基于AIS 的内河船舶污染物产生量清单建立方法研究

摘要：本文以船舶自动识别系统（AutomaticIdentificationSystem，AIS）数据为基础，采用回归模拟计算的方法解决了内河船舶污染物排放清单建立过程中的船舶静态数据缺失的难题，研究建立了一套内河船舶水污染物及大气污染物产生量清单的计算方法，建立了长江干线部分区域内河船舶的产污清单，确定了船舶水污染物和大气污染物的产生总量，获得了高精度的清单测算结果。关键词：AIS；内河船舶；污染物产生量；清单测算0引言污染物排放清单可以描述出不同污染物排放源在一定时间和空间内产生的各类污染物的排放总量及时空变化规律，可以帮助识别排放高位值以及重要污染源，其建立对于控制与治理相关污染十分重要。目前，长江经济带持续开展船舶和港口污染突出问题整治行动，实行船舶水污染物“船上存储、交岸处置”，推进船舶大气污染物“零产生”。本研究参照污染物排放清单，建立内河船舶水污染物及大气污染物产生量的清单（以下简称产污清单）测算方法。目前关于海港、长江近出海口区域的大气污染物排放清单测算较多，缺乏内河水域尤其针对船舶水污染物的研究。面对全球疫情影响下复杂的经济形势，促进内循环意味着内河航运将发挥越来越重要的作用，而减少能源消耗、降低环境污染也是内河航运发展的前提。本研究综合标准规范法和产污经验系数法，研究内河水域船舶水污染物和大气污染物产污清单的建立方法，以长江干线部分区域（包括三峡水利枢纽工程与葛洲坝水利枢纽工程的航段）2020年AIS数据为基础，计算相关污染物产生量底数，指导相关区域采取分类分区的船舶污染防治措施，提高航运绿色发展水平。1

船舶污染物船舶污染物按物理形态可分为“水、气、声、渣”四大类，即船舶污水、船舶废气、船舶噪声及船舶固体废物。在实际监管工作中，将其更具体地划分为船舶含油污水、船舶生活污水、船舶洗舱水、船舶压舱水、船舶废气、船舶噪声及船舶垃圾等。内河航行船舶按用途可分为干散货船、液货船（油船、化学品船、液化气船）、集装箱船、客滚船、多用途船、渔船、自卸砂船等，数量较多、船型复杂，吨级不等，在运营过程中污染物排放种类多、实时监管难度大、污染治理较为复杂。不同类型船舶在航行状态、航线、动力等方面的差别也会导致污染物产生水平的差异，难以实施标准化管理。2

研究方法及目的本研究以AIS数据为基础，利用回归模拟计算的方法，推算清单测算必需的船舶静态数据，基于完善后的数据库建立内河船舶水污染物及大气污染物产污清单的测算方法。并以此计算长江干线包括三峡水利枢纽工程与葛洲坝水利枢纽工程的航段（30°~31°N，110°~112°E）船舶水污染物和大气污染物的产生总量，涉及的污染物包括船舶含油污水（主要为机器处所油污水）、船舶生活污水（主要为黑水）、船舶垃圾、船舶废气（NOx、PM10、PM2.5、SO2、CO、HC）。基于清单结果，对产污清单的特征进行分析，并从源头防治、污染物接收转运、体制机制、新技术研发等方面提出船舶水污染和大气污染防治对策和建议。3

相关研究进展3.1

船舶水污染物及船舶垃圾的测算针对船舶水污染物及船舶垃圾的测算，现有研究主要通过实地调研得到某些观测点污染物的产生量，进而建立基于统计学和经验系数的数学模型进行总体估算。根据对国内民用船舶的调查结果，得出生活污水的产生量约为70L/（人·天）。选取了太湖流域骨干航道的船闸、港口等5个观测点，得出船员垃圾的平均产生量在0.25kg/（人·天），船舶油污水的产生量范围在0.69~13.29m3/a，同时通过船舶流量的变化情况，对航段进行划分，建立分段船舶污染负荷的估算方法并应用于苏南运河。我国现行标准指南也有船舶水污染物产生量的估算方法，如《港口和船舶污染物接收转运及处置设施建设方案编制指南》中基于船舶签证信息的污染物计算方法、《港口、码头、装卸站和船舶修造拆解单位船舶污染物接收能力要求》（JT/T879—2013）中的相关经验公式等。3.2

船舶大气污染物针对船舶大气污染物，现有研究较为成熟，其方法体系可以分为自上而下（如燃油法、贸易法等）和自下而上（如统计法、动力法等）两类。燃油法是根据燃油的消耗量，利用估算的平均排放因子进行总排放量的测算。贸易法是通过货物周转量、货物种类等，结合某类污染物的经验排放量，进行总体排放量的估算。统计法是通过船舶静态数据的统计（如船舶进出港艘次数），结合船舶分类、功率分布、活动模式分类及相关排放因子来估算总体排放量。动力法主要运用AIS数据，通过船舶实时动态信息，确定船舶运行状态，进而利用相应的排放因子进行计算[7]。根据船舶进出港数据、吞吐量、燃油消耗量等统计数据进行计算所得结果都较为粗略。AIS数据能获取高分辨率的船舶动态信息，从而确定船舶发动机实时负荷及工况，在计算精度和时空分辨率上具有极大的优势。4

产污清单建立方法本研究选取船舶AIS数据作为产污清单的计算基础，AIS数据可以提供船舶较为详细的轨迹信息及相关活动水平。船载AIS设备分为A级和B级两类，数据信息包括静态信息、动态信息以及相关航次信息。船舶静态信息主要包括船舶船名、呼号（海船）、海上移动识别码（MMSI）、IMO号码（海船）、AIS天线位置等，可知船舶船长、船宽、船舶种类等，主要在安装AIS设备时输入。静态数据直接影响接收站是否能识别船舶，由于人为设置的原因，会出现信息错误或缺失的情况。动态数据包括船舶位置（经度、纬度）、UTC时间、船首向、对地航向、对地航速等，由与AIS连接的传感器自动更新，在自主模式下，AIS数据以不同的更新频率自动发送。本研究主要选取AIS原始数据中的以下字段进行分析计算（见表1）。表1产污清单所需主要字段及解析Tab.1Mainfieldsandanalysisrequiredbythepollutionlist为建立船舶水污染物和大气污染物产污清单测算模型，本研究引入“船舶活动度”这一概念，即某水域在某时段内活动船舶的相关停留时间，按小时计算。这一数据通过对AIS原始数据的抽稀获得。在AIS设备自主工作的模式下，数据以不同的时间间隔发送信息，本研究针对特定船舶（以MMSI号为识别标记），无论1小时内该船发送多少条AIS报文，均按1小时活动度进行计算。4.1

船舶水污染物产生量的测算（1）船舶机器处所油污水式中：T机器处所油污水为机器处所油污水产生量，t；A

为船舶活动度，h；qb

为机器处所油污水产污系数，t/h；k

为船载AIS开机率，%。船舶机器处所油污水参照《国内航行海船法定检验技术规则（2020）》提供的计算方法进行换算，每小时产生的舱底水量取q=1.8×10-5GT，单位为m³/h，GT为总吨。（2）船舶生活污水式中：T生活污水为生活污水产生量，t；r为船舶所载人数，人；qs

为生活污水产污系数，t/（人·小时）。综合实地调研及各类研究，本研究测算船舶生活污水产生量选用的参数分为两部分进行计算，第一部分为船员产生，每艘船舶根据船舶类型及吨级确定最低配员人数；第二部分为客船所载乘客产生，取平均载客量进行计算，生活污水产污系数取70L/（人·天）。（3）船舶垃圾式中：T

船舶垃圾为船舶垃圾产生量，t；qg

为船舶垃圾产污系数，t/（人·小时）。船舶垃圾产生量的计算同船舶生活污水，根据相关调查，船舶垃圾产污系数取0.25kg/（人·天）。4.2

船舶大气污染物产生量的测算根据船舶主机、辅机在不同运行工况下的发动机功率，结合相关的排放因子、发动机低载荷校正因子、油品校正因子、船舶活动度等参数确定相应的排放量。式中：Ei

为某种类型污染物的排放量，t；MCR为发动机额定功率，kW；LF为负载因子；EFi

为对应污染物排放因子，g/（kW·h）；LLAi

为对应污染物低负载校正因子；FCFi

为对应污染物燃料修正因子；CFi

为对应污染物排放控制因子。原始AIS数据中缺少相关船舶静态数据的字段，包括船舶主机功率及辅机功率。本研究中的船舶主机功率根据原始数据中“船舶长度”这一字段及相关研究中得出的船舶吨级与船舶长度、船舶主机功率与船舶吨级之间的数理关系进行推算，辅机功率通过主机额定功率和“辅机/主机比”的经验值进行推算。船舶航行状态的确定按航速划分为停泊（SOG=0）、泊岸行驶（SOG≤3）及正常航行（SOG>3），主机负载率LF主机=（实际航速/最大航速）3，客船最大航速取7.6节，其余取9.3节；辅机负载率参照《内河船舶大气污染物排放清单编制技术指南》，取0.43。各类排放因子的选取参照国内外文献、清单编制经验值、相关标准等，排放因子的取值如表2、表3所示。表2污染物排放因子及燃油校正因子，g/（kW·h）Tab.2Pollutantemissionfactorandfuelcorrectionfactor，g/（kW·h）表3低负载校正因子Tab.3Lowloadcorrectionfactor5

产污清单在长江干线的应用本研究选取长江干线包括三峡水利枢纽工程与葛洲坝水利枢纽工程的航段（30°~31°N，110°~112°E），重点关注船舶过闸相关区域。经过计算分析，全年研究区域内总船舶活动数为5692702小时，船舶各类污染物产生总量如表4所示。表4各类污染物产生量Tab.4Productionofvariouspollutants6

结论及对策建议本研究综合标准规范法和产污经验系数法，根据AIS数据建立了内河船舶大气污染物及水污染物产污清单的计算方法，采用回归模拟计算解决了清单建立过程中船舶静态数据包括船舶主机功率及辅机功率缺失的难题，并以长江干线部分航段为例获得了高精度的清单测算结果。本研究参照相关实地调研及标准规范进行产污系数和排放因子的选取，但此类系数容易受到船舶状态、工况、燃油质量等因素的影响，给船舶污染物产生量的计算带来较大的不确定性，需要进一步进行实测来确定。从产污清单测算结果来看，三峡工程待闸河段船舶污染物的产生量远大于其他河段。目前，过闸船舶产生的各类污染物主要在到港后交由港口进行接收，在待闸期间也可以向船舶污染物接收船进行交付。为了减缓三峡通航调度核心水域的待闸船舶污染物排放压力，可以适当调整过闸计划编制确认线，引导船舶沿途待闸、船舶污染物提前交付，分散核心水域船舶数量。在污染物防治方面，根据《关于建立健全长江经济带船舶和港口污染防治长效机制的意见》的要求，相关部门需严格落实源头管控、提升运行和管理水平、夯实各方责任