赤潮灾害风险评估方法

18卷1期

2009年2月自 然 灾 害 学 报J OURNAL OF NATURAL D I SASTERS Vo.l 18,No .1Feb .,2009收稿日期:2007-11-13; 修订日期:2008-04-16

基金项目:国家海洋局908专项资助项目(908-02-03-01)

作者简介:文世勇(1979-),男,硕士研究生,主要从事海洋遥感与G I S 技术相结合的赤潮灾害风险评估与损失的应用研究.Em ai :l s hy_w en @163.co m

文章编号:1004 4574(2009)01 0106 06

赤潮灾害风险评估方法

文世勇1,2,赵冬至1,张丰收1,马小峰1,2,杨 帆1,2

(1.国家海洋环境监测中心,辽宁大连116023;2.大连海事大学环境科学与工程学院,辽宁大连116026)

摘要:赤潮灾害是三大海洋灾害之一,它恶化海洋生态环境,危及人类健康,造成的海洋经济损失逐年

增加。赤潮灾害风险评估是赤潮灾害减灾防灾的重要内容之一。赤潮灾害在本质上仍属自然灾害,

依据赤潮灾害的危害特点和自然灾害风险的内涵,阐述了赤潮灾害风险评估的定义,就赤潮灾害危险

度评估和海洋社会经济易损度评估两方面内容,论述了赤潮灾害风险评估指标体系,建立了赤潮灾害

风险评估模型,提出了赤潮灾害风险评估的技术流程。

关键词:赤潮灾害;风险评估;指标体系;风险评估模型

中图分类号:X 55 文献标识码:A

R isk assess m ent m ethod of har m ful algal bl oo m hazard

W E N Sh i yong 1,2,Z HAO Dong zh i 1,ZHANG Feng shou 1,MA X i a o feng 1,2,YANG Fan

1,2(1.Nati ona lM arine Env i ronm entalM on itoring C enter ,Dalian 116023,Ch i n a ; 2.Coll ege of Environm en t Science

and E ngi neeri ng ,Dalian M ariti m eU n i vers it y ,Dali an 116026,Ch i na)Abst ract :H ar m ful algal b l o o m hazard is one of the three m ajorm ar i n e cala m ities .It deteri o rates the m ari n e eco log ica l env ironm en,t jeopardizes hum an health ,and causes the increasing soc ial econo m ic losses of ocean year after year .The risk assess m ent o f the har m ful a l g a lb loo m hazard is one of the i m portant contents o f reduci n g and preven ti n g t h e har m fu l a l g a l bloo m hazard .The essence o f the har m ful algal bloo m hazar d still belongs to the natural ca la m ity .A ccor d i n g to the characteristics of the har m ful a l g a l b loo m hazard and the connotati o n o f natura l ca la m ity risk ,this paper exp licates the defi n iti o n o f risk assess m ent of har m ful a l g a lb l o o m hazard ,and i n respect to bo t h the deg ree o f the risk assess m ent o f har m ful algal b l o o m hazard and vulnerab ility of sea socia l econo my proposes the i n dex syste m of risk assess m ent of har m f u l alga l b l o o m hazard ,sets up risk assess m entm ode l of har m fu l a l g a l bloo m hazard ,and puts for w ard t h e techn ical fl o w o f risk assess m ent of t h e har m fu l a l g a l b l o o m hazard .

K ey w ords :har m f u l algal b l o o m hazard ;risk assess m en;t index syste m;risk assess m en tm odel

赤潮(red ti d e)又称为有害藻华(har m fu l algal bloo m,HAB)是指一些海洋微藻、原生动物或细菌在一定环境条件下在水体中暴发性增殖或聚集,并致使海水变色的一种生物现象[1-3]。随着我国沿海地区人口的增长及工农业生产的持续发展,我国近岸海域富营养化日益严重,赤潮灾害发生频率明显呈上升趋势;每次赤潮的平均面积即赤潮的规模越来越大,持续的时间也越来越长[4];对沿海经济的危害程度日益增加,严重年份(2001,参看2001年中国海洋灾害公报)的直接经济损失超过10亿元。赤潮已成为一种严重的全球性海洋灾害,如何科学地进行赤潮研究和减灾,有效地进行赤潮防治已经成为迫切需要解决的重大问题。

目前,对自然灾害风险评估研究工作主要集中在洪涝灾害、地质灾害、气象灾害、火山灾害、森林火灾灾

害等[5-13],评估方法也比较成熟,由于赤潮发生机制、环境条件比较复杂,赤潮灾害风险评估研究工作目前尚未形成系统的方法体系。

赤潮灾害风险评估对赤潮灾害减灾防灾具有非常重要的意义与应用价值,可制定灾害应急预案、纳污海域污染总量控制、海洋水产养殖、滨海旅游业规划提供科学依据。

本文的目的是要明确赤潮灾害风险评估的定义,确立赤潮灾害危险度评估与海洋社会经济易损度评估两大内容,提出赤潮灾害风险评估指标体系,建立赤潮灾害风险评估的评估模型;提出赤潮灾害风险评估的技术流程。

1 赤潮灾害风险评估的理论基础

1.1 赤潮灾害风险评估理论

目前,由于对风险的理解和认识程度不同,风险的内涵尚无统一的定义。在经济领域中,风险是指从事某项活动的结果的不确定性(uncertai n ty),这种结果包括损失、盈利、无损失也无盈利3种情况[14]。在自然灾害领域中,联合国人道主义事务部(UNDHA)于1991年和1992年两次正式公布了自然灾害风险的定义: 风险是在一定区域和给定时段内,由于某一自然灾害而引起的人们生命财产和经济活动的期望损失值 [15-16]。这一定义已得到了国内外许多学者和国际组织机构的认同[17~19],目前,对自然灾害风险评估研究工作中,都遵循这一定义。

风险的定量表达是基于对风险定义的理解而得来的。如上所述,由于对自然灾害风险有不同的定义,因

而自然灾害风险的数学表达亦有不同的方式。联合国提出的自然灾害风险表达式为[15,16]:

R isk(风险)=H azar d(危险度) Vu l n erability(易损度)(1)

这一表达较为全面地反映了风险的本质特征。危险度反映了灾害的自然属性,是灾害规模和发生频率(概率)的函数;易损度反映了灾害的社会属性,是承灾体人口、财产、经济和环境的函数;风险度是灾害自然属性和社会属性的结合,表达为危险度和易损度的乘积。这一评价模式已得到了国内外越来越多学者的认同[18,20-24]。

赤潮是一种自然现象,是海洋生态系统恶化的表象之一。赤潮现象自古有之,是浮游生物的 花期 (bloo m per i o d)或藻华,是赤潮生物在适宜环境条件下的一种自发过程。赤潮的发生人类早就有相关记载,如 旧约 出埃及记 中就有关于赤潮的描述: 河里的水,都变作血,河也腥臭了,埃及人就不能喝这里的水了 。在日本,早在腾原时代和镰时代就有赤潮方面的记载。1803年法国人马克 莱斯卡波特记载了美洲罗亚尔湾地区的印第安人根据月黑之夜观察海水发光现象来判别贻贝是否可以食用。1831 1836年,达尔文在 贝格尔航海记录 中记载了在巴西和智利近海面发生的束毛藻引发的赤潮事件[25]。据载,中国早在2000多年前就发现赤潮现象,一些古代文献或文艺作品里已有一些有关赤潮方面的记载。如清代的蒲松龄

在 聊斋志异 中就形象地记载了与赤潮有关的发光现象[26]。

赤潮同时也是一种人为现象。近年来,随着现代化工农业生产的迅猛发展,沿海地区人口的增多,大量工农业废水和生活污水相当一部分未经处理就直接排入海洋,导致近海、港湾富营养化程度日趋严重。同时,海水养殖业的扩大,也带来了海水养殖业自身污染问题,海运业的发展导致外来有害赤潮种类的引入,全球气候的变化也导致了赤潮的频繁发生。

虽然人为活动改变了海水中的营养盐浓度,加速或减缓了赤潮灾害的发生、发展,但赤潮要在适宜的光照条件、合适的气象、水动力条件等作用下才能暴发,而起作用的这些因素是不受人为控制,是一种自然动力条件,因此从严格意义上,赤潮灾害仍属自然灾害中的一种。

赤潮所造成的损害主要集中在对海洋生态系统的影响、对海洋经济的影响以及对人体健康的危害等方面[27],破坏了海洋食物链,威胁其他海洋生物的生存;赤潮生物大量繁殖,在表层聚集,吸收大量阳光,遮蔽海面,影响海水透明度,水下其他生物得不到充足的阳光而影响其生存和繁殖;大量赤潮生物死亡后,造成缺氧环境,引起鱼、虾、贝等大量死亡,同时,在缺氧条件下,赤潮生物残核被厌氧微生物分解,会释放出大量硫化氢和甲烷等有害物质,使海洋生物缺氧或致毒而死;有毒赤潮生物产生毒素,当鱼、贝类处于有毒赤潮区域

107 1期文世勇等:赤潮灾害风险评估方法

内,摄食这些有毒生物,虽不能被毒死,但生物毒素可在体内积累,其含量大大超过人体可接受的水平。这些鱼虾、贝类如果不慎被人食用,就引起人体中毒,甚至死亡。

依据上述赤潮灾害的危害和自然灾害风险评估的定义,认为赤潮灾害风险评估是对风险区内赤潮灾害暴发的可能性及其可能造成的损失后果进行定量分析和评估,即包括赤潮危险度评估与海洋社会经济易损度评估两大内容。

赤潮灾害危险度评估是指评估赤潮灾害发生可能性,即评估灾害发生海域遭受赤潮灾害发生的可能性高低及赤潮的强度大小。它包括致灾因子危险度、孕灾环境危险度评估两方面内容。致灾因子危险度评估是评估灾害发生海域赤潮可能发生的强度,致灾因子危险度越高,赤潮发生的强度越大。孕灾环境危险度评估是评估灾害发生海域发生赤潮的几率高低,孕灾环境因子危险度越高,发生赤潮的几率就越大。

海洋社会经济易损度评估是指承灾体对致灾因子的抗灾防灾能力评估,即评估灾害发生海域抵御赤潮灾害的能力高低。海洋社会经济易损度越大,赤潮灾害造成的损失越大。

1.2 赤潮灾害风险评估指标体系

灾害风险评估指标体系是进行赤潮灾害风险评估的关键环节。其选取应遵循科学性、实用性、动态性、系统性、人本性原则。

依照上述原则,通过查阅有关赤潮成因及危害研究文献,结合赤潮灾害的特点,提出赤潮灾害风险评估指标体系包括孕灾环境因子、致灾因子、承灾体及其受灾特征要素。

致灾因子主要是指导致海洋生物死亡、破坏生态系统、引起人体异常反应、恶化水质量等有毒赤潮藻类。赤潮生物是引发赤潮的内在因素,全球海域中已发现能引发赤潮的浮游生物300余种(大部分为单细胞藻类),并有不断增加的趋势[28],已发现的赤潮藻类分属于蓝藻门、硅藻门、甲藻门、金藻门和黄藻门,其中又以

硅藻门和甲藻门为多[29],它包括无毒藻种、有毒藻种、有害藻种。无毒藻种是指赤潮藻类体内不含毒素,又

不分泌毒素的海洋浮游生物,它引起的赤潮一般是无害的,不会引起海水增养殖物的死亡等损失,只是由于赤潮藻种的数量过高,当它们死亡分解造成海水缺氧,致使鱼类和无脊椎动物死亡,主要因子包括叶绿素浓度、细胞数;有害藻种是指那些能分泌粘液或产生有害物质的海洋浮游生物,分泌出粘液附在海洋生物呼吸道,致使海洋生物窒息死亡,产生的有害物质(如硫化氢、氨等)对其他海洋生物具有致死毒效。有害藻种的大量繁殖,在表层聚集,吸收大量阳光,并遮蔽海面,影响海水透明度,影响其他生物的生存和繁殖;有毒藻种是指赤潮藻类体内含有某种毒素或能分泌出毒素的海洋浮游生物,有毒赤潮一旦形成,可对赤潮区的生态系统、海洋渔业、海洋环境以及人体健康造成不同程度的毒害,根据对人类的中度症状和机理差异可将赤潮毒素分为麻痹性贝毒(PSP-Paralyti c Shellfish Po isoning)、腹泻性贝毒(DSP-D iarrhetic She llfish Poison i n g )、记忆缺失性贝毒(ASP-Am nesia Shellfi s h Poison i n g)、神经性贝毒(NSP-N eurotox ic Shellfish Po ison i n g)、西加鱼毒(甲藻鱼毒)(CFP-C i g uatera Fish Po ison i n g)等五种。

孕灾环境因子是指影响赤潮藻类生长、繁殖的外界环境条件。它包括影响海洋环境的化学因素、光照条件、气象条件、水动力条件、物理海洋要素、外来藻种因素。化学因素主要指海水中的营养盐类,它包括氮磷比、氮(N)(硝氮、亚硝氮、铵氮)、磷(P)、硅(S i)、微量元素(铁(Fe)、锰(M n))、有机物(维生素、蛋白质),这

些营养盐类经大气沉降、河流输入、上升流、底质释放等途径进入海洋水体[30-32],是浮游生物生长的物质基

础,因而赤潮的发生与水体的富营养化有着密切联系

[2];适宜的光照可以为浮游生物的光合作用提供所需能量,使赤潮藻类得以生长和繁殖[2];气象因素包括降雨、风向、风速、气温和气压等方面,其中降雨对赤潮的发生影响重大,大量雨水通过地表径流汇入海中,一方面使海水盐度降低,同时也将大量营养物质带入海

中,加快了海水富营养化的进程,使赤潮生物得以生长和繁殖[30];海面风向的改变可能对上升流场产生影

响,同时,海面风速增大到一定的程度就会使赤潮生物发生聚集、扩散或消散[2];气温升高、气压下降有利于赤潮的形成,气温升高时,热量通过水气界面交换,水温也得以升高,因而,在温度较高季节,大量降雨后的持

续高温、低压和充足光照的晴天,风力较弱、潮流缓慢、水体相对稳定的条件下,赤潮便极易发生[2];水动力

条件包括流速、流向及海流,水动力影响赤潮的实质为流动水体将赤潮生物孢囊、营养细胞或其赖以生长繁殖的物质基础带入某海域,亦或改变该海域的温度、盐度,影响海水层化和透光度,从而为赤潮的形成提供了合适的水体理化条件[2];海洋物理要素包括海水温度、盐度,每种赤潮生物的生长与繁殖都需要适宜的温盐

环境,即存在适应其生理需要的温度、盐度,因而不同温度、盐度条件下的赤潮种类存在差异[33],在有充沛营养盐供应时,温度、盐度等物理因子是赤潮生物生长与增殖的环境限制因素[2];携带外来藻种的途径主要有

108 自 然 灾 害 学 报 18卷

渔业港口与工业港口,外来藻种在遇到适宜的环境条件时,这些外来种子就会大量繁殖,甚至形成有害赤潮;在不利的环境条件下,有害赤潮生物的细胞会暂时形成孢囊,当条件适宜时,可以萌发,甚至形成赤潮。

承灾体因子是指当赤潮灾害发生时海域使用类型中易受赤潮影响的因素,主要因子包括渔业用海、工矿用海、旅游娱乐用海、特殊用海[34]

及海洋生态系统。渔业用海是指为开发利用渔业资源、开展海洋渔业生产所使用的海域,当赤潮灾害发生时,受到赤潮的危害主要有滩涂养殖、网箱养殖、底播养殖、浮筏养殖、渔业资源;工矿用海是指开展工业生产及勘探开采矿产资源所使用的海域,当赤潮灾害发生时,受到赤潮的危害主要有盐业用海和取水口;旅游娱乐用海是指开发利用滨海和海上旅游资源,开展海上娱乐活动所使用的海域,当赤潮灾害发生时,受到赤潮的危害主要有海水浴场与海上娱乐;特殊用海是指用于科研教学、军事、自然保护区、海岸防护工程等的海域,当赤潮灾害发生时,受到赤潮的危害主要有科学研究用海与自然保护区用海;海洋生态系统是一个物质循环和能量流动的动态过程,主要包括生物群落、食物链与生物多样性,当赤潮发生时破坏了海洋食物链,导致下一个相连环节生物数量的减少,导致整个食物链乃至整个海洋生态系统平衡的破坏。目前,赤潮灾害对承灾体的破坏主要体现在渔业用海的养殖用海、渔业资源捕捞与海洋生态系统。其主要指标集如图1所示

:图1 赤潮灾害风险评估指标体系

F i g .1 Index syste m o f risk assess m ent o f ha r m ful a l gae bloo m ha zard

2 赤潮灾害风险评估模型

评估模型是风险评估的核心内容,本文针对赤潮灾害的成灾机理及灾害特点,提出赤潮灾害危险度、海洋社会经济易损度及风险评估模型。

2.1 赤潮危险度评估模型

2.1.1 致灾因子危险度

H 1= n

i=1a i F i ,(2)

式中,H 1表示为致灾因子危险度,a i 表示致灾因子危险度评估中第i 个指标的权重值,其值利用层次分析法(analytical hierarchy pr ocess ,AH P)确定,F i 为致灾因子危险度评估中第i 个指标的标度值。

2.1.2 孕灾环境因子危险度

H 2= n i=1b i M i ,

(3)

式中,H 2表示为孕灾环境因子危险度,b i 表示孕灾环境因子危险度评估中第i 个指标的权重值,其值利用层次分析法确定,M i 为孕灾环境因子危险度评估中第i 个指标的标度值。

故赤潮灾害危险度模型为:H H = H 1+ H 2,(4)

109 1期文世勇等:赤潮灾害风险评估方法

式中,H H 表示赤潮灾害危险度, 表示致灾因子在危险度评估中的权重值, 表示孕灾环境因子在危险度评估中的权重值, , 利用层次分析法确定,H 1同式(2),H 2同式(3)。

2.2 海洋社会经济易损度评估模型

H V = n

i=1c i N i ,(5)

式中,H V 表示海洋社会经济易损度,c i 表示海洋社会经济易损度评估中第i 个指标的权重值,N i 为海洋社会经济易损度中第i 个指标的标度值,由海域使用类型的价值决定。

故赤潮灾害风险评估模型为:

H R = H V H H ,

(6)式中,H R 为赤潮灾害风险指数, 表示海洋社会经济易损度在赤潮灾害风险评估中的权重值,H V 同式(5),

H H 同式(4)。其中 利用层次分析法确定;H R ,H V ,H H 通过统计分析方法、GIS 方法确定。

2.3

赤潮灾害风险评估技术流程图2 赤潮灾害风险评估流程图

F i g .2 F l ow chart o f r i sk assess m ent o f ha r m ful a l gae bloo m hazard

赤潮灾害风险评估由于受到天、地、人等多种条件的约束和大量复杂因素的影响和干扰,是一个典型的复杂系统。要研究这样一个复杂的系统,在选取评估指标时,要尽量做到选取的指标要具有代表性。

灾害风险评价是对灾害风险区遭受不同强度灾害的可能性及其可能造成的后果进行的定量分析和评估。是对灾害风险区内的某种灾害进行风险评价。主要步骤过程如图2所示。

从图2得知,从赤潮灾害风险评估数据库中获得致灾因子、孕灾环境因子、承灾体因子数据,并进行分析、处理等步骤,在G I S 软件平台,运用相应的各个评估模型得到相应的危险度图层,最后运用赤潮灾害风险评估模型得到赤潮灾害风险评估图层。从赤潮灾害风险评估图中可以清楚看出评估区域内各个位置的风险高低。

3 结束语

赤潮灾害风险评估主要包括赤潮危险度评估和海洋社会经济易损度评估。危险度评估主要包括致灾因子危险度评估与孕灾环境因子危险度评估;海洋社会经济易损度评估主要包括风险区内承灾体的承灾能力和防灾能力。赤潮灾害风险评估是在对危险度评估与易损度评估的基础上进行的。

本文在现有研究基础上明确赤潮灾害风险评估的定义,确立赤潮灾害危险度评估与社会经济易损度评估两大方面内容,提出赤潮灾害风险评估指标体系,建立赤潮灾害风险评估的评估模型,提出赤潮灾害风险评估的技术流程。

110 自 然 灾 害 学 报 18卷

赤潮灾害风险评估是赤潮风险管理与减灾管理的基础。针对不同目的实施不同种类的赤潮灾害风险评估。根据赤潮灾害风险评估的结果,依据风险程度的不同,管理部门可以制定出相应的减灾政策,部署实施减灾工程,使减灾管理做到有的放矢。赤潮灾害风险评估成果可以制定灾害应急预案、纳污海域污染总量控制、海洋水产养殖、滨海旅游业规划提供科学依据。

赤潮灾害风险评估的发展趋势是其研究理论与评估方法不断地完善,并将与多种自然科学相融合、交叉,特别是与社会科学紧密相结合。赤潮灾害风险评估总体上是向着内容越来越丰富、评价定量化和模型化、向遥感和G I S 相结合的方向发展。

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