（环境工程专业论文）大连长兴岛海域溢油预测及防治策略应用研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 溢油污染预测及防治策略研究是当今国际社会普遍关注的重大议题。为适应保护海 洋环境的需要，现有技术处于不断改进阶段。本文围绕海上溢油污染事故应急反应工作， 以大连长兴岛海区为对象，从溢油污染预测和防治策略应用的落实两方面开展研究。 首先，本文分析了目前油品运输发展和现状，介绍了国内外溢油事故和应急反应相 关的法律法规。其次，简单综述大连长兴岛海区环境资源状况，通过对溢油的来源、特 性、危害、在海洋环境中的变化及归宿的分析，从多方面研究溢油污染对海洋环境的影 响。以便能够提出对溢油应急反应策略的一些改进措施。进而适应长兴岛水域油污应急 计划的实际应用。本文重点研究了海上溢油的运动机理，对海上溢油的行为与归宿数值 模型的基本理论与发展现状做了综述。分别对溢油的主要行为如漂移、扩散、蒸发和乳 化迸行分析研究并建立数学模型，在水动力因素的基础上，建立长兴岛海上溢油行为与 归宿数学模型，预测长兴岛点源连续溢油后油膜在风和海流的共同作用下漂移的路径、 距离和油膜影响的海域范围。本文提出的溢油数学模型可以有效地应用于海上溢油事故 的预测，并分析了溢油对长兴岛生态环境特别是斑海豹洄游区可能造成的影响。 本文对于指导现场采取相应的应急反应措施，提高应急反应速度，降低防污清除成 本和消耗，减少经济损失具有实际应用价值。同时，根据污染应急工作的现状，查摆溢 油应急预案在实施过程中需要解决的实际问题，制定合理的应急行动方案，采取一系列 确保预案有效实施的措施，完善溢油污染事故应急工作。 关键词：海上溢油；环境影响；污染预测；防治策略；应用研究 大连长兴岛海域溢油预测及防治策略应用研究 a b s t r a c t o i ls p i l lp o l l u t i o np r e d i c t i o na n dp r e v e n t i o ns t r a t e g yi so n eo ft h eh o tt o p i c sw h i c ha r e c o m m o n l yc o n c e r n e db yt h em a r i n ei n d u s t r y i no r d e rt oa c h i e v et h eg o a lo fp r o t e c t i n gt h e e n v i r o n m e n t i tr e q u i r e sc o n t i n u o u s l yi m p r o v et h ec u r r e n tt e c h n i q u eo np r e d i c t i o n t 1 1 i sp a p e ri n t e n d st of o c u so nt h ee m e r g e n c yr e s p o n s et oo i ls p i l la c c i d e n t s ，t a k e c h a n g x i n gi s l a n do fd a l i a n 弱e x a m p l e a n du n d e r t a k ead e t a i l e dr e s e a r c hf r o mt h e p e r s p e c t i v e so fo i ls p i l lp o l l u t i o np r e d i c t i o na n dt h ea p p l i c a t i o no fp r e v e n t i o ns t r a t e g y f i r s t ， t h e p a p e ra n a l y z e s t h ec u r r e n ts t a t u so n p e t r o l e u mt r a n s p o r t a t i o n , i n t r o d u c e s b o m i n t e r n a t i o n a la n dd o m e s t i cl e g i s l a t i o n so no i ls p i l la c c i d e n t sa n de m e r g e n c yr e s p o n s e s e c o n d ， t h ep a p e rp r e s e n t sab r i e fi n t r o d u c t i o no nt h ee n v i r o n m e n ta n dn a t u r er e s o u r c e s ，c o n d u c t sa l l a n a l y s i s0 1 1t h es o u r c e 。f e a t u r e s ，h a r m f u le f f e c t sa n dt h e f a t ei nt h ee n v i r o n m e n to fs p i l l e do i l ， a n de x p l o r e sh o wt h eo i lp o l l u t i o ne f f e c t so nm a r i n ee n v i r o n m e n t c o n s e q u e n t l y ，t h i sr e s e a r c h c o u l dg i v es o m ea d v i c e so ni m p r o v et h eo i ls p i l lr e s p o n s es t r a t e g y ，m o r e o v e rc o u l db e a d a p t e dc h a n g x i n gi s l a n dm a r i n eo i lp o l l u t i o nc o n t i n g e n c yp l a ni np r a c t i c e t h i sp a p e r m a i n l yf o c u s e so nt h em o v e m e n t so fo i ls p i l la ts e aa n dc o n d u c t sac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so n t h eb a s i ct h e o r ya n dd e v e l o p m e n t so fo i ls p i l lb e h a v i o r sa n df a t em a t h e m a t i c sm o d e l i t e s t a b l i s h e sm o d e ls e p a r a t e l yo nt h eb e h a v i o r so fo i ls p i l l ，i n c l u d i n gf l o a t i n g ，s p r e a d i n g ， e v a p o r a t i o na n de m u l s i o n m o r e o v e r ，b a s e do nt h ed y n a m i ce l e m e n t s ，t h ep a p e l c r e a t e st h e b e h a v i o r sa n df a t em o d e lo nc h a n g x i n gi s l a n d ，a n dp r e d i c t st h em o v e m e n t , r a n g ea n d g e o g r a p h i c a le f f e c ts c o p ei ft h e r ei sac o n t i n u o u sp o i n to i ls p i l ls o u r c e t m sm o d e lc o u l d e f f e c t i v e l yp r e d i c to i ls p i l la c c i d e n t s i nr e a l i t y ，t h em o d e lc o u l dp r o v i d e a l le f f e c tp r e d i c t i o n o i ls e n s i t i v es e aa r e a , s u c h 硒s e a lr e p r o d u c t i o nz o n e t m sp a p e rh a sa p p l i c a t i o nv a l u eo nd e t e r m i n i n gt h ee m e r g e n c yr e s p o n s em e a s u r e s ， i m p r o v i n gt h e e f f i c i e n to fr e s p o n s e ，r e d u c i n gc o s to nc l e a n i n gu p ，a n dm i n i m i z e st h e e c o n o m i cl o s s m e a n w h i l e ，a c c o r d i n gt ot h es t a t u so fr e s p o n s ew o r k ，b yr e v i e w i n gp r a c t i c a l i s s u e so c c u r r e di nr e a l i t y ，t h i sp a p e ri sh e l p f u lf o rt h ed e c i s i o nm a k e rt od e v e l o pr e a s o n a b l e c o n t i n g e n c yp l a n ，t a k ee f f e c t i v em e a s u r e sa n dm a k e t h ep l a nc o m p r e h e n s i v e k e yw o r d s ：o i ls p i l la ts e a , e n v i r o n m e n t a le f f e c t s ，o i lp o l l u t i o np r e d i c t i o n , p r e v e n t i o n s t r a t e g y , a p p l i c a t i o nr e s e a r c h i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体己经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目： 太重量羞垒连堡潼渔亟型丞堕渔筮坠廑题盈童 作者签名：二垒望羔蔓 日期：主翌堑年二旦月l 日 大连理。f 大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题 作者签名： 导师签名： 绪论 1船舶溢油预测及防治应用研究的必要性 1 11 石油能源发展和现状 二十一世纪人类对石油能源的需求量持续上升，使海上石油工业和运输业得到了极 大的发展。油品的运输海运占绝大部分，水上油品生产和运输带来的溢油危害风险增大， 油井井喷和油轮事故也频繁发生，成为海洋石油污染事故中最为严重和引人关注的。据 国际能源机构的预测，未来2 0 年，世界石油消费将以i9 8 的速度增长，高于过去2 0 年的平均增长水平。2 0 2 0 年世界石油消费量将达到j 18 3 亿吨，比2 0 0 0 年增加1 3 亿吨。 到2 0 2 0 年，亚太地区的石油消费量将从现在的1 0 亿吨增加到1 5 亿吨左右，原油年产 量将下降到3 亿吨左右石油净进口量将超过1 2 亿吨，亚太地区供需矛盾更为突出。 我国既是世界产油大国，又是石油消费大国，年消费量达2 亿吨，并以每年约4 的速度递增。自1 9 9 3 年我国己成为石油的净进口国，至2 0 0 7 年原油净进口量己高达16 3 亿吨( 9 5 4 ) 7 年原油进口见量见图l1 ) 。2 0 0 8 年，预计我国原油进口依存度将升至4 7 。 据中油集团有关专家预测，到2 0 2 0 年，中国原油消费量将达到45 亿吨左右，而同期 国内原油产量仅能达到18 亿吨左右，相应的原油供需缺口约为27 亿吨左右，需要进 口补充。 图1l 我国进口原油鼍表 f i gi 1t h eq u a n t i t yo f i m p o r to i li nc h i n a 盈一一。 大连长兴岛海域溢油预测及防治策略应用研究 目前进1 ：3 原油的运输主要依靠海运，从中东进口的原油大多是由国际船舶市场租赁 的大型油轮承运的，而成品油和从亚太地区进口的原油，主要是亚太地区和我国的小型 油轮承运的。这些油轮的特点是船龄长、技术标准低，相当一部分是被欧洲严格的港口 国管理淘汰出欧洲航运市场的老旧船舶。因此，这些油轮在承运进口石油过程中，存在 着巨大的潜在溢油风险。 1 1 2 船舶溢油污染概况 有关资料表明：世界上每年约有6 0 0 万吨石油溢漏入海，从1 9 7 8 年到1 9 9 7 年，全 世界发生了4 1 0 0 多起溢油事故。伴随着6 0 年代石油海运业的兴起，巨大油轮的海难 事故不断发生，世界各国在最近的8 0 年中，损失石油运输船多达上千艘，其中1 9 6 6 1 9 7 5 年的1 0 年中，全世界发生油船事故1 6 0 起，仅在1 9 6 9 - 1 9 7 0 年的油船事故中汇入海洋 的石油就有4 4 万吨比1 。 最早的不幸事件当属利比亚籍“卡尼丸号超级油轮。该船于1 9 6 7 年3 月1 8 日 满载石油在英国康沃耳海岸附近触礁沉没，所载1 1 9 万吨原油全部流入海中。尽管英 国政府派出了2 0 多艘大型船舶和若干艘小船进行海上污油清除工作，并喷洒了2 5 0 万 加仑的消油剂，但仍有8 万多吨原油沿英国的康沃耳海岸和法国的沿岸疗养区扩散，污 染的水域环境达2 0 0 多平方英亩，严重破坏了两国沿海的海洋生态环境，造成了巨大的 经济损失。 当代最严重的石油污染事件发生在1 9 7 8 年3 月1 6 日，超级油轮“卡基斯 号在开 往荷兰鹿特丹港途经比斯开湾英吉利海峡入口处时，遭遇风暴触礁断裂，船上2 2 3 万 吨原油全部流入大海，半封闭的比斯开湾遭受空前污染。 近期发生的在国际海运界引起强烈反响的溢油事故是在2 0 0 2 年1 1 月，悬挂巴哈马 旗的“威望 号油轮在西班牙西北部海域断裂并沉入海底口1 。船上装载的7 7 万吨燃料 油大约已有2 万吨泄漏入海，5 万吨随船沉入海底。使西班牙数百公里的海岸线遭到大 面积污染。 大型海上溢油事故的发生催成了相关国际公约和国内立法的出台，实现了溢油污染 和环境保护的结合。 据不完全统计，近3 0 年来，我国海域发生船舶溢油重大事故6 0 多起。1 9 7 3 年- 1 9 8 9 年共有2 2 起，平均每年发生一次重大溢油事故。9 0 年代船舶溢油事故发生频率加剧， 共发生3 0 起重大溢油。而且每次溢油数量不断增加，波及范围不断扩大，后果影响更 加深远h 1 。进入二十一世纪后，情况才有所好转，溢油事故发生率有所下降，船舶溢油 事故降为十几艘次。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 9 9 6 年5 月1 日，“浙普渔油3 1 号”在老铁山水道碰撞沉没，溢出润滑油4 7 6 吨， 辽宁海事局花费2 6 0 万元组织清污屿1 。因船东是个体户，发生事故后破产，无力赔付清 污费用，2 6 0 万元巨额费用由交通部垫付后至今得不到偿还。 2 0 0 4 年7 日2 l 巴拿马籍集装箱船“h y u n d a i a d v a n c e 轮和德国籍集装箱船 “m s c i l o n a ”轮在珠江口水域碰撞。原油泄漏量达到4 5 0 吨，泄漏燃油1 2 0 0 吨。是国 内目前最大的一起溢油事故。类似的事故在中国已较频繁。在发生污染事故的珠江口， 近1 0 年平均每年都发生一次重大溢油事故。这些溢油事故给中国海洋生态环境、生态 资源带来灾难性的影响。 2 0 0 5 年7 月2 日，中国籍“千岛油1 轮装载3 8 0 0 吨重柴油在大连新港航道与马 来西亚籍集装箱船“川崎凌云”轮发生碰撞，溢出重燃料油约2 0 0 吨，污染了水域。经 过提炼的重燃料油难以回收，更难以蒸发和分解对海洋生物的损害远比原油严重。 表1 1 汇总了1 9 9 0 年- 2 0 0 6 年辽宁辖区水域发生的重大溢油事故。 表1 11 9 9 0 年- 2 0 0 6 年辽宁辖区水域重大溢油事故 t a b l e1 1o i ls p i l la c c i d e n to fl i a o m n gs e aa r e ar o m19 9 0t o2 0 0 6 大连长兴岛海域溢油预测及防治策略应用研究 1 2 海洋保护法律法规 1 2 1国际公约论述 1 9 5 4 年，1 9 5 4 年国际防止海上油污公约( o i lp o l ) 第一次将防止船舶污染海 洋的问题提到国际议程上，这是第一个防止海洋和沿海环境溢油污染的国际公约。但效 果并不明显，3 2 个与会国中只有8 个国家认为油污染是一个重要的问题呻1 。公约第一次 提到了控制船舶排放油和油污水入海的标准和规定，但没有解决故意排放造成海洋油污 染的问题，也未能解决事故造成大量油污染海洋的问题。 第二次世界大战使海上运输量急剧增加，造成大量船舶事故性和操作性溢油。大型 油轮不采取任何措施向海洋排放大量的洗舱污油水、压舱水、残油渣等废油，使众多沿 海国海域遭受严重溢油污染。引发了沿海国家和国际社会制定一个关于解决海洋溢油污 染问题国际公约框架的动议。 1 9 6 7 年的“卡尼丸 号油污事故彻底改变了人们对船舶溢油污染海洋的态度。使 一些国家和国际社会认识到抵抗重大溢油事故需要加强两方面的工作：一是发展抗御海 上溢油技术。二是完善国家抗御海上溢油计划和加强国际间溢油应急协作。 国际海事组织因而成立了海洋环境保护委员会( m e p c ) ，先后签订了1 9 6 9 年国 际油污损害民事责任公约、1 9 6 9 年国际干预公海油污事件公约，1 9 7 1 年建立 国际油污损害赔偿基金公约，1 9 7 2 年防止船舶和飞机倾废造成海洋污染公约( 伦 敦倾倒公约) 。 1 9 7 3 年1 0 月，国际海事组织( i m o ) 在伦敦讨论通过了国际防止船舶造成海洋污 染公约( m a r p o l 公约) 。通过提高意外排放油类入海量的最低标准，控制和制约船舶 操作性溢油，以达到减少排油量和保证接收设施够用的目的。 1 9 7 4 年的国际海上人 命安全公约( s o l a s 公约) 为防止船舶事故性溢油也对油船作出了严格的特殊规定。 1 9 7 8 年2 月，i m o 在伦敦召开的“油轮安全和防止海洋污染的会议”上，通过了关于 1 9 7 3 年国际防止船舶造成海洋污染公约的1 9 7 8 年议定书，即m a r p o l l 9 7 3 1 9 7 8 ，它 是目前防止和控制船舶污染方面的最全面、最严格的国际公约，公约的附则i ( 防止油 类污染规则) 对油轮的设计和排放操作具有深远影响，通过提高世界油轮船队的标准， 大大降低了船舶对海洋的污染。特别要求对某些特殊区域采取强制措施禁止油类物质污 染海洋。目前，公约已通过并生效了6 个防止船舶造成污染的附则。 1 9 8 2 年签订的联合国海洋法公约对来自船舶的污染作了详细具体的规定，第 一次规定了各缔约国具有保护和保全海洋的一般义务，并要求各缔约国通过立法把 一4 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 “一般接受的国际规则和标准”作为防止，减少和控制船只造成海洋污染的最低要求 执行，国内法律和效力不得低于同类国际规则和标准的效力。该公约是当今国际社会最 详尽和最有权威的海洋行为规则h 3 ，公约的签订标志着国际保护海洋环境的体制初步建 立。 1 9 8 9 年，美国e x x o n 石油公司的“e x x o nv a l d e z ( 爱克逊瓦尔迪兹) 号油轮在 美国阿拉斯加的威廉王子湾触礁搁浅，3 6 万吨原油泄漏入海。由于当时气候恶劣，狂 风骤增，所采取的应急措施不能奏效，致使1 6 0 9 公里的海岸、7 7 7 0 平方公里海域被污 染，威廉王子湾的海洋生态系统遭到严重破坏，大量野生动物死亡，渔业资源受到危害， 渔场被迫关闭，影响极大。美国海岸警备队对该起事故跟踪了三年，e x x o n 石油公司为 该起事故污染支付的各项费用高达8 0 亿美元。在“e x x o nv a l d e z ”号油轮事故后，美 国又接连发生了几起重大溢油污染事故，引起美国社会强烈反响，在保护海洋环境的强 大压力下，美国两院通过了1 9 9 0 油污法( o p a 9 0 ) 。同时，美国政府认识到抗御大 型溢油事故的应急防备和反应进行国际间合作的必要性哺1 。 由美国提出的“国际油防备反应合作公约 草案在1 9 9 0 年1 1 月i m o 召开的“国际 油污防备和反应国际合作会议上得到认可，并顺利通过了1 9 9 0 年油污防备、反应和 合作公约( 简称o p r c 公约) ，该公约已于1 9 9 5 年生效并成为一个全球应急反应体系。 2 0 0 7 年已有7 1 个国家加入。用以指南和规范各缔约国建立溢油应急反应体系，制定国 家溢油应急计划。o p r c 公约的诞生，加速了各缔约国乃至全球抗御海上重大溢油污染能力能 力建设的步伐。此外，1 9 8 9 年i m o 还主持签订的旨在保护海洋环境而救援失事船舶的国 际救援公约。这些公约在防止船舶造成污染方面起到了不可估量的作用。使世界区域 合作更加广泛。 1 2 2 国内法律法规 我国做为发展中的海洋大国，能够根据本国经济发展的需要不断加强和完善保护 ( 海洋) 环境的法律体制建设。积极参与保护海洋环境、防治船舶污染的国际合作，上 世纪8 0 年代初，我国加入了i m o 成为缔约国，先后加入了涉及保护( 海洋) 环境的1 9 6 4 年国际油污损害民事责任公约及其1 9 7 6 年议定书。1 9 6 9 年国际油污损害民事责 任公约、1 9 7 2 年防止倾倒废物和其他物质污染海洋公约、1 9 7 3 年国际防止船 舶污染公约及其1 9 7 8 年议定书，以及1 9 8 2 年联合国海洋法公约和1 9 9 0 年国 际油污防备、反应和合作公约等。 国际公约在我国的实施主要采用“二次立法 ，我国将公约中的相关要求分门别类 写入相关的法律法规中。对一些新近生效的公约修正案采用了公告生效、直接实施的做 大连长兴岛海域溢油预测及防治策略应用研究 法。对允许自由裁量的相关条款，我国主管机关根据我国实际情况做出合适的规定。由 于我国与履行海事公约有关的法律法规逐渐增多，相互间存在重叠、交叉、衔接性差、 程序复杂及修改进程慢等问题。“二次立法 滞后于国际公约的修改进程是我国海事立 法的现状。在此背景下，充分、有效地利用国内立法资源，加快国内法的立法进度和修 改进度，跟上国际公约修改进度应是值得考虑的重点问题。 中国的船舶溢油防治工作，是从1 9 7 3 年8 月召开全国第一次环境保护会议后开始 的阳1 。1 9 7 4 年1 月国务院颁布了防止沿海水域污染暂行规定，它规定了有关船舶排 放标准和防污文书格式等内容，与1 9 5 4 年国际防止海上油污公约及其修正案的规定 是完全一致的。该规定后来被海洋环境保护法所替代。1 9 7 9 年颁布了环境保护法 ( 试行) 。 八十年代初，鉴于我国海洋环境污染比较严重，我国加快了国家立法的步伐，对海 洋环境保护立法第一次体现在1 9 8 2 年宪法中，该国家大法对保护( 海洋) 环境、防 治( 船舶) 污染做了原则性规定。 1 9 8 2 年颁布了保护海洋环境的基本法一海洋环境保护法，于1 9 8 3 年3 月1 日起实行。这是中国第一个综合性的保护海洋的基本法。关于防止船舶污染海洋的规定， 尽量与国际海洋防污公约、议定书相一致；明确规定了污染损害赔偿处理的法律程序， 中国海事( 港务监督) 有权采取强制措施避免船舶发生海损事故造成海洋环境重大污染 损害。吸取了国内、外经验，避免一时达不成救助协议，可能造成发生或扩大污染的情 况。为实施海环法，国务院随后又颁布了一系列行政法规，如1 9 8 3 年的防治船舶 污染海域管理条例、海洋石油勘探开发环境保护管理条例、1 9 8 5 年的海洋倾废 管理条例、1 9 8 8 年的防止拆船污染环境管理条例、1 9 9 0 年9 月，交通部发布了 中华人民共和国海上监督管理处罚规定( 试行) 等。 此外，我国还颁布了海水水质标准、船舶污染物排放标准等海洋环境保护 标准n 引。这些法律、法规和环境标准适用于在我国管辖的一切海域内从事航行、石油开 发、科研活动的一切船舶及其所有人。我国在防止船舶污染海洋环境方面，基本形成了 一个包括宪法、单行法律、行政法规和国际公约在内的多层次的法律框架。 这些法律、法规的颁布与实施，对于保护环境、合理开发利用海洋资源、防止海洋 污染等方面起到了明显积极的作用。但在内陆水域船舶污染防治方面，我国目前还没有 一部全国性的专门法规。从有关船舶污染的法律体系来看，我国偏重于行政立法，民事 立法不完善。目前尚无专门的民事法规规范油污损害行为，海商法中也无油污损害赔偿 的专门规定。有关油污损害的民事责任只能参照海洋环境保护法和民法通则。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 但是，i i i i 污染侵权与民法中一般侵权行为的归责原则不同，海洋环境保护法关于 船舶所有人免责事由的规定与国际公约通常的规定也存在差异。 近年来，我国防止溢油污染的立法工作与不断修订实施的国际公约相比较，相应的 法律法规建设明显滞后，尤其是涉及海上溢油应急反应的法规滞后更为突出。国家在 1 9 9 9 年重新修订的中华人民共和国海洋环境保护法因涉及的行政主管机关较多，形 成职能交叉并难以操作。现阶段，通过对中华人民共和国海上交通安全法、中华 人民共和国防止船舶污染海域管理条例的修订，有望解决海上溢油应急体系存在的问 题，形成较完善的海上溢油防治策略。 1 3 本文研究的主要内容 本文通过查阅大量文献和报告，了解当前石油能源发展状况，揭示船舶溢油事故给 海洋生态环境、生态资源带来的灾难性影响。对溢油污染应急领域的法律、法规、最新 研究成果加以研究和探索，在对大连长兴岛港口水域环境、港口码头建设、航运船舶种 类和港口运输发展前景进行调研的基础上，从溢油污染预测和防治策略应用两个方面展 开研究。介绍了溢油的危害特性、溢油种类及对环境影响，分析溢油在海洋环境中的行 为、归宿及运动机理，给出溢油入海后的运动方程，进而应用于实际应急反应行动。本 文的工作在于： ( 1 )明确大连长兴岛海区码头、气象、水文等环境资源，为大连长兴岛港口溢 油应急计划的编制和应用提供基础性的资料，通过对模拟溢油污染事故的分析，可以得 出应急工作防范的重点，确保溢油污染应急反应的有效实施。 ( 2 )根据溢油的特性( 密度、运动粘度、挥发性等) ，对常运的油品进行分类， 分析溢油入海后的不同运动形式及运动结果，通过流体力学等方程确定漂移速度、溢油 的去向和油膜面积的变化。引入“油粒子”概念，根据拉格朗日观点建立漂移模型，根 据f a y 理论建立扩散模型，根据s t i v e r 和m a c k a y 理论建立风化模型。完成海上溢油预 测模型的建立。选取泊位前沿作为风险事故预测的发生源，模拟码头船舶燃料油装卸发 生溢油事故后的运动轨迹，并分析了对港区水域环境的影响。 ( 3 )研究如何编制溢油污染应急预案，并依据当前的应急反应体系，借鉴国内 外溢油应急反应经验，针对长兴岛港目前存在的问题，提出溢油应急反应应用策略和建 议。结合处理应急反应事故存在的问题，提出应急预案应用决策和建议。阐述溢油应急 反应行为应具备的条件和具体实施程序。 大连长兴岛海域溢油预测及防治策略应用研究 1 4 溢油预测及防治策略应用研究的意义 海上溢油污染是海洋污染中最严重、最复杂的污染问题之一。海上溢油污染来源于 人类进行的各种生产活动，如石油的勘探、开采、运输和生产等，通过多种污染途径如 陆源、海运、大气、自然界和近岸生产设施等使石油不可避免的溢散到海洋环境中，造 成了污染。人类一方面强烈需要这些天然能源和化学原料，为人类的现在和未来创造文 明。而另一方面在不断生产石油的同时，又要保持海洋环境清洁，实施可持续发展战略。 因此各国对海上溢油防御技术进行了大量研究和探索。 近年来，油船的数量和吨位越来越大，油轮进出港口次数日渐增加，船舶发生海损 事故的几率也随之增加，由于船舶碰撞等海难事故而发生的溢油，也成为海域污染的主 要污染源之一。1 9 7 3 年全世界由于船舶操作性和事故性排放入海的石油为2 1 亿吨， 1 9 8 6 年为1 4 9 亿吨。虽然石油的海上运输总量在逐年增加但排入海中的石油却减少了， 这主要是由于采取了技术和行政措施的结果，尽管排入海中的石油总量仍是个相当大的 数字。 船舶作为流动污染源，具有这样一些特点： ( 1 )直接污染 ( 2 ) 流动，难以监测 ( 3 )数量密度大，单船数量可能不大，但总量较大。尤其是巨型油轮突发性事 故，其危害之大是其他污染源所没有的。 根据海事部门的统计数字，发生在我国的海上船舶溢油事故日趋增加，中国海域未 来将是发生船舶溢油事故的多发区和重灾区n 。面对石油运输存在的巨大潜在溢油风 险，我国已建立了国家海上溢油应急反应计划，也建立了较完善的海上船舶溢油应急体 系，一些大的海区和区域也有相关的溢油应急反应计划。但是，存在一个突出的问题就 是实际反应行动与应急计划脱节，这也是由于反应机制建设偏离重心、专门工作人员缺 少、资源配置不合理、缺乏演练等多种因素造成的，因此，当前研究溢油防治策略的应 用研究也具有一定的现实意义。 同时，我国也进行了一系列溢油预测技术方面的研究，并取得了一定的成果，但与 世界发达国家相比还存在一定差距，成本高、缺乏预测和监测的整体配合，商业化程度 不高，也是预防策略不能有效实施的原因之一。提高预测和监测信息的准确、直接、全 面对事故风险评估和应急反应决策具有重要意义。 根据大连市港口总体规划，长兴岛港未来将发展成为大连港和东北亚国际航运中心 的重要组成部分，成为东北地区临港工业大规模发展的重要依托和我国最大的临港工业 大连理工大学专业学位硕士学位论文 基地，成为繁荣地区经济和吸引国际资源的重要战略资源，成为大连乃至东北地区港口 可持续发展的重要保障。 本文是以港口水域溢油污染预防策略研究为基础，以大连长兴岛海域为实例进行分 析和研究，专门针对作业期间可能发生的事故或紧急情况而预先制定应急反应程序。其 目的是为了预防和控制潜在的危险，在发生紧急事件时，能采取迅速、有序，高效的措 施，最大限度减少可能产生的事故后果。通过提出符合实际需要的港口水域溢油污染预 防策略，使大连长兴岛港口在创始之初就能创建一个适合环境可持续发展的方向，形成 较完善的海上溢油防治策略。建立科学合理的溢油应急反应机制，用以指导溢油污染应 急反应行动。 大连长兴岛海域溢油预测及防治策略应用研究 2 溢油污染对环境影响分析 2 1溢油特性及种类 2 1 1 溢油的特性 溢油是指排入海洋环境( 或河流) 的油。国际公约对油的定义是指任何形式的石油， 包括原油、燃料油、油泥、油渣和炼制产品。溢油主要是指原油及其炼制品。 石油是各种有机物在地质沉积的长期过程中逐渐转化为二氧化碳、甲烷和石墨等多 种碳氢化合物构成的混合物，是世界上最重要的动力燃料与化工原料。石油及其产品广 泛用于生产和生活的各个方面。从地层和海底开采出来的石油称为原油，加工后得到各 种炼制产品。 原油是多组分混合物。组成原油的基本元素为碳和氢，碳的含量为8 0 - 8 7 ，氢的 含量为1 0 - 1 5 。其余为硫( 0 0 6 一0 8 ) 、氮( 0 0 2 一1 7 ) 、氧( 0 0 8 一1 8 2 ) 及微量金属元素( 镍、钒、铁等) 。6 8 的原油中饱和烃的含量超过5 0 ，其次是芳烃， 但只有4 的原油中芳烃超过5 0 。原油及其炼制品不同程度地含有蜡、胶质及沥青，这 些成分的的含量虽少但直接影响油的相对密度和粘度，其含量越高，油在海水中不易分 散，而易乳化，会形成稳定的油水乳化物( 巧克力冻) 。形成乳化物后，其粘度变高， 比其原来在海水中滞留时间更长。 原油的性质因产地而异，密度为0 8 1 o 克厘米3 ，粘度范围很宽，凝固点差别 很大( 3 0 一- 6 0 ) ，沸点范围为常温到5 0 0 以上，可容于多种有机溶剂，不溶于水， 但可与水形成乳状液。我国主要原油的特点是含蜡较多，凝固点高，硫含量低，镍、 氮含量中等，钒含量极少。除个别油田外，原油中汽油馏分较少，渣油占1 3 。 原油的炼制品理化性质差别很大，为溢油应急能及时采取相应措施，有必要了解溢 油的理化特性，附表3 1 列出了与溢油应急业务密切相关的几种特性参数。 石油还有其它一些特性： 挥发性( 蒸馏性) 是用来描述油蒸发的快慢程度。当油的温度升高时，其不同 的组分将依次达到各自的沸点并蒸馏( 蒸发) 。 倾点是油不能流动的临界温度。倾点反映了油开始固化或凝胶。 沥青含量这些复杂的环状碳化氢化合物使油水乳化物易于形成更稳定结构 ( “巧克力奶油冻”) ，这种乳化物比母体油的粘度更高、更持久。 闪点挥发性物质的蒸气与空气混合遇火发生闪燃的最低温度。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 表2 1 油的理化性质比较 t a b l e 2 1c o m p a r i s o no f t h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e r e so f o i l 2 1 2 溢油的种类 涉及溢油反应的油品范围很广，它们主要是原油和重燃料油。然而，在特定的情况 下其它一些精炼产品如汽油和柴油也涉及溢油反应，偶尔也出现植物或动物油的溢油。 油品的特性由不同碳氢化合物的组成和结构决定。不同产地的石油中，各种烃类的结构 和所占比例相差很大，但主要属于烷烃、环烷烃、芳香烃三类。通常以烷烃为主的石 油称为石蜡基石油；以环烷烃、芳香烃为主的称环烃基石油；介于二者之间的称中间基 石油。组成不同类的石油，加工方法有差别，产品的性能也不同。大庆原油的主要特点 是含蜡量高，凝点高，硫含量低，属低硫石蜡基原油。 表2 2 按相对密度对原油的分类表 t a b l e 2 2o i lc l a s s i f i c a t i o na c c o r d i n gt or e l a t i v ed e n s i t y 原油中含有多种组成成分，其中包括甲烷和丙烷等气体( 或称轻组分) 及蜡和沥青 等重组分化合物。各中组分的所占比例不同决定了原油在溢油事故中的行为不同。原油 中各组分在“风化 过程中改变，使油的性质发生变化。 溢油中典型的精炼产品有： 汽油从原油中分离的较轻组分 柴油从原油中分离的略重但还相当轻的组分( 也称之为2 号燃油) 大连长兴岛海域溢油预测及防治策略应用研究 持久性油类和非持久性油类： 非持久性油类在海面消失得很快，而持久性油类消失得很慢，如果发生溢油事故或 溢油威胁到近岸水域就需要清除操作。 持久性油类：各类原油、重的原油产品 非持久性油类：石脑油、煤油、汽油、柴油、植物油 2 2 溢油污染的危害 溢油是一种严重的环境灾害。溢油事故一旦发生将对海洋环境和社会经济活动产生 重大而长期的影响。原油及其炼制品是复杂的化学混合物，它不仅具有火灾和爆炸危险， 而且还对人体有害。溢到海面上或河流中会造成水体污染，影响海水复氧，石油分解， 消耗水中的溶解氧，造成海水缺氧，会对水生物带来危害。另外，影响海气交换，破坏 c 0 ：的平衡，破坏海洋固有的c 0 ：的吸收机制，形成碳酸氢盐和碳酸盐，缓冲海洋p h 值 的作用，从而破坏c 0 。的循环和平衡。 溢油的危害可分为健康危害、安全危害和环境危害，在溢油应急作业中必须考虑到 这三个方面的危害。 2 2 1溢油对健康的危害 石油具有毒化作用，能够通过生物富集和食物链传递危害人体健康。石油中含有的 苯及其衍生物会影响人体血液，造成较高的癌症发病率( 特别是白血病) 。苯及其苯类物 质对人体危害的急性反应症状有味觉反应迟钝、昏迷、反应迟缓、头痛、眼睛流泪等。 如果吸入过量，还可能出现呼吸困难、心跳停止，甚至死亡。 石油的毒性通过吸入、皮肤接触、摄取三种途径对人体产生危害。 要避免发生上述中毒事故，参与溢油应急反应的人员在进入溢油现场时，应充分认 识油对人体的毒害性，采取相应的防护与处置措施。 2 2 2 溢油对安全的危害 油具有易燃、易爆危险性，大量溢油会对个人安全和公共安全造成威胁。溢油初期， 轻质原油及轻质炼制品的厚油区可能存在易燃气体，这些气体遇火燃烧而导致火灾。原 油及其炼制品的轻组分沸点越低、含量越多，易燃危险性越大。有的原油中甲烷、乙烷 等轻组分的含量大、闪点低，易燃危险性比汽油还大，如阿曼原油的闪点为一2 0 。c 左右。 常见原油的易燃危险性大小顺序为：阿曼原油 辽河原油 任丘原油 大庆原油 胜利原 油。成品油的易燃危险性大小顺序为：汽油 石脑油 航空油 煤油 柴油 重燃料油。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 溢油应急作业行为不当或环境不适都会引发火灾和爆炸危险： ( 1 ) 作业人员不慎带入火种； ( 2 ) 作业用的铁具撞击产生火花； ( 3 ) 非防爆通讯工具的启用、摄录相、拍照； ( 4 )区域内人员穿带有铁钉的鞋、穿着化纤服装以及吸烟等。 ( 5 )在作业区内的船舶，烟囱不加防火帽或火星熄灭器、在不关闭门窗的船舱 内使用电器以及通讯设备等。 ( 6 )恶劣天气的雷雨对溢油应急作业也存在安全威胁。 ( 7 )如果溢油区域离岸近，岸边又有遮蔽物，适宜的风向能将油气吹至遮蔽区， 当油气浓度达到一定程度时，也可能引发火灾。 因此，在进行溢油应急作业前，应充分了解溢油的类型、闪点等易燃危险性参数， 以便采取相应的防范措施，避免因操作不当或疏于管理而引发火灾事故。 2 2 3 溢油对环境的危害 油本身具有毒性，进入海洋后对海洋环境的危害也是多方面的。从自然环境到野生 动物，从自然资源到养殖资源等都会受到不同程度的危害，而且这种危害的周期是相当 长的。因此，当溢油事故发生时，应立即采取应急措施保护这些资源。 ( 1 )溢油对鸟类及其他动物的危害 海面上的溢油对鸟类的危害最大，特别是潜水摄食的鸟类。油膜溶解羽毛油脂，并 浸透到羽毛里，导致羽毛失去防水、保温能力，鸟类因不能觅食而用嘴整理自己的羽毛， 摄取溢油，损伤内脏。最终因饥饿、寒冷、中毒而死亡。 ( 2 )溢油对海洋生物的影响 浮游生物是最容易受污染的海洋初级生物。它们对油类的毒性特别敏感，即使在油 浓度很低的情况下也会被污染；海面油膜对阳光的遮蔽作用影响和破坏浮游植物的光合 作用，破坏食物链，使其腐败变质。一旦浮游生物受到污染，其他较高级的海洋生物由 于可捕食物的污染而受到威胁。 如果在溢油海域喷洒了溢油分散剂，若该水域的交换能力差，那么被分散的油对海 洋生物的危害将更为严重。 ( 3 )溢油对渔业的危害 油对成鱼的长期影响主要是鱼的饵料。对幼鱼的影响是因其生活在近岸浅水域容易 受到溢油污染。当毒性较大的油进入浅水湾时，会对该水域的幼鱼造成多方面的危害。 大连长兴岛海域溢油预测及防治策略应用研究 溢油对渔民的危害，不但是渔业资源遭受污染危害带来的，因网具的污染所遭受的 危害也很大。 ( 4 ) 溢油对水产业的危害 养鱼场网箱里的鱼因不会逃离，受溢油污染后不能食用。近岸养殖的扇贝、海带等 也是如此。另外，养殖网箱受油污染后很难清洁，只有更换才能彻底消除污染，这样的 费用是十分昂贵的。 ( 5 ) 溢油对海洋哺乳动物的危害 海面上休眠或运动的海洋哺乳动物受溢油污染危害的情况是不同的，如鲸鱼、海豚 和成年海豹对油非常敏感，它们能及时地逃离溢油水域，可以避免遭受污染。但成年海 豹和小海狗栖息海滩时，会被油的污染所困，以至于死亡。水獭遭受油污染后，通常是 窒息死亡，主要原因是，这种动物不愿离开栖息场所。 ( 6 )溢油对浅水域及岸线的影响 浅水域通常是海洋生物活动最集中的场所，如贝类、幼鱼、珊瑚等活动在该区域， 也包括海草层。溢油对该类水域的污染异常敏感，造成的危害在社会上反应强烈。如果 在这类水域使用溢油分散剂，造成危害会更大。 溢油对岸线沙滩的污染威胁，直接影响到旅游业。码头和游艇停泊区对溢油也非常 敏感，被污染的游艇和船舶的清洁费用是较高的。盐业和海水淡化等都会受到溢油污染 的直接危害，造成经济损失。 遮蔽的岸线如沼泽、红树林和湿地等资源价值很高，油对其造成的危害是难以估量 的，当落潮后，鸟类在此觅食，涨潮时又是幼鱼活动的场所，这种水域对油的净化能力 又很弱，溢油影响周期很长。因此，这类水域通常被列为重点保护区域，而且也不适于 使用溢油分散剂。 由于溢油对不同岸线的影响是不同的，因此它们对溢油的敏感性也不同。溢油事故 发生时，要根据各类岸线对溢油的敏感程度，排列优先保护次序，以供决策者确定应急 对策。 2 3 溢油的定性、定量分析 2 3 1 溢油来源分析 海洋环境中的溢油来源是多方面的，主要有陆源污染、海运污染、大气污染、自然 界污染和近岸生产装置污染等。按照国际海事组织的统计，年流入海洋环