內(nèi)容提要:壓載水在保證船舶在港口間安全航行的同時(shí)，也帶來(lái)了水域間的水生物物種人侵問(wèn)題，為港口國(guó)帶來(lái)巨大的損失。論文回顧了壓載水管理相關(guān)公約法規(guī)的發(fā)展過(guò)程，介紹了壓載水管理方法及現(xiàn)行管理標(biāo)準(zhǔn)，給出了壓載水管理計(jì)劃包含的主要內(nèi)容，闡述了如何選擇壓載水交換方法及其注意事項(xiàng)，為實(shí)際編制壓載水管理計(jì)劃工作給出參考和借鑒。

關(guān)鍵詞:船舶壓載水 壓載水管理計(jì)劃(BWMP) 壓載水交換 安全評(píng)估

引言

隨著世界貿(mào)易和經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，世界各港口水域間的船舶來(lái)往越來(lái)越頻繁同時(shí)也帶來(lái)了水域間的水生物物種入侵問(wèn)題。船舶將攜帶的壓載水從一個(gè)水域排入另外一個(gè)水域就會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐乃颦h(huán)境、人類健康、財(cái)產(chǎn)或資源帶來(lái)危害破壞當(dāng)?shù)厮锏亩鄻有曰蚍恋K該水域其它方面的合理使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上80%的貨物是通過(guò)船舶運(yùn)輸?shù)?，每年全球船舶攜帶的壓載水有100多億噸，存在船舶壓載水中隨船舶航行于世界各地的水生物物種至少有7000種{110船舶攜帶的壓載水量正隨著船舶運(yùn)輸量的快速增加而日益增加。預(yù)計(jì)到2013年，隨著海運(yùn)貨物量的翻倍，船舶攜帶的壓載水量理論上也將是目前的兩倍[習(xí)。目前，水生物通過(guò)船舶壓載水入侵到新的環(huán)境中已被全球環(huán)境基金組織(Global Environment Facility，GEF)確認(rèn)為危害海洋的四大威脅之一。壓載水?dāng)y帶有害水生物問(wèn)題已引起了各港口國(guó)政府和有關(guān)當(dāng)局的重視。國(guó)際海事組織(IMO)先后起草制定了一系列公約指南，以致力于幫助各港口國(guó)政府和有關(guān)當(dāng)局在保護(hù)船舶安全的同時(shí)來(lái)防止、減小直到最終消除由船舶壓載水引人的有害水生物和病原體所帶來(lái)的危險(xiǎn)。

1壓載水問(wèn)題

這里的"壓載水"是指船上主要用于控制船舶縱傾、橫傾、吃水、穩(wěn)性或應(yīng)力的水及其懸浮物。船舶空載航行時(shí)，壓載水對(duì)船舶的安全航行是至關(guān)重要的，一般船舶空載出港時(shí)需裝載一定重量的壓載水，到達(dá)目的港后裝貨的同時(shí)再排泄掉壓載水。從表1[1]可看出，船舶壓載航行時(shí)所攜帶的壓載水的重量約占船舶載重量的30%~60%，隨著船舶尺寸的增大和運(yùn)輸航次的增加，壓載水的異地交換量也將日益增加，由此所引起的水生物入侵的"壓載水問(wèn)題"也就日趨嚴(yán)重和擴(kuò)大化。

表1主要船型壓載水容量分布表

2壓載水相關(guān)公約的發(fā)展

很多水生物入侵事件為當(dāng)?shù)卦斐闪司薮蟮膿p失，如入侵大湖區(qū)的歐洲斑馬貝(Dreissena polymorpha)，入侵黑海和亞速海的柿水母(Mnemopsis leidyi)等。壓載水引起的水生物入侵問(wèn)題引起了各港口國(guó)政府的高度重視，由此如何管理船舶壓載水問(wèn)題很快進(jìn)入了國(guó)際立法進(jìn)程。

1988年，IMO首次提到了壓載水有害水生物問(wèn)題隨后IWO的MEPC(海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì))和MSC(海上安全委員會(huì))以及其他技術(shù)委員會(huì)就開(kāi)始致力于壓載水有害水生物事宜起草制定相關(guān)公約。1992年UNCED(聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展會(huì)議)要求IMO通過(guò)壓載水排放的適當(dāng)規(guī)定，以防止外來(lái)水生物的入侵。1993年11月4日IMO第A.774(18)號(hào)決議通過(guò)了MEPC提交的《防止排放船舶壓載水和沉積物傳入有害水生物和病原體指南》。1997年11月27日IMO第A.868(20)號(hào)決議通過(guò)了《為減少有害水生物和病原體傳播的對(duì)船舶壓載水控制和管理的指南》。2004年2月13日在英國(guó)倫敦召開(kāi)的關(guān)于船舶壓載水管理的外交大會(huì)通過(guò)了。。04年國(guó)際船舶壓載水及沉積物控制和管理公約》，以下簡(jiǎn)稱《2004公約》。2005年7月22日MEPC.124(53)決議通過(guò)了《壓載水交換導(dǎo)則》，MEPC.127(53)決議通過(guò)了《壓載水管理及壓載水管理計(jì)劃制定導(dǎo)則》。

3壓載水管理方法

壓載水管理方法一般可分為兩類:預(yù)防性操作和專門響應(yīng)操作。預(yù)防性操作主要是對(duì)壓載水隔離，即采取不排放、帶回原地或者排人目的港口的專門接收裝置等方法，從而盡量避免吸取有潛在危害的水生物、病原體或沉積物，以及避免不必要的排放。專門響應(yīng)操作可分為壓載水處理和壓載水交換兩種方法。壓載水處理方法又可分為機(jī)械處理法(如過(guò)濾隔離等)、物理處理法(如采用熱、超聲波、紫外線等進(jìn)行處理)、化學(xué)處理法(如臭氧、加氯處理等)和生物處理法(如在壓載水中加入肉食性或寄生性生物等)。壓載水交換方法則是用遠(yuǎn)離目的港一定距離的深海海域的海水與船舶攜帶的壓載水進(jìn)行交換來(lái)減少不同港口之間壓載水交換帶來(lái)的危害。'目前，經(jīng)IMO評(píng)估并接受的壓載水交換方法有三種:順序法、溢流法和稀釋法。

隨著IMO相關(guān)公約的出臺(tái)，目前《2004公約》雖然還沒(méi)有生效，但很多港口國(guó)先后采取了相應(yīng)的單邊政策，強(qiáng)制性實(shí)施壓載水管理措施以減少壓載水對(duì)本地水域帶來(lái)的危害。目前，多數(shù)港口國(guó)對(duì)駛?cè)氡镜厮虻拇八鶖y帶的壓載水均采用了深海壓載水交換的方法進(jìn)行壓載水管理。表2是部分港口國(guó)采取壓載水管理措施的時(shí)間及方法一覽表。

表2部分港口國(guó)壓載水管理方法一覽表

4壓載水管理計(jì)劃

根據(jù)《2004公約》及相關(guān)導(dǎo)則壓載水管理計(jì)劃(Ballast Water Management Plan，BWMP)的作用在于在保持船舶安全的同時(shí)，幫助船舶滿足國(guó)際海事組織的指南和檢疫標(biāo)準(zhǔn)，從而使船舶壓載水及沉積物所帶來(lái)的有害水生物和病原體的轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)降到最小。同時(shí)，該計(jì)劃還為港口國(guó)和其他授權(quán)官員提供關(guān)于船舶壓載水處理系統(tǒng)、取樣點(diǎn)和壓載水管理系統(tǒng)方面的信息。目前，對(duì)于駛?cè)胗袎狠d水管理要求的港口國(guó)的船只，均需具有相關(guān)的壓載水管理計(jì)劃。

壓載水管理計(jì)劃是針對(duì)某一具體船舶而專門編制的。由于船舶存在許多可變因素，，如船舶的類型和尺度、壓載艙的布置、壓載水體積、壓載水泵排量、航次類型和航程、船舶的典型操作要求以及船上在用的壓載水管理技術(shù)等，因此應(yīng)根據(jù)每艘船舶的具體情況來(lái)考慮壓載水管理措施，以編制相應(yīng)的壓載水管理計(jì)劃。

4.1壓載水管理計(jì)劃基本內(nèi)容

根據(jù)MEPC.127(53)決議通過(guò)的《壓載水管理及壓載水管理計(jì)劃制定導(dǎo)則》，壓載水管理計(jì)劃一般需包括以下內(nèi)容:①船舶主要參數(shù)②壓載水管理計(jì)劃的目的，③壓載水系統(tǒng)圖，④壓載系統(tǒng)描述，⑤壓載水取樣點(diǎn)，⑥壓載水管理系統(tǒng)操作，⑦船及船員的安全程序，⑧操作及安全限制，⑨壓載水管理及沉積物控制方法說(shuō)明，⑩沉積物處理程序，⑩溝通方法，⑩壓載水管理官員的職責(zé)，⑩記錄要求，⑩船員培訓(xùn)和熟知事項(xiàng)，⑧免除事項(xiàng)。其中第①、③、④、⑤、⑦、⑧、⑨和⑧項(xiàng)一般需要根據(jù)具體船舶實(shí)際情況具體處理，其它各項(xiàng)具有一般通用適應(yīng)性。

4.2壓載水管理標(biāo)準(zhǔn)

壓載水管理計(jì)劃中壓載水管理標(biāo)準(zhǔn)有兩種[3][4]，即DV和D2*標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同的船舶壓載水管理標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行時(shí)間期限有所不同。目前一般采用壓載水交換進(jìn)行壓載水管理，即滿足D1標(biāo)準(zhǔn)，但所有船舶均要求在2017年開(kāi)始執(zhí)行D2標(biāo)準(zhǔn)，參見(jiàn)表3。

表3壓載水管理時(shí)間表

注:D1:壓載水交換標(biāo)準(zhǔn)壓載水置換率至少95%或泵人/泵出3倍壓載艙艙容的水。

D2：壓載水性能標(biāo)準(zhǔn)，每立方米中最小尺寸≥50μm的可生存生物少于10個(gè)，每毫升中最小尺寸<50μm且>10μm的可生存生物少于10個(gè)。且指示微生物濃度符合:有毒霍亂弧菌(01和0139):每100ml中少于1個(gè)cfu或每克(濕重)浮游動(dòng)物樣品中少于1個(gè)cfu;大腸桿菌:每100ml中少于250個(gè)cft1;腸道球菌:每100ml中少于100個(gè)cfu。

4.3壓載水交換方法的選擇及注意事項(xiàng)

目前，多數(shù)港口國(guó)采納D1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓載水管理。壓載水交換的海域按如下要求進(jìn)行:可能時(shí)，船舶均應(yīng)在距最近陸地至少200n mile，水深至少為200m的地方進(jìn)行壓載水交換。若無(wú)法實(shí)現(xiàn)，則應(yīng)在盡可能遠(yuǎn)離最近陸地的地方，并在所有情況下距最近陸地至少50n mile、水深至少為200m的地方進(jìn)行壓載水交換。船舶一般在正常航行過(guò)程中進(jìn)行壓載水交換，不同的交換方法和方式所需要的交換時(shí)間及其所帶來(lái)的問(wèn)題也有所不同。應(yīng)根據(jù)具體船舶的具體情況來(lái)選擇壓載水交換方法，在此總結(jié)給出各種壓載水交換方法的選擇及其注意事項(xiàng)。

4.3.1順序法(Sequential method)

順序法也稱排空注入法是指先將用于裝載壓載水的壓載艙抽空然后用替換的壓載水重新注滿的過(guò)程，以達(dá)到置換率至少為壓載水體積的95%。使用順序法，壓載水幾乎被完全有效地置換壓載水泵的負(fù)荷小，交換時(shí)間短。但在船舶動(dòng)態(tài)航行狀況下使用順序法進(jìn)行壓載水交換，海上的附加載荷取決于海況，可能同時(shí)影響船舶結(jié)構(gòu)，若對(duì)多個(gè)艙室同時(shí)順序法操作，排空和注滿過(guò)程中的狀態(tài)多樣，安全評(píng)估復(fù)雜。采用順序法進(jìn)行壓載水交換一般需要進(jìn)行以下方面的安全評(píng)估:

(1)總縱強(qiáng)度。采用順序法的壓載艙存在排空和注滿交替狀態(tài)，壓載水載荷沿船長(zhǎng)的分布也隨之變化隨之導(dǎo)致船體梁的彎矩和切力分布變化，在進(jìn)行每一步的排空或注滿操作前均應(yīng)校核當(dāng)前的船體總縱強(qiáng)度是否滿足要求。

(2)動(dòng)載荷(晃蕩)。采用順序法的壓載艙在排空和注滿的過(guò)程中，由于壓載艙處于部分裝載狀態(tài)，若風(fēng)浪較大，會(huì)導(dǎo)致壓載艙的液體劇烈晃蕩，尤其風(fēng)暴壓載時(shí)的重壓載艙，在75%~95%裝載時(shí)會(huì)導(dǎo)致過(guò)大的晃蕩載荷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損傷液艙內(nèi)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

(3)吃水和縱傾。由于壓載水分布的變化，導(dǎo)致首尾吃水變化，過(guò)度首尾吃水差會(huì)導(dǎo)致船舶縱傾過(guò)大，對(duì)船舶的航行安全帶來(lái)隱患。

(4)腦部船底砰擊。舶尖艙等脂部壓載艙排空時(shí)，使自首吃水急劇減小在風(fēng)暴海況下導(dǎo)致腦部船底砰擊。

(5)螺旋槳浸深。尾尖艙等尾部壓載艙排空時(shí)，使自尾吃水急劇減小，導(dǎo)致螺旋槳露出水面打空車，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的船體振動(dòng)。

(6)完整穩(wěn)性。壓載艙排空和注滿過(guò)程中，重心和自由液面發(fā)生變化尤其重壓載艙會(huì)產(chǎn)生很大的自由液面，對(duì)船舶穩(wěn)性帶來(lái)不利影響。

(7)駕駛室視野范圍。腦吃水較小時(shí)，船首部抬高，導(dǎo)致首部的盲區(qū)過(guò)大，影響駕駛室的可視范圍，給航行安全帶來(lái)隱患。

由此，采用順序法應(yīng)特別注意以下事項(xiàng):

(1)順序法操作帶來(lái)船體梁彎矩及切力的變化和船舶浮態(tài)及穩(wěn)性的變化，需進(jìn)行多方面的安全評(píng)估，至少在每一步驟開(kāi)始和結(jié)束時(shí)均須重復(fù)評(píng)估以上安全評(píng)估內(nèi)容，必要時(shí)應(yīng)增加操作過(guò)程中的安全評(píng)估。

(2)風(fēng)暴天氣下具有較大自由液面的壓載水艙一般不宜采用順序法進(jìn)行壓載水交換對(duì)于部分壓載艙若條件限制只能采用順序法在安全評(píng)估時(shí)應(yīng)增加操作過(guò)程中評(píng)估，或者在操作過(guò)程總是考慮最大自由液面的影響。

(3)晃蕩評(píng)估比較復(fù)雜，一般壓載水管理計(jì)劃中不進(jìn)行詳細(xì)的晃蕩評(píng)估。應(yīng)避免能夠引起晃蕩載荷的壓載水操作。所以風(fēng)暴天氣下重壓載水艙一般避免采用順序法進(jìn)行壓載水交換。

(4)單獨(dú)對(duì)艏部或艉部艙室進(jìn)行順序法壓載水交換，會(huì)導(dǎo)致艏艉吃水急劇變化，若引起不滿足安全評(píng)估事項(xiàng)，一般可結(jié)合遠(yuǎn)離的其它艙室同時(shí)進(jìn)行壓載水交換操作來(lái)平衡艏艉吃水。

(5)不對(duì)稱地排空壓載水艙，會(huì)導(dǎo)致船舶橫傾，并引起扭矩載荷。完全左右對(duì)稱地排空壓載水艙，有時(shí)會(huì)引起彎矩急劇增加。一般需根據(jù)船舶的實(shí)際情況具體考慮，或者對(duì)部分艙室避免使用順序法進(jìn)行壓載水交換。

4.3.2溢流法(Flow-through method)

溢流法是指將替換的壓載水泵入用于裝載壓載水的壓載艙，而允許水從溢流口或其他裝置流出的過(guò)程。每一壓載艙連續(xù)泵入水量達(dá)到三倍艙容視為符合至少交換95%體積的壓載水的標(biāo)準(zhǔn)要求悶。若能夠證明至少交換了95%體積的壓載水則可接受連續(xù)泵水量少于三倍的艙容。三倍的交換水量壓載水泵的負(fù)荷大，交換時(shí)間長(zhǎng)。由于壓載艙總是處于滿艙狀態(tài)，壓載水交換時(shí)對(duì)船舶的穩(wěn)性和強(qiáng)度的影響可忽略，主要對(duì)艙室的超壓或負(fù)壓進(jìn)行評(píng)估采用溢流法進(jìn)行壓載水交換需要進(jìn)行以下方面的安全評(píng)估:

(1)壓載艙內(nèi)壓力超壓或負(fù)壓。一些壓載艙的布置使壓載水很難有效地流動(dòng)，尤其格柵式雙層底和艏艉尖艙，若溢流裝置溢流不充分，就會(huì)帶來(lái)壓載艙超壓的危險(xiǎn)。一般需進(jìn)行溢流管路阻力評(píng)估，通常溢流管的總橫截面不小于注水管的總橫截面積的兩倍，可不予對(duì)溢流管路進(jìn)行溢流阻力評(píng)估。

(2)壓載水泵數(shù)量、排量和壓頭。采用溢流法，壓載水泵的負(fù)荷大，壓載水交換時(shí)間長(zhǎng)。需對(duì)壓載水泵的數(shù)量、排量及壓頭綜合評(píng)估來(lái)決定是否采用溢流法進(jìn)行壓載水交換。

(3)溢流管的流量和可用性。對(duì)現(xiàn)有船舶，一般船上不設(shè)有專門的溢流裝置，若采用溢流法，一般利用甲板上人孔等大的開(kāi)口作為溢流口。而空氣管不宜于用作交換壓載水時(shí)的溢流管。一方面一般空氣管直徑較小，容易導(dǎo)致艙室超壓所以不宜采用;另一方面，對(duì)于帶有自動(dòng)關(guān)閉裝置的空氣管頭，長(zhǎng)期用作溢流管易損壞空氣管頭，因此也不宜采用。

由此，采用溢流法應(yīng)特別注意以下事項(xiàng):

(1)溢流法會(huì)帶來(lái)艙室內(nèi)部的壓力變化，需進(jìn)行艙室超壓或負(fù)壓的安全評(píng)估多個(gè)壓載艙同時(shí)使用溢流法更換壓載水可減小溢流阻力避免壓載艙內(nèi)壓力過(guò)高，但需保證各壓載艙均能達(dá)到3倍的交換體積。

(2)由于溢流法對(duì)船舶的強(qiáng)度和穩(wěn)性的影響甚微，所以在風(fēng)暴天氣下對(duì)于較大液艙(如重壓載艙等)宜采用溢流法進(jìn)行壓載水交換。

(3)溢流法一般適用于艙頂為主甲板的壓載水艙，如頂邊艙、重壓載艙等;對(duì)于底邊艙及艙頂不是主甲板的艏艉尖艙一般不具備溢流法的條件，在選擇方法時(shí)應(yīng)綜合仔細(xì)考慮。，

(4)采用溢流法壓載水交換時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)充分考慮交換時(shí)間以保證有足夠的時(shí)間在適合的水域完成壓載水的交換。

(5)若壓載艙結(jié)構(gòu)不是根據(jù)溢流管頂?shù)膲侯^進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)避免采用此溢流法。尤其對(duì)于部分裝載的壓載艙，使用溢流法注滿艙室會(huì)增加液艙內(nèi)壓力，可能損壞艙內(nèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件。若采用溢流法須增加強(qiáng)度和穩(wěn)性等方面的安全評(píng)估。強(qiáng)度評(píng)估可以參照IACS共同規(guī)范進(jìn)行，在計(jì)算壓載艙靜水壓力時(shí)，油船和散貨船共同規(guī)范均對(duì)采用溢流法進(jìn)行壓載水交換的壓載艙增加了25KN/m2的超壓。

(6)使用溢流法往往導(dǎo)致甲板積水，尤其冬季結(jié)冰天氣下會(huì)對(duì)甲板上的工作人員帶來(lái)危險(xiǎn)。應(yīng)避免通過(guò)非專門溢流管(如人孔，小艙口等開(kāi)口)直接溢流，一般需要對(duì)這些開(kāi)口進(jìn)行局部改造增加排泄管頭等來(lái)引導(dǎo)壓載水排向舷邊對(duì)于新造船在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮這些方面。

(7)在壓載水交換期間可能打開(kāi)的水密門和風(fēng)雨密門(例如人孔)，在壓載水交換完畢時(shí)應(yīng)注意重新鎖閉。

4.3.3稀釋法(Dilution method)

稀釋法是指將替換的壓載水從用于裝載壓載水的壓載水艙頂部注入并同時(shí)以相同流速?gòu)牡撞颗懦龅倪^(guò)程，艙內(nèi)水位在壓載水更換作業(yè)全過(guò)程中保持不變。每一壓載艙連續(xù)泵入水量達(dá)到三倍艙容視為符合至少交換95%體積的壓載水的標(biāo)準(zhǔn)要求問(wèn)。若能夠證明至少交換了95%體積的壓載水，則可接受連續(xù)泵水量少于三倍的艙容[3]。稀釋法具備溢流法的優(yōu)點(diǎn)，幾乎所有的艙都可以采用稀釋法進(jìn)行壓載水交換。采用稀釋法進(jìn)行壓載水交換需進(jìn)行以下方面的安全評(píng)估:

(l)壓載水泵數(shù)量、排量和壓頭。同溢流法一樣，需核查評(píng)估壓載水泵的數(shù)量、排量和壓頭來(lái)決定是否采用稀釋法進(jìn)行壓載水交換。

(2)泵入和泵出速率的一致性。

由此，采用稀釋法應(yīng)特別注意以下事項(xiàng):

(1)稀釋法需要兩套泵系單獨(dú)地進(jìn)行頂部泵入壓載水和底部泵出壓載水，而且需要保持泵入和泵出的流速相等，這樣才能保持壓載艙內(nèi)水位保持不變。否則，會(huì)使壓載艙內(nèi)產(chǎn)生壓力或液位變化從而導(dǎo)致其它安全問(wèn)題。

(2)管系改造復(fù)雜，現(xiàn)有船不宜采用稀釋法進(jìn)行壓載水交換。

5結(jié)束語(yǔ)

船舶壓載水問(wèn)題日益引起各港口國(guó)的重視，IMO《2004公約》雖然還未生效，但很多港口國(guó)已經(jīng)單邊使之生效。我國(guó)是海運(yùn)大國(guó)，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)船舶壓載水排放的嚴(yán)格要求給我國(guó)提出了亟待解決的問(wèn)題。2017年之后所有船舶的壓載水均至少滿足D2標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)作為IMO的A類理事國(guó)，應(yīng)加緊各方面技術(shù)的研究和相關(guān)法規(guī)的制定實(shí)施，從而減少直至消除壓載水對(duì)我國(guó)海洋環(huán)境所帶來(lái)的危害。

作者：蔡尊德  來(lái)源：航海技術(shù)