長江流域水文測船污染防治探討

龍?jiān)坪? 王玉濤

摘 要：在總結(jié)水文測船污染特征的基礎(chǔ)上，從各類船舶污染問題入手，提出了水文測船污染防治對策；從節(jié)能減排和綠色發(fā)展角度，對水文測船能效評估指數(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討；從清潔能源角度對采用電驅(qū)動(dòng)水文測船的可行性進(jìn)行分析，以期為水文測船的防污管理和節(jié)能減排提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：船舶污染；防污法規(guī)；能效評估；水文測船

中圖法分類號：P335? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 研究背景

交通運(yùn)輸部《2021年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，截至2021年年末，我國擁有內(nèi)河運(yùn)輸船舶11.36萬艘，凈載重量1.468億t，同比增長7.3%，當(dāng)船舶污染物（油污水、固體垃圾、生活污水、船舶廢氣等）排放量超過水體、大氣自凈能力承載極限時(shí)，會(huì)對環(huán)境造成巨大的損害。船舶污染已成為目前必須解決的環(huán)境問題。水文測驗(yàn)工作主要載體是水文測船，隨著長江水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力推進(jìn)，截至目前有多達(dá)100余艘注冊船舶投入使用，而且近年建造的水文測船船型相較于之前的水文測船噸位更大，出現(xiàn)船舶污染問題的幾率也隨之增長。目前長江流域的船舶防污法規(guī)管控力度逐年收緊，水文測船如何適應(yīng)船舶防污法規(guī)，在工程船舶防污領(lǐng)域走在前列，已成為推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展亟待解決的問題。

2 水文測船的污染特征

水文測船屬于工程船舶，按其主要用途可分為水文測船專用船、水下地形測量專用船、水環(huán)境監(jiān)測專用船、綜合測船和輔助測船。較之其它種類的船舶，從船舶污染的角度水文測船有以下特征。

（1）船舶總噸位小。水文測船需要在長江干流及支流上航行，工作區(qū)域點(diǎn)多、線長、面廣，各個(gè)航區(qū)地理?xiàng)l件不同，為了滿足各項(xiàng)測量作業(yè)條件，水文測船必須結(jié)構(gòu)精簡，操縱靈活，船舶總重約在100 t。因此，測船上船舶污染物貯存設(shè)備容積有限，污染物處理能力有限。

（2）船舶航行時(shí)間短。水文測船主要從事水文測驗(yàn)、水道觀測、水環(huán)境監(jiān)測的工作，連續(xù)航行時(shí)間一般不超過24 h，產(chǎn)生的船舶污染物數(shù)量有限。

（3）船舶航行速度穩(wěn)定。水文測船在測流、測深、采樣等作業(yè)活動(dòng)中船速穩(wěn)定，船速均小于20 km/h，突然提速導(dǎo)致燃油不充分燃燒產(chǎn)生大量廢棄物的情況少見，船舶大氣污染物排放穩(wěn)定。

（4）船舶供配電系統(tǒng)穩(wěn)定。水文測船有專屬的水文碼頭以供停靠，并配有完備的供配電系統(tǒng)，在清潔能源的發(fā)展方向上有先天優(yōu)勢。

（5）船舶運(yùn)輸功能次要。水文測船服務(wù)于水文工作，不同于其他船舶需要運(yùn)輸油品、化學(xué)品，產(chǎn)生嚴(yán)重的船舶油類污染、化學(xué)品污染可能性較小。

3 水文測船污染防治短板

長江流域船舶防污標(biāo)準(zhǔn)逐步完善，各相關(guān)法規(guī)對船舶防污工作提出了新的要求，結(jié)合水文測船的污染特征，現(xiàn)有的水文測船防污體系主要存在以下短板。

（1）部分船舶燃料注入管路口徑過小。由于水上加油站的加油系統(tǒng)泵壓力過大，在水文測船加油過程中極易發(fā)生燃油溢出的情況，造成油類污染。

（2）部分船舶生活灰水未進(jìn)行處理。船舶灰水（廚房灰水和洗滌水）排出方式主要有兩種，一是貯存于生活污水柜中，與船舶黑水一并處理，容易造成生活污水堿性化；二是未經(jīng)處理直接排入水體，可能造成水環(huán)境污染。

（3）船舶廢氣排放無監(jiān)控方法。水文測船缺少船舶溫室氣體排放數(shù)據(jù)，用于分析船舶動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行狀況，水文測船綠色低碳發(fā)展不足。

（4）新能源運(yùn)用探索不足。水文測船與電驅(qū)動(dòng)船舶技術(shù)匹配度高，在實(shí)際運(yùn)用中存在諸多優(yōu)勢，但目前尚沒有發(fā)展運(yùn)用。

（5）船舶噪聲污染防治措施不足。水文測船柴油機(jī)降噪裝置配備率不高，存在噪聲污染，機(jī)艙內(nèi)也未配備隔音耳罩用于保護(hù)船員聽力。

4 水文測船污染防治對策

4.1 水文測船防污設(shè)施優(yōu)化

水文船舶建造設(shè)計(jì)階段，在符合《內(nèi)測船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)劃》（簡稱“內(nèi)規(guī)”）的基礎(chǔ)上，船舶防污設(shè)施布置要充分考慮合理性、實(shí)用性，考慮到防污法規(guī)要求的變化，還要有前瞻性和先進(jìn)性。

（1）燃油加注管道設(shè)計(jì)優(yōu)化。以長江委水文局三峽局水文測船205為例，綜合船體結(jié)構(gòu)和續(xù)航需求等方面因素，主甲板下設(shè)置有兩個(gè)約4 m3的燃油柜，燃油加注管道為口徑92 mm的“L”型彎曲管道，加注孔在左右舷側(cè)甲板上。在加油過程中，由于水上加油站加油泵壓力過大，而水文測船燃油加注管道流量較小，極易造成燃油溢出。為預(yù)防油類污染的發(fā)生，在設(shè)計(jì)建造階段應(yīng)充分考慮實(shí)際使用情況，采用異徑彎管以增加管道流量、減小管內(nèi)壓力，同時(shí)盡量避免彎管設(shè)計(jì)。

（2）增設(shè)生活灰水柜。實(shí)際情況中，船舶產(chǎn)生的廚房灰水5日生化需氧量（BOD）和化學(xué)需氧量（COD）偏高，洗滌灰水PH值偏高。目前針對船舶生活污水的管控只限定了生活黑水排放標(biāo)準(zhǔn)，對生活灰水未作要求。隨著生活污水“零排放”管控愈加嚴(yán)格，將會(huì)要求進(jìn)行船舶改造加裝灰水柜，為避免對船舶結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的負(fù)面影響，可在船舶建造階段合理布置灰水柜和灰水處理裝置。

（3）增設(shè)降噪設(shè)備。目前《內(nèi)規(guī)》中防治船舶噪聲污染的規(guī)定只針對航行于京杭運(yùn)河和漓江的船舶。水文測船航行時(shí)產(chǎn)生的噪聲主要來源于柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，長此以往會(huì)對船上作業(yè)人員的生理心理產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。建議在采購柴油機(jī)時(shí)選擇帶有降噪裝置的設(shè)備，同時(shí)在機(jī)艙中配備隔音耳罩，以避免噪聲污染。

4.2 水文測船能效評估指數(shù)應(yīng)用探討

2018年，長江干線從云南水富至江蘇瀏河口被劃入排放控制區(qū)，隨著船舶大氣污染物排放控制區(qū)制度的全面落實(shí)，針對船舶的廢氣排放管控將更加嚴(yán)格。

水文測船由于船齡不同、航區(qū)不同、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜等因素影響，導(dǎo)致船型與柴油機(jī)機(jī)型不統(tǒng)一，各水文測船之間能效水平參差不齊，在廢氣排放控制方面缺乏具有針對性的能效評估方法與評估體系。探索水文測船能效狀態(tài)評估方法，可為水文測船動(dòng)力設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)評估提供依據(jù)，同時(shí)積累的數(shù)據(jù)可為提高水文測船優(yōu)化碳排放提供基礎(chǔ)支撐，讓長江水文更好地服務(wù)于沿江的綠色發(fā)展。

根據(jù)IMO（國際海事組織）的有關(guān)規(guī)定，船舶營運(yùn)能效指數(shù)是衡量船舶碳排放的重要參考依據(jù)。由于包括水文測船在內(nèi)的各種工程船、公務(wù)船數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及運(yùn)輸船舶，目前尚沒有針對水文測船的營運(yùn)能效評估指數(shù)。本文參考適用于進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)的所有船舶的船舶能效營運(yùn)指數(shù)（EEOI），結(jié)合水文測船航行作業(yè)的特點(diǎn)構(gòu)建適用于水文測船的能效營運(yùn)評估指數(shù)。《船舶能效營運(yùn)指數(shù)（EEOI）自愿使用指南》給出的CO2排放指數(shù)表達(dá)式為

式中：FCi是船舶某一航次燃油i的消耗量（t）；Ccarbon是燃油量與碳排放量轉(zhuǎn)換系數(shù)；mcargo是船舶總重；D是船舶實(shí)際航行距離。可知，船舶營運(yùn)能效水平越高、EEOI值越小。

針對運(yùn)輸船舶的能效評估指數(shù)，表達(dá)式強(qiáng)調(diào)了運(yùn)輸船舶運(yùn)送貨物的特性，可以抽象為

可知，影響船舶EEOI的三個(gè)因素是燃料消耗產(chǎn)生的碳排放量、船舶營運(yùn)過程中的總重和航行里程。針對進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)的所有船舶的EEOI含義為運(yùn)送一噸貨物跑一公里的碳排放量，所以只要船舶存在航行行為，不論裝載的何種物品、不論航行方向，只要有重量和航行里程，都可以通過EEOI進(jìn)行能效評估，因此參考“EEOI”構(gòu)建水文測船的能效評估指數(shù)是科學(xué)合理的。

構(gòu)建水文測船的EEOI需要收集三類數(shù)據(jù)。一是水文測船總重。影響總重的主要因素是船載人數(shù)和儀器設(shè)備重量。在某一航次中，水文測船總重基本不變。二是水文測船耗油量。用于計(jì)算燃料消耗產(chǎn)生的碳排放量，在統(tǒng)計(jì)時(shí)應(yīng)將整個(gè)航次作為采集區(qū)間，包括測船采樣、停泊、測流、過閘等期間的油耗均應(yīng)統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。三是水文測船實(shí)際航行里程。《船舶能效營運(yùn)指數(shù)（EEOI）自愿使用指南》中特別說明了公式中的航行里程不是出發(fā)點(diǎn)與目的地的直線距離，而是指船舶的實(shí)際航行路程距離，所以應(yīng)將進(jìn)行水文測驗(yàn)作業(yè)時(shí)的航行路程考慮在內(nèi)。

水文測船能效評估指數(shù)可用于用船單位和相關(guān)監(jiān)管部門評估水文測船碳排放性能，為分析水文測船能效變化奠定基礎(chǔ)。通過對積累的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以明確船舶柴油機(jī)維修保養(yǎng)最佳時(shí)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)限制或減少水文測船碳排放的目標(biāo)。

4.3 電驅(qū)動(dòng)水文測船可行性探討

《中華人民共和國防治船舶污染內(nèi)河水域環(huán)境管理規(guī)定》中明確，船舶不得超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)向大氣排放動(dòng)力裝置運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的廢氣以及船上產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物。船舶使用的燃料應(yīng)當(dāng)符合有關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求，鼓勵(lì)船舶使用清潔能源。目前能較好運(yùn)用于船舶的清潔能源有電能和液化天然氣。

船舶清潔能源領(lǐng)域是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的絕對主體和減排重點(diǎn)。2022年6月27日，湖北省宜昌市委召開專題會(huì)議，提出了“電化長江”、宜昌先行，以旅游船、公務(wù)船等為示范的發(fā)展方向。電驅(qū)動(dòng)船舶比較符合水文測船的特點(diǎn)，可以作為未來水文測船的主要發(fā)展方向。電驅(qū)動(dòng)船舶與傳統(tǒng)燃油船舶相比有無噪音、無污染、船型結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)效率更高、運(yùn)營成本低、高度自動(dòng)化等優(yōu)勢。但電驅(qū)動(dòng)船需要連接充電樁進(jìn)行充電，在航行中可能面臨無處充電的情況，加上船舶空間、電池技術(shù)等方面限制，電動(dòng)船舶續(xù)航能力受限，是阻礙其發(fā)展的最大障礙。

長江有港站220余個(gè)，生產(chǎn)性泊位約3 300個(gè)，深水岸線資源豐富，優(yōu)越的地理環(huán)境、港口基礎(chǔ)和岸線資源為電動(dòng)船舶的發(fā)展提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。同時(shí)，也可以運(yùn)用以“生物質(zhì)發(fā)電（包括農(nóng)林廢棄物發(fā)電、垃圾焚燒或填埋發(fā)電）”為技術(shù)手段與鏈條性的港口、碼頭船舶垃圾回收處理設(shè)施聯(lián)動(dòng)，形成船舶污染物回收處理與電動(dòng)船舶充電一體化。

水文測船具有航行軌跡固定、航行時(shí)間規(guī)律的特點(diǎn)，并且擁有水文碼頭可以設(shè)置充電設(shè)施，同時(shí)可在船體上加裝輔助發(fā)電設(shè)備，合理利用太陽能、風(fēng)能、波浪能等自然能源輔助發(fā)電，水文測船的充電與續(xù)航問題可以解決。2019年投入使用的長江三峽通航管理局“海巡12909”號是長江流域第一艘純電動(dòng)公務(wù)船。該船長36 m，搭載了寧德時(shí)代公司生產(chǎn)的680 kW·h的磷酸鐵鋰電池組，最大航速為21 km/h，續(xù)航能力140 km。各項(xiàng)指標(biāo)均與水文測船相仿，為水文測船的綠色發(fā)展提供了樣板。2022年3月，“長江三峽1”號作為目前世界上智能化最先進(jìn)、載電量最大的純電驅(qū)動(dòng)游輪首航成功，標(biāo)志著電驅(qū)動(dòng)船舶的航行和安全管理問題得到了解決。隨著電池產(chǎn)品的技術(shù)突破、充電設(shè)施的建立，未來電驅(qū)動(dòng)船舶將成為主流。

5 水文測船污染防治建議

隨著我國對水環(huán)境保護(hù)問題的重視程度不斷提高，水文測船污染防治管理日趨重要。為構(gòu)建安全有效的水文測船防污處理體系，提出如下建議。

（1）建造設(shè)計(jì)上，遵循《內(nèi)規(guī)》等相關(guān)技術(shù)規(guī)范，在設(shè)計(jì)合理的同時(shí)，注重水文測船防污處理管網(wǎng)構(gòu)建。按照不同航區(qū)、不同功能的水文測船特點(diǎn)，設(shè)置具有針對性的船舶防污處置設(shè)施，形成完善的水文測船防污系統(tǒng)。

（2）技術(shù)應(yīng)用上，鼓勵(lì)新技術(shù)應(yīng)用，加強(qiáng)水文測船與清潔能源的技術(shù)融合應(yīng)用。建設(shè)新一代的水文測船要注重選擇實(shí)用、先進(jìn)成熟的技術(shù)方案，在保證船舶航行安全的前提下，最大程度發(fā)揮新能源的優(yōu)勢，為水文測船污染物“零排放”提供基礎(chǔ)平臺(tái)。

（3）法規(guī)制定上，要建立針對100 t以下內(nèi)河船舶污染防治的法規(guī)。包括水文測船在內(nèi)的工程船舶大都在100 t，據(jù)海事部門統(tǒng)計(jì)，截至2018年，湖北省100 t以下船舶4 495艘，占全省登記在冊船舶的52.5%，在該類船舶上任職的船員約8 000余人。此類船舶長期在固定水域、固定航線上行駛，為貫徹差異化、精細(xì)化管理理念，結(jié)合船舶航行水域、航行時(shí)間、水域通航船型、船員文化素質(zhì)等特點(diǎn)，可建立一部以預(yù)防污染發(fā)生為主，可操作性強(qiáng)的法規(guī)，讓水文測船污染防治管理有章可循，有法可依。

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Discussion on Pollution Prevention and Control of Hydrological Survey Ship in Yangtze River Basin Based on Chinas Regulations on the Prevention and

Control of Ship-caused Pollution

LONG Yunhai，WANG Yutao

（Yangtze River Three Gorges Bureau of Hydrology and Water Resources Survey，Changjiang Water Resources Commission，Yichang 443000，China）

Abstract：Based on a summary of the pollution characteristics of hydrological survey ships，we propose the prevention and control measures for different types of pollutions caused by ships. We also analyze the application of energy efficiency assessment indices for hydrographic survey ships in the context of energy conservation，emission reduction，and green development. Additionally，we analyze the feasibility of electric-driven hydrological survey ships from the standpoint of clean energy. The research is expected to provide technical support for anti-pollution management，energy conservation，and emission reduction for hydrological survey ships.

Key words：ship-caused pollution；anti-pollution regulations；energy efficiency evaluation；hydrological survey ship