论船舶污染与海洋环境的关系

林颖毅

(福建船政交通职业学院，福建 福州 350007)

引言

目前，随着经济水平的提升，全球航运量的加大，海洋受到船舶的污染也日益增加。船舶污染是指人类直接或间接地把一些物质或能量引入海洋环境，以致造成或可能造成损害生物资源和海洋生物，危害人类健康、妨碍包括捕鱼和海洋的其他正当用途在内的各种海洋活动、损害海水使用质量和减损环境优美等有害影响。

1 船舶污染事故源

船舶污染带给海洋的危害最大的污染物是油类，油类物质的来源主要有几个方面:

(1)舱底含油污水主要来源于机械设备及水柜、油柜泄放和漏泄、油水管路漏泄、尾轴填料箱处的漏水和冷却润滑水、甲板开口处水密性不良引起的渗漏、水线附近甲板和舱室水泄放至舱底。船舶舱底油污水量与船舶载重量有关，船舶舱底油污水量每艘船平均按20 吨计，污水含油量约为2000～20000mg/L，而每年全世界随舱底含油污水排放入海的油类数量是非常巨大的。

(2)船舶压载水主要是为了船舶的稳定性，各类船舶压载物有所不同，有的使用铁块、水泥等，但大部分船舶均有部分压载水。压载水量与船舶载重量没有必然联系，一般是为了船舶的稳定考虑。油轮压载水可为载重量的20%～30%。压载水一般有独立舱室，正常情况下压舱水是较为清洁的，但是废、旧船舶的压舱水由于舱室长期使用也含有污染物，但一般含油量较低;若是油轮，类比对1.5～2 万吨油轮的压舱水中，分散油和乳化油的最高含量为59.22mg/L，最低含油量为1.43mg/L，平均含油量为12.13mg/L。压载水是否排放以及数量主要是要考虑船舶的稳度，在航行过程中测定各舱室水量，再具体确定排放量，有时甚至需要补充压载水量，因此排放量变化很大。压载水按载重量的10%粗略估算，每年全世界随压载水排放入海的油类数量也是非常巨大的。

(3)船舶冲洗水一般污染物浓度含量不高，主要含油、泥沙、铁锈碎末还有洗涤剂，若需要清洗油轮时，洗舱水用量最大，而且洗舱水发生量视油品不同而有所差异，轻质油品的用水量相对较小，由于使用高压冲洗和洗涤剂的作用，洗舱水中大量油分以乳化油形式存在。油轮洗舱水平均含油浓度为3000mg/L，而一般船舶的冲洗水含油量一般不超过10mg/L。以船舶的数量和吨位粗略估算冲洗水，每年可产生船舶冲洗废水数量也是非常可观的。

2 污染事故对海洋环境的危害

以闽江为例，水流基本上都是顺着河岸的趋势向南流，稀释扩散起主要作用，因此选用河流二维稳态混合模式较为合适，公式如下:

式中 C(x，y)——(x，y)处污染物垂向平均浓度;

H、B、u——深度、宽度、流速;

Cp、Qp——污染物排放浓度、排放量;

Ch——上游污染物浓度;

My——横向混合系数。

从公式计算结果表1、表2 可知:

在正常排放情况下，对水环境影响甚微，涨、落潮水中石油类浓度增量最大为0.002mg/L，叠加水体中石油类的现状值后为0.202mg/L。事故排放时，最大浓度增量为0.04mg/L，叠加本底值后在附近海域石油类浓度为0.204mg/L，已超过GB3097—1997 第二类标准，事故排放对水环境影响较大，因此应杜绝事故排放。

表1 正常排放涨、退潮时水体油类浓度增加量 mg/L

表2 事故排放涨、退潮时水体油类浓度增加量 mg/L

3 事故性排放溢油风险评价

溢油污染事故的分析计算:溢油入海后将经历扩散、迁移、蒸发、溶解、乳化、吸附沉淀、生物降解等运动机制。从其行为和归属分析，溢油入水后将可能产生的污染形式主要有两种:一是漂浮的油膜;二是分散于水体中的油。

3.1 漂油的扩展

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，随风和潮流扩散漂移，在湍流作用下散射。在扩散漂移过程中油膜逐渐变薄，油膜的扩延范围可采用Fay 瞬时溢油扩延模型预测，油膜扩散可分为重力－惯性力阶段，重力－粘滞力阶段和表面张力阶段，各阶段的油层扩展规律为:

第一阶段;D=K1(ΔgVt2)1/4

第二阶段:D=K2(ΔgV2γ－1/2w)1/6t1/4

第三阶段:D=K3(σγw－1/2/ρw)1/2t3/4

式中，D 为油膜扩展直径，Δ=1－ ρ0/ρw，ρo、ρw分别为油、水密度，σ 为净表面张力系数，γw为水动力粘滞系数，g 为重力加速度，V 为溢油体积，t 为从溢油开始计算的时间，K1K2K3为各扩展阶段的经验系数。

经过三个阶段的扩展，油的扩展将在表面张力阶段结束。Fay 模型得到扩展终止时油膜的最大扩散面积:

随着油膜的扩散，油膜逐渐变薄，当油膜厚度减少到某一极限值后，在波浪和湍流作用下，油膜便逐渐破碎成许多碎片，各自向周围漂移，形成更大的不连续污染区。破碎后的油膜碎片污染区扩散有效半径为:

由于溢油事故较易察觉和控制，因此溢油量一般不大，假定一次比较严重的事故，溢油总量为5、10、20吨，采用上述模式分别计算溢油入水后，油膜在海面上漂移过程中各个时刻的扩散范围，可由表3 得知:

根据计算结果，溢油入河后经过12 个小时，当溢油量为5 吨时，油膜面积为0.111km2，直径达377m;当溢油量为10 吨时，油膜面积为0.177km2，直径达474m;当溢油量为20 吨时，油膜面积为0.281km2，直径达598m。由此可见，一旦发生溢油，海面漂油的影响范围是相当大的。

表3 溢油入水后不同时刻油膜扩散范围

3.2 分散于水中的油对水质的影响

溢油入水后一部分覆盖水面，一部分蒸发进入大气，另一部分则溶解和分散于水中扩散在水中的油将长时间停留在水中，直至被水生物吞食，或与水中固体物质进行交换而沉入水底。溢油进入水体后，可同时发生低分子烃的乳化、挥发、溶解过程。油在水面上漂流的过程中，受到波浪的冲击，油的微粒不断向水相分散，同时水的微粒也不断向油相逸散，油和水混合形成的乳化液，以溶解、乳化等形式分散入水中，在垂直方向上向下扩散，大约10 小时后分散作用最大，而乳化作用大约在10 小时后开始发生，在10～100 小时内达高峰。扩散于水中的油将长时间停留于水中，直至被水生生物吞食，或与水中固体物质进行交换而沉入水底。因此扩散在水中的油对环境的危害比漂浮在水面的油膜更大。溶解是浮油和悬浮油进入水体的质量传输，某些物理过程如扩展、紊动和分散作用以及水包油的乳化作用，都会增大油水的接触面积促使油溶解。相比之下，油的挥发作用远大于溶解作用，其挥发速度受温度、油膜面积、波浪、风等因素的影响。链烷烃溶解的速度约为挥发速度的0.01%，在10 天内燃料油能挥发掉总量的50%。

根据资料，分散在水中的溶解油和乳化油的总量小于溢油总量的1%。若溢油量分别以5t、10t、20t 计，则分散在水中的油约为O．05t、0.1t、0.2t。这相当于可溶性污染物瞬时投放入河，我们采用瞬时点源扩散模式对水体中油浓度增量进行预测，公式如下:

式中 p(x，y，t)——油团中心浓度值，mg/L;

Q——污染物排放量，g/s;

h——有效扩散水深，m;

t——时间，s;

lx2、ly2——沿x，y 轴方向上的扩散距离平均标准差，。

lx2、ly2为扩散特性参量，根据我国沿海不同海区的示踪实验结果，可取m=2，有如下经验关系(假定扩散是各向同性的)，σ=0.05u，u 为水流流速。

可以看出，当溢油量为5 吨时，水中油污水团中心浓度增量超过GB3097—1997 第二类水质标准的持续时间达5 个多小时，最大超标面积为0.020km2，出现在溢油发生后的3 个小时左右;当溢油量为10 吨时，海水中油污水团中心浓度增量超过第二类水质标准的持续时间达7 个多小时，最大超标面积为0.041km2，出现在溢油发生后的5 个小时左右:当溢油量为20 吨时，海水中油污水团中心浓度增量超过第二类水质标准的持续时间达11 个多小时，最大超标面积为0.081km2，出现在溢油发生后的7 个小时左右。

3.3 含油污水的影响

漂油通过覆盖和窒息作用使水生生物缺氧窒息死亡，并干扰浮游生物的光合作用使初级生产力下降。若事故排放，大量漂油在海浪作用下形成乳化油，首先影响表层(0～1cm)海洋生物，即所谓的次漂浮生物，主要是许多漂游生物和底栖生物的幼虫，以及一些经济鱼类的浮性卵和孵化的早期仔鱼。由于油膜覆盖在水表面，影响河水中氧的补充，并妨碍了水体中浮游植物的光合作用，降低水域的原始生产力。因此，比较明显的危害是对沿岸养殖业的破坏，和油臭味降低了鱼、贝、藻等的食用价值。大量实验表明，当水体中的含油量为0.1mg/L，孵出的幼鱼均有缺陷，仅能活1～2 天;含量达20mg/L，将危及鱼类的生存。由于许多鱼类的营养级都比较高，通过摄食途径，使鱼类累积一定数量的油或油产品，给人食用带来一种不愉快的油味。油污还可能中断生物群落繁殖，导致生态破坏。有关资料介绍，浮游植物的种类不同，对原油类炼制品敏感性差别很大，如直链藻和海生斑条藻可忍受10000ppm 的浓度，但圆筛藻、双尾硅藻和角毛藻的含油10ppm 浓度中被毒死不超过24 小时，有的敏感种类的油浓度低至0.1，也会阻滞细胞分裂和生长速率;至于浮游动物，如桡足类在含油浓度为0.01ppm 时死亡时间为3～4 天，在0.1ppm 时，死亡时间不超过24 小时。

此外溢油会对河底生物产生危害。河流中的鱼和其他水生动物在局部地区，将被游离的油或乳化油在鱼的鳃上沾上一层油膜，或是使较小的有机体被油膜整个包围起来而受到伤害，一些下沉的油块可以闷死固着在水底的牡蛎。水中含有0.1%～1.0%的柴油对牡蛎就可观察到影响。水中含有3%～4%的柴油，就可使牡蛎在一周内死亡。在天然条件下或人工养殖的牡蛎收到油污(特别是重油)影响后，其产量将大量减少，甚至于绝迹。现已知道，在水中含油量大于0.1mg/l 的情况下，鱼和贝类在一天内会出现油腥味，食用价值降低。石油的特殊气味还会影响海生物的回游路线。

4 健全船舶防污染保护海洋机制

4.1 完善海面溢油监测系统

通过溢油监测系统可以对溢油进行定位，可以考虑与应急处理和指挥决策支持系统相融合，自动记录保存与抗溢油活动和溢油损害有关的行动报告，人员费用，图片证据等，为日后的索赔过程提供依据。一旦我国有基金作保障，则清污费的补偿问题就能得到很好的解决，必将使我国清污能力有所提高，从而有助于对我国海洋环境的保护。

4.2 促进清污公司市场机制

可以由当地海事部门规定:船舶要入港，必须由合格的清污公司与船舶签订合同，通过这种方式来明确污染事故发生后双方的权利和义务，引入市场竞争机制，让有一定防污应急设备基础的企业发展起来。

4.3 优化船舶溢油应急设备器材库站点

在电子海图上运用模糊数学建立评价体系，保证救助船舶能够迅速达到出事地点。

4.4 加强船舶动态跟踪

对船舶实施动态跟踪管理制度，对过驳船舶实施现场管理签证，全部含油污水由陆地接受设施进行回收，并安排清污公司的船舶进行现场监护，以便可以及时采取措施防止事故溢油。

5 小 结

当前保护海洋环境和生态被社会各界重视，国际海事组织也不断修改船舶防污染公约，对防止船舶造成海洋环境污染的要求也越来越严格了。为此，我国应健全船舶防污染保护海洋机制。一是完善海面溢油监测系统;二是促进清污公司市场机制;三是优化船舶溢油应急设备器材库站点;四是加强船舶动态跟踪。

［1］《中华人民共和国海洋环境保护法》［R］．

［2］《溢油应急培训教程》［M］．交通运输部海事局，2004 ．

［3］国家环境保护总局，《国外海上溢油污染损害应急措施资料汇编》［R］．

［4］《中国海上船舶溢油应急计划》［R］．