論船舶污染與海洋環境的關系

林穎毅

(福建船政交通職業學院，福建 福州 350007)

引言

目前，隨著經濟水平的提升，全球航運量的加大，海洋受到船舶的污染也日益增加。船舶污染是指人類直接或間接地把一些物質或能量引入海洋環境，以致造成或可能造成損害生物資源和海洋生物，危害人類健康、妨礙包括捕魚和海洋的其他正當用途在內的各種海洋活動、損害海水使用質量和減損環境優美等有害影響。

1 船舶污染事故源

船舶污染帶給海洋的危害最大的污染物是油類，油類物質的來源主要有幾個方面:

(1)艙底含油污水主要來源于機械設備及水柜、油柜泄放和漏泄、油水管路漏泄、尾軸填料箱處的漏水和冷卻潤滑水、甲板開口處水密性不良引起的滲漏、水線附近甲板和艙室水泄放至艙底。船舶艙底油污水量與船舶載重量有關，船舶艙底油污水量每艘船平均按20 噸計，污水含油量約為2000～20000mg/L，而每年全世界隨艙底含油污水排放入海的油類數量是非常巨大的。

(2)船舶壓載水主要是為了船舶的穩定性，各類船舶壓載物有所不同，有的使用鐵塊、水泥等，但大部分船舶均有部分壓載水。壓載水量與船舶載重量沒有必然聯系，一般是為了船舶的穩定考慮。油輪壓載水可為載重量的20%～30%。壓載水一般有獨立艙室，正常情況下壓艙水是較為清潔的，但是廢、舊船舶的壓艙水由于艙室長期使用也含有污染物，但一般含油量較低;若是油輪，類比對1.5～2 萬噸油輪的壓艙水中，分散油和乳化油的最高含量為59.22mg/L，最低含油量為1.43mg/L，平均含油量為12.13mg/L。壓載水是否排放以及數量主要是要考慮船舶的穩度，在航行過程中測定各艙室水量，再具體確定排放量，有時甚至需要補充壓載水量，因此排放量變化很大。壓載水按載重量的10%粗略估算，每年全世界隨壓載水排放入海的油類數量也是非常巨大的。

(3)船舶沖洗水一般污染物濃度含量不高，主要含油、泥沙、鐵銹碎末還有洗滌劑，若需要清洗油輪時，洗艙水用量最大，而且洗艙水發生量視油品不同而有所差異，輕質油品的用水量相對較小，由于使用高壓沖洗和洗滌劑的作用，洗艙水中大量油分以乳化油形式存在。油輪洗艙水平均含油濃度為3000mg/L，而一般船舶的沖洗水含油量一般不超過10mg/L。以船舶的數量和噸位粗略估算沖洗水，每年可產生船舶沖洗廢水數量也是非常可觀的。

2 污染事故對海洋環境的危害

以閩江為例，水流基本上都是順著河岸的趨勢向南流，稀釋擴散起主要作用，因此選用河流二維穩態混合模式較為合適，公式如下:

式中 C(x，y)——(x，y)處污染物垂向平均濃度;

H、B、u——深度、寬度、流速;

Cp、Qp——污染物排放濃度、排放量;

Ch——上游污染物濃度;

My——橫向混合系數。

從公式計算結果表1、表2 可知:

在正常排放情況下，對水環境影響甚微，漲、落潮水中石油類濃度增量最大為0.002mg/L，疊加水體中石油類的現狀值后為0.202mg/L。事故排放時，最大濃度增量為0.04mg/L，疊加本底值后在附近海域石油類濃度為0.204mg/L，已超過GB3097—1997 第二類標準，事故排放對水環境影響較大，因此應杜絕事故排放。

表1 正常排放漲、退潮時水體油類濃度增加量 mg/L

表2 事故排放漲、退潮時水體油類濃度增加量 mg/L

3 事故性排放溢油風險評價

溢油污染事故的分析計算:溢油入海后將經歷擴散、遷移、蒸發、溶解、乳化、吸附沉淀、生物降解等運動機制。從其行為和歸屬分析，溢油入水后將可能產生的污染形式主要有兩種:一是漂浮的油膜;二是分散于水體中的油。

3.1 漂油的擴展

油比重小于水，溢油入水后即漂浮在水面上以油膜的形式存在，隨風和潮流擴散漂移，在湍流作用下散射。在擴散漂移過程中油膜逐漸變薄，油膜的擴延范圍可采用Fay 瞬時溢油擴延模型預測，油膜擴散可分為重力－慣性力階段，重力－粘滯力階段和表面張力階段，各階段的油層擴展規律為:

第一階段;D=K1(ΔgVt2)1/4

第二階段:D=K2(ΔgV2γ－1/2w)1/6t1/4

第三階段:D=K3(σγw－1/2/ρw)1/2t3/4

式中，D 為油膜擴展直徑，Δ=1－ ρ0/ρw，ρo、ρw分別為油、水密度，σ 為凈表面張力系數，γw為水動力粘滯系數，g 為重力加速度，V 為溢油體積，t 為從溢油開始計算的時間，K1K2K3為各擴展階段的經驗系數。

經過三個階段的擴展，油的擴展將在表面張力階段結束。Fay 模型得到擴展終止時油膜的最大擴散面積:

隨著油膜的擴散，油膜逐漸變薄，當油膜厚度減少到某一極限值后，在波浪和湍流作用下，油膜便逐漸破碎成許多碎片，各自向周圍漂移，形成更大的不連續污染區。破碎后的油膜碎片污染區擴散有效半徑為:

由于溢油事故較易察覺和控制，因此溢油量一般不大，假定一次比較嚴重的事故，溢油總量為5、10、20噸，采用上述模式分別計算溢油入水后，油膜在海面上漂移過程中各個時刻的擴散范圍，可由表3 得知:

根據計算結果，溢油入河后經過12 個小時，當溢油量為5 噸時，油膜面積為0.111km2，直徑達377m;當溢油量為10 噸時，油膜面積為0.177km2，直徑達474m;當溢油量為20 噸時，油膜面積為0.281km2，直徑達598m。由此可見，一旦發生溢油，海面漂油的影響范圍是相當大的。

表3 溢油入水后不同時刻油膜擴散范圍

3.2 分散于水中的油對水質的影響

溢油入水后一部分覆蓋水面，一部分蒸發進入大氣，另一部分則溶解和分散于水中擴散在水中的油將長時間停留在水中，直至被水生物吞食，或與水中固體物質進行交換而沉入水底。溢油進入水體后，可同時發生低分子烴的乳化、揮發、溶解過程。油在水面上漂流的過程中，受到波浪的沖擊，油的微粒不斷向水相分散，同時水的微粒也不斷向油相逸散，油和水混合形成的乳化液，以溶解、乳化等形式分散入水中，在垂直方向上向下擴散，大約10 小時后分散作用最大，而乳化作用大約在10 小時后開始發生，在10～100 小時內達高峰。擴散于水中的油將長時間停留于水中，直至被水生生物吞食，或與水中固體物質進行交換而沉入水底。因此擴散在水中的油對環境的危害比漂浮在水面的油膜更大。溶解是浮油和懸浮油進入水體的質量傳輸，某些物理過程如擴展、紊動和分散作用以及水包油的乳化作用，都會增大油水的接觸面積促使油溶解。相比之下，油的揮發作用遠大于溶解作用，其揮發速度受溫度、油膜面積、波浪、風等因素的影響。鏈烷烴溶解的速度約為揮發速度的0.01%，在10 天內燃料油能揮發掉總量的50%。

根據資料，分散在水中的溶解油和乳化油的總量小于溢油總量的1%。若溢油量分別以5t、10t、20t 計，則分散在水中的油約為O．05t、0.1t、0.2t。這相當于可溶性污染物瞬時投放入河，我們采用瞬時點源擴散模式對水體中油濃度增量進行預測，公式如下:

式中 p(x，y，t)——油團中心濃度值，mg/L;

Q——污染物排放量，g/s;

h——有效擴散水深，m;

t——時間，s;

lx2、ly2——沿x，y 軸方向上的擴散距離平均標準差，。

lx2、ly2為擴散特性參量，根據我國沿海不同海區的示蹤實驗結果，可取m=2，有如下經驗關系(假定擴散是各向同性的)，σ=0.05u，u 為水流流速。

可以看出，當溢油量為5 噸時，水中油污水團中心濃度增量超過GB3097—1997 第二類水質標準的持續時間達5 個多小時，最大超標面積為0.020km2，出現在溢油發生后的3 個小時左右;當溢油量為10 噸時，海水中油污水團中心濃度增量超過第二類水質標準的持續時間達7 個多小時，最大超標面積為0.041km2，出現在溢油發生后的5 個小時左右:當溢油量為20 噸時，海水中油污水團中心濃度增量超過第二類水質標準的持續時間達11 個多小時，最大超標面積為0.081km2，出現在溢油發生后的7 個小時左右。

3.3 含油污水的影響

漂油通過覆蓋和窒息作用使水生生物缺氧窒息死亡，并干擾浮游生物的光合作用使初級生產力下降。若事故排放，大量漂油在海浪作用下形成乳化油，首先影響表層(0～1cm)海洋生物，即所謂的次漂浮生物，主要是許多漂游生物和底棲生物的幼蟲，以及一些經濟魚類的浮性卵和孵化的早期仔魚。由于油膜覆蓋在水表面，影響河水中氧的補充，并妨礙了水體中浮游植物的光合作用，降低水域的原始生產力。因此，比較明顯的危害是對沿岸養殖業的破壞，和油臭味降低了魚、貝、藻等的食用價值。大量實驗表明，當水體中的含油量為0.1mg/L，孵出的幼魚均有缺陷，僅能活1～2 天;含量達20mg/L，將危及魚類的生存。由于許多魚類的營養級都比較高，通過攝食途徑，使魚類累積一定數量的油或油產品，給人食用帶來一種不愉快的油味。油污還可能中斷生物群落繁殖，導致生態破壞。有關資料介紹，浮游植物的種類不同，對原油類煉制品敏感性差別很大，如直鏈藻和海生斑條藻可忍受10000ppm 的濃度，但圓篩藻、雙尾硅藻和角毛藻的含油10ppm 濃度中被毒死不超過24 小時，有的敏感種類的油濃度低至0.1，也會阻滯細胞分裂和生長速率;至于浮游動物，如橈足類在含油濃度為0.01ppm 時死亡時間為3～4 天，在0.1ppm 時，死亡時間不超過24 小時。

此外溢油會對河底生物產生危害。河流中的魚和其他水生動物在局部地區，將被游離的油或乳化油在魚的鰓上沾上一層油膜，或是使較小的有機體被油膜整個包圍起來而受到傷害，一些下沉的油塊可以悶死固著在水底的牡蠣。水中含有0.1%～1.0%的柴油對牡蠣就可觀察到影響。水中含有3%～4%的柴油，就可使牡蠣在一周內死亡。在天然條件下或人工養殖的牡蠣收到油污(特別是重油)影響后，其產量將大量減少，甚至于絕跡。現已知道，在水中含油量大于0.1mg/l 的情況下，魚和貝類在一天內會出現油腥味，食用價值降低。石油的特殊氣味還會影響海生物的回游路線。

4 健全船舶防污染保護海洋機制

4.1 完善海面溢油監測系統

通過溢油監測系統可以對溢油進行定位，可以考慮與應急處理和指揮決策支持系統相融合，自動記錄保存與抗溢油活動和溢油損害有關的行動報告，人員費用，圖片證據等，為日后的索賠過程提供依據。一旦我國有基金作保障，則清污費的補償問題就能得到很好的解決，必將使我國清污能力有所提高，從而有助于對我國海洋環境的保護。

4.2 促進清污公司市場機制

可以由當地海事部門規定:船舶要入港，必須由合格的清污公司與船舶簽訂合同，通過這種方式來明確污染事故發生后雙方的權利和義務，引入市場競爭機制，讓有一定防污應急設備基礎的企業發展起來。

4.3 優化船舶溢油應急設備器材庫站點

在電子海圖上運用模糊數學建立評價體系，保證救助船舶能夠迅速達到出事地點。

4.4 加強船舶動態跟蹤

對船舶實施動態跟蹤管理制度，對過駁船舶實施現場管理簽證，全部含油污水由陸地接受設施進行回收，并安排清污公司的船舶進行現場監護，以便可以及時采取措施防止事故溢油。

5 小 結

當前保護海洋環境和生態被社會各界重視，國際海事組織也不斷修改船舶防污染公約，對防止船舶造成海洋環境污染的要求也越來越嚴格了。為此，我國應健全船舶防污染保護海洋機制。一是完善海面溢油監測系統;二是促進清污公司市場機制;三是優化船舶溢油應急設備器材庫站點;四是加強船舶動態跟蹤。

［1］《中華人民共和國海洋環境保護法》［R］．

［2］《溢油應急培訓教程》［M］．交通運輸部海事局，2004 ．

［3］國家環境保護總局，《國外海上溢油污染損害應急措施資料匯編》［R］．

［4］《中國海上船舶溢油應急計劃》［R］．