基于RRM 的沿海港口生态风险评估方法研究

基于RRM的沿海港口生态风险评估方法研究

郭子坚1，连军岭1，王文渊1，魏 冰2

（1.大连理工大学 建设工程学部，辽宁 大连 116023；2.中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海200032）

摘要：基于相对风险模型（Relative Risk Model，RRM），针对沿海港口建设和运营中的特性，选取施工建设、船舶活动和综合污染作为风险源，对港区陆域、潮间带和近海水体三种生境中的生物进行风险影响分析，建立了适合沿海港口的生态风险评估模型。模型实现了沿海港口施工期和运营期各种生态风险的定量化比较，为港口经营者对主要风险源的确定和风险管理提供参考依据。

关键词：沿海港口；生态风险；港口施工；相对风险模型

引 言

港口建设和生产活动在推动区域经济发展的同时，也给港口生态系统带来生态风险。在建设施工期，泊位、防波堤建设、航道疏浚会破坏已有海滩生境和增加悬浮物浓度；在生产运营期，船舶活动造成的水体扰动干扰近岸水体中的生物活动，此外船舶排放的洗舱水和其他废弃物也会降低海域的水体质量。在经济与环境协调发展的形势需求下，如何对这些生态风险进行评估和风险管理显得尤为重要。

目前关于港口生态的已有研究主要集中在环境影响评价指标体系的建立[1,2]，特别是港口建设用地[3]、海岸带污染[4]等风险评价指标的建立，难以实现港口生态风险定量化；相对风险模型（Relative Risk Model，RRM）采用分级系统对评价小区内的各类压力源及生境进行等级评定[5,6]，通过风险源、生境和生态终点的相互作用关系分析，实现生态风险定量化评价[7]。RRM模型目前主要应用于河流流域[8,9]、热带雨林[10]、海岛[11]等自然生态系统，本文将其引入到港口生态风险评价中，对于确定沿海港口各港区的风险级别、主要风险源识别和风险管理具有重要的理论与现实意义。

1 模型构建

1.1 风险小区划分

在区域生态风险评价中，风险小区是区域生态风险评价与风险等级划分的基础。港口区域的生态状况比较特殊，它包含了水域、陆域以及潮间带区域，本文根据地理位置和水体等深线对沿海港口进行风险小区划分。

1.2 生境、风险受体和风险源分析

依据港口生态区域内不同生物对生境的要求，以及地理位置形态分布和区域功能，港口生态系统分为港区陆域、潮间带、近海水体共三种生境。人类对港口中不同的生境开发利用的影响程度上根据功能不同也有各自特点，将这三类生态系统作为风险受体进行评价[12]。本文主要对渐进型风险进行研究，分析风险源对风险受体的作用关系，对影响较为轻微的风险源予以忽略。从而确定港口生态系统的主要生态风险源为施工建设、船舶活动、综合污染。

1.3 概念模型

概念模型是对压力源、压力、生境和终点之间关系的系列假设，港口生态系统压力源到生态终点的接触、暴露途径如图1所示。

图1 港口生态风险接触暴露途径

1.4 暴露与危害分析

以低、较低、中、较高、高5种程度来描述暴露和响应的相对强度，并量化为相应的暴露系数或响应系数0，0.3，0.5，0.7和1，见表1和表2。

表1 港口生态风险暴露概念模型

说明：D—物理扰动、C—污染、S—改变沉积、R—移除原有生境。

生境 施工建设 船舶活动 综合污染风险源港区陆域 C R 0.7 C 0.5 C 0.5近海水体 C S R 0.7潮间带 C R 0.7 D 0.3 D 0.7 C 0.3

表2 港口生态风险响应概念模型

说明：F—能量获取、N—栖息、H—繁殖。

生境 鸟类浮游生物潮间带生物 底栖生物 游泳生物生态终点港区陆域F N H 0.3 F 0.3潮间带 F N 0.71 F 0.3近海水体F N 0.5 F N H 0.3 F N H F N H 1 F 0.3 F N H 1 F N H 1

1.5 风险值计算

假设生境丰度与生态风险之间负相关，即生境的面积越小，其支持的生物群落也越小，越容易受到压力源的影响，因而风险也就越大。区域生态风险值根据压力密度、生境丰度、暴露系数、响应系数等值进行综合计算，公式如下：

式中：RS为相对风险值；i为风险小区的标号；j为压力源类型的标号；l为生境类型的标号；m为生态终点类型的标号；Sij为风险小区内的压力密度；Hil为风险小区内生境丰度；Xji为风险源—生境暴露途径的暴露系数；Elm为生境—生态终点响应途径的响应系数。

式（1）可对于不同的评价目的，对不同的标号进行求和计算，得到针对不同主体的风险评价结果。

2 案例分析

2.1 研究区域生态背景

以国内北方沿海某港口的核心港区作为研究区域。建港前该港区位置自然地形为山地及久经剥烛而成的低缓丘陵，气候温和，适宜动植物生长。港区陆域周围山体植被覆盖率高，港口陆域由于人工改造，植被覆盖率较低，主要为草本植物、落叶阔叶灌草丛和盐生草甸等植物。港口潮间带生物随季节更替变化较大，主要有紫贻贝、四角蛤蜊和蛤仔等。近海水体中浮游植物以具槽直链藻、琼氏园筛藻等藻类为主，浮游动物以桡足类和箭虫类为主，底栖生物种类以刺皮动物为主，游泳生物有鳐类、虾蛄、梅童鱼等。

2.2 风险小区划分

根据该港口主要港区的地理位置和水体等深线进行将该港区共划分成5个风险小区，依次编号为A、B、C、D、E，见图2。

图2 实例港口风险小区划分

2.3 压力密度和生境丰度确定

根据该港区2014年的各泊位信息和吞吐量、以及接靠船数量和在建项目情况，计算各风险小区的压力密度和生境丰度，见表3～表5。

表3 各风险小区不同压力源的数据信息

压力源 选取指标 A B C D E施工建设 施工影响范围占港区面积比/% 1.3 1.1 5.8 22.8 14.2船舶活动 平均每天船舶进出港数量/艘次 18 13 7 26 12综合污染 全年吞吐量/万t依据设备情况折减 863 1089 982 41481405

表4 各风险小区压力密度

压力源 压力密度计算依据 A B C D E施工建设施工影响百分比/最大百分比 0.057 0.048 0.254 1 0.623船舶活动船舶进出港数量/最大数量 0.692 0.500 0.269 1 0.462综合污染折减后吞吐量/最大折减后吞吐量 0.208 0.263 0.237 1 0.339

表5 各风险小区生境丰度

生境 生境丰度计算依据 A B C D E港区陆域生境面积百分比与区域最大百分比比值 0.822 0.959 0.995 1 0.986潮间带 生境面积百分比与区域最大百分比比值 1 0.410 0.215 0.1960.253近海水体生境面积百分比与区域最大百分比比值 1 0.397 0.238 0.2170.278

2.4 结果分析

运用RRM模型，计算出不同港区之间的相对生态风险以及同一港区不同风险源产生的生态风险大小，计算结果见图3、图4。

图3 各风险小区综合生态风险值

图4 各风险小区分风险源生态风险值

依据综合风险值大小，将生态风险划分为低风险区、较低风险区、中等风险区、较高风险区和高风险区共5个等级，见图3，处于高风险区的为D港区，C港区和E港区属于较低风险区，A港区和B港区属于低风险区。由于D港区内航道疏浚、泊位建设等施工项目较多，且吞吐量最大，因此造成其生态风险最大，在港口施工和日常运营中应作为生态风险管控的重点[13]；在C、D、E三个港区中，施工建设产生的生态风险较其他两种风险源大，是这三个港区的主要风险来源，因此在项目施工过程中和完工后应进行相应的生态风险管理[14]；而在A港区和B港区中，船舶活动是其主要风险来源[15]，因此在日常运营中要加强对船舶废弃物的管理。

3 结 论

沿海港口生态系统是自然与人工相结合的区域生态系统，本研究基于其地理和生产运营的特殊性建立了沿海港口生态风险评估的RRM模型，并用该模型对我国北方某沿海港口的核心港区2014年的运营情况进行了生态风险评估，进而针对高风险区和主要风险源提出了风险管理对策的建议。应用结果表明本文构建的RRM模型能够较好的实现沿海港口生态风险的定量化评估，可为建设生态港口的大趋势下的港口生态风险管理提供一定参考。

参考文献：

[1] M A Jones, J Stauber, S Apte, et al. A risk assessment approach to contaminants in Port Curtis[J]. Queensland, Australia: Marine Pollution Bulletin, 2005, (51): 448-458.

[2] E Peris-Mora, J M Diez Orejas, A Subirats, et al. Development of a System Indicator for Sustainable Port Management[J]. Marine Pollution Bulletin, 2005, 50(12): 1649-1660.

[3] 吕霞, 谢耀峰, 刘茹, 等. 生态港口的建设与发展对策[J]. 港口科技, 2011, (11): 4-12.

[4] J Wu, J Wang. Impacts of Pollution from Different Sources on Ecological Quality of a Multipleuse Coast[J]. Water Air Soil Pollute, 2008, (193): 25-35.

[5] Barnthouse L W, Suter G W. User′s manual for ecological risk assessment[M]. OakRidge T N: Oak Ridge National Laboratory, 1986.

[6] Glenn W Suter II . Ecological Risk Assessment (Second Edition)[M]. Florida: The Chemical Rubber Company Press, 2006.

[7] Turbini L J, Munie G C, Bernier D, et al. Examining the environmental impact of lead-free soldering alternatives[J]. Electronics Packaging Manufacturing, IEEE Transactions on, 2001, 24(l): 4-9.

[8] Rachel Walker, Wayne G Landis, Philip Brown. Developing a regional ecological risk assessment: a case study of a Tasmanian Agricultural Catchment[J]. Human and Ecological Risk Assessment, 2001, 7(2): 417-439.

[9] Angela M, Obery, Wayne G Landis. A regional multiple stressor risk assessment of the Codorus Creek Watershed applying the relative risk model[J]. Human and Ecological Risk Assessment, 2002, 8(2): 405-428.

[10] Rosana Moraes, Wayne G Landis, Sverker Monlander. Regional Risk assessment of a Brazilian Rain Forest Reserve[J]. Human and Ecological Risk Assessment, 2002, 8(7): 1779-1803.

[11] 王小龙. 海岛生态系统风险评价方法及应用研究[D]. 青岛: 中国科学院海洋研究所, 2006．

[12] 曹德友, 郭强, 程海静. 港口规划环境影响评价指标体系的初步研究[J]. 环境科学与管理, 2006, 31(5): 185-188.

[13] 蔡晓明. 生态系统生态学[M]. 北京: 科学出版社, 2000.

[14] 梁佩布. 港口的环境保护与可持续性发展[J]. 珠江水运, 2006, (8): 16-18.

[15] 邵超峰, 鞠美庭. 我国生态港口的建设思路与发展对策[J]. 生态科技, 2008, (28): 62-69.

Research on Ecological Risk Assessment of Coastal Ports Based on RRM

Guo Zijian1, Lian Junling1, Wang Wenyuan1, Wei Bing2
(1.Faculty of Infrastructure Engineering, Dalian University of Technology, Dalian Liaoning 116023, China; 2.CCCC Third Harbor Consultants Co., Ltd., Shanghai 200032, China)

Abstract：Based on Relative Risk Model (RRM), by considering the properties of coastal port construction and operation, the construction, ship activities and comprehensive pollution are selected as three risk sources to carry out the risk impact analysis of the organisms which live in three kinds of biological circumstances, i.e. harbor landside area, intertidal zone and offshore seawater. In addition, the ecological risk assessment model specially for coastal ports is built to realize the quantitative comparison of various ecological risks during the construction and operation of coastal ports, provide a reference for identifying main risk sources and controlling the risks.

Key words：coastal ports; ecological risk; port construction; relative risk model

中图分类号：U652

文献标志码：A

文章编号：1004-9592（2017）02-0054-03

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20170213

收稿日期：2016-01-18

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51079022，51279026）

作者简介：郭子坚（1965-），男，教授，主要从事港口规划与港口物流研究。