（交通运输工程专业论文）上海港船舶溢油污染评估与防治的研究.pdf

论文独创性声明 y9 7 3 6 4 3 。 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果- 论文 中除了特另n 加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或 撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均己在论文中作 了明确的声明并表示了谢意。 作者签名： 隼雌 论文使用授权声明 日期：乏垃：翌 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布论文的全 部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复铷手段保存论文稞密的j 它文 在解在后遵守此规定。 作者签名：燃导师签名： 靛积日期 i 垄翌! 翌 摘要 随着上海经济的快速发展和上海国际航运中心建设，航运经济为上海经济发展做 出了重要贡献。据统计，上海港的吞吐量逐年增加，2 0 0 3 年船舶流量达3 9 1 万艘次， 货物运输量达到了2 6 4 亿吨，其中石油和化学品运输量已达3 3 2 4 万吨，液货船流量 近2 9 6 万艘次，日平均运输量7 7 万吨，日平均作业艘次8 1 1 艘次。除此以外，每 年还有5 4 8 万艘液货船载运6 4 1 1 万吨石油和化学品航经上海海域进出长江沿岸。根 据预测，上海港的货物吞吐量2 0 1 0 年将达到2 8 亿吨，2 0 2 0 年达到3 2 亿吨。 船舶运输在为上海经济发展做出贡献的同时，也成为造成水域环境污染的一个主 要来源。据统计，自1 9 8 4 年到2 0 0 3 年的近二十年间，在上海海域发生的船舶污染事 故共计9 0 7 起，累计污染物溢出总量达2 5 1 6 吨，平均每年发生船舶污染事故4 5 起， 污染物溢出量1 2 6 吨，最大单次污染物溢出量达5 0 0 吨。 本文以上海港船舶溢油污染情况和辖区自然情况为研究对象，以船舶溢油处置为 主线，研究、分析了上海港船舶溢油的原因及影响因素和评估了船舶溢油危害，并针 对上海港自然条件和船舶溢油情况提出了防治和应急的措施，具体内容分述如下： 第一章主要概要地介绍了上海港航运的情况和上海港船舶溢油污染的概况，较详 细概述了船舶溢油污染领域内研究的情况，同时针对上海港实际提出了本论文拟研究 的主要内容。 第二章较详细地介绍了上海港与船舶溢油污染相关的一些自然因素的基本情况， 如气象、水文，以及船舶流量、航道，码头分布等。针对本论文研究对象，论文分析 了上海港自1 9 8 4 年以来的船舶溢油污染事故，总结出上海港船舶溢油事故的一些特 点。通过上述分析，本章最后归纳了上海港船舶溢油污染防治与应急的主要矛盾。 第三章的上海港船舶污染危害评估以船舶溢油事故后多少溢油会造成多大的危 害为主线，从两个方面展开讨论：( 1 ) 运用郑文波博士的理论，并结合溢油归宿，就 上海港狭水道船舶溢油事故发生后，溢油污染范围进行估算。( 2 ) 采用层次分析法， 结合上海港实际对船舶溢油污染造成的危害进行评估。 第四章首先介绍了上海港目前的防、抗船舶溢油的基本情况，其次综合了前面讨 论的内容，对上海港在防治溢油污染方面提出若干建议，最后结合上海港实际对目前 常见的溢油应急措施进行修征，并提出适合于狭水道特点的船舶溢油应急措施。 关键词：海洋，船舶，溢油，风险，管理 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs h a n g h a ie c o n o m ya n dc o n s t r u c t i n go ft h e i n t e r n a t i o n a l s h i p p i n gc e n t e r ，s h i p p i n g m a k e st h e s i g n i f i c a n tc o n t r i b u t i o n i n s h a n g h a ie c o n o m y o nt h eg m u n d so fs t a t i s t i c s ，i n2 0 0 3 。a b o u t3 9 1 t h o u s a n d v e s s e l sa r d v eo ri e f ts h a n g h a ip o r t t a k i n gt h ea b o u t2 6 4h u n d r e dm i l l i o nt o n e s c a r g o s w h e ns h i p p i n gm a k e ss i g n i f i c a n tc o n t r i b u t i o ni ns h a n g h a i ，i ta l s ob n n g st h e w a t e rp o l l u t i o nt os h a n g h a i f r o m19 8 4t o2 0 0 3 9 0 7o i is p i l l sh a p p e n e di n s h a n g h a iw a t e ra r e a a n da b o u t2 5 16t o n e so i lo ro i l - w a t e rf l o w si n t ow a t e rb o d y o nt h eb a s eo fo i ip o l l u t i o na n dn a t u r a ic o n d i t i o n s ，t h i sp a p e r ，f o c u s i n gt h e d i s p o s a lo fo i ls p i l l s ，a n a l y s i sa n ds t u d yt h er e a s o n so fo i ls p i l l si ns h a n g h a ip o r t ， a n de s t i m a t et h er e s u l to fo i is p i l l s a n dp r o p o s et h eo i is p i l l sp r e v e n t i o na n d d i s p o s a lm e a s u r e si ns h a n g h a i 1 nc h a r ti i n t r o d u c et h eo u t l i n eo fs h a n g h a is h i p p i n gi nb r i e fa n dt h e p r o g r e s so ft h es t u d y i n gi nt h ef i e l do fo i is p i l l si nd e v i l 1 nc h a r ti i i n t r o d u c i n gt h en a t u r a ir e a s o n si ns h a n g h a ir e l a t i n gw i t ht h eo i i s p i l l s ，s u c ha sa t m o s p h e r e ，t i d e ，a n dv e s s e l sf l o w s ，c h a n n e l w h a r f s ，a n ds oo n t h ep a p e ra n a l y s i st h eo i ls p i l l sj n19 8 4t o2 0 0 3 。s u m m a n e st h ec h a r a c t e r i s t i c s ， a n dc o n c l u d e st h em a j o rc o n t r a d i c t i o no ft h eo i ls p i l l sp r e v e n t i o na n dd i s p o s a li n s h a n g h a ip o r t i nc h a r t t h ep a p e rf o c u s i n gt h eh a r n la sar e s u l to fo i is p i l l s d i s c u s s i n gi e s t i m a t i n gt h ep o l l u t i o na r e au s i n gt h ed r z h e n g w e n b ot h e o r y i i e s t i m a t e i n gt h e h a r mo fo i is p i l l su s i n ga n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) i nc h a r ti v f i r s t l yi n t r o d u c et h ea c t u a l i t yo fs h a n g h a io i ls p i l l sp r e v e n t i o na n d d i s p o s a l s e c o n d l yp r o p o s et h es t r a t e g yt op r e v e n ta n dp r o t e c tt h ew a t e rb o d yf r o m o i ls p i l l s ，b a s i n go nt h ea b o v ed i s c u s s i o n t h i r d l yp r o p o s et h ec o n t i n g e n c ya c t i o n s t 0f i ts h a n g h a in a t u r a lc o n d i t i o n s k e y w o r d ：s e a sa n do c e a n s ，b o a t sa n ds h i p s ，o i ls p i l l s ，h a z a r d a d m i n i s t r a t i o n 2 y a n gw e ih u a d i r e c t e db y 墨b i 丕血旦d dy 垡b 曼d g 鱼垡q 1 1 上海港航运的基本状况 第一章前言 上海作为一个港口城市，其港口经济在国民经济中起着举足轻重的地位。上海进 出物资总量的6 0 和上海口岸外贸进出i = l 物资的9 9 都通过港口运输。同时，上海港 还承担了总吞吐量中3 0 以上的国内中转货物。上海港的货物吞吐量早在1 9 8 4 年就 突破了一亿吨，居世界大港之列，2 0 0 1 年突破2 亿吨。作为国际大港重要标志的集 装箱业务1 9 7 8 年在上海起步，每年以近3 0 的速度增长，2 0 0 3 年达1 1 0 0 万个t e u 。 目前上海港与世界上2 0 0 多个国家和地区的5 0 0 多个港口和6 0 0 多家航运公司建立了 航运和贸易联系。 随着上海经济的快速发展和上海国际航运中心建设，上海海域的船舶货运量逐年 增加，2 0 0 3 年船舶流量达3 9 1 万艘次，货物运输量达到了2 6 4 亿吨，船舶类型向 集装箱化、大型化、散装化方向发展。根据预测，上海港的货物吞吐量2 0 1 0 年将达 到2 8 亿吨，2 0 2 0 年达到3 2 亿吨，其中集装箱吞吐量分别达到7 0 0 万个标准箱和 1 2 0 0 个标准箱。 有着“工业血液”之称的石油和化学品在上海的需求量也在以1 0 的速度逐年上 升，其中9 0 以上是通过船舶进行运输，使得上海海域船舶载运散装石油和化学品作 业量日趋频繁。2 0 0 3 年上海海域石油和化学品运输量已达3 3 2 4 万吨，液货船流量近 2 9 6 万艘次，日平均运输量7 7 万吨，日平均作业艘次8 1 1 艘次。除此以外，每年 还有5 4 8 万艘液货船载运6 4 1 1 万吨石油和化学品航经上海海域进出长江沿岸。 1 2 目前溢油污染的现状 虽然上海港拥有诸多优越的资源条件和自然条件并在我国的经济发展过程中起 着及其重要的作用，但是目前上海港的环保状况令人担忧。特别是近年来随着外轮进 出上海港的增加，以及江海联运，大、小、快船舶的同时并存，上海港运输业迅猛发 展，然而船舶运输在为上海经济发展做出贡献的同时，也成为造成水域环境污染的一 个主要来源。 船舶造成环境污染的主要原因和途径有：船舶因碰撞搁浅等水上交通事故造成货 油和燃油泄漏；船舶在货油装卸、油料供应等作业中出现的操作失误；船舶废水、废 油、垃圾等污染物的违法排放以及船舶废气、船舶噪声造成污染。对港口、水上交通 安全以及两岸工农业生产构成了不可忽视的威胁，严重背离了国家提出的可持续发展 的战略目标。由此可见，船舶污染已经成为了上海港进一步发展的又一瓶颈制约。 据统计，自1 9 8 4 年到2 0 0 3 年的近二十年间，在上海海域发生的船舶污染事故共 计9 0 7 起，累计污染物溢出总量达2 5 1 6 吨，平均每年发生船舶污染事故4 5 起，污染 物溢出量1 2 6 吨，最大单次污染物溢出量达5 0 0 吨。 此外，随着国家石油战略储备预案的实施，上海海域石油和化学品海上运量将急 剧增长，加之船舶的大型化、老龄化和海域通航环境日益严峻等因素，上海海域面临 的船舶污染风险日益增大。 i 虽船舶溢油污染领域的研究现状 事实上，人们对船舶溢油的研究历史很短。大约在5 0 年前，人们对环境保护的 意识还很薄弱。船舶溢油事故造成许多沿海国家的巨大损失。这引起了沿海国家、国 际社会和联合组织对海洋保护的重视，并在1 9 5 4 年通过了1 9 5 4 年国际防止海上油 污公约。 1 9 6 7 年，利比里亚籍“t o a r r yc a n y o n ”号油轮在英吉利海峡触礁沉没，造成1 2 万加仑溢油入海，污染区域达2 0 0 多平方英亩以上。英法两国沿海的海洋生态遭到严 重破坏，从而蒙受了巨大经济损失，国际社会也因此受到极大震动。这一事件促进了 对船舶溢油污染概念的更新和人们对防治、抗御船舶溢油技术的研究与开发。这一阶 段的研究主要集中在如何加强和改进船舶的性能和船员的操作方面。防治船舶污染 海洋公约7 3 7 8 ( m a r p o l 7 3 7 8 ) 的附则和i b c 公约的规范都是此阶段防止船舶 溢油污染研究成果的体现。 1 9 8 9 年美国超级油轮“埃克森”号在美国阿拉斯加的威廉王子湾触礁沉没，泄 漏原油3 6 万吨，致使1 6 0 9 公里海岸、7 7 7 0 平方公里海域被污染。当地海洋生态系 统遭到破坏，大量野生动物死亡，渔业资源受到危害，损害赔偿达8 0 亿美元之巨。 这一事件极大地震动了美国和国际社会，美国为此通过了1 9 9 0 年油污法，i m 0 也 通过了1 9 9 0 年国际油污防备、反应和合作公约( 简称o p r c 公约) 。同时这一事件 进一步更新了人们对船舶溢油污染的概念，并推动了船舶溢油应急体系的研究。如对 船舶溢油影响、海洋溢油的归宿、溢油扩敖、污染危害的确定，以及浮油的遏制与回 收、分散剂的应用、岸线清除等技术。 当前，随着计算机技术的发展，船舶溢油的研究正在逐步向数字化、模型化、计 算机化的方向发展。 1 3 i 船舶发生溢油事故预测研究 1 1 1 3 由于船舶溢油事故造成的巨大危害，人们十分想知道下一次溢油事故是什么船 舶，在什么时间、什么地点发生。对此： 肖景坤、殷佩海、严志宇认为，船舶在海洋中航行，可是看作是由人、船舶和航 行环境三方面因素集合所构成的一个复杂系统，并运用了多层次灰色评价分析的方 法，对该系统中船舶自身因素、船舶航行的环境因素以及人的因素进行分析，建立了 不同船舶在不同情况下潜在的溢油可能性的判断模型。 肖景坤、殷佩海、林建国、任福安针对不同海区的船舶航行情况、作业情况以及 航道情况和气象情况，运用人工神经网络的方法，建立了对不同海区的船舶船舶溢油 风险程度甄别的评价模型。 1 3 2 溢油风险进行测评的模型 4 6 】 李品芳、黄加亮根据不同区域内的船舶类型、吨位、技术状况、气候条件、人为 因素等指标，通过模糊综合评判的方法，对不同区域的船舶溢油风险进行划分。 李品芳通过对厦门港船舶溢油事故概率及不同规模溢油量发生概率定量计算分 6 析，得出发生溢油事故的船舶类型及溢油数量预测模型。 1 3 3 船舶溢油污染事故危害和损害的研究1 1 0 1 7 1 2 4 1 陈爱国、周竹军从船舶溢油赔偿的角度，将船舶溢油损害确定为清污活动和财产 损害、间接损失和纯经济损失、环境损害三者总和，并给出了具体的量化计算公式。 i m o 、国际油轮船东防污染联合会、欧洲共同体委员会联合编印的海上溢油应 急指南对船舶溢油的危害作了定性的描述。 王贵山、刘松树将散化事故( 溢油) 危害分为污染危害和安全危害两个方面，泄 漏量、水污染危害、安全危害和对泄漏源的控制等8 个危害评价因素，并采用模糊数 学方法建立模糊综合评判模型，对事故危害等级进行评判。 1 3 4 溢油在水中的扩散与变化 3 1 1 5 1 2 5 】 刘颖采用局部解析法，建立了模拟鲅鱼圈海区的污染浓度动态预测模型。 严志宇研究了海上溢油蒸发和乳化这两个重要的风化过程的机理，采用浅盘蒸发 法对原油及其乳化物的蒸发进行模拟，建立了溢油风化预测模型。 郑文波通过对水体动力学的研究，建立了收敛速度快、稳定性好、操作简单的溢 油扩散动力模型。 1 3 5 溢油应急体系与应急处置的研究 1 3 1 1 7 1 8 2 0 】 李连健结合当今防治船舶油类污染的理论和技术，对珠江口水域的自然、防污现 状进行了较为详尽的剖析；并开发了“珠江口海域溢油应急信息系统”，该系统构建 了三维溢油扩散模型、溢油风化模型、应急反应模型，并具有电子海图、地理信息系 统( g i s ) 等功能。 i m o 为有效实施o p r c 公约，编写了防止油污手册，其中对油污应急计划的编 制，清污器材的选用，人员防护等方面进行了详细地说明。 杨盘生结合秦皇岛实际，从法规制度、通航环境、监督检查、船员管理、应急防 备等方面对船舶防污染预控体系做了较具体的描述。 1 4 本论文研究的主要内容 本论文在上述研究的基础上，结合上海港的区域特点，就船舶溢油在狭水道的扩 散、污染危害的评估进行探讨。讨论主要以港区范围( 黄浦江、长江等) 狭水道为主， 兼顾上海港辖区的其他区域，为上海港船舶溢油应急处置提供辅助，如船舶溢油范围 的估算，上海港船舶溢油应急预案启动条件的确定。同时对上海港船舶溢油的防治提 出对策措施，如清污力量和器材的配备及清污手段的选择；船舶溢油防治手段等。 第二章上海海域的基本情况 上海港是我国第一大港：目前共有码头5 1 6 座，其中专用码头2 9 9 座，公用码头2 1 7 座，万吨以上码头( 含万吨) 8 9 座，万吨以下码头4 1 7 座。2 0 0 3 年船舶流量达3 9 1 万 艘次，货物运输量达到了2 6 4 亿吨。 随着上海国际航运中心的加快建设，其港口规模将持续扩大，但黄浦江内的运力 已基本发展饱和，上海港今后的发展重点已转移到长江口、杭州湾及大小洋山等新港 区。尽管如此，黄浦江在相当长一段时间内，仍是上海港的主要组成部分，是上海港 发展的基础。 2 1 上海海域的地理区域范围及特点 上海海域：系指黄浦江、长江口、杭州湾北部沿海海域和长江口外临近海域( 包 括大、小洋山海域) 。 黄浦江( 里港) 海域范围：自吴淞口灯塔、1 0 1 灯浮、1 0 2 灯浮与浦东西界标( 3 1 。2 3 7 1 4 ”n 1 2 1 。3 1 4 1 ”e ) 四点联线至闵行发电厂上游边界与浦南面渠槽港上角 联线之间范围内的黄浦江；及与黄浦江相连的支流港依照上海地区港河管理分工范围 划定的支流港水域。 长江口( 外港) 海域范围：下列六点为东界线：崇明东旺角( 3 1 。2 7 5 0 ”n 1 2 1 。4 9 4 8 ”e ) 、佘山灯塔、鸡骨礁灯桩、长江口灯船、南支灯船、南汇嘴( 3 0 。5 2 5 8 ”n 1 2 1 。5 2 2 5 ”e ) ：下列两点联线为西界线：浏河口下游刘黑屋( 3 1 。3 0 5 2 ”n 1 2 1 。1 8 5 4 ”e ) 和崇明施翘河下游施信杆( 3 1 。3 7 3 4 ”n 1 2 1 。2 2 3 0 ” e ) 。以上东界线和西界线之间为长江口( 外港海域) 。 杭州湾北部沿海海域范围：包括金山航道及相关的锚地、上海石油化工总厂码头 附近海域。 长江口外临近海域范围：系指北纬3 0 。4 0 以北、北纬3 3 。以南海域之间的非上述 区域的所有海域，包括大、小洋山海域。 下面概要地介绍与本论文讨论的主要对象黄浦江的自然条件、航道、环境敏 感区、船流密度等与船舶溢油风险有关的几个因素。 2 1 1 黄浦江概况 黄浦江岸线共1 3 4 公里，已用岸线1 2 0 公里。其中，自吴淞1 0 1 灯浮到闵行发电 厂全长6 6 7 公里，有9 个大弯道，4 1 个小港或河叉口，沿江码头林立。黄浦江内既 是港池又是航道，其特点是航道狭长，弯道繁杂，支流众多。黄浦江江面宽度为 4 5 0 + + 7 5 0 m ，航道宽仅为2 0 0 - - - 3 0 0 m ( 8 m 水深以上) ；两岸码头相望，有1 1 个装卸区， 6 3 3 个泊位，1 4 处轮渡，大小锚地1 2 个，江中系船浮筒1 7 5 个，有4 座大桥，4 个 调头区。黄浦江的船舶航行受潮汐影响很大。大船均需乘潮进出港，小船也借潮增加 动力。涨落潮时，船舶流量大，秩序混乱，是事故易发时期。 2 1 2 码头分布的特点 由于历史的原因，本市主要四大石油化工基地有两个分布在黄浦江沿岸，它们分 别是地处黄浦江上游的吴泾化学工业区和黄浦江下游的高桥石化工业区，加上中石 化、中石油两大集团公司所属的一部分石油化工仓储企业也都沿黄浦江一线分布，使 得黄浦江沿岸地区的石化企业达到5 1 家，占上海全部石化企业总数的8 6 ，装卸码 头泊位7 4 个，占上海海域全部同类泊位的8 0 。目前这些企业中绝大多数码头仍在 维持其作业功能，每年有大量的具有易燃性、毒害性、强污染性等高危害性质货物通 过船舶载运进出黄浦江环境高敏感水域。 近年来，随着黄浦江功能的综合开发，南起卢浦大桥，北至翔殷路一五洲大道， 按照“结合黄浦江两岸用地调整和功能开发，改善地区自然生态环境，开辟活跃的公 共活动岸线，创造具有强烈都市特征的滨水景观，形成水与绿的南北向滨江景观带和 休闲旅游带”的总体规划目标，地处黄浦江核心水域和准水源保护区等环境高敏感度 水域的码头不断外迁，水运装卸功能逐步弱化。但黄浦江在相当长一段时间内，仍是 上海港的主要组成部分。据统计，2 0 0 0 年至2 0 0 2 年，在上述水域进行装卸作业的具 有高污染危害性质的散装油类3 8 1 6 万吨，散装化学品5 2 8 万吨，相关运输船舶达6 万艘次。 2 2 上海海域的气象和水文 2 2 1 气候特征 黄浦江地处北亚热带南缘，是东亚季风盛行的地区，由于受冷暖空气交替影响， 一年之内四季分明。气候受海洋影响，温暖湿润，全年平均气温为1 5 4 。c ，最高月 平均气温2 7 8 。c ( 七月) ，最冷月份平均气温3 5 c ，百年中最高气温曾达4 0 2 。c ， 最低一1 2 1 。 年平均降水1 1 5 1 6 m m ，5 - 9 月降水量占全年降水量的6 0 左右，其中6 月为梅雨 期，是全年雨量最多的月份，年雨日为1 2 5 1 3 6 天。 平均雾日为4 3 1 天，最多可达6 6 天年。 经上海中心气象局3 0 年资料统计，距地面1 2 米处的平均风速为3 1 米秒。全 年以东南风、西北风及东北风较多，西南风最少，平均每年有台风卜2 次，最高达5 次，台风集中在7 9 月之间，风力可达1 0 一1 2 级，并伴有暴雨。 2 2 2 潮流 黄浦江是一条中等强度的感潮河流，处于长江入海1 ：3 附近，受潮汐影响较大，每 日两次涨落潮，属非正规半日潮，河口潮差平均2 3 米，平均高潮位3 2 5 米，平均 潮位1 0 3 米，历年最高高潮位5 9 9 米( 1 9 9 7 8 1 8 ) ，历年最低低潮位一0 2 5 米 ( 1 9 6 9 4 5 ) ，最大潮差4 4 8 米( 1 9 6 2 ) ，最小潮差0 0 3 米( 1 9 6 9 ) ，平均潮差 2 2 米。平均涨潮历时4 小时3 4 分，平均落潮历时7 小时5 2 分。大汛期涨潮流速大 于落潮流速。涨潮流速一般为0 7 - 1 o 米秒，最大达1 5 米秒左右；落潮流速一般 为0 6 米一0 8 米秒，最大达1 3 米秒左右。涨潮最大流速出现在高潮前o 5 一1 o 小时，涨憩在高潮后2 2 5 小时，落潮最大流速出现在低潮前0 5 - 1 0 小时。 9 2 3 上海海域的敏感区和易受损资源 一般来说，敏感区和易受损资源有：自然保护区、饮水和工业用水取水口、海洋 自然水产资源和水产养殖资源、濒危动物的栖息地、潮间带生物、农田、沼泽地和红 树林、盐田、各种类型的岸线、名胜古迹、景观和旅游娱乐场所、船舶和水上设施等。 上海海域船舶溢油风险分析地理区域范围内的敏感区和易受损资源具体分叙如下： 2 3 1 水产资源 得天独厚的自然条件造就了长江口地区的生物多样性的丰度及生物量均很大，渔 业资源丰富，这里不仅是日本鳗鲡、中华绒螯蟹、松江鲈鱼、鲥鱼等名优水产生物的 繁衍栖息地，同时也是中华鲟、白鲟、白暨豚、江豚、胭脂鱼等国家级保护动物的栖 息地和洄游通道。 2 3 2 自然保护区 上海已建的自然保护区共有3 个，其中与船舶溢油相关的有2 个：金山三岛海洋 生态保护区和崇明东平国家森林公园。 此外，在建的自然保护区有5 个，其中与船舶溢油相关的有4 个：崇明东滩鸟类 自然保护区、长江口中华鲟幼鱼自然保护区、九段沙湿地自然保护区、黄浦江上游一 级饮用水源保护区。 2 3 3 旅游娱乐场所 根据规划，崇明拟将建设、开发水上旅游项目。具体内容包括：水上跳伞、水上 快艇、水上摩托、水上餐厅、水上观鱼、垂钓、水上捕捞等水上娱乐项目。 随着沪上游艇业规划启动，经初步统计，未来申城的游艇码头将在1 0 座以上。 例如十六铺综合性多功能水上巴士枢纽、延伸中的滨江大道等都计划建造游艇码头， 虹口港水系河道沿线也将规划建造：i l # i - 滩、四川北路、曲阳新村、江湾镇4 座游艇码 头。此外年内黄浦江、苏州河等水上休闲旅游中心初具规模，将催生出更多“游艇一 族”，体味泛舟申城的悠闲和快乐。 2 3 4 岸线类型及其敏感性 在上海海域内岸线多为人工构筑物防波堤与泥沙质的潮间带混合的岸线。只有 长江北岸长兴岛、崇明岛的部分、九段沙的全部为潮间带沼泽，即所谓的湿地，具有 较高的生物能量。 长江南岸以及黄浦江主要是人工构筑物防波堤与泥沙质的潮间带混合岸线，仅 有陆家嘴、外高桥集装箱码头等大型人工构筑物或景观区域为纯人工构筑物。 由于潮汐作用，在涨潮时，溢油仅影响构筑物和防波堤。溢油一般被运送到防波 堤上，并可能在凹凸不平的表面积累起来，或者黏附在构筑物的表面。在落潮时，溢 油将影响泥沙质的潮间带。由于上海海域岸线泥含量较高，溢油通常仅有少量渗入岸 线底层。但溢油会在岸线表面停留较长时间。当潮间带上有水草的时候，这一情况尤 0 为明显。 此外，上海海域码头通常为框架式结构，且码头引桥很长。在发生溢油污染的时 候，大量溢油会进入码头底部。在构筑物和潮汐的共同作用下，溢油会停留很长时间， 难以被清除。 2 3 5 工业民用设旋与取水口 由于历史原因，上海海域的港区范围内有为数众多的民用和工业取水口，且这些 取水口与码头设施犬牙交错。特别是在黄浦江水域内，这一情况尤为突出。目前全辖 区内共有民用取水口1 7 个，工业民用取水口3 5 个。 民用取水口受到溢油的侵入，轻者影响市民饮用水质，重者导致市民停水，影响 生活，甚至引起社会恐慌。工业取水口通常取水作为机器的冷却水用。一旦受到溢油 的侵入，会降低热交换效率，严重的会堵塞凝汽器管，导致停机。这对不能停机的电 厂、钢铁厂、石化企业而言影响巨大。 升。 2 4 上海海域的船舶流量 船舶的流量即船舶的密度对港口的船舶溢油风险有着直接的影响。 表卜1 船舶进出港统计表( 单位：艘次) 年份合计海船内河船 国轮外轮 2 0 0 03 2 2 8 4 14 8 4 3 91 5 4 8 62 5 8 9 1 6 2 0 0 12 8 7 2 9 64 5 8 8 31 6 8 6 72 2 4 5 4 6 2 0 0 23 3 8 3 2 04 9 7 8 01 9 7 1 52 6 8 8 2 5 2 0 0 33 9 1 1 8 0 7 0 4 0 92 2 7 5 6 2 9 8 0 1 5 从上述数据可以看出： 第一、进出上海海域的船舶流量逐年增加，特别在2 0 0 3 年，有一个较明显的跃 第二、内河船舶数量依然占上海港船舶数量的绝大多数，总体数量不减反增。 2 5 上港船舶溢油事故及特点 船舶运输在为上海经济发展做出贡献的同时，也成为造成水域环境污染的一个主 要来源。据统计，自1 9 8 4 年到2 0 0 2 年的近二十年间，在上海海事局管辖水域发生的 船舶污染事故共8 9 1 起，累计溢油总量达2 5 3 1 吨，平均每年发生船舶污染事故4 6 起，溢油1 3 3 吨。具体见表2 1 ： 表2 - 1 19 8 4 年- 2 0 0 2 年上海水域船舶溢油污染事故等级统计表 。项目 一般事故 重大事故溢 件数 特大事故溢油 件数 年代 溢油量件数 油量( 吨)量( 吨) ( 吨) 1 9 8 4 芷 1 0 1 9 45 52oo 1 9 8 5 芷9 69 28 2 7 30o 1 9 8 6 芷6 78 85 0 10o 1 9 8 7 年 2 67 90o0o 1 9 8 8 焦 7 55 6oo0o 1 9 8 9 笠 2 67 02 226 5l 1 9 9 0 年 9 27 50o0o 1 9 9 1 年 2 54 60o2 0 0 1 1 9 9 2 钲o 63 42 310o 1 9 9 3 生1 83 8 6 0300 1 9 9 4 年 0 73 3002 0 01 1 9 9 5 焦 3 22 61 01o0 1 9 9 6 年 o 11 52 011 5 91 1 9 9 7 焦2 32 42 01 1 0 01 1 9 9 8 笠o 1 l1 500 1 8 21 1 9 9 9 生 8 32 02 0l5 0 01 2 0 0 0 缶0 9 22 80oo o 2 0 0 1 缶o 62 l1 4l6 3 8 1 2 0 0 2 年2 4 1 11 410o 总计 7 1 8 38 6 53 9 0 71 82 0 4 48 注：溢油量小于1 0 吨为一般污染事故，溢油量在l o 吨至5 0 吨之间为重大污染事故， 溢油量大于5 0 吨为特大污染事故。 从上述数据可以看出： 第一、海海域内船舶一般污染事故的数量和溢油量总体呈下降趋势。但重、特大 事故在近年来有较大增长，且单次溢油量也有所增长。 第二、总体而言，船舶溢油事故的发生和溢油量的多少呈无规律状态，显示了船 舶溢油事故的偶然性、突发性和不可预见性。 第三、9 7 的事故为一般事故，其导致的溢油量占溢油总量的2 9 ，平均单次溢 油量为8 0 公斤。而占事故总数3 的重、特大事故，其溢油量占溢油总量的9 7 1 ， 最高一次溢油量为6 3 8 吨。 通过分析可以认为，由于加强了管理，小事故得到了较有效的控制。但由于经济 的发展，港口的情况发生了变化，重、特大污染事故正日益成为威胁港口水域清洁的 重要因素。同时也对我们研究和管理提出了新的课题。 2 6 结论 基于上述分析，我们可以对上海港作出如下结论： 第一、海港的地位决定了港口的现代与落后共存。上海港是国际大港，随着国际 航运中心的建设，每年进出的大型船舶为5 万余艘次。上海港同时也是中国经济最发 达地区长三角地区的中心城市，经济辐射江、浙、沪( 内河地区) 、皖，以及全 国内地。作为一个中转枢纽，上海港每年要接纳近3 0 万艘次的中、小型船舶，通过水 路连接四川、江西等内地城市，以及大连、福建、广东等沿海城市。由于经济发展的 不平衡，不同等级、不同速度、不同类型的船舶同时航行在一个狭窄的航道。如此高 密度的船舶流量导致了水上交通安全形势日益严峻，船舶事故频发，加剧了上海港水 域污染的风险程度。 第二、由于港口布局不合理导致污染与敏感交错。由于历史的原因，上海港的港 口布局缺乏必要的环保意识，以致在高桥和吴泾地区形成了化工、能源和仓储企业的 集中区域，黄浦江上游水域已成为化工产品的装卸点和石油类货物的中转点，造成每 天有较大数量的油船和化学品船必须航经黄浦江核心水域进入上游准水源保护区。其 中吴泾化工区就坐落在黄浦江准水源保护区。与此同时，由于敏感区和非敏感区的交 错，导致在实际操作中很难采取有效的预防性措施。 第三、狭水道与现有技术。 上海海域的港区主要是狭水道。在众多的研究文 献中，主要是针对海域环境的，而很少有针对狭水道特点开展的研究。在实际操作中， 往往将原本适用于海上防、抗油污的技术和设备直接运用在狭水道油污的防、抗，其 效果并不十分理想。例如围油栏的水流湍急的狭水道中，其作用是十分有限的。 3 1 概述 第三章上海港溢油危害的评估 尽管随着科学技术的进步和管理水平的提高，诱发船舶溢油事故的因素已经得到 明显的控制，但是溢油事故仍在不断地发生。这些事故会对沿岸人们的生活以及那些 受益于海洋资源的人们产生严重影响。大多数情况下，这种损害主要是由于油的讨厌 的和有害的物理性质所决定，并且损害是l i 每时的。但是有时会需要很多年来采取清除 措旋，并且在极少数情况下，损害是无法复原的。对于海洋生物的影响是一种复合结 果，这取决于油类中含有的化学成分的毒性和污染性，以及生态系统的多样性和对于 油污的敏感性。不过，如果措施采取的得当和及时，对环境的损害还是会降低到最小 的。 船舶污染防治技术状况是确定船舶污染防治工程的主要依据。对技术状况评判的 准确与否直接影响船舶污染防治计划的合理性和科学性。影响防治船舶污染技术的因 素很多，对其评判通常仅限于定性描述，其评判的结果模糊不清，不利于分析比较。 因此，有必要通过一定的船舶污染定量防治技术，使防治船舶污染技术的结果更加量 值化、明确化。 3 2 上海港船舶溢油扩散的预测模型 2 5 】 由于水面潮涨潮落、流速不稳定、风向复杂多变等一系列不确定因素的存在，使 得突发性污染事故在技术处理上十分困难。但是，随着数字流域技术、突发性船舶污 染事故应急措施辅助决策系统的研究和发展，为处理这种突发性事故提供了先进的技 术支持。一旦出现局部污染或局部地区部分监测项目达到系统内定的警戒标准，马上 调用系统内部预测模型进行污染影响预测，根据影响预测结果，如果可能有污染事故 发生，继续动用系统优化模型进行应急措施方案优选决策。 上海港的水域主要有三种类型：狭长的河道水域、河海交汇水域和海域，河道水 域包括黄浦江、长江干流水域，河海交汇水域系指长江口水域，海域主要是长江口以 外的邻近海域和杭州湾。本文的研究重点是狭水道的船舶溢油扩散预测模型。 3 2 1 突发性船舶污染事故技术量化模型 由于水面潮涨潮落、流速不稳定、风向复杂多变等一系列不确定因素的存在，使 得突发性污染事故在技术处理上十分困难。但是，随着数字流域技术、突发性船舶污 染事故应急措施辅助决策系统的研究和发展，为处理这种突发性事故提供了先进的技 术支持。一旦出现局部污染或局部地区部分监测项目达到系统内定的警戒标准，马上 调用系统内部预测模型进行污染影响预测，根据影响预测结果，如果可能有污染事故 发生，继续动用系统优化模型进行应急措施方案优选决策。为了使系统达到上述的动 态适时性，突发性污染事故模拟模型必须具备以下的特点： 4 ( 1 ) 必须具有较快的收敛速度，才能在污染事故发生后迅速做出预测。 ( 2 ) 必须具有很好的稳定性，能够在各种地理条件、水文条件下计算出合理的解。 ( 3 ) 操作过程必须简单可行，在污染事故发生后必须能够经简单操作后，迅速获得 满足一定精度要求的数值解，以及多种应急措施优先方案的效果模拟预测结论，为应 急措施方案的优选提供科学、可行的依据。根据这些需求特点，华中理工大学郑文波 博士提出了一种河流中突发污染事故的模拟模型。其基本思想是污染物因浓度差异不 断随水流向低浓度方向扩散，当达到稳定状态时，即污染带内由污染源补充的污染物 在数量上基本与扩散到污染带外低浓度区的污染物相平衡，污染物不再扩大。 3 2 2 模拟模型原型 假设u 、v 分别是x 、y 轴方向的垂向平均流速，t 为污染源扩散到一定范围所需 的时间，h 为基准水面( 我国的基准水面以黄海为标准) 到水面的垂直距离，h 为基 准水面到河底垂直距离，占是油污的扩散系数，巳、q 分别是x 、y 轴方向污水扩散 系数，c 是污染物浓度，d x 、d 。是污染物紊动扩散系数，s 是污染物的源项，r 是污 染物在扩散过程中其浓度的变化量，g 是重力加速度，s 。是污染源负荷，正，厂v 为底 部摩擦阻力，c ，是经验摩擦系数。污染物的扩散方程为： 竺+ 竺竺+ 8 v h ：0 西8 x 却 一8 u h + 一o u u h 一扎塑 + 一i g u v h 一旦一塑1 ：一8 t + t 一讣百j + 百一面l 占百j _ 拿8uh喾8uu h 警8 v h 攀8 vv h 阱8 v h 仔- ， af 1 af 1 百+ t 一瓦【占百j + 百一面【占百j _ 一乃一日官万8 h + 丢( 讲考 + 昙( 埘考 害+ “塞+ v 砉= 破警+ b 等+ s + r 底部两个方向的摩擦阻力如下： x = o c 霜i f ，= o c _ v 霜i 式中c ，= n 2 9 3 狐r ，”= n 。+ n = n 。+ 鲁。n 是曼宁系数，户是水的密度，n 。 是河底粗糙率。一般为0 0 3 2 ，n 是改进的河底粗糙率，k = 0 0 2 ，h 为受污染的水域面 积。， 通过归纳，公式( 3 - 1 ) 可以表示成( 3 2 ) ： 堂+ 堂：。浯：， 删。 吖一 ， 一0 、 玉 咖 式中西为油污的空间分布函数。 r = p 。( 1 一f ) 嘞 3 2 3 模拟模型在应用中的修正 这个模型是把油污看成一个严格的长方体，但在实际生活当中并不存在这样严格 的长方体，而是极不规则的形状，所以这个模型需要改进。根据美国水利专家包曼的 方法可以把上述方程转换为一般曲线坐标系( f ，叩) ，通过模型转换，公式( 3 2 ) 可以 改写为： l 型! + 旦燮i - la f a 叩 j 南c 等咄，+ 南c 等慨卜专c 等触) + 南c 等触m 蹈书 ( 3 3 ) 令： ，& 埘砌2 - 毒c ；磁，+ 南c ；脱， + ，跗砌 。叫， 则式( 3 - 4 ) 可以写成： 曼学一专c 等哦， + 旦警一南c 了c h 鸩) = ，艘c f 劫c 。埘 其中n 是x 转化为的系数，b 是y 转化为n 的系数，j 是雅克比式。 3 2 4 模拟模型的数值运算方法 上述经过离散转换后的公式可以运用s i m p l e c 的方法进行运算。为了达到快速收 敛，快速运算的效果，操作过程采用差分方法进行数值求解，最后得到如下一组迭代 公式： g ) ，= g ) ；+ r l x g ) j ( 3 6 ) “，= “；+ p “h ；+ c “ ；) v ，= v ，s t + p ”h ；+ c 。) u p = u ；+ b h _ 0 = 巧+ b k 式中r l x 为欠松弛因子。 具体的运算过程如下： ( 1 ) 从初始条件出发，获得初始的污染物浓度值0 ：) ： ( 3 - 7 ) ( 3 - 8 ) ( 3 - 9 ) ( 3 1 0 ) ( 2 ) 初始污染物浓度计算得出预测速度u 。和v 。； ( 3 )由污染物浓度修正项解出污染物浓度修正值； ( 4 ) 计算出经修正的污染物浓度； ( 5 )由速度修正项计算出经修正的速度值u 、v ； ( 6 ) 考虑边界因素的影响； ( 7 ) 将经修正的污染物浓度值作为新的初始浓度值再回到( 2 ) 重新进行计算。 整个计算过程可以通过计算机运算完成。 3 2 5 突发性船舶污染事故技术量化模型在上海港的应用 郑文波博士的模型在防治上海港突发性船舶污染时具有很大的实用价值。以8 月1 5 日“长阳轮”为例： 假设当时水的平均流速为1 8 m s ，离岸边有一处c o o ( 水体受油污染的强度) 为 4 0 9 s 的污染源。 计算过程中取厶= 1 0 01 5 0 米，a y = 1 0 0 1 5 0 米，时间间隔t = 6 0 秒进行迭代计 算，1 分钟后被污染为三类水域的污染带达到2 4 0 0 米左右，2 分钟后污染带达到4 1 0 0 米左右，3 分钟后污染带达到7 5 0 0 米左右，2 5 分钟后污染带达到9 7 0 0 米左右， 此后污染范围逐渐稳定，即污染带内由污染源补充的污染物在数量上基本上与扩散到 污染带外低浓度区域的污染物持平，使得污染带不再扩大。经过不断的迭代计算，大 约经过4 个小时后，整个计算过程基本稳定，也就是说当经过4 个小时后污染带不再 继续增大。计算模拟情况见图3 一l 图3 4 。 图3 - 1 污染事故发 生时油污浓度图 图3 2 污染事故发生 2 分钟的油污浓度图 图3 - 3 污染事故发生 6 分钟时油污浓度图 图3 4 污染事故发生 1 8 分钟时油污浓度图 根据这个计算结果我们可以马上采取行动，迅速赶到出事地点控制事态的进一步 发展，这将会大大减少过去对突发性污染事故的不可预测性和盲目性。 3 3 上海港船舶溢油危害评估模型 4 2 4 1 2 6 】 2 7 船舶溢油污染影响面广，造成的危害涉及多