MV.BUNGA MAS TUTUH） ，马来西亚籍，船长 132.8米，宽 22.7 米，总吨 8957，净吨 3158。两轮相撞时海上有雾，能见度不良。这次事故共造成大约 200-300 吨 7 号重柴油泄漏。3.2 影响船舶溢油等级评价的因素分析 影响船舶溢油等级的因素可归结为两类，即事故海域的敏感度和油品的特性。此外，还应考虑气候条件以
11、及船型对溢油事故的影响，因为气候条件的好坏和船舶类型的区别对溢油事故的威胁程度明显是有影响的，好的天气和海况有利于控制溢油的影响程度，而潜在的危险性大的油轮因其载运巨大吨位的油品，以及油轮的自身特点，使得对溢油事故的控制要难。上述影响因素归纳如下： （1）溢油量一般来说溢油量越大，则溢油事故的威胁程度就越大，我们在评价的时候也可以上述英国的评价指标作为一定的参考。（2）事故海域敏感度事故海域位置可以分为敏感区和非敏感区。若溢油发生在敏感区则威胁程度就比较高。敏感区可以按其独特性、危险性、损效、经济价值和季节性等划分等级。独特性是指所评价的项目的特殊性和重要程度。由于生产重柴油的工艺要求不是很高
12、，我国在解放初期就已能自行生产，且产量稳步上升，因此该事例中资源独特性不高。危险性是指敏感区域受到污染危险的可能性和可承受污染程度的大小。在该案例中，事故发生地为大连港外锚地，主要影响体现在对其它船舶的正常进港和靠泊上，对生物种群等影响较小。损效是指污染可能造成的损失。损失大小的评价直接与经济价值、独特性或其他价值有关。经济价值是将污染可能造成的损失指标化。一旦发生事实上的污染损害，该项可作为解决污染赔偿纠纷的依据。季节性是指在一年之中对污染敏感的月份，该案例发生在 7月份，由于如上所述，是发生在锚地地区，因此对季节性这一指标反应并不敏感。（3）油品特性油品特性的等级划分可以根据油品的毒性、持
13、久性、易燃性 3 个影响因素进行。毒性作为溢油可能对溢油区域中生物的影响程度的衡量指标，体现了溢油可能带来的威胁。持久性则用来衡量溢油可能在海洋中存留时间的长短，易燃性则代表了溢油燃烧的可能性的大小，这 3 个因素从不同的侧面体现已有的威胁程度。溢油对海洋生物的毒性大小取决于油中有毒成分含量以及接触时间和当生物体接触前这些有毒成分是否已经分解。本算例中重柴油为高沸点成份，由于蒸汽所致的毒性机会较小。石油是天然生成的物质，很容易被氧化降解或者生物降解。在溢油发生后如果散油及时从岸边去除，在地层很好通气的情况下，油的降解过程将会正常进行。易燃性可以根据闪点的高低进行划分。汽油的闪点低于-18，为易
14、燃液体。某些轻质石油的闪点也很低，也可以作为易燃液体。煤油闪点在 2361之间，属于较易燃液体。而象重油和其他重质原油、重质石油制品均为不易燃制品。（4）船舶状况船舶状况应从船舶的破损情况、船龄、船舶吨位、船型四个方面来考虑。船舶破损情况越严重、船龄越老、船舶吨位越大则溢油事故的威胁程度越大。（5）气候条件发生溢油事故后，恶劣的气候条件可以使得溢油的控制形势恶化，如潮流和风就可以严重影响溢油的扩散行为，溢油很少停留在同一位置，通常会在风、潮汐、波浪和流的共同作用下产生漂移。另外气候也会对溢油事故的处理产生一定的影响，例如如果是在有雾的天气来对溢油采取溢油应急行动，由于能见度的影响，会相对影响处
15、理效果。而且如果是有风或者浪高的情况下，使得某些溢油处理方式无法进行，耽误处理溢油的良好时机。3.3 对“千岛油 1”事件进行模糊综合评价（1）确定影响评价结果的因素集。因素集为各种指标的集合，如表 2 所示，这里第一层目标有 5 个，分别是溢油量、事故海域敏感度、油品特性，船舶状况和气候状况，即 U=（U 1， U2， ， U5） 。其中事故海域敏感度、油品特性和船舶状况下还分别有二级指标，可记为 U2=(U21， U22， U23， U24， U25)；U3=(U31， U32， U33)，U 4=(U41， U42， U43)。（2）给定各指标层权重。由于评价指标体系具有层次性，可采用层
16、次分析法或由专家确定各指标层的权重。在此，根据历史数据，我们采用专家确定权重的办法，U i 对 U 的权重为；相应地给出下一层指标的权重，),.(521aA对 Ui 的权重为: A 2 =（a 21， a22， a 23， a 24， a 25）；ijA3 =（ a31， a32， a33）；A 4 =（a 41， a42， a43）。（3）建立评价等级集。表 2 船舶溢油事故评价等级影响因素表评价等级和评价比率一级指标 权重 二级指标 权重 V1 (很小) V2 （较小） V3 （中等） V4 （较大） V5 （很大）溢油量 U1 0.45 0 0 1/10 3/10 6/10独特性 U21
17、 0.10 5/10 4/10 1/10 0 0危险性 U22 0.30 3/10 5/10 2/10 0 0损效 U23 0.20 0 2/10 4/10 3/10 1/10经济价值 U24 0.30 0 1/10 2/10 4/10 3/10事故海域敏感度 U2 0.15 季节性 U25 0.10 3/10 3/10 2/10 1/10 1/10毒性 U31 0.40 4/10 4/10 2/10 0 0持久性 U32 0.20 0 0 3/10 4/10 3/10油品特性 U3 0.20 易燃性 U33 0.40 4/10 5/10 1/10 0 0船舶的破损情况 U41 0.40 0
18、3/10 4/10 3/10 0船龄 U42 0.30 0 4/10 4/10 2/10 0船舶状况 U4 0.10 船舶吨位 U43 0.30 0 4/10 3/10 3/10 0气候条件 U5 0.10 1/10 7/10 2/10 0 0评价等级集是评价者对评价对象可能做出的各种评价结果所组成的集合，即 。这里，由),.(21mV十位专家组成评价小组，评价等级分为 5 级，即 V=很小，较小，中等，较大，很大，指标的评价标准是根据该指标与最终评价等级的相关度来评分的，最后的评价结果是这 5 等，事故很小，事故较小，事故中等，较大事故，严重事故。（4）确定隶属关系，建立模糊评价矩阵。从 U
19、 到 V 的一个模糊映射，可以确定一个模糊关系R，它可表示为一个模糊矩阵：R= rij|i=1,2, ,n； j=1,2,mrij 为隶属度，即第 i 个指标隶属于第 j 个评价等级的程度。（5）进行模糊矩阵的运算，得到模糊综合评价结果为B=AR。 1021033401042R根据表格，同理可列出 R3，R4，B=A R B2=A2R2= (3/10, 3/10, 2/10, 3/10, 3/10 )B3=A3R3= (4/10, 4/10, 2/10, 2/10, 2/10 )B4=A4R4= ( 0, 3/10, 4/10, 3/10, 0 )将所得结果作为第一层指标的评价变换矩阵，故有：
20、 012071343126RB =AR=（0.2, 0.2, 0.2, 0.3, 0.45）归一化处理 (2/13.5, ),.(*mb2/13.5, 2/13.5, 3/13.5, 4.5/13.5)若将评价集中各等级量化为 V=2，1，0，-1，-2，则该案例中模糊综合评价结果为：BV0.4444即“千岛油 1”事件的危险等级介于“一般事故”和“较大事故”之间，这也符合我们的经验判断。4.结束语油轮运输是世界贸易的不可或缺的部分，而船舶溢油随时威胁着海洋生态环境，对溢油事故等级进行科学的判断可以降低溢油事故的损害。如果单靠专业人员的主观决策容易产生片面结果，而利用模糊综合评价，将各种影响因
21、素系统化、具体化，不但增加了评价的可信度，而且提高了效率。但是，从算例中，我们也可看到，模糊评价对专家的经验和判断依赖型较强，因此可结合其他定量分析方法综合判断。（作者单位 上海海事大学水运经济科学研究所）参考文献：1陶谦坎,汪应洛.运筹学与系统工程M.北京：机械工业出版社，2001.2贺仲雄,模糊数学及其应用M. 天津:天津科学技术出版社,1984.3杨伦标,高英仪.模糊数学原理与应用M.广州:华南理工大学出版社,1998.4杨志勇.论船舶溢油的危害和防止对策J.交通科技,2005,(4).5肖井坤,殷佩海,严志宇.船舶溢油潜势的多层次灰色评价分析J. 大连海事大学学报, 2001,(1).6支振锋.油轮泄漏与海洋生物灾难DB/OC.
