論船舶污染與海洋環(huán)境的關(guān)系

林穎毅

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350007)

引言

目前，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提升，全球航運(yùn)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(zhì)或能量引入海洋環(huán)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(dāng)用途在內(nèi)的各種海洋活動(dòng)、損害海水使用質(zhì)量和減損環(huán)境優(yōu)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(zhì)的來源主要有幾個(gè)方面:

(1)艙底含油污水主要來源于機(jī)械設(shè)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(rùn)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(guān)，船舶艙底油污水量每艘船平均按20 噸計(jì)，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(shù)量是非常巨大的。

(2)船舶壓載水主要是為了船舶的穩(wěn)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(lián)系，一般是為了船舶的穩(wěn)定考慮。油輪壓載水可為載重量的20%～30%。壓載水一般有獨(dú)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(zhǎng)期使用也含有污染物，但一般含油量較低;若是油輪，類比對(duì)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(shù)量主要是要考慮船舶的穩(wěn)度，在航行過程中測(cè)定各艙室水量，再具體確定排放量，有時(shí)甚至需要補(bǔ)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(shù)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(shí)，洗艙水用量最大，而且洗艙水發(fā)生量視油品不同而有所差異，輕質(zhì)油品的用水量相對(duì)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(shù)量和噸位粗略估算沖洗水，每年可產(chǎn)生船舶沖洗廢水?dāng)?shù)量也是非常可觀的。

2 污染事故對(duì)海洋環(huán)境的危害

以閩江為例，水流基本上都是順著河岸的趨勢(shì)向南流，稀釋擴(kuò)散起主要作用，因此選用河流二維穩(wěn)態(tài)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(shù)。

從公式計(jì)算結(jié)果表1、表2 可知:

在正常排放情況下，對(duì)水環(huán)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(xiàn)狀值后為0.202mg/L。事故排放時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)，事故排放對(duì)水環(huán)境影響較大，因此應(yīng)杜絕事故排放。

表1 正常排放漲、退潮時(shí)水體油類濃度增加量 mg/L

表2 事故排放漲、退潮時(shí)水體油類濃度增加量 mg/L

3 事故性排放溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

溢油污染事故的分析計(jì)算:溢油入海后將經(jīng)歷擴(kuò)散、遷移、蒸發(fā)、溶解、乳化、吸附沉淀、生物降解等運(yùn)動(dòng)機(jī)制。從其行為和歸屬分析，溢油入水后將可能產(chǎn)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(kuò)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(fēng)和潮流擴(kuò)散漂移，在湍流作用下散射。在擴(kuò)散漂移過程中油膜逐漸變薄，油膜的擴(kuò)延范圍可采用Fay 瞬時(shí)溢油擴(kuò)延模型預(yù)測(cè)，油膜擴(kuò)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(kuò)展規(guī)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(kuò)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(shù)，γw為水動(dòng)力粘滯系數(shù)，g 為重力加速度，V 為溢油體積，t 為從溢油開始計(jì)算的時(shí)間，K1K2K3為各擴(kuò)展階段的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

經(jīng)過三個(gè)階段的擴(kuò)展，油的擴(kuò)展將在表面張力階段結(jié)束。Fay 模型得到擴(kuò)展終止時(shí)油膜的最大擴(kuò)散面積:

隨著油膜的擴(kuò)散，油膜逐漸變薄，當(dāng)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(xù)污染區(qū)。破碎后的油膜碎片污染區(qū)擴(kuò)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(yán)重的事故，溢油總量為5、10、20噸，采用上述模式分別計(jì)算溢油入水后，油膜在海面上漂移過程中各個(gè)時(shí)刻的擴(kuò)散范圍，可由表3 得知:

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，溢油入河后經(jīng)過12 個(gè)小時(shí)，當(dāng)溢油量為5 噸時(shí)，油膜面積為0.111km2，直徑達(dá)377m;當(dāng)溢油量為10 噸時(shí)，油膜面積為0.177km2，直徑達(dá)474m;當(dāng)溢油量為20 噸時(shí)，油膜面積為0.281km2，直徑達(dá)598m。由此可見，一旦發(fā)生溢油，海面漂油的影響范圍是相當(dāng)大的。

表3 溢油入水后不同時(shí)刻油膜擴(kuò)散范圍

3.2 分散于水中的油對(duì)水質(zhì)的影響

溢油入水后一部分覆蓋水面，一部分蒸發(fā)進(jìn)入大氣，另一部分則溶解和分散于水中擴(kuò)散在水中的油將長(zhǎng)時(shí)間停留在水中，直至被水生物吞食，或與水中固體物質(zhì)進(jìn)行交換而沉入水底。溢油進(jìn)入水體后，可同時(shí)發(fā)生低分子烴的乳化、揮發(fā)、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(shí)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(kuò)散，大約10 小時(shí)后分散作用最大，而乳化作用大約在10 小時(shí)后開始發(fā)生，在10～100 小時(shí)內(nèi)達(dá)高峰。擴(kuò)散于水中的油將長(zhǎng)時(shí)間停留于水中，直至被水生生物吞食，或與水中固體物質(zhì)進(jìn)行交換而沉入水底。因此擴(kuò)散在水中的油對(duì)環(huán)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(jìn)入水體的質(zhì)量傳輸，某些物理過程如擴(kuò)展、紊動(dòng)和分散作用以及水包油的乳化作用，都會(huì)增大油水的接觸面積促使油溶解。相比之下，油的揮發(fā)作用遠(yuǎn)大于溶解作用，其揮發(fā)速度受溫度、油膜面積、波浪、風(fēng)等因素的影響。鏈烷烴溶解的速度約為揮發(fā)速度的0.01%，在10 天內(nèi)燃料油能揮發(fā)掉總量的50%。

根據(jù)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(jì)，則分散在水中的油約為O．05t、0.1t、0.2t。這相當(dāng)于可溶性污染物瞬時(shí)投放入河，我們采用瞬時(shí)點(diǎn)源擴(kuò)散模式對(duì)水體中油濃度增量進(jìn)行預(yù)測(cè)，公式如下:

式中 p(x，y，t)——油團(tuán)中心濃度值，mg/L;

Q——污染物排放量，g/s;

h——有效擴(kuò)散水深，m;

t——時(shí)間，s;

lx2、ly2——沿x，y 軸方向上的擴(kuò)散距離平均標(biāo)準(zhǔn)差，。

lx2、ly2為擴(kuò)散特性參量，根據(jù)我國沿海不同海區(qū)的示蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可取m=2，有如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系(假定擴(kuò)散是各向同性的)，σ=0.05u，u 為水流流速。

可以看出，當(dāng)溢油量為5 噸時(shí)，水中油污水團(tuán)中心濃度增量超過GB3097—1997 第二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)時(shí)間達(dá)5 個(gè)多小時(shí)，最大超標(biāo)面積為0.020km2，出現(xiàn)在溢油發(fā)生后的3 個(gè)小時(shí)左右;當(dāng)溢油量為10 噸時(shí)，海水中油污水團(tuán)中心濃度增量超過第二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)時(shí)間達(dá)7 個(gè)多小時(shí)，最大超標(biāo)面積為0.041km2，出現(xiàn)在溢油發(fā)生后的5 個(gè)小時(shí)左右:當(dāng)溢油量為20 噸時(shí)，海水中油污水團(tuán)中心濃度增量超過第二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)時(shí)間達(dá)11 個(gè)多小時(shí)，最大超標(biāo)面積為0.081km2，出現(xiàn)在溢油發(fā)生后的7 個(gè)小時(shí)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(jí)生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)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(bǔ)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(chǎn)力。因此，比較明顯的危害是對(duì)沿岸養(yǎng)殖業(yè)的破壞，和油臭味降低了魚、貝、藻等的食用價(jià)值。大量實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)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(dá)20mg/L，將危及魚類的生存。由于許多魚類的營養(yǎng)級(jí)都比較高，通過攝食途徑，使魚類累積一定數(shù)量的油或油產(chǎn)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(dǎo)致生態(tài)破壞。有關(guān)資料介紹，浮游植物的種類不同，對(duì)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(shí)，有的敏感種類的油濃度低至0.1，也會(huì)阻滯細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)速率;至于浮游動(dòng)物，如橈足類在含油濃度為0.01ppm 時(shí)死亡時(shí)間為3～4 天，在0.1ppm 時(shí)，死亡時(shí)間不超過24 小時(shí)。

此外溢油會(huì)對(duì)河底生物產(chǎn)生危害。河流中的魚和其他水生動(dòng)物在局部地區(qū)，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(jī)體被油膜整個(gè)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(duì)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(nèi)死亡。在天然條件下或人工養(yǎng)殖的牡蠣收到油污(特別是重油)影響后，其產(chǎn)量將大量減少，甚至于絕跡。現(xiàn)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(nèi)會(huì)出現(xiàn)油腥味，食用價(jià)值降低。石油的特殊氣味還會(huì)影響海生物的回游路線。

4 健全船舶防污染保護(hù)海洋機(jī)制

4.1 完善海面溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

通過溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)溢油進(jìn)行定位，可以考慮與應(yīng)急處理和指揮決策支持系統(tǒng)相融合，自動(dòng)記錄保存與抗溢油活動(dòng)和溢油損害有關(guān)的行動(dòng)報(bào)告，人員費(fèi)用，圖片證據(jù)等，為日后的索賠過程提供依據(jù)。一旦我國有基金作保障，則清污費(fèi)的補(bǔ)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(duì)我國海洋環(huán)境的保護(hù)。

4.2 促進(jìn)清污公司市場(chǎng)機(jī)制

可以由當(dāng)?shù)睾Ｊ虏块T規(guī)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(fā)生后雙方的權(quán)利和義務(wù)，引入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，讓有一定防污應(yīng)急設(shè)備基礎(chǔ)的企業(yè)發(fā)展起來。

4.3 優(yōu)化船舶溢油應(yīng)急設(shè)備器材庫站點(diǎn)

在電子海圖上運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)建立評(píng)價(jià)體系，保證救助船舶能夠迅速達(dá)到出事地點(diǎn)。

4.4 加強(qiáng)船舶動(dòng)態(tài)跟蹤

對(duì)船舶實(shí)施動(dòng)態(tài)跟蹤管理制度，對(duì)過駁船舶實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)管理簽證，全部含油污水由陸地接受設(shè)施進(jìn)行回收，并安排清污公司的船舶進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)，以便可以及時(shí)采取措施防止事故溢油。

5 小 結(jié)

當(dāng)前保護(hù)海洋環(huán)境和生態(tài)被社會(huì)各界重視，國際海事組織也不斷修改船舶防污染公約，對(duì)防止船舶造成海洋環(huán)境污染的要求也越來越嚴(yán)格了。為此，我國應(yīng)健全船舶防污染保護(hù)海洋機(jī)制。一是完善海面溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng);二是促進(jìn)清污公司市場(chǎng)機(jī)制;三是優(yōu)化船舶溢油應(yīng)急設(shè)備器材庫站點(diǎn);四是加強(qiáng)船舶動(dòng)態(tài)跟蹤。

［1］《中華人民共和國海洋環(huán)境保護(hù)法》［R］．

［2］《溢油應(yīng)急培訓(xùn)教程》［M］．交通運(yùn)輸部海事局，2004 ．

［3］國家環(huán)境保護(hù)總局，《國外海上溢油污染損害應(yīng)急措施資料匯編》［R］．

［4］《中國海上船舶溢油應(yīng)急計(jì)劃》［R］．