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上海海事大学硕士学位论文 用“稀释法”更换船舶压载水的研究 摘要 本论文对船舶实施“稀释法”更换压载水进行了比较深入的研究。 文章首先对船舶压载水携带外来有害生物引起的环境污染问题进行了阐述，之 后介绍了国际社会对压载水问题的反应。国际海事组织i m o 通过了一系列决议和制 定新公约，以加强对船舶压载水的管理，以减少船舶压载水携带外来有害生物对人 类造成的危害。并且比较了当前已经应用或者正在研究中的一些压载水处理方法。 在众多压载水管理方法中，得到i m o 承认和认可的只有海上更换压载水，在三种海 上更换压载水方法中，“稀释法”由于具有“溢流法”的优点，克服他们的一些缺点， 近来特别受到人们关注，因此，“稀释法”有望成为更好海上更换压载水方法。 然后，文章对船舶实施“稀释法”更换压载水设计所存在的问题进行了比较深 入的探讨，在此基础上进行了压载水系统及其设备的优化设计。文章重点讨论了船 舶压载水系统的水力计算，使用有限元法计算管网阻力从而得到压载水系统的管路 压力分布情况；文章还对压载舱的水力损失进行计算，对压载水泵的优化设计提供 了理论依据；文章还对压载水舱过压问题进行讨论；文章对压载水系统相同而航线 不同的船舶，利用最小二乘法得到其压载水泵额定流量和额定压头之间的函数关系， 为压载水泵的设计和选型提供了新的方法。 最后，论文对1 7 0 0 箱集装箱船用“稀释法”更换船舶压载水进行有关模拟设 计，为船舶今后使用“稀释法”更换压载水设计提供了一些参考，有一定的现实应 用价值。 关键字：海上更换压载水，稀释法，压载水系统，压载水泵 上海海事大学硕士学位论文 用“稀释法”更换船舶压载水的研究 a b s t r a c t t h ep a p e rd i s c u s s e st h ed e s i g no ft h e “d i l u t i o n ”b w ( ie b a l l a s t - w a t e r ) s y s t e mw h i c hi sa p p l i e do ns h i p f i r s t l y , t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ee n v i r o n m e n tp o l l u t i o n w h i c hr e s u l t sf r o mt h e h a r m f u la q u a t i co r g a n i s m sa n dp a t h o g e n si nb w t h e ni ti n t r o d u c e st h e w o r l d w i d ef e e d b a c k sf o rt h ep o l l u t i o n i m o ( i n t e r n a t i o n a lm a r i t i m eo r g a n i z a t i o n ) h a s b e e na c t i v e l ye n g a g e di n s e e k i n gas o l u t i o nt ot h i sp r o b l e m s ，w h i c h d e v e l o p e da n di s s u e das e to fg u i d e l i n e sa n di n t e r n a t i o n a lc o n v e n t i o nf o rt h e c o n t r o la n dm a n a g e m e n to fs h i p b a l l a s tw a t e ra n ds e d i m e n t s a tt h es a m et i m e ， i m oa l s oh a s b e e ns t u d i e dt h ec u r r e n tb w m a n a g e m e n tm e t h o d s ，s o m eo fw h i c h a r ea p p l i e do ns h i pa n da n o t h e ro fw h i c ha r eu n d e rs t u d y i n g a m o n gt h o s eb w m a n a g e m e n tm e t h o d so n l yt h ee x c h a n g eo fb a ts e ai sa c c e p t e db yi m o t h e r ea r et h r e ew a y so f e x c h a n g i n gb wa ts e a ，n a m e l y “s e q u e n t i a l “f l o w - t h r o u g h ”a n d “d i l u t i o n ” “d i l u t i o n ”r e m a i n st h e a d v a n t a g e s o ft h e “f l o w - t h r o u g h ”p r o c e s s ，b u t i ta v o i d e dt h ei s s u e so fo v e rp r e s s u r i n ga n d a c c u m u l a t i o no fw a t e ro nd e c kp e o p l ep a i dc l o s ea t t e n t i o nt oi tr e c e n t l y s o ”d i l u t i o n ”w i l lb e c o m eb e t t e re x c h a n g eo fb wa ts e ai nt h ef u t u r e s e c o n d l y ，t h ep a p e rh a s d o n es o m er e s e a r c h i n go nt h ep r o b l e m se m e r g e d w h e nt h e “d i l u t i o n ”b we x c h a n g ei sa p p l i e do nb o a r d ，o nt h eb a s eo fw h i c ht h e d e s i g np r i n c i p l e so f “d i l u t i o n ”b ws y s t e ma n de q u i p m e n t a r eb r o u g h tf o r w a r d e m p h a s i so nd i s c u s s i n gw a t e rp o w e rc o m p u t a t i o no ft h eb a l l a s tw a t e rs y s t e m u s e dt h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o dc o m p u t a t i o np i p en e t w o r kr e s i s t a n c et h u so b t a i n s t h eb a l l a s tw a t e rs y s t e mt h el i n ep r e s s u r ed i s t r i b u t e ds i t u a t i o n t h ep a p e ra l s o h a sc a r r i e do nt h ec o m p u t a t i o nt ot h eb a l l a s tt a n kh y d r a u l i cl o s sa n dh a sp r o v i d e d t h et h e o r yb a s i st ot h eb a l l a s tp u m po p t i m i z e dd e s i g n t h eo v e r p r e s s u r et ot h e b a l l a s tt a n kh a sb e e nc a r r i e do nt h ed i s c u s s i o n t h ep a p e ra l s og e t st h ef u n c t i o n b e t w e e nt h er a t e df l o wa n dt h er a t e dp r e s s u r eo ft h ep u m po ns h i p sw h o s eb w p i p en e ti su n i f o r ma n dl i n ei sd i f f e r e n t ，w h i c hp r o v i d e san e wm e t h o df o rt h e s e l e c t i o no fb wp u m p l a s t ，t h r o u g hd e s i g no fb a l l a s t i n gs y s t e mo f17 0 0t e uc o n t a i n e r s h i p ，t h e p a p e ro f f e r st h er e f e r e n c e sf o rt h ed e s i g n o fb w s y s t e mw h e na p p l y i n gt h e i i 上海海事大学硕士学位论文 用“稀释法”更换船舶压载水的研究 d i l u t i o nb we x c h a n g e ，a n di ti sp r a c t i c a k e yw o r d s ：e x c h a n g eo fb a l l a s tw a t e r a ts e a ，d i l u t i o nm e t h o d ，b a l l a s t w a t e rs y s t e m b a l l a s tw a t e rp u m p g a oy o n g q i a n g ( m a r i n ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ys u ny o n g m i n g 论文独创性声嚷 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 吧在论文中做了明确的声明并表示了谢意。 作者签名：裔叁i 圣 鼙期：型堕12 ：2 论文使用授权声明 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 荐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 硷文的全文或部分内容，可以采用影印，缩印或其他复制手段保存论文。 保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名：刍丞；塾。导师签名 日期：圣尘。z 罗 蠢堪 、；鼍哆 ，“虫 j n 。 上海海事大学硕士学位论文用“稀释法”更换船舶压载水的研究 随着全球经济一体化的发展，各国之间的贸易迅速增加，据统计，全球9 0 以上 外贸货物是通过船舶运输的。船舶为了航行的需要，在空载时必须注入大量的压载 水，而在到达目的港需要装货之前，又必须把压载水排掉。出于在用于压载的海水 中含有大量的海洋生物，如各种鱼虾、海星、贻贝和海藻等，它们有的会危害有用 和有益的海洋生物，有的甚至会危害人类的健康，人类利用船舶促成了海洋生物的 “环球大移民”，从而带来了严重的环境污染和食物链破坏问题。问题最严重的是 澳大利亚。过去，通常认为澳大利亚远离其它工业发达的大陆，相对来浼较少受到 污染，是地球上难得的一片净土。但是，近年来由于大量出口矿石，尤其是向日本 出口，空船返回就势必带来大量的压载水。在澳大利亚，澳大利亚海域每年要接收 6 0 0 0 万吨左右的压载水，其中5 0 来自同本。至少已经有1 4 种海洋生物被证明是 通过压载水迁移来的。一种同本海藻已有取代当地海藻的趋势，而且已经严重影响 了鲍鱼和海胆的产量。有毒的海星已在霍巴特港大量繁殖，致使当地的牡蛎汛期一 年内缩短到只有6 个月。另外，来自日本的海星已成为澳大利亚当地贝类的食物，因 此对食物链也产生了严重的影响。船舶压载水对环境的危害不仅发生在澳大利亚。 8 0 年代后期，欧洲的斑纹贻贝随着压载水而移居到北美地区，它们的大量繁殖堵塞 了取水管道，并且对灌溉系统造成了严重的威胁“”。 国际社会通过了立法和采取了相应的管理措施，以最大限度地控制压载水外来 物种的污染。防止船舶压载水引入外来物种的理想措施，是在压载水排放之前将其 杀死或除去，目前得到应用或f 在研究之中的压载水处理方法虽然很多，但在现有 技术条件下，这些方法都不能满足要求。i m 0 经过多年的研究，在众多的压载水处理 策略中，被其承认的是海上更换压载水。海上更换压载水有三种方式，“排空法”、 “溢流法”和“稀释法”“1 。其中“稀释法”的应用在国际上较少，在我国还尚属 空白。 “排空法”由于其安全性差和操作复杂成为其进一步发展的障碍，“溢流法”的 安全性虽然相对好一点，但存在着严重的船舱承受过高应力的危险，而且船员有可 能与不洁压载水相接触而对其健康造成威胁。而“稀释法”由于具有“溢流法”的 优点，并且能避免船舱承受过高应力的危险，而且船员也不会与不洁压载水相接触 而对其健康造成威胁，因此近来备受关注。特别是其从甲板上压入压载水同时从底 部排出，可以产生较大的紊流搅动底部沉污物排出压载舱。“稀释法”的操作更加灵 活，因为它的压载和排出经过不同的管路在任何时候都可进行工作，可以只压载不 上海海事大学硕士学位论文用“稀释法”更换船舶压载水的研究 排出，也可只排出不压载，不象“溢流法”那样必需在满载时才能进行。船舶压载 水处理辅助措施也便于应用于“稀释法”。实践证明，采用“稀释法”更换船舶压载 水，其效果优于“溢流法”。 目前，“排空法”和“溢流法”已经在实船上有一定应用，而对“稀释法”的 研究比较少，特别是在实船上的应用，目的还没有在实船上得到验证。本论文主要 目的就是为了使“稀释法”能够在实船上应用提供一点理论依据。 上海海事大学硕士学位论文 用“稀释法”更换船舶压载水的研究 第1 章船舶压载水问题的背景和现状乜1 在过去的几千年罩，各种水生生物种依靠洋流、气候情况、海洋表面季风、附 着在浮木上等自然的方式，在全世界的海洋中自由传播。影响它们传播速度的障碍 只有自然生物学和环境因素，如温度、盐度、陆地和自然界的天敌等。然而人类的 活动已经使物种通过一些载体如水上休闲设施、渔业活动、船体和设备以及船舶压 载水传播从而加速了物种传播的进程。 今天，压载水已经被确定为物种传播的主要载体，全球每天通过压载水转移的 海洋微生物、植物和动物至少7 0 0 0 种甚至达到l o o o o 种“1 。它已经被确定为对世界 海洋四个最大的威胁之一。其它三个分别为陆源海洋污染、对海洋生物资源的过度 开发和海洋生物环境的物理改变和破坏。在过去的半个世纪罩，这些入侵者在爆发 的广度和破坏性上已经显示出戏剧性的增长，并且所有的迹象表明这种情况将继续 发生。毫无疑问，不断发展的航运业使压载水通过船舶在全世界转移增大，不断提 高的船速提高了水生物种存活率。船舶运输了世界上超过9 0 的货物，据估计，每 年约有几十亿吨甚至超过几百亿吨压载水通过约一万艘船舶在世界范围内转移。 1 1 船舶和压载水 根据船舶大小和用途的不同，每条船可以携带几百吨到超过几十万吨的压载水。 不同类型的船舶携带压载水的数量不同( 见表l 一1 ) ，一般占船舶载重量的3 0 6 0 不等，恶劣天气下占的比例要大些。而压载舱在船舶中的分布取决于船舶设计 标准、尺度和强度，不同类型船舶压载舱设计不同( 见图1 一1 ) 。船舶在港口或附 近加装的压载水可能包含多种生物体。当在到达港为了装货而排出压载水的时候， 那些生物体也同时被排到了一个新的环境中。一些水生生物种离丌它们的原来栖息 地后能够建立新的种群并潜在地威胁当地物种，或引起生态和环境损害，引起对人 类的威胁。 船舶是按照载货后在水上航行设计和制造的，如原油、矿石、集装箱等。因此， 如果船舶没有装货，或者已经在某一港口卸下了部分货物并开往它的下一停靠港， 就必须进行压载使船舶能有效和安全地航行。这些包括保持船舶足够的吃水以确保 螺旋桨和舵机操作的有效性，避免船首离丌水面，也避免船体产生过大的压力和张 力，特别是在恶劣的海况下，这些可能会导致船舶断裂或沉没而必须压载。 上海海事大学硕士学位论文用“稀释法”更换船舶压载水的研究 表卜i 典型船舶的压载水容量 载重吨 压载情况 船型 占载重吨恶劣天气占载重吨的 d 、t 正常( 吨) 的百分比 ( 吨) 百分比 散货船 2 5 0 0 0 07 5 0 0 03 0 1 1 3 0 0 0 4 5 散货船1 5 0 ，0 0 04 5 0 0 0 3 06 7 ，0 0 0 4 5 散货船7 0 0 0 02 5 0 0 0 3 64 0 。0 0 05 7 散货船3 5 。0 0 0 1 0 0 0 03 0 1 7 ，0 0 0 4 9 油船1 0 0 。0 0 04 0 ，0 0 0 4 0 4 5 ，0 0 0 4 5 油船4 0 0 0 01 2 0 0 0 3 01 5 0 0 03 8 集装箱船 4 0 ，0 0 0 1 2 。0 0 03 01 5 0 0 03 8 集装箱船 1 5 0 0 0 5 0 0 0 3 0 普通货船1 7 0 0 0 6 ，0 0 0 3 5 普通货船8 。0 0 03 0 0 0 3 8 客船膝装船3 ，0 0 01 0 0 0 3 3 “ ： 货舱 ： i # m 油轮 太湖小，型散货船 图l 一1 不同类型船舶压载舱设计 当几千年前人类首次造船的时候，压载物是固体的，一般使用岩石、砂子或金 喇货 敬 献 舱 州 输 耕 椭赫 货 q 擞 嘴 眦融蛳。答?慧 上海海事大学硕士学位论文用“稀释法”更换船舶压载水的研究 属。大约从1 8 8 0 年前后，船舶丌始主要使用水作为压载物，因为水更容易利用，更 便于装卸，同时也比固体压载更有效和经济。 在港口卸货和力装抓载水 在港口装货年排放胍载水 船舶在空载航行 ( 注满压载水) 船舶在满载航行 ( 无c 载水) 图1 2 船舶压载水操作过程 当船舶没有装货时，它装满压载水：当它装货时，压载水就被排放了，船舶压 载水的加装和排放的整个操作过程如图1 2 所示。压载水装在船上的压载舱中，这 些压载舱根据船舶的结构以各种形式分布在船上。压载舱通常位于船体的两边和底 部( 见图l 一3 ) 。在压载水泵的帮助或在重力作用下，压载水通过通海海水箱进入 船舶的压载舱。通海海水箱入口覆盖着格栅或滤网板以防止大型的外来物体进入船 舶的压载舱，对各种海水泵和设备进行保护。 尾尖舱 压载边舱 双层底舱 压载边舱 图1 3 船舶压载舱的分粕 首尖舱 上海海事大学硕士学位论文 用“稀释法”更换船舶压载水的研究 1 2 外来物种的入侵及给全球带来的危害。“ 1 2 1 船舶压载水转移外来物种的机理 船舶压载水可能携带几千种的海洋生物，有些小到足以通过船舶压载水的海水 滤器和压载水泵，包括细菌和其它微生物、无脊椎动物和卵、各种生物的孢子和幼 虫。并不是所有这些都能在压载舱中存活，因为压载舱是一个恶劣的环境，伴随着 相当大的扰动，缺乏食物和光。那些最后的幸存者必须通过四个阶段才能确保从一 个地方到另一个地方能生存发展( 见图1 4 ) ，即： 加装压载水 经过船舶运输 排放压载水 在新的环境中生长 船舶压载水作为媒介转移外来物种并造成污染危害的起因是不同水域间物种的 差异。地球上的海洋虽然是相通的，但无论是盐度、温度等简单环境因子，还是物 种、种群分御、群落构成这样的复杂生物因子都有相当大的不同。任何水域生态系 统中的生存物种都是自然界长期演替进化形成的，所以许多物种分布带有严格的地 域特征。外来物种的入侵，经常会使原来处于稳定状念的生态系统发生变化。 在原有环境一 中的生物 r 焉翥囊 一船舶运输 一器薰轰的加装的排放 新环境生物 的立足 图l 一4 压载水转移外来物种的机理 当然物种转移也有自然发生的。自然因素导致的物种转移是需要相当长的时间， 而且还会受一些因素的有效阻碍被限制在一定的范围内。但以船舶压载水作为媒介 的转移是人为因素，与自然因素造成的转移有很大的不同。一般来说时白j 较短，而 上海海事大学硕士学位论文用“稀释法”更换船舶压载水的研究 且转移范围大，因为生物是在货舱的“保护”下去跨越靠自身、靠自然因素不可能 逾越的屏障，如：欧洲的斑纹贻贝最早生活在亚速海和旱海，在2 0 世纪靠自然因素 在北欧蔓延生长，因为它的生长环境是低盐水域，所以不可能靠自然因素越过大西 洋扩散到北美的内陆水系，是船舶实现了它的这一转移。另外，随着船舶越来越大、 越来越快，转移外来物种的可能性比以往的任何时候都大。 美国的学者对旧金山湾水域的物种分析认为，以船舶压载水作为媒介，在上个 世纪1 9 6 1 年一1 9 9 5 年间共有2 4 3 个物种转移进入，平均每1 4 周转移1 个物种。澳 大利亚水域己经认定的外来物种有7 0 多种。能够通过船舶压载水转移的外来物种有 以下特点： 1 ) 浮游生活方式 通过船舶压载水转移的外来物种首先应能进入船舶的货舱中。所以，一般都是 个体比较小，悬浮在水体中。包括终生营浮游生活的水生动植物，如：浮游动物、 浮游植物；生活史中某一个阶段营浮游生活，如：贝类的幼体、鱼卵、有些藻类的 孢子体；以及偶尔被扰动进入水体暂时营浮游生活的底栖生物。 2 ) 在原栖息地属优势种 属优势种的物种，一方面个体数量多，进入货舱中的数量也多：另一方面在原 栖息地就已经在和其它物种的竞争中表现出很强的优势，当其转移到新水体时同样 有取得优势地位的能力。 3 ) 对环境有很强的适应性 如前所述，货舱条件对生物的生存是极为不利的。能被转移的外来物种首先要 在这样的条件下存活，就要忍受长达几个星期甚至几个月的时i b j 。随压载水进入某 一港口国水域后，要适应新的环境条件，并且还要与处于同一生态位的当地物种竞 争，结果适应性强的外来物种能生存并繁殖起来，甚至成为优势种。如：欧洲的斑 纹贻贝在2 0 世纪8 0 年代进入北美五大湖后，迅速繁殖，通过争夺食物和栖息地， l o 年的时间使当地贝类减少了5 0 ，而它很快扩散到北美4 0 的内陆水系。 4 ) 物种的生物学特性 有的物种繁殖所需的个体数目较少而且繁殖速度快，具有这样特性的物种转移 的可能性大。因为大部分物种不能长时阳j 忍受货舱的恶劣环境，即使能存活也不是 该物种所有的个体都能存活。再加上排放到新环境中，即使是适应性强的物种，它 剩下的个体数目也不会很多，加之压载水又很快和新环境的水体混合，使它们更显 得“形影孤单”。所以，如果物种具有繁殖快而且建立种群所需的个体数目少的话， 容易通过船舶压载水转移。 许多物种可以通过降低代谢速率、形成休眠孢子等方式抵御逆境，度过不良时 上海海事大学硕士学位论文用“稀释法”更换船舶压载水的研究 期。澳大利亚有关机构在对到港船舶压载水的取样调查中发现，货舱底部的沉积物 中聚集了许多物种的休眠孢子，光是有毒的双鞭毛藻类就有十几种之多。休眠孢子 是动植物抵御暂时不良环境条件的一种非常有效的生理机制，当环境条件超出了生 物的适宜范围，生物便以休眠状态适应这种环境，等待合适的条件再萌发。动植物 进入休眠期后，它们对环境的耐受范围就会比f 常生活时宽很多，而且能存活很长 时间，有的达3 0 年之久。货舱舱底的沉积物又为这些休眠孢子提供了栖息的场所。 一些国家的调查表明，能够通过船舶压载水转移的物种有许多种类，包括：环 节动物、节肢动物、棘皮动物、软体动物、栉水母、脊索动物、剌胞动物、苔鲜和 藻类等。 1 2 2 影响外来物种类转移的因素 外来物种随船舶压载水从一个区域转移到另外一个区域，必需满足一定的条件， 影响外来物种类转移的因素主要包括以下几个方面： 1 ) 压载水装入水域和排放水域之间环境因素的相似程度 如果船舶压载水装入和排放水域之间在温度、盐度一类的环境因子上存在相当 大的差异，即使外来物种能在船舶压载水中存活，但进入排放水域后，这些差异大 的环境因子会成为其生长繁殖的有效障碍；反之，如果两者的差异程度小、甚至没 什么差异，这就为外来物种转移到新水域提供了适宜的条件。 2 ) 新水域生态系统的生物因子 如果压载水的排放水域的生态系统处于稳定状念，生物种类多而且每一生念位 都有物种占据，这样就会使外来物种“无处容身”；或者外来物种在新水体中有天敌， 无论是竞争还是捕食都处于劣势，这样它就无法繁殖起来。相反外来物种在一个物 种单一的生态系统中就容易立足，再缺少天敌的话，很快就会繁殖起来成为优势种。 比如：欧洲的黑海生物结构较为单一，原来殷鱼作为黑海的经济鱼类生物量很大。 北美沿岸的栉水母随船舶压载水转移到欧洲的黑海后，在与殷鱼争夺食物的竞争中 很快占据上风，成为优势种：亚洲蛤转移进入旧金山湾后，因没有天敌，迅速成长 为优势种。另外，很多实验证实，生物对非生物因子的耐受范围或最适宜生存区段 常因生物之间的竞争而被改变。所以，新水域生念系统中的生物因子也是影响物种 转移的非常重要的因素。 3 ) 航运业的发达程度 航运业承担着约9 0 世界货运量，而且大量的都是跨洲和跨地区的运输。船舶 以它的大载重量、低成本，一直受货主的青睐，再加上不断对船舶的设计进行改进， 上海海事大学硕士学位论文 用“稀释法”更换船舶压载水的研究 建造专业用途的船舶以及提高船舶速度，使航运业更具有优越性和竞争力。当然， 这也增加了转移外来物种的危险性。尤其是运输的货流以单向为主，回程大都以装 载压载水航行的船舶，在不同的港口水域之间转移大量的压载水。一条2 0 万吨的油 轮在空载的情况下，需装载6 力吨的压载水，这样大量的水体其中的生物无论是种 类还是数量都是相当可观的。如果某个港口挂靠这类船舶的机会多，其面i 临外来物 种入侵的危险程度是不苦而喻的。澳大利亚是以矿石出口为主的国家，到这里的大 都是空载的散货船，在装货前要排放大量的压载水，潜在的物种转移的危险性很大， 所以澳大利亚首先遭遇并意识到这一污染的危害。同本的情况恰恰相反，是以进口 原油和矿石为主，船舶大都是满载抵港，离港时加载压载水，所以外来物种入侵的 危险l 生不大。从船舶类型上看，集装箱船、杂货船因压载水量相对少一些，物种转 移的危险性相对于散货船也小一些。由此可见，国际航运的发达程度、贸易性质、 船舶类型和到港船舶的密度都是影响外来物种转移的因素。 4 ) 港口水下设施建设和疏浚 港口水下设施建设和疏浚实际上是对底栖生物群落的破坏，对水体中的生物也 会产生较大的影响。设施建成或疏浚后，由于改变了生物的栖息环境，无论对本土 还是外来物种都是一个新环境，也就是说，为它们提供了同等的生存和竞争的机会。 而且很可能外来物种在原来的水域中已经适应了这种环境的改变，所以能很快建立 起自己的种群，继而影响群落的结构。 1 2 3 对当地水域的生态系统产生危害 外来物种入侵后，要与处于同生态位的本土物种争夺食物和栖息地，与处于不 同生态位的本土物种可能是捕食或被捕食的关系。竞争的结果，如果本土物种占优 势，外来物种便不能立足；但若外来物种占优势，本土物种会变得很困难，甚至无 法生存下去。前面所述的北美五大湖的本土贝类面临欧洲斑纹贻贝的挑战，明显处 于劣势。入侵的斑纹贻贝最早是在1 9 8 8 年在五大湖中休伦湖的加拿大沿岸发现的， 到了1 9 9 4 年它已经遍布于包括圣劳伦斯河的五大湖的每一个角落，而且通过内河水 系扩散到像新奥尔良这样远的南方。它们大量附着在水下岩石、港口建筑上，堵塞 了沿岸工厂的进、排水管路，使本土贝类物种濒临绝迹。生物多样性的减少会使生 态系统更加脆弱。斑纹贻贝一生大都营固定生活，掘分析它是在处于浮游幼期时， 通过船舶压载水从欧洲转移到大湖区的；来自北太平洋的褐藻已经占据了澳大利亚 塔斯曼海域的潮间带海底，取代了当地本土物种，改变了群落的结构；亚洲蛤侵入 旧金山湾，很快繁殖到数量惊人的程度，每天取食过滤的水体达到整个湾内水体的 9 上海海事大学硕士学位论文用“稀释法”更换船舶压载水的研究 量，该生态系统内其他的滤食性的生物就很难再觅到食物了。 1 2 4 对当地的经济造成破坏 外来物种对当地的经济造成严重的破坏，主要包括两个方面： 是外来物种的侵入直接造成海产鱼类和贝类减产； 是为避免其危害的发生而投入的费用。 北美五大湖在最近十几年来，由于斑纹贻贝到处蔓延，覆盖了鱼类作为产卵基 床的岩石，使本土贝类濒于绝迹，附着在水下设施和航标上，并滤食大量的浮游生 物，使经济鱼类大幅减产，光是清除污损的费用就达到了5 0 多亿美元之多；进入澳 大利亚水域的有毒甲藻，因其产生的毒素积累在经济贝类体内，导致食用的人生病， 甚至死亡，为此澳大利亚关闭了贝类市场；黑海的殷鱼资源曾是当地重要的经济来 源，但由于北美栉水母的侵入，它们大肆掠夺殷鱼的食物，生长繁殖迅速，几年时 间成为优势种，达到l k g m 3 的生物量，总生物量达1 0 亿吨之多。致使殷鱼无法维 持原有的种群数量，每年减产7 0 以上；有毒甲藻的另一个危害是能引起赤潮，无 论对渔业还是养殖业都会造成损失。 1 2 5 对人类健康构成威胁 早在1 9 7 3 年国际防止船舶污染公约制定的时候，世界卫生组织( w h o ) 就指出船 舶以压载水作为媒介传播病原体导致流行病蔓延的作用。病原体是人类生理活动的 产物，具有严格的地域流行的特点。能导致流行病发生的病原体，如果随船舶压载 水转移到新水域，就有可能发生流行病的传播。此外，一些生物通过某些途径也会 对人造成危害。据澳大利亚检验当局提供的报告，2 0 世纪8 0 年代木，在其东南的 塔斯曼海( t a s m a n i a n ) 水域出现了三种外来的有毒甲藻，产生的甲藻毒素积累在牡 蛎、贻贝和扇贝体内，食用这些贝类会导致人患麻痹性神经中毒症( 简称p s p ) ，严 重会致人死亡。澳大利亚已有多起p s p 中毒事件的发生，这在以前是从未有过的。 从当地浮游生物的记录、海底沉积物分析、这些藻类的遗传特性分析以及对进入澳 大利亚港口的船舶压载水取样检验，确认这些甲藻是通过船舶压载水转移的外来物 种。由于水域相连，新西兰很快也出现了p s p 中毒的事件。为此，澳新两国从1 9 8 6 年起关闭了贝类市场，以保护国民的健康；1 9 9 1 年在秘鲁爆发的流行性霍乱，掘分 析是通过船舶压载水由亚洲带来的。虽然南美也是霍乱多发区，但这次的霍乱菌属 生物型e it o t ，血清型为i n a b a 的亚洲霍乱弧菌所致。 上海海事大学硕士学位论文 用“稀释法”更换船舶压载水的研究 1 2 6 不可预见的远期影响 前面所述的通过船舶压载水作为媒介转移外来物种的危害，是外来物种入侵后 短时阳j 就表现出来的，主要是由于入侵的物种本身有毒或有害所造成的。例如进入 澳大利亚的日本甲藻能产生危害人类的毒素；进入秘鲁沿岸水域的亚洲型霍乱造成 流行性疾病的蔓延；进入五大湖的欧洲斑纹贻贝到处附着造成污损危害等等。有另 一种情形是，外来物种本身没表现出有害性，其有害性是进入环境或进入生态系统 后彳表现出来，例如进入黑海的北美栉水母，只是因为它争食了经济鱼类一鳃鱼的 食物，才表现出有害性，这样的危害不容易预料得到。还有的远期影响可能无法准 确地预见，从生态意义上讲，可能会改变群落结构，直至本土自然物种灭绝。 1 3 国际社会对压载水问题的反应 船舶压载水携带外来生物种群的入侵使港口国水域的海洋生态环境破坏和人类 的健康受到威胁。随着近几年来对压载水污染问题认识的提高，国际社会特别是国 际海事组织( i m o ) 对船舶压载水携带外来有害微生物和病原体作出了积极的反应。在 过去的3 0 年旱，压载水已经提上许多国际组织的议程。今天，大量的国家、机构、 组织和个人从各个方面致力于解决这个问题。为了解决压载水的问题，世界上已经 采取了许多主动措施和行动，包括研究和发展管理和处理系统。各相关行业，包括 航运业、港口业、环境界、旅游团体、公共保健组织、海产品生产者等正在努力解 决这个问题，既通过个别的在他们自己国家和区域内合作也通过国际论坛进行国际 合作。 1 3 1 国际海事组织( i m o ) 从2 0 世纪8 0 年代术，国际海事组织已经在积极地寻求对这个问题的解决方案， 作为联合国负责制定国际海上安全和防止船舶污染的一个专门机构，国际海事组织 已经通过它的成员国进行解决压载水问题的工作。主要工作如下： 1 ) 通过决议和指南 作为对压载水携带外来生物危害的反应，通过了一个专门用于控制和管理压载 水的自愿性准则一关于控制和管理船舶压载水，减少有害水生物和病原体传播的 指南( a 8 6 8 ( 2 0 ) ) 。该指南的具体内容包括压载水的管理和控制操作、记录和报告 上海海事大学硕士学位论文用“稀释法”更换船舶压载水的研究 程序、船舶与港口国程序、港口国强化实施和监控等。该指南是非强制性的，它鼓 励各国政府采取紧急行动，实施决议中包括的各项措施并将指南发到各航运单位， 以减少有害水生物和病原体通过压载水传播。 2 ) 制定新公约 2 0 0 4 年2 月9 1 3 日关于船舶压载水管理的外交大会在伦敦i m o 总部成功召开。 大会最终通过了国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约。公约规则中对船舶压 载水管理和控制要求，某些区域的特殊要求压载水管理标准和压载水管理的检验和 认证分别作了具体规定。公约将在合计商船总吨位不少于3 5 的至少3 0 个国家签 署一年后生效。 1 3 2 其它主要国际论坛 除国际海事组织以外，还有许多国际论坛已经考虑压载水问题。有两个主要的 国际论坛为压载水问题提供建议得到了全球范围内的相应政治认可和支持。 在1 9 9 2 年，联合国环境和发展大会( u n c e d ) 要求国际海事组织考虑制定适当 的、法律约束性的压载水规则，以防止非本土生物的传播。 在2 0 0 2 年，世界可持续发展首脑大会( w s s d ) 再次确认关于议题的许诺，呼吁 加速发展处理压载水中入侵物种的措施，敦促国际海事组织尽快完成国际控制和管 理压载水和沉积物公约的制定工作。 实施全球压载水管理项目( g l o b a ll a s t ) 。为了帮助发展中国家克服在有效实施 i m o 决议方面存在的困难，i m o 与u n d p ( 联合国发展计划署) 和g e f ( 全球环保基金) 合作，实施了一个全球性的项目，该项目的全称是“帮助发展中国家克服有效实施 船舶压载水管理和控制方面的困难”，简称“全球压载水管理项目( g l o b a l l a s t ) ”。 该项目的总资会为7 0 0 万美元。经过调查和协商，巴西、中国、印度、南非、乌克 兰和伊朗被选为浚项目的实施国。目前项目已经取得了很大成绩，中国大连为中国 项目的演示地，大连海事大学项目组承担研究任务。该项目对这些国家进行压载水 管理技术支持，并在该项目结束后，使其能顺利的接受将在未来生效的压载水法规， 带动周边地区仿效。 1 3 3 单边反应 为限制船舶压载水中的入侵物种的传播，一些国家已经采取了多种措施。这些 针对压载水管理的措施绝大部分己经在他们的国家管辖范围内单方面执行，许多其 上海海事大学硕士学位论文 用“稀释法”更换船舶压载水的研究 他国家f 在考虑采取类似的行动。 1 ) 澳大利亚 澳大利亚政府历来严格限制澳洲大陆与外界的任何形式的物种交流。1 9 9 0 年， 澳大利亚政府即发布了非强制性的船舶压载水管理导则，旨在敦促所有挂靠澳大利 亚港口的船舶在大洋中更换压载水。1 9 9 7 年1 1 月i m o 通过a ，8 6 8 ( 2 0 ) 号决议后澳 大利亚政府迅速颁布规定，对1 9 9 8 年8 月1 同起进入澳大利亚港口的船舶强制要求 填报“压载水申报表”( b a l l a s tw a t e rr e p o r t i n gf o r m ) 并在进港前的1 2 - 2 4 小时期间 内通过传真让代理呈交a q i s 。在大洋中更换压载水虽说非强制，但如未更换则需 说明原因，到港后a q i s 会派人调查，实际上也等于是强制要求。a q i s 还会随机抽 查到港船舶，如被发现恶意虚报资料将被处于罚款1 力i 澳元和或入狱5 年的刑罚。 一般而言，船舶在热带深海更换掉船上每一个压载水舱中9 0 以上的压载水即符合 要求。 2 ) 新西兰 执行与澳大利亚相似的压载水管理规定，但如船舶可提供压载水无有害海藻的 证书或已消毒的证据即可免于更换。 3 ) 美国 1 9 9 3 年5 月，美国强制要求所有进入圣劳伦斯水道( 五大湖入海口) 及华盛顿桥 以北的哈得孙河水域的船舶在专属经济区以外( 离岸至少2 0 0 海罩) 水深大于20 0 米 ( 盐度大于千分之三) 的大洋中更换压载水。1 9 9 9 年5 月，美国海岸警卫队规定自1 9 9 9 年7 月1f | 起由外国进入美国港口及航行于美国东西岸的船舶到港时递交“船舶压 载水清单”( b a l l a s tw a t e rb o a r d i n gf o r m ) ，并自愿进行压载水更换。对违反规定的 船舶处罚相当严厉，曾有一条来自欧洲的船在进入大湖港口后被勒令返回大洋更换 压载水。 4 ) 加拿大 要求进入温哥华港的船舶在大洋更换压载水。尽管采取这些单边行动证实这些 国家将这个问题放在很重要的位置上，但采取任何单边行动都存在个潜在的危险 性，它导致整体的支离破碎和相互间的不一致。当两个区域性规则系统出现不同的 规定时，它反过来会在国际航运贸易中造成负面影响。 1 3 4 中国的反映 作为世界的航运大国，中国在减少压载水携带外来生物方面做了大量的工作 ( 1 ) 全球压载水项目在中国进入了实施阶段，并取得了一定的成绩。 上海海事大学硕士学位论文用“稀释法”更换船舶压载水的研究 ( 2 ) 中国根据自己的国情丌展了一些具有国家特色的项目。例如：大连海事 大学关于船舶压载水携带和传播赤潮水生物的研究工作及相关的对船舶的信息系 统，对采用化学处理方法处理部分压载水利弊的分析研究，对采用电解和加热综合 方式的船舶压载水处理装置的研究等等。 ( 3 ) 目前，我国交通部f 委托辽宁海事局对中国履行压载水公约f 在作前期 评估。 1 4 小结 本章的目的是对“船舶压载水”问题进行介绍。本文解释了船舶如何和为什么 使用压载水，水生生物种是如何通过压载水转移到新的环境，在那里，它们定居下 来并成为主要的统治物种，并对全球造成的危害以及国际社会对此作出的反应。通 过本章你将了解到： 船舶压载水它的使用和管理。 海洋外来物种的传播以及给全球带来的影响。 全球对压载水问题的反应。 上海海事大学硕士学位论文 用“稀释法”更换船舶压载水的研究 第2 章船舶压载水控制和管理“1 船舶压载水控制和管理通常是指压载水处理或海上压载水更换过程和船舶舱 室间的压载水转移，以适应变化的操作和海洋条件，如天气、液体损耗、海浪等。 为应对船舶压载水中的引入外来微生物引起的威胁，国际海事组织( i m o ) 从2 0 世纪8 0 年代末就积极地寻求压载水问题的解决方案，制定了自愿性的关于控制和 管理船舶压载水，减少有害水生物和病原体传播的指南。该指南已于1 9 9 7 年经 a 8 6 8 ( 2 0 ) 大会决议被国际海事组织成员国通过。该指南由于的本身局限性( 主要 是因为他们仅是自愿执行的) ，国际社会需要一个具有法律约束性的国际公约。从 那时开始，国际海事组织和它的成员国就开始忙于制定一个公约草案的复杂任务 ( “控制和管理船舶压载水和沉积物的国际公约”) 。公约草案涉及广泛，旨在于制 定一个具有计划强制性的，统一的国际的安排以确保船舶压载水是得到管理和处 理，其方式将使有害水生生物和病原体向新区域的转移、定居并成为有害物种的潜 在风险减到最小。国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约于2 0 0 4 年2 月在伦 敦i m o 总部成功召开关于船舶压载水管理的外交大会获得通过。 2 1 国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约 经过1 4 年的讨论和准备，国际海事组织( i m o ) 召丌的成员国外交大会于2 0 0 4 年2 月1 3 同在伦敦通过了国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约。该公约已 于2 0 0 4 年6 月1 日开放供各国正式批准接受。出席外交大会有7 4 个成员国和1 个 联系会员，还有来自2 0 个政府问和非政府问组织的观察员。 2 1 i 国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约的主要内容 国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约共有2 2 个条款和一个规则附则， 附则包括了相关技术标准和要求。公约的要点如下： 1 ) 生效 公约第1 8 条规定公约在合计不少于世界商船总吨位3 5 的至少3 0 个国家批准 之后1 2 个月后生效。 上海海事大学硕士学位论文用“稀释法”更换船舶压载水的研究 2 ) 一般责任 根据公约第2 条“一般责任”的规定，各当事国应保证全面充分地实施本公约 及其附则的规定以通过控制和管理船舶压载水和沉积物，来防止、减少和最终消除 有害水生物和病原体的传播。公约当事国有权在符合国际法的前提下，独自或与其 它当事国联合采取更严格的措施，防止、减少或消除有害水生物和病原体的传播。 当事国应确保依照该公约进行的压载水管理对其或其他国家的环境、人员健康、财 产或资源不造成比其所预防的更大的损害。 3 ) 接收设施 根据公约第5 条“沉积物接收设施”，各当事国应确保在其指定的区域进行压 载舱清洗和维修作业的港口和码头内，提供充足的接收设施接受沉积物。此类接收 设施的操作不应造成船舶的不当延误，并应安全地处理这些沉积物而不损害或破坏 其他国家的环境、人员健康、财产或资源。 4 ) 科技研究与监测 公约第6 条涉及科技研究与监测，要求各当事国单独或联合努力促进并推动压 载水管理的科技研究，并监测在其管辖水域内的压载水管理的效果。 5 ) 检验、发证和检查 船舶应接受检验和发证，并可接受港口国监督官员的检查。港口国监督官员可 核实船上是否配备了有效的证书，检查压载水