（交通运输规划与管理专业论文）外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究.pdf

摘要 y ) 0 0 8 0 7 2 随着工农业生产和消费活动的迅速发展，环境质量受到越来越严重的威胁。环境 保护问题已成为当今世界上面临的重大问题之一。港口作为海运和陆运的交接点，港 口在发展壮大、为城市经济发展发挥巨大推动作用的同时，也为周边水域、城市环境 带来一定的负面影响。特别是船舶作为港口的流动污染源，其排放的污染物对港1 3 的 水域、大气环境质量影响非常大，甚至会影响到港口可持续发展。因此如何控制船舶 对港口的污染目前己成为人们关注的重点。 外部性理论应用于环境管理非常广泛，尤其是负外部性内部化方面的研究对环境 污染的经济管理起到了指导性作用。因此有必要将外部性理论应用于港口的船舶污染 控制领域，通过经济手段来激励船舶改善船舶污染状况，以提高港口的环境质量。 本文将外部性理论拓展到港1 3 船舶运营的污染控制，重点对船舶营运引起的常规 污染进行分析，根据船舶污染的特点制定具有针对性的污染控制策略，通过叠济手段 来减少污染这种负外部性。本文将船舶在港口进行生产经营活动时产生的外部不经济 为研究对象，分析船舶营运所引起的环境污染的外部性具体类型及危害，然后针对这 些外部成本提出相应的控制策略，希望能为相关部门制定控制港口污染策略时提供一 定的理论参考。 文章首先分析港口的各种污染方式，重点分析了船舶在港的各种污染形式，并点 出各种污染对港口产生的不良影响；然后引入外部性理论，阐述了负外部性导致市场 效率的损失及内部化方法：针对目前环境污染控制的方法，本文分析了政府参与港口 环境污染的经济管制的理由，通过比较提出采用排污收费制度来控制船舶在港产生的 常规污染。文章核心部分构建港口一船舶系统收益模型，通过举例分析来证明排污收 费制度的合理性：即外部成本内部化不仅可以减少船舶对港口的污染，而且激励船舶 采取措施控制污染物的排放，也有利于船舶收益的最大化。文章最后通过分析船舶排 污收费的可行性与必要性，提出我国港口相关部门应该采取船舶在港排污收费与港口 环境标准相结合的办法来控制船舶对港口的污染，并给出了一种比较简单的方法来计 算单船庇古税。港口相关部门可以通过对港口水域污染程度的监测、港口挂靠船舶量 等数据的统计，求解模型来得出征收排污税的具体金额。 关键词：船舶污染，外部成本内部化，排污收费制度，最优化控制 a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to ft h ea c t i v i t i e so fi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r e ，t h eg l o b e e n v i r o n m e n tq u a i l t yi su n d e rm o r ea n dm o r et h r e a t ，s ot h ee n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n h a sb e e nab i gs o c i a lp r o b l e m a st h el i n ko fs e at r a n s p o r ta n dl a n dt r a n s p o r t ，p o r t s l e a dt oac e r t a i ne x t e n to fb a de f f e c tf o rt h e i rw a t e ra r e aa n du r b a ne n v i r o n m e n t i ns p e c i a l ，a so n eo ft h em a i na m b u l a t o r yp o l l u t i o ns o u r c e s ，s h i p sh a v eag r e a t i n f l u e n c eo np o r tw a t e ra r e aa n da i re n v i r o n m e n t ，e v e np o r t ss u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t t h e t h e o r yo fe x t e r n a l i z a t i o nh a saw i d ea p p l i c a t i o no nt h e f i e l do fe n v i r o n m e n t m a n a g e m e n t ；e s p e c i a l l yt h er e s e a r c ho ni n t e r n a l i z a t i o no fe x t e r n a lc o s tb e c o m e s a g u i d e l i n eo fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nc o n t r 0 1 s oi ti se s s e n t i a lt h a tu s et h et h e o r yt o c o n t r o lp o r tp o l l u t i o na n di m p r o v ep o r te n v i r o n m e n tq u a i l t yt h r o u g he c o n o m i c m e a s u r e s t h i sa r t i c l ee x t e n dt h et h e o r yo fe x t e r n a l i z a t i o nt or o u t i n ep o l l u t i o nc o n t r o lo f s h i p so p e r a t i o ni np o r t s ，a n a l y s e sp o r tp o l l u t i o na r o s eb ys h i p so p e r a t i o n ，m a k e s p o l i c i e so fp o l l u t i o nc o n t r o lw h i c ha i m sa tt h ec h a r a c t e r i s t i co fs h i p sp o l l u t i o n w i t h t h es t u d yo fe x t e r n a ld i s e c o n o m yc o n d u c e db ys h i p so p e r a t i o ni np o r t ，t h ea r t i c l e a n a l y s e st h ee x t e r n a l i z a t i o nt y p ea n dh a r mo fs h i p sp o l l u t i o n f i n a l l yp u tf o r w a r d c o r r e s p o n d i n gc o n t r o lm e a s u r e ，h o p et op r o v i d ea c a d e m i cr e f e r e n c ef o rr e l e v a n t p a r t i e st oc o n t r o lp o l l u t i o n t h em a i nw o r ko ft h ea r t i c l ei st h ef o l l o w i n g ：1 ) a n a l y z es o m ek i n d so fs h i p s p o l l u t i o n i n p o r t s a n d p o i n t s o u t t h eb l i g h t s ，t h e ni n t r o d u c et h e t h e o r y o f e x t e r n a l i z a t i o na n de x p a t i a t es h i p sp o l l u t i o nl e a dt ol o s so fm a r k e te f f i c i e n c y ；2 ) p r o v i d et h ep o l i c yo fp o l l u t i o nc h a r g e st oc o n t r o ls h i p sr o u t i n ep o l l u t i o ni nc o n d i t i o n o fg o v e r n m e n ti n t e r m e d d l ei n t ot h ep o r tp o l l u t i o nc o n t r o l ；3 ) b u i l dt h em o d e lo f p o r t s h i ps y s t e mi n c o m ea n di l l u s t r a t et op r o v et h er e a s o n a b i l i t yo fp o l l u t i o n c h a r g e sf o rw i n w i ns t r a t e g y ；4 ) d i s c u s st h ef e a s i b i l i t ya n dn e c e s s i t yo fs h i p s p o l l u t i o nc h a r g e s ，a n da d v a n c et h ec o m b i n a t i o np o l i c yo fp o l l u t i o nc h a r g e sp o l i c y a n dp o r te n v i r o n m e n tc r i t e r i o nf o rc o n t r o lp o l l u t i o no fd o m e s t i cp o r t s ，t h e np u t f o r w a r das i m p l em o d e lt oc a l c u l a t ep o l l u t i o nc h a r g ep e rs h i pb a s e do ns h i pt y p e ， t o n n a g e ，e t c u n d e rt h ec o n d i t i o no fi n s p e c t i o no ft h ee x t e n to fp o r tw a t e rp o l l u t i o n a n ds t a t i s t i c sd a t as u c ha ss h i p sq u a n t i t y , p o r ta u t h o r i t yc a nf i n dh o wm u c he v e r y s h i ps h o u l dp a y f o rh e rp o l l u t i o ni np o r t k e y w o r d s ：s h i pp o l l u t i o n ， i n t e r n a l i z a t i o no fe x t e r n a lc o s t ， p o l l u t i o nc h a r g e s ，0 p t i m a lc o n t r o l d a n gw e n t a o ( t r a n s p o r t & c o m m u n i c a t i o np l a n n i n g & m a n a g e m e n t ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rw a n gx u e f e n g 论文独创性声明 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。论文中除了特别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已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 作者签字：垒盏日期：鲨! ：2 ：! 兰 论文使用授权性声明 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，允许论文被查阅或借阅；学校上 网公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其他复 制手段保留论文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签字：趣纽导师签字：日期：挫：2 ：型 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 1 1 问题的提出 第1 章绪论 自然环境是人类赖以生存的基本条件。随着迅速发展的工农业生产和消费活动， 环境质量受到越来越严重的威胁。环境保护问题已成为当今世界上面临的重大问题之 一。 港口作为海运和水运的交接点，船舶的挂靠以及货物集疏运运输工具的使用对港 口环境产生大量的污染物。港口在发展壮大、为城市经济发展发挥作用的同时，也为 周边水域、城市环境带来一定的负面影响。虽然港口不是直接生产和加工产品的场所， 但是大量、多类物资通过车、船的运送在此集散。有的物资本身就带有一定的污染源， 如煤、矿石的粉尘，石油及某些产品等。同时，各类装卸运输机在运转过程中会散发 出一些损害大气、水质的物质，这些都会造成不同程度的污染。 特别的，船舶作为港口的流动污染源，船舶排污因污染物直接进入水体，对水资 源造成直接影响。按船舶污染的性质划分，主要分两大类： 一是由日常营运造成的常规性污染，主要有水质污染、大气污染、噪音污染。水 质污染主要包括船舶生活污水、固体废弃物和垃圾、舱底水和压载水中的油污等。 二是由于突发事故如船舶碰撞导致的溢油事件或有毒物品造成的污染。 本文主要研究船舶进港常规性污染问题的水质污染问题，以长江为例，常年在长 江沿岸港口挂靠的船舶达11 万余艘，绝大部分船只未安装油水分离装置和生活污水 处理装置，每年数百万吨含油污水，近亿吨生活污水和7 5 亿吨生活垃圾排入长江沿 线港口水域，构成了不容忽视的流域污染，而且至今有关部门对船舶垃圾、粪便污水、 船舶含油废水等污染的排放缺乏有效控制手段，诸多进港船舶的常规性污染如果不加 以控制，不但有损于港口生产、工作人员的身心健康，而且会破坏河、海自然生态平 衡和影响城市环境，甚至会影响到港口可持续发展。 1 1 1 实例分析船舶常规污染的严重现状 以国内x 港为例，从图卜l 可知，从2 0 0 0 年开始，随着经济的发展，进出港的船舶 数量稳定增长，2 0 0 0 年是1 5 5 万艘次，2 0 0 4 年是2 4 8 万艘次，平均每年增长率为1 5 。 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 随着进港船舶数不断增加，产生的船舶污染量将会进一步增加，因此必须进一步加 强对船舶常规污染物的控制和管理工作。 图卜12 0 0 0 年2 0 0 4 年x 港进出港船舶变化图 ，、3 0 2 0 0 0 2 0 0 4 年x 港进出港船舶变化图 螽2 5 一p s2 0 k ，7 ， 整1 5 藿1 0 彗5 划“ iii u 2 0 0 02 0 0 l2 0 0 22 0 0 32 0 0 4 年份 表卜l1 9 9 5 年2 0 0 4 年船舶污染物接收情况表 度年被接收废弃物的船数( 艘其中无法收费的船数( 艘次)其中无法收费船 次)数的比例( ) 1 9 9 51 6 0 25 2 3 2 1 9 9 62 8 7 02 9 0 1 0 1 1 9 9 74 3 8 05 7 11 3 0 1 9 9 82 6 4 54 4 31 2 2 1 9 9 93 4 4 91 0 9 13 1 6 2 0 0 03 1 2 37 7 0 2 4 7 2 0 0 12 8 5 65 8 8 2 0 6 2 0 0 2 2 9 8 91 5 95 3 2 0 0 34 4 4 66 3 1 1 4 2 2 0 0 44 6 9 11 5 6 0 3 3 3 数据来源：x 港海事局统计 2 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 x 港利用世界银行提供的贷款及自筹部分资金在港区建成了一座处理能力为 3 0 0 0 吨日的生活污水处理场、一座处理能力为5 0 0 吨，日的含油污水处理场及一座处 理能力为3 0 0 多公斤川、时的船舶垃圾处理场。x 港接收的船舶常规污染物主要包括 船舶垃圾及船舶污水两部分。 如表1 1 ，x 港船舶污染物接收现状： ( 1 ) 有些航线的船舶，难以实行船舶垃圾接收管理工作。内港水域停泊的都是 5 0 0 0 吨以下的中、小型船舶，甚至拒绝管理部门接收垃圾，这种现象越来越严重。 ( 2 ) 即使是有些船舶同意给予接收生活垃圾，但拒绝签单，无法收费。有的本 地船船长签了单，船务公司却拒绝付款：有的船长签了单，但由于没有船舶代理，无 法收费。 ( 3 ) 有的船舶不愿意按该市物价局核定的收费标准交费，只是敷衍象征性交费。 ( 4 ) 货船清舱业务管理比较混乱，船方往往不给i | 三规的清舱公司统一清舱，而 让没有资质的个体公司进行，造成船舶垃圾接收管理工作的混乱。 以2 0 0 4 年为例，进出x 港船舶达2 4 8 万艘次，但只接收到4 6 9 1 艘次的船舶生 活垃圾，年接收率仅为1 9 ；说明绝大部分船舶垃圾都被倒入港区附近水域，严重 污染了附近水域的环境。而且即使是收了垃圾，也难以收到垃圾接收和污染治理费r 见 表卜1 ) 。从图卜2 可知无法收费的船舶数量很大，2 0 0 4 年达到3 3 3 ，情况还将越来 越严重。 通过上述数据分析，可以看出，我国对船舶在港常规污染中的管理还不是非常规 范，仍需要有关管理部门加强管理力度，对船舶营运引起的港口常规环境污染进行分 析，根据船舶污染的特点制定具有针对性的污染控制策略，进而减少船舶常规污染对 港区环境的恶化。 1 1 2 引入外部性理论应用于本文 外部性理论从产生到现在已经逐渐成熟，并已广泛应用于经济领域。外部性理论 应用于环境管理非常广泛，尤其是负外部性内部化方面的研究对环境污染的控制管理 起到了指导性作用。将外部性成本内部化，有利于有关方面合理安排生产活动，提高 组织管理效率，减少不必要的活动和对环境的污染；有利于各类生产方式的竞争，以 发挥生产外部成本较小的优势而充分发展，也有利于促使政府、行政机关和企业制定 一系列的相关政策，改善产业结构，维持社会经济的可持续发展。 3 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 而对于港口经营来说，保持港口的可持续发展必须控制港口经营活动产生的污染 物，而最关键要素之一就是如果控制、减少船舶在港常规性污染。因此对于船舶在港 造成的负外部性，使用什么方法将这种外部成本量化、如何将这种外部成本内部化， 这类研究对于减少进港船舶常规性污染，进而保持港口的可持续发展具有很高的积极 意义。 1 2 前人研究成果分析 我国水路运输运营产生的外部成本相对来说比较大，诸如港口水质污染、港口拥 挤等外部成本相对显著。国内外有不少学者先后将外部性理论应用于交通运输领域， 提出策略来控制交通运输领域的污染，如下： 朱中彬的博士论文首先对外部性理论进行研究，并运用外部性理论研究运输外部 性、运输政策及运输制度变迁问题，其对外部性的研究突出地表现在运用外部性理论 研究运输经济问题，可以说是国内较早对运输外部性问题进行系统研究的著作。3 。 张新宇在交通运输外部成本评估及内部化一文中综合分析了交通运输外部成 本的影响和评价结果，指出外部成本评价在对运输外部影响进行货币化估值方面所作 出的贡献，并对外部成本内部化效果进行了经济分析，给出了实施外部成本内部化的 策略。3 。 叶维在论水路运输外部性内部化及相关国家政策的制定一文中对水路运输外 部性及内部化的问题进行了研究。应用外部性原理分析了水路运输外部性问题，并阐 述了内部化的必要性和原理，并提出了一些相关政策意见。1 。 刘延平在其硕士论文中比较系统的解释了外部性，对外部性内部化理论方法进行 了比较分析，将该理论应用于交通运输中，对交通运输环境问题、公共物品问题、网 络外部性问题进行了阐述，并提出了若干政策建议“1 。 袁群发表了多篇文章阐述长江船舶污染研究，主要是侧重于长江船舶事故污染分 析。对于长江船舶污染提出了内部化的定量研究，并且提出了长江流域航运环境税的 设计和管理，为实现航运与长江环境可持续发展提出相关的意见。 虽然近几年交通运输业的环境污染问题被广泛关注，但是多数针对于公路运输， 而侧重船舶污染问题的研究的也主要是针对船舶事故污染研究，因此近些年来对进港 船舶常规污染的理论研究不多，实践中对此也缺乏科学的管理。国内关于运输外部性 的研究多集中于公路运输的外部性，因此建立的模型和制定的政策不能很好的适合水 4 竺整丝些笙垄丝型苎鲞塑塑堂塑翌鲞主氅堡旦堕壅 运外部性问题，尤其是不能很好的适合进港船舶营运引起的常规污染外部性问题。 一、我国对运输外部性问题的研究处于起步阶段。 同欧美等发达国家相比，我国学者对于外部性问题的研究可以说仅仅处于起步阶 段。主要原因在于：第一，对于运输外部性的认识还主要停留在概念层次上，缺乏从 经济学角度的理解和分析，理论分析还不够：第二，对运输外部性缺乏系统的定量分 析，国内很少存在系统研究整个交通运输系统或某一种运输方式产生的外部性大小； 第三，运输外部性对运输政策的影响，或者说对基于外部性的运输政策还缺乏系统的 论述：第四，在我国制订和实施有关运输政策的可行性研究还不够。 二、水路运输外部性缺乏足够的重视 国内外学者对运输外部性问题的研究主要侧重于公路交通，主要原因是公路交通 的外部性、尤其是公路的外部不经济问题非常突出。大量的专著、文章从定性分析到 定量分析、论述了公路外部不经济，如交通拥挤、噪音污染、空气污染、交通事故等 方面的外部成本，并且也提出了外部性内部化的方法、策略。而在水路运输外部性问 题上的研究却比较少。但水路运输的外部性对于国民经济发展也起到重要的作用，水 路运输的可持续发展也是社会可持续发展的重要组成部分，因此有必要对该领域进行 研究，并得出有利于此行业健康发展的策略。 我国水路运输运营产生的外部成本相对来说比较大，诸如船舶在港水质污染、港 口拥挤等外部成本相对显著。但现实情况是，理论上对此研究不多，实践中对此也缺 乏科学的管理。国内外关于运输外部性的研究多集中于公路运输的外部性，因此建立 的模型和制定的政策不能适合我国水运外部性问题。 1 3 本文研究思路及内容 根据以上情况，应该针对我国目前船舶在港常规污染现状进行研究，有必要对我 国该污染的外部成本进行定量研究。本文第二章将对船舶在港常规污染的具体形式进 行了分析，可以看出船舶常规污染对港口生态造成了巨大的损失。但是现今船舶对港 口常规污染的定量研究甚少，相关的法律也不够完善，因此本文着重研究船舶营运引 起的在港常规污染，建立一个适合于我国港口发展的模型，通过理论与实践的结合而 推导出更科学的发展策略，以有利于策略的最优化和顺利执行。 基于以上看法，本文将外部性理论拓展到在港船舶运营引起的常规污染控制中， 重点对船舶营运引起的港口环境污染进行分析，根据船舶污染的特点制定具有针对性 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 的污染控制策略，通过经济手段来减少污染这种负外部性。本文将船舶在港e l 进行生 产经营活动时产生的外部不经济为研究对象，分别从定性和定量两个方面分析排污收 费制度的合理性，指出了排污收费可以实现港口和船舶系统双赢的最优结果；然后分 析我国港1 ；3 实行排污收费制度的可行性与必要性，并给出了一种简单的方法来计算单 船庇古税，希望能为相关部门制定控制船舶在港常规污染策略时提供定的理论参 考。 本文第一章是绪论部分，提出问题和本文的研究方向：第二章阐述船舶在港v i 生 产经营活动产生的常规污染源，详细介绍了在港船舶运营产生的常规污染种类及产生 的恶劣影响；第三章简单介绍外部性理论的提出和演进，分析负外部性对市场效率的 影响，并对前人在外部性理论、交通运输的外部性的研究成果进行一定的总结；第四 章首先定量分析政府干预控制船舶对港口的污染的理由，并定性研究排污收费制度的 优点；第五章以港口一船舶系统为研究对象，以排污收费作为手段建立模型来优化系 统收益，并举例说明排污收费制度确实可以达到港口、船舶双赢的最优结果；第六章 分析了我国港口实行排污收费制度的可行性与必要性，并根据负外部成本内部化理论 来建立单船收费的模型，从而为港i m l 相关部门制定排污收费制度、确定收费费率提供 理论依据。( 本文以下将“船舶常规污染”称为“船舶污染”) 6 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 第2 章在港船舶常规污染源及其特征分析 港口作为海运和水运的交接点，船舶的挂靠以及货物集疏运运输工具的使用对港 1 ：3 环境产生大量的污染物。港口在发展壮大、为城市经济发展发挥作用的同时，也为 周边水域、城市环境带来一定的负面影响。 港口虽然不是直接生产和a n t 产品的场所，但是港口有大量、多类物资通过车、 船的运送在此集散。有的物资本身就带有一定的污染源，如煤、矿石的粉尘，石油及 某些产品等。同时，各类装卸运输机在运转过程中会散发出些损害大气、水质的物 质，这些都会造成不同程度的污染。 特别的，船舶是港口的流动污染源，同时也是港口污染的主要污染源之一。船舶 排污因污染物直接进入水体，对水资源造成直接影响，甚至会影响到港口可持续发展。 因此下文主要介绍在港船舶污染的具体形式及其影响。 2 1 在港船舶常规污染的具体形式及影响分析 船舶污染源是环境污染的一部分，随着航运业的发展，它在整个污染体系中占据 了相当的比重。在上海，据g e s a m p ( g r o u po fe x p e r t so nt h es c i e n t i f i ca s p e c t so f m a r i n ep o l l u t i o n ) 1 9 9 5 年的统计，海上运输造成的污染在整个海洋污染中占到了1 2 左右。在中国内河，船舶污染的形势也十分严峻，如在中国第一大河长江，据统计船舶 年产生污油约6 0k t ，年产生船舶垃圾达1 8 0k t ，年排生活污水相当于一个中等城市。 在大气污染方面，据测算全球船用柴油机排放氮氧化物约1 0 0 0 0 k t ，排放硫氧化物约 8 5 0 0 k t ，船舶柴油机的排放已成为影响全球空气质量和环境的重要因素之一。另外， 船舶载运的大量油、有毒有害货物等也可能对水域环境造成灾难性的影响。 船舶在港营运引起的污染主要有水环境污染、大气污染和噪声污染三方面，下文 主要介绍船舶在港的水环境常规污染和大气污染。 2 1 1 船舶在港水环境污染物及影响 一、船舶在港水环境污染物 1 舱底水 船舶的机舱部分舱底水也称为机舱水，需定期排放。舱底水是机舱内各闸阀和管 7 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 路中漏出的水与机器在运转时漏出的润滑油、主辅机燃料油、加油时的溢出油、机械 及机舱板洗刷时产生的油污水等的混合物。舱底水的成分十分复杂，既含有船舶所使 用的各种油类、大量固体悬浮物、漆皮、铁锈等杂质，还含有作为添加剂加入到燃料 油和润滑油的表面活性物质和机舱清洗时使用的清洗剂。这些物质促使舱底水中相当 多的油分以乳化油的形态存在，增加了舱底油污水的处理难度。 舱底水的产生量与许多因素有关，如：船舶吨位、主机马力、动力装置的类型、 管系安装的工艺水平、艉轴的密封型式、航行和停泊的状态、船舶新旧程度以及船员 的管理) 水平等。一般一艘船的舱底水产生量每年平均为该船总吨位的1 0 左右。水 中含油量差别较大，大约在2 0 0 0 2 0 0 0 0 m g l 之问。 舱底含油污水是所有船舶在正常航行时均会产生的，也是船舶造成海洋和内河油 污染的主要污染源。我国广州港，1 9 9 9 年仅机舱水含油量一项的排放量就约为 7 8 1 2 3 t ，航行于长江内河的船舶每年因舱底水产生污油约6 0 0 0 0 t 。1 而目前我国内河此类污染更是严重，由于有相当比例的挂浆机船，此类船舶因没 有有效的围闭舱室，船舶动力直接裸露在船尾的甲板上，单缸柴油机和简易挂浆工作 过程中泄漏的燃油和润滑油将直接进入内河水域，造成水域油污染。据有关资料，1 9 9 8 年航行于江苏省内河的挂浆机船每年因此项进入内河的油量达2 5 9 2 t ，相当于多次重 大污染事故的油污染量。 2 舱底残油 船舶所用燃料油及润滑油在使用之前要进行处理，使油渣之类杂物分离出来，这 种分离出来的废油及油渣称为残油。残油是一种液体和固体颗粒的混合物，其成分十 分复杂，既含有各种类型的船用燃料油、润滑油、机器工作油等油类，还含有大量的 水分及有机、无机的固体杂质。 残油的量取决于船舶所用各种油的质量，2 0 世纪7 0 年代油渣约占燃油量的0 4 o 5 ，到8 0 年代高达1 3 。假设一条每昼夜耗油量为2 0 t 的货船，油渣 含量按2 计，则残油就有4 0 0 k g 。由此可以看出，每年从船舶排放出的残油数量是 相当可观的。 目前，这些残油一小部分由船上的焚化炉烧掉，大部分存放在油渣舱内，靠泊时 排放至港口的接受设备。因此，船舶舱底残油也对港口造成了一定程度的污染。 3 船舶生活污水污染物 船舶生活污水主要是船员和旅客在生活或旅途中产生的排放物，一般包括：厕所 排出孔的排放物及其他废弃物；医务室( 药房、病房等) 的排放物：盥洗室排出孔的 排泄物；装有活的动物处的排泄物；或有以上排出物的其他废水。 8 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 生活污水中含有大量的有机污染源、矿物污染源和细菌污染源。一般生化需量氧 ( b o d 5 ) 为4 0 0 1 0 0 0 m g l ，悬浮物为5 0 0 1 2 0 0 m g l ，含大肠菌群数百万个l 。 船员生活污水的排放量约为1 5 0 l 人d 。就每艘船的污水发生量来看似乎并不 太多，但由于现代航运事业发达，各类船舶数量众多，其总污染量是相当可观的。以 长江为例，每年运送旅客3 0 0 0 万人次，常年航行的船舶有l l 万艘，按平均每艘船常 年生活人数为5 人计算，则常年在长江船舶上生活的人数达5 5 万人，其产生的生活 污水量与一个中等城市相当。 4 船舶垃圾污染物 船舶垃圾的种类 船舶垃圾系指船舶在日常的营运期间产生的、各种食品的、日常用品的、工作用 品的废弃物。船舶垃圾按种类可以划分为如下 a 食品垃圾。包括米饭、菜肴、干点、饮料、糖果及废菜烂叶、果皮核等。 b 塑料制品垃圾。包括聚氯乙烯制品、合成纤维制品、玻璃钢制品。 c 。固体垃圾。包括纸、木制品、布类制品、玻璃制品、金属制品、陶瓷制品等。 船舶垃圾产生的途径 a 由于运输货物( 稻草席、胶合板、硬纸板、金属、钢材、纸张等) 而产生的散 落和捆系用品废物。 b 由于船舶维修和保养而产生的废料。如：油漆废料、铁锈、清洁用料；废弃 的包装材料( 木头、纸板、塑料、金属等) ；废弃的索具( 钢制的、植物纤维的、合成 纤维的及织物的) ；修理机械和设备的废弃物( 油烟、耐火砖、水垢、焦渣、废弃的零 件、纸板、金属板、金属条、切屑碎料、纸板屑、木屑、各种天然和合成材料等) 。 c 船员舱、客舱和工作室的日常卫生保健工作，产生的一些日常生活垃圾和各 种废物。 d 船员和旅客的给养所产生的储藏物品的废物( 包装箱、包装材料、吃过的食 品等) ，以及消费品处理( 主要是清洗) 产生的不能供食用的废物。 二、船舶在港水环境污染的影响 l 。油污染对水域生态环境的影响 船舶在港营运产生的各类含油污水直接排放在港口水域，造成的油污染，会给水 域生态环境带来严重的后果。这不仅是因为石油的各种成分都有一定的毒性，还因为 它具有破坏水域生物的正常生活环境，造成生物机能障碍的物理作用。诸如影响水生 生物的生境、使水生生物死亡、破坏水产养殖业等。 2 生活污水对水环境质量的影响 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 水体缺氧及其影响 生活污水中的碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物排入水体后，在微生 物的作用下最终被分解成简单的二氧化碳和水等无机物质。有机物在分解过程中需要 消耗水中大量的氧气，使水中溶解氧减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。 水体富营养化及其影响 生活污水给受纳水体造成的另一个问题就是富营养化。生活污水中含有氮、磷等 基本元素的简单分子及其营养物，排入水体后，水体中植物营养物质增多，使某些藻 类过度繁殖，将造成水中溶解氧的急剧变化。藻类的呼吸作用及死亡藻类的分解，在 一定时间内使水体严重缺氧，从而严重影响鱼类生存甚至死亡。 水中病原体及其影响 生活污水还常常含有各种病原体，如病毒、病菌、寄生虫等。受纳水体受到病原 体污染后，会传播疾病影响人们的身体健康。历史上流行的瘟疫，有的就是水媒型传 染病，如1 8 4 8 年和1 8 5 4 年英国两次霍乱流行，各死亡约万余人；1 8 9 2 年德国汉堡 霍乱流行，死亡7 5 0 0 余人，都是由水污染引起。由水体引起的传染病主要有病菌引 起的痢疾、伤寒、副伤寒、霍乱、副霍乱等；由病毒引起的疾病有小儿麻痹、传染性 肝炎等；其他病原体引起的疾病有姜片虫病、血吸虫病、阿米巴痢疾、钩端螺旋体病 等。 3 含化学品污水对环境的影响 进入港口水域的污染物有些是对生物有毒性危害的，其对生物或人体产生的毒性 危害一般可分为急性、亚急性、慢性和潜在性等几种。水体受化学有毒物质污染后， 人们通过饮水或食物链可能引起急性或慢性中毒，对人体健康产生危害。长期饮用含 有某些有致癌作用化学物质的水或食用体还可能诱发癌症“3 。 2 1 2 船舶在港大气污染物及其影响 一、船舶在港大气污染物 船舶大气污染物包括：易挥发有机化合物：船舶柴油机排放废气；冷藏船或船舶 制冷设备的氯氟碳；灭火设备的卤素化合物等。由于前两种的污染较严重，下文主要 介绍前两种污染。 1 易挥发有机化合物 易挥发有机化合物主要是液体散货在水路运输、港口装卸和储存过程中，从与空 气环境连通处逸散进入空气环境。经水路运输的液体散货有石油、化工品和液化气三 大类。其中石油的运量占整个液体散货的7 0 以上。据统计，截至1 9 9 6 年底，国内 1 0 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 各大油港的油类吞吐量突破了7 0 0 0 万t 。目前，液体化工品储运量和从国外进口的 高挥发性优质原油运输量也大幅提升，因此，液体散货运输中的大气污染问题已十分 严峻。 2 船舶柴油机排放废气 柴油机排放废气污染物可分为气态物质和颗粒物质两类。气态物质包括n 0 ，、s 0 ，、 c o 。和有机化合物( v o c s ) 等，其中n o 。、s o ；、c o 。是气态物质中的主要成分。颗粒物质 包括碳粒、烟尘等。 氮氧化物( n o 。) n o ；是空气中的氮气在柴油机燃烧室中与氧高温反应的产物。影响n o ，排放量的 因素很多，其中燃烧室内的最高燃烧温度和过量空气系数是主要的，按目前水平推算， 大型柴油机的n o i 排放量约为2 0 9 k w h 。 硫的氧化物( s q ) s o i 的排放量与燃油的含硫量成正比。燃油中的硫化物，如硫化氢和硫醇等，在 燃烧后产生二氧化硫和三氧化硫是造成酸雨的罪魁祸首。为了降低营运成本，柴油机 燃料的质量不高，含硫量多，排气中的s o 。也不断增多。目前，船用柴油机s o x 的排 放量平均在1 2 9 k w h 左右。 颗粒物 颗粒物( p m ) 排放主要由燃油不完全燃烧的碳烟、燃油，气缸油中的金属氧化物和 硫酸盐微粒组成。二冲程柴油机颗粒物排放量约在0 8 1 o k g k w h 之问。 随着国际贸易和船舶运输的发展，以石油产品为燃料的船舶柴油机的排放对大气 环境的污染越来越严重。英国l l o y d sr e g i s t e ro fs h i p p i n g 统计数据表明，1 9 9 4 年世界商船队船舶数量达到8 0 6 7 6 艘，全年消耗燃料油超过i 亿t ，每年约有1 0 0 0 万t 的n o x ，8 5 0 万t 的s o x 排入大气。在一些航运发达的国家如丹麦、挪威等国， 总的大气污染中，n o x 约1 7 4 9 来自于船舶。 可见，船舶柴油机的排放是影响全球空气质量和环境的主要因素之一。 二、船舶在港大气污染的影响 1 对大气环境的影响 大气中的污染物能改变大气的质量和气候状况。煤炭( 或矿石) 颗粒物在大气中散 射阳光，可使地面温度上升或降低；还可降低能见度：大气中细微颗粒物能作为凝结 核使云量和降水增加，使雾出现频率增加和持续时间延长。s 0 。和n o x 的化学转化生 成的硫酸和硝酸微粒是造成酸雨的主要原因。船舶大量使用的制冷剂氟里昂可消耗大 气中的臭氧量，使地球的臭氧层遭到破坏，从而产生温室效应，导致疾病传染，皮肤 l 】 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 癌等的发病率增加。 船舶发动机排放的硫氧化物中的二氧化硫，在大气中的浓度为几个p p m 以下时， s o 。氧化成s o 。的量足极小的，若s o ：的浓度为5 3 0 p p m 时，在强的阳光下每小时可进 行o 1 0 2 的光化学氧化形成硫酸雾。由这种光化学硫酸雾造成的大气污染最 典型的是英国伦敦的烟雾事件和日本的四日市哮喘事件。 2 对人体健康的危害 成年人每天约吸人1 0 2 0 m 3 空气，受污染的空气进人人体，可导致砰吸道、心血 管、神经系统等疾病或其他疾病。在不利于污染物扩散的气象条件下污染物短时间 内可在大气中集聚到很高浓度，许多人因而患病甚至死亡。更多的情况则是人群长期 受低浓度污染物的侵袭，体质下降或导致某些慢性疾病。 总之，船舶产生的这些释放物对港口环境造成污染，将会对港口经济发展产生很 大的负面影响。如果不加以控制，会对港口的可持续发展产生障碍。 2 2 在港船舶污染的特点 船舶污染属于流动点源污染，作为一种流动污染源，船舶污染既有与其他污染( 如 点源污染) 相类似的性质，更具有其独特性。该种污染具有分散性、隐蔽性、随机性、 不易监测、难以量化、经济的外部性等特征，使得对其研究和管制具有较大的难度， 在我国这方面得研究基本还处于空白阶段，甚至在发达国家，虽然对点源污染得调控 已比较成熟，但对流动点源污染控制的研究也相当有限。 2 2 1 船舶污染的经济学特点分析 前文已经分析，船舶污染具有外部性的经济特点。如上文所述外部性也即“当生 产或消费对其他人产生附带的成本或效益时，外部性或外部效应就发生了，就是说。 成本或效益被施加于他人身上，然而施加这种影响的人却没有为此付出代价或为此获 得报酬，从而使经济运行的结果不可能满足帕累托最优。” 船舶污染的外部性可以从下面的描述中得到更进一步的认识： 假设船舶运营者a 个人污染水平为x ，产生的污染损失为d ( 工) ，其净利润z r ， 则： f 8 = 刀- - c ( x ) - - d ( z ) 7 为不减少排污量时的利润水平；c ( 工) 为排污控制带来的成本，c ( 工) 与工 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 呈一定方向关系，也即x 越大，c j 将越小，而d ( 工) 也将越大。当排污水平为工， 边际排污控制成本为零。由于船舶污染具有的物理特性，在没有有效的调控机制情况 下，a 产生的d ( x ) 的增大，但本身并没有为此付出代价，但却导致社会总成本的增 加。 2 2 2 船舶污染的物理特点分析 1 分散性和隐蔽性 与点源污染的几种性相反，船舶污染具有分散性及隐蔽性的特点，它随运营地点 不同而具有空间异质性和时间上的不均匀性，排放污染物的分散性和隐蔽性导致其地 理边界和空间位置的不易识别。 2 。随机性和不确定性 船舶的污染，具有随机性和不确定性，因此区分进入污染系统中的随机变量和不 确定性对该种污染的研究是很重要的。 3 不易监测性 在某一水域，由于船舶流动源污染涉及多个污染者，在给定的区域内它们的排放 是相互交叉的，加之不同的地理、气象、水文条件对污染物的迁移转化影响很大，因 此很难具体监测到单个污染者的排放量。严格地讲，船舶污染并非不能具体识别和监 测，而是信息和管理成本过高。近年来，运用遥感( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 可 以对此类污染进行模型化描述和模拟，为其监控、预测和检验提供有力的数据支持。 2 2 3 船舶污染的社会性特点分析 船舶污染也具备一定的社会的特性，主要包括道德风险和逆向选择的问题。通过 对船舶污染的物理特性及经济特性分析可知，由于信息的不对称，在没有有效的调控 机制作用下，多个污染者的交叉提高了此类污染管制问题的难度，监管当局无法实施 有效的监管，而在控制排污方面最有责任的船舶营运方就可能产生懈怠情绪，因为尽 管他承担了排污控制的所有成本，却只能从中获取一部分收益因为全社会都可从 中收益，于是配置在污染控制上的资源就显得过少，对污染的自觉控制也会大大降低， 从而导致环境污染的进一步加剧和恶化。 船舶污染的这些特点对于控制污染的管理者和决策者来说具有以下困难： ( 1 ) 管理者和污染者之间的信息不对称及不确定性的存在。由于船舶污染的流 动性和随机性，使得管理者所需得信息只有污染者知道，如果管理者要想知道，必须 付出高昂得代价。 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 ( 2 ) 不能使用基于可监测得排放得政策措施。因为船舶流动污染得排放源不易 监测。 ( 3 ) 对污染控制得成本和收益得不确定。这种不确定性可能来自污染控制得真 实成本和收益得不完全信息，以及诸如区域等随机变量的影响。 总之，船舶污染的这些特点决定了对其控制的困难性。因此需要针对船舶污染的 特点制定合理的控制策略。由于外部性理论在控制环境污染方面的研究已经比较成 熟，所以本文下面将引入外部性理论对船舶在港的常规污染进行控制。 1 4 外部性理论在控制进港船舶常规污染中的应用研究 第3 章外部性理论在交通运输领域的应用分析 3 1 外部| 生理论的提出和发展 外部性理论可以追溯到亚当斯密提出的思想，亚当斯密认为：“自然的制度 ( 即市场经济) 不仅是好的，而且是出于天意的，因为在其中，每一人改善自身处境 的自然努力可以被一只无形的手引导着去尽力达到一个并非他本意想要达到的目的， 即在追求他本身利益时，也常常促进社会的利益”( s m _ l h ，1 7 7 6 ) 。这种对个人利益