彭士濤,覃雪波,周 然,王心海,石洪華
(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所,天津 300456;2.國家海洋局第一海洋研究所,青島 266061;3.天津自然博物館,天津 300074)
港口是國家對(duì)外經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的門戶和樞紐,在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要作用。港口建設(shè)發(fā)展不僅帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)也帶來環(huán)境問題[1-2],如影響海岸自然進(jìn)程、破壞海洋生物棲息地,造成環(huán)境污染等[3]。這些影響表明港口具有潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。為了使港口和環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展,就必須對(duì)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估,根據(jù)評(píng)估結(jié)果采取有效的風(fēng)險(xiǎn)管理措施。
在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中,風(fēng)險(xiǎn)值量化是重中之重[4]。由于港口生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)涉及風(fēng)險(xiǎn)源多、暴露途徑繁雜、指標(biāo)不易量化,使得其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估存在一定難度。1997年,Landis和 Wiegers提出相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)模型(Relative Risk Model,RRM),該模型有 4 個(gè)基本假設(shè):(1)對(duì)任意風(fēng)險(xiǎn)小區(qū),風(fēng)險(xiǎn)源密度越大,與生態(tài)終點(diǎn)相聯(lián)系的生境的密度越大,其暴露于風(fēng)險(xiǎn)的可能性就越高;(2)生態(tài)終點(diǎn)的類型、種群密度與其相聯(lián)系的生境密切相關(guān);(3)風(fēng)險(xiǎn)受體對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源的敏感程度與生境類型相關(guān),受體對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源越敏感,則對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的響應(yīng)程度就越高;(4)作用于生態(tài)終點(diǎn)的多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)可以按其相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行累加[5]。由于RRM采用分級(jí)系統(tǒng)對(duì)評(píng)價(jià)單元內(nèi)的各種風(fēng)險(xiǎn)源及生境進(jìn)行評(píng)定,通過分析風(fēng)險(xiǎn)源、生境和生態(tài)受體的相互關(guān)系,給出區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)綜合方法,從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)的定量化[6]。在國外,RRM已被成功地運(yùn)用到水域、海域和陸地等評(píng)價(jià)[7-10]。在國內(nèi),該模型的應(yīng)用和研究較少,僅見于海島生態(tài)系統(tǒng)[11]、土地利用[12]、土地整理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[13]。本文以天津港為例,首次嘗試將RRM模型應(yīng)用于渤海灣港口生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),為其環(huán)境保護(hù)規(guī)劃和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理決策提供理論和技術(shù)支持。
天津港是世界等級(jí)最高的人工深水港,地處京津城市帶和環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的交匯點(diǎn)上,是北京和天津的海上門戶,是我國沿海主樞紐港和綜合運(yùn)輸體系的重要樞紐,是京津冀現(xiàn)代化綜合交通網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)和對(duì)外貿(mào)易的主要口岸,是華北、西北地區(qū)能源物資和原材料運(yùn)輸?shù)闹饕修D(zhuǎn)港,是北方地區(qū)的集裝箱干線港和發(fā)展現(xiàn)代物流的重要港口。2001年11月天津港率先成為北方第一個(gè)億噸大港;2010年吞吐量突破4億t,其中集裝箱吞吐量突破1000萬箱,躋身世界一流大港行列。
風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)劃分可采用某些自然存在或人為劃定的邊界,如山脈、河流、溝谷以及某些保護(hù)區(qū)的界線等;對(duì)于有水域,可采用水體的等深線進(jìn)行劃分[11]。本研究結(jié)合行政區(qū)域和地理位置對(duì)天津港進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)劃分,將其分為北疆、南疆、東疆和臨港(圖1)。
圖1 天津港風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)劃分Fig.1 The risk units in Tianjin port
根據(jù)RRM要求,生態(tài)終點(diǎn)要求能反映評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)意義的區(qū)域標(biāo)志性物種。就渤海灣而言,在該區(qū)域分布有浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物、魚類等海洋生物。浮游植物和浮游動(dòng)物由于對(duì)環(huán)境變化敏感,常被作為環(huán)境指示種[14-15]。底棲生物因其活動(dòng)能力弱,生活相對(duì)穩(wěn)定、對(duì)海洋環(huán)境反應(yīng)敏感,長(zhǎng)期以來一直作為監(jiān)測(cè)人為擾動(dòng)造成對(duì)生態(tài)系統(tǒng)變化的主要研究對(duì)象[16-18]。此外,浮游植物、浮游動(dòng)物和底棲動(dòng)物對(duì)于本區(qū)的生境具有明顯依賴性,各類災(zāi)害壓力引起的生境退化或惡化對(duì)其也有間接影響,這些影響可從它們的種類和數(shù)量的變化得以體現(xiàn)。因此,本研究選擇浮游植物、浮游動(dòng)物和底棲動(dòng)物作為評(píng)估的生態(tài)終點(diǎn)。
生態(tài)終點(diǎn)是底棲動(dòng)物、浮游植物和浮游動(dòng)物,它們的生境在港口有兩種:灘涂和近海水體。兩種生境的風(fēng)險(xiǎn)源各不同,灘涂來自港口碼頭的土地利用;水域來自岸上排污以及海上船舶運(yùn)輸污染和物理擾動(dòng)。上述風(fēng)險(xiǎn)源可歸納為兩大類:港口碼頭和船舶運(yùn)輸。港口碼頭主要是建設(shè)占用了岸線資源,而船舶運(yùn)輸最主要的影響是油污的排放[19-20]。因此,港口碼頭和船舶運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)分別可用岸線長(zhǎng)度和石油排放量表征。
天津港風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)其生態(tài)終點(diǎn)的影響通過以下暴露算途徑實(shí)現(xiàn)(圖2)。
圖2 天津港風(fēng)險(xiǎn)接觸暴露途徑Fig.2 The risk exposure of route in Tianjin Port
概念模型是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源、壓力、生境和生態(tài)終點(diǎn)之間的關(guān)系的一系列假設(shè),以此來說明風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估各組份之間關(guān)系。根據(jù)圖2所示的天津港風(fēng)險(xiǎn)暴露途徑,構(gòu)建一個(gè)描述風(fēng)險(xiǎn)源、壓力、生境和生態(tài)終點(diǎn)間的相互作用關(guān)系模型(表1)。
表1 天津港風(fēng)險(xiǎn)源、壓力、生境、生態(tài)終點(diǎn)間關(guān)系Table 1 Exposure-hazard relationship of risk resource,compressive force,ecological receptors in Tianjin Port
利用RRM,根據(jù)壓力密度、生境豐度、暴露系數(shù)、響應(yīng)系數(shù)等值進(jìn)行綜合計(jì)算,獲得不同風(fēng)險(xiǎn)源、生境類型、生態(tài)終點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值,確定區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值是壓力密度、生境豐度損失、暴露系數(shù)和響應(yīng)系數(shù)之積[5],公式如下:式中,RS為相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值;n代表不同主體,包風(fēng)險(xiǎn)源、生境、生態(tài)終點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)小區(qū);i為風(fēng)險(xiǎn)小區(qū);j為壓力源;l為生境;m為生態(tài)終點(diǎn);Sij為風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)源壓力密度;Hil為風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)生境豐度損失;Xjl為風(fēng)險(xiǎn)源-生境暴露途徑的暴露系數(shù);Elm為生境-生態(tài)終點(diǎn)響應(yīng)途徑的響應(yīng)系數(shù)。Sij、Hil、Xjl和 Elm依據(jù)文獻(xiàn)[11]的方法計(jì)算和確定。
通過實(shí)地調(diào)查,天津港4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)源見表2??梢钥闯觯诟劭诖a頭風(fēng)險(xiǎn)源,東疆最高,與其所占岸線最長(zhǎng)相關(guān);而在船舶運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)源,北疆最高,與其污染程度相對(duì)較高相關(guān)。
表2 天津港不同風(fēng)險(xiǎn)源Table 2 The different risk sources in Tianjin Port
根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源數(shù)據(jù),可以計(jì)算天津港不同港區(qū)的壓力密度(表3)。壓力密度的空間分布和風(fēng)險(xiǎn)源分布特征相同,在港口碼頭風(fēng)險(xiǎn)源中,東疆最高,而在船舶運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)源中,北疆最高。由于RRM評(píng)估得到的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值反映的是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在不同區(qū)域間的空間差異,因此,在表3中,不同風(fēng)險(xiǎn)源的壓力密度值是一個(gè)相對(duì)的數(shù)值,壓力密度值高并非代表風(fēng)險(xiǎn)源在生態(tài)系統(tǒng)中的釋放或引起的絕對(duì)暴露量就大[12]。
表3 天津港不同小區(qū)壓力密度Table 3 The density of each risk district in Tianjin Port
暴露系數(shù)大小對(duì)于衡量不同風(fēng)險(xiǎn)源之間的相對(duì)暴露程度具有至關(guān)重要的作用,而響應(yīng)系數(shù)是生境中的生態(tài)終點(diǎn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源的響應(yīng)[12]。通常以低、較低、中、較高、高等5種程度來描述暴露和響應(yīng)的相對(duì)強(qiáng)度,并量化為相應(yīng)的暴露系數(shù)或響應(yīng)系數(shù),0,0.30,0.50,0.70 和 1[11]。對(duì)天津港兩種風(fēng)險(xiǎn)源在兩種生境內(nèi)的暴露程度進(jìn)行實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn),港口碼頭在兩種生境中均有暴露,從較低到中等水平,而船舶運(yùn)輸僅在近海水體中有暴露且均較高,據(jù)此確定它們的暴露系數(shù)(表4)。
表4 天津港風(fēng)險(xiǎn)暴露系數(shù)Table 4 The exposure coefficient in Tianjin Port
生態(tài)終點(diǎn)與生境類型有密切的聯(lián)系,生態(tài)終點(diǎn)會(huì)隨生境類型的利用程度而有不同的響應(yīng)系數(shù)[12]。在本研究中,生境利用程度主要取決于港區(qū)運(yùn)營時(shí)間長(zhǎng)短及吞吐量??傮w而言,東疆運(yùn)營時(shí)間較短,其各種生態(tài)終點(diǎn)的響應(yīng)系數(shù)較低,而對(duì)于北疆,是天津港最老的港區(qū),多年的運(yùn)營,其各種生態(tài)終點(diǎn)響應(yīng)系數(shù)都較高(表5)。
表5 天津港風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)系數(shù)Table 5 The response coefficient in Tianjin Port
利用RRM計(jì)算天津港各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)源、生境和生態(tài)終點(diǎn)的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值,結(jié)果見圖3。由圖3可見,在兩種風(fēng)險(xiǎn)源中,船舶運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大,這可能與運(yùn)輸產(chǎn)生的壓力較多相關(guān)。在船舶運(yùn)輸中,產(chǎn)生包括物理擾動(dòng)、污染和改變沉積3種壓力,而在港口碼頭產(chǎn)生的壓力只有物理擾動(dòng)和污染(圖2)。同時(shí),近海水體的風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)大于灘涂(圖3),這是由于水體一方面受到船舶運(yùn)輸?shù)挠绊?,另一方面也受到港口碼頭影響(排放污染物)。在3種生態(tài)終點(diǎn)中,風(fēng)險(xiǎn)值大小排序?yàn)榈讞珓?dòng)物>浮游植物>浮游動(dòng)物,這是因?yàn)樵诟劭诮ㄔO(shè)中,底棲動(dòng)物受到影響最大,特別是在港區(qū)吹填、航道疏浚等工程中,直接造成大量的底棲動(dòng)物死亡[21];另外一些對(duì)浮游植物和浮游動(dòng)物影響的環(huán)境因子,如污染、物理擾動(dòng)等也對(duì)底棲動(dòng)物產(chǎn)生影響[22];浮游植物由于對(duì)環(huán)境變化敏感,因而其相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值要高于浮游動(dòng)物。
圖3 天津港各風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)風(fēng)險(xiǎn)源、生境和生態(tài)終點(diǎn)的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值Fig.3 The relative risk values of risk source,habitat and ecological receptors in Tianjin Port
利用RRM可以得到天津港4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的綜合風(fēng)險(xiǎn)值,大小為北疆>南疆>臨港>東疆(圖4)。在綜合各小區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)值的基礎(chǔ)上,通過分析比較,按綜合風(fēng)險(xiǎn)值的相對(duì)高低,可以將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)劃分為5個(gè)等級(jí):0—2,弱風(fēng)險(xiǎn)區(qū);2—4,低風(fēng)險(xiǎn)區(qū);4—6,中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū),6—8,較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū);8以上,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)??梢钥闯觯旖蚋?個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)中,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)1個(gè),即北疆;較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)1個(gè),即南疆;中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)2個(gè)(東疆和臨港),低、弱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)沒有(圖4)。
圖4 天津港各風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)綜合風(fēng)險(xiǎn)值Fig.4 The risk in Tianjin Port
生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的高低主要取決于風(fēng)險(xiǎn)源大小。在本研究中,風(fēng)險(xiǎn)源的大小由于占用岸線長(zhǎng)度和石油排放量決定。北疆的風(fēng)險(xiǎn)值最高,與其風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)值最高相關(guān)。北疆盡管占用的岸線并非最大(僅次于東疆),但由于是天津港最早建成投入使用的港區(qū),多年的運(yùn)營,往來船舶多、港區(qū)水體石油烴含量較高[23]。其次,生態(tài)終點(diǎn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源的響應(yīng)系數(shù)也影響其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。從表5可以看出,北疆的響應(yīng)系數(shù)也明顯高于東疆,如底棲動(dòng)物達(dá)到最高值的1。造成響應(yīng)系數(shù)較高的原因與其長(zhǎng)期污染,底棲動(dòng)物種群數(shù)量大量減少相關(guān)。先前在天津港北疆港區(qū)的底棲動(dòng)物調(diào)查表明,在該區(qū)域沒有采到底棲動(dòng)物[21],就說明了這一點(diǎn)。再有,作為老港區(qū),各種基礎(chǔ)設(shè)置可能較老,影響其污染處理能力,從而增加生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。相反,作為新建的港區(qū),盡管東疆港區(qū)占用岸線最長(zhǎng),但無論是運(yùn)營時(shí)間還是基礎(chǔ)設(shè)置都比老港區(qū)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)了,污染處理能力也較高,因而風(fēng)險(xiǎn)較低。此外,港區(qū)的業(yè)務(wù)經(jīng)營也可能影響其風(fēng)險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)值大小。如北疆以集裝箱和件雜貨作業(yè)為主;東疆以集裝箱碼頭裝卸及國際航運(yùn)、國際物流、國際貿(mào)易和離岸金融等現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為主,這些服務(wù)業(yè)屬于低污染業(yè)務(wù),也降低了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
(1)天津港的船舶運(yùn)輸相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值高于港口碼頭,近海水體的風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)大于灘涂,3種生態(tài)終點(diǎn)所受到的壓力高低為底棲動(dòng)物 >浮游植物 >浮游動(dòng)物。
(2)天津港綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值可以分為3個(gè)等級(jí):北疆屬于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),南疆屬于較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),東疆和臨港屬于中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。
在本研究中,天津港4個(gè)港區(qū),風(fēng)險(xiǎn)值均在中等水平之上(圖4),表明具有潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因此,天津港的建設(shè)發(fā)展要從自然、環(huán)境、資源、空間等各個(gè)角度考慮海域及海岸線的開發(fā)利用,重視開發(fā)與保護(hù)的協(xié)調(diào),力求在發(fā)展港口的同時(shí),防治環(huán)境污染、保持生態(tài)平衡、保護(hù)海洋環(huán)境,實(shí)現(xiàn)海洋經(jīng)濟(jì)的健康和可持續(xù)發(fā)展。
(1)構(gòu)建環(huán)境管理體系
以國家環(huán)境保護(hù)、海洋保護(hù)等相關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo),遵循ISO14000環(huán)境管理體系的原則,以“建設(shè)生態(tài)港口,共享碧海藍(lán)天”為港口環(huán)境保護(hù)為理念[4],利用計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)構(gòu)建完善的現(xiàn)代環(huán)境管理體系,包括環(huán)境管理的機(jī)構(gòu)、制度和文件等主要體系,同時(shí)配以健全的環(huán)境管理信息系統(tǒng)以及強(qiáng)大的資金、技術(shù)、管理和人才等資源保證。在環(huán)境管理制度建設(shè)中,要重點(diǎn)制定一套符合天津港發(fā)展的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系,主要包括污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)等。
(2)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)置建設(shè)
基礎(chǔ)設(shè)置包括硬件和軟件兩部分。在硬件基礎(chǔ)設(shè)置建設(shè)中,首先對(duì)天津港現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施污染處理能力、處理效果、地理位置分布等進(jìn)行調(diào)查和評(píng)估,根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)布局、工藝選擇進(jìn)行優(yōu)化,充分發(fā)揮基礎(chǔ)設(shè)施的效用。其次,完善污水處理體系,加強(qiáng)廢水處理,包括集裝箱洗箱水、生活污水、化學(xué)品污水、船舶含油污水和其它生產(chǎn)含油污水處理和排放;對(duì)于新建設(shè)的港區(qū),如東疆,要加快港區(qū)污水處理設(shè)施建設(shè)。再次,加強(qiáng)污水處理廠及污水管網(wǎng)建設(shè),優(yōu)化污水處理工藝,使各類廢水能夠得到有效的處理。在軟件基礎(chǔ)設(shè)置中,主要是提高環(huán)境管理人員業(yè)務(wù)水平,確保各項(xiàng)制度得到嚴(yán)格執(zhí)行。
(3)強(qiáng)化環(huán)境污染防治
對(duì)污染物排放總量和污染源進(jìn)行控制,降低污染物排放強(qiáng)度。由于船舶運(yùn)輸是最大風(fēng)險(xiǎn)源,因此,要采取有效措施,控制船舶廢水直接排放,同時(shí)加強(qiáng)控制陸源污染排放,形成海陸污染控制聯(lián)動(dòng),改善港池海域水質(zhì)。此外,要推廣應(yīng)用新型環(huán)保設(shè)備,逐步淘汰技術(shù)落后、污染嚴(yán)重、效能低下的老舊設(shè)備,引進(jìn)符合國際標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)安全、節(jié)能環(huán)保的新型港口機(jī)械,減少環(huán)境污染。
(4)提高溢油事故的應(yīng)急防范能力建設(shè)
溢油事故是造成港口油污染的重要原因,有可能對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成災(zāi)難性的影響。因此,在碼頭附近海域配備必要的導(dǎo)助航等安全保障設(shè)施,建立和完善船舶交通管理系統(tǒng),加強(qiáng)碼頭裝卸作業(yè)的安全管理并制定相應(yīng)的防護(hù)對(duì)策,完善港口溢油應(yīng)急設(shè)備設(shè)施,加強(qiáng)應(yīng)急能力建設(shè)。
(5)合理規(guī)劃和加強(qiáng)對(duì)受損海岸帶實(shí)施生態(tài)修復(fù)
對(duì)于新建、改建及擴(kuò)建港區(qū),要預(yù)測(cè)和分析實(shí)施后可能造成的環(huán)境影響,提出預(yù)防、降低環(huán)境污染的對(duì)策和措施,預(yù)防規(guī)劃實(shí)施后可能造成的不良環(huán)境影響,協(xié)調(diào)港口經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系。對(duì)于老港區(qū),主要是對(duì)已受損的海岸帶進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。一方面,改良水工基本斷面形狀或在原有斷面構(gòu)造基礎(chǔ)上增加生物繁殖基質(zhì)或改良水工構(gòu)筑物的材料,以使繁殖基質(zhì)滿足保護(hù)生物的繁殖水生帶,補(bǔ)充其生存因子,促進(jìn)生物種群恢復(fù)。另一方面,采用增殖放流的方法,加快恢復(fù)受損的生物種群。
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