內容提要: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)公約法規的發(fā)展過(guò)程，介紹了壓載水管理方法及現行管理標準，給出了壓載水管理計劃包含的主要內容，闡述了如何選擇壓載水交換方法及其注意事項，為實(shí)際編制壓載水管理計劃工作給出參考和借鑒。

關(guān)鍵詞:船舶壓載水 壓載水管理計劃(BWMP) 壓載水交換 安全評估

引言

隨著(zhù)世界貿易和經(jīng)濟全球化的發(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 )對當地的水域環(huán)境、人類(lèi)健康、財產(chǎn)或資源帶來(lái)危害破壞當地水生物的多樣性或妨礙該水域其它方面的合理使用。據統計，世界上80%的貨物是通過(guò)船舶運輸的，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(zhù)船舶運輸量的快速增加而日益增加。預計到2013年，隨著(zhù)海運貨物量的翻倍，船舶攜帶的壓載水量理論上也將是目前的兩倍[習。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)確認為危害海洋的四大威脅之一。壓載水攜帶有害水生物問(wèn)題已引起了各港口國政府和有關(guān)當局的重視。國際海事組織(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政府和有關(guān)當局在保護船舶安全的同時(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。

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、穩性或應力的水及其懸浮物。船舶空載航行時(shí)，壓載水對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(zhù)船舶尺寸的增大和運輸航次的增加，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"也就日趨嚴重和擴大化。

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地造成了巨大的損失，如入侵大湖區的歐洲斑馬貝(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)合國環(huán)境與發(fā)展會(huì )議)要求IMO通過(guò)壓載水排放的適當規定，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)號決議通過(guò)了《為減少有害水生物和病原體傳播的對船舶壓載水控制和管理的指南》。2004年2月13日在英國倫敦召開(kāi)的關(guān)于船舶壓載水管理的外交大會(huì )通過(guò)了。。04年國際船舶壓載水及沉積物控制和管理公約》，以下簡(jiǎn)稱(chēng)《2004公約》。2005年7月22日MEPC.124(53)決議通過(guò)了《壓載水交換導則》，MEPC.127(53)決議通過(guò)了《壓載水管理及壓載水管理計劃制定導則》。

3壓載水管理方法

壓載水管理方法一般可分為兩類(lèi):預防性操作和專(zhuān)門(mén)響應操作。預防性操作主要是對壓載水隔離，即采取不排放、帶回原地或者排人目的港口的專(zhuān)門(mén)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(zhuān)門(mén)響應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(xiàn)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(zhù)IMO相關(guān)公約的出臺，目前《2004公約》雖然還沒(méi)有生效，但很多港口國先后采取了相應的單邊政策，強制性實(shí)施壓載水管理措施以減少壓載水對本地水域帶來(lái)的危害。目前，多數港口國對駛入本地水域的船舶所攜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部分港口國壓載水管理方法一覽表

4壓載水管理計劃

根據《2004公約》及相關(guān)導則壓載水管理計劃(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(mǎn)足國際海事組織的指南和檢疫標準，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移風(fēng)險降到最小。同時(shí)，該計劃還為港口國和其他授權官員提供關(guān)于船舶壓載水處理系統、取樣點(diǎn)和壓載水管理系統方面的信息。目前，對于駛入有壓載水管理要求的港口國的船只，均需具有相關(guān)的壓載水管理計劃。

壓載水管理計劃是針對某一具體船舶而專(zhuān)門(mén)編制的。由于船舶存在許多可變因素，，如船舶的類(lèi)型和尺度、壓載艙的布置、壓載水體積、壓載水泵排量、航次類(lèi)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，因此應根據每艘船舶的具體情況來(lái)考慮壓載水管理措施，以編制相應的壓載水管理計劃。

4.1壓載水管理計劃基本內容

根據MEPC.127(53)決議通過(guò)的《壓載水管理及壓載水管理計劃制定導則》，壓載水管理計劃一般需包括以下內容:①船舶主要參數②壓載水管理計劃的目的，③壓載水系統圖，④壓載系統描述，⑤壓載水取樣點(diǎn)，⑥壓載水管理系統操作，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，⑩記錄要求，⑩船員培訓和熟知事項，⑧免除事項。其中第①、③、④、⑤、⑦、⑧、⑨和⑧項一般需要根據具體船舶實(shí)際情況具體處理，其它各項具有一般通用適應性。

4.2壓載水管理標準

壓載水管理計劃中壓載水管理標準有兩種[3][4]，即DV和D2*標準，對不同的船舶壓載水管理標準執行時(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(mǎn)足D1標準，但所有船舶均要求在2017年開(kāi)始執行D2標準，參見(jiàn)表3。

表3壓載水管理時(shí)間表

注:D1:壓載水交換標準壓載水置換率至少95%或泵人/泵出3倍壓載艙艙容的水。

D2：壓載水性能標準，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

目前，多數港口國采納D1標準進(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，則應在盡可能遠離最近陸地的地方，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。應根據具體船舶的具體情況來(lái)選擇壓載水交換方法，在此總結給出各種壓載水交換方法的選擇及其注意事項。

4.3.1順序法(Sequential method)

順序法也稱(chēng)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(mǎn)的過(guò)程，以達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)影響船舶結構，若對多個(gè)艙室同時(shí)順序法操作，排空和注滿(mǎn)過(guò)程中的狀態(tài)多樣，安全評估復雜。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估:

(1)總縱強度。采用順序法的壓載艙存在排空和注滿(mǎn)交替狀態(tài)，壓載水載荷沿船長(cháng)的分布也隨之變化隨之導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(mǎn)操作前均應校核當前的船體總縱強度是否滿(mǎn)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(mǎn)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 )導致過(guò)大的晃蕩載荷，嚴重時(shí)會(huì )損傷液艙內的結構構件。

(3)吃水和縱傾。由于壓載水分布的變化，導致首尾吃水變化，過(guò)度首尾吃水差會(huì )導致船舶縱傾過(guò)大，對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，導致螺旋槳露出水面打空車(chē)，同時(shí)也會(huì )產(chǎn)生強烈的船體振動(dòng)。

(6)完整穩性。壓載艙排空和注滿(mǎn)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，對船舶穩性帶來(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，導致首部的盲區過(guò)大，影響駕駛室的可視范圍，給航行安全帶來(lái)隱患。

由此，采用順序法應特別注意以下事項:

(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)及穩性的變化，需進(jìn)行多方面的安全評估，至少在每一步驟開(kāi)始和結束時(shí)均須重復評估以上安全評估內容，必要時(shí)應增加操作過(guò)程中的安全評估。

(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)行壓載水交換對于部分壓載艙若條件限制只能采用順序法在安全評估時(shí)應增加操作過(guò)程中評估，或者在操作過(guò)程總是考慮最大自由液面的影響。

(3)晃蕩評估比較復雜，一般壓載水管理計劃中不進(jìn)行詳細的晃蕩評估。應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)單獨對艏部或艉部艙室進(jìn)行順序法壓載水交換，會(huì )導致艏艉吃水急劇變化，若引起不滿(mǎn)足安全評估事項，一般可結合遠離的其它艙室同時(shí)進(jìn)行壓載水交換操作來(lái)平衡艏艉吃水。

(5)不對稱(chēng)地排空壓載水艙，會(huì )導致船舶橫傾，并引起扭矩載荷。完全左右對稱(chēng)地排空壓載水艙，有時(shí)會(huì )引起彎矩急劇增加。一般需根據船舶的實(shí)際情況具體考慮，或者對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。每一壓載艙連續泵入水量達到三倍艙容視為符合至少交換95%體積的壓載水的標準要求悶。若能夠證明至少交換了95%體積的壓載水則可接受連續泵水量少于三倍的艙容。三倍的交換水量壓載水泵的負荷大，交換時(shí)間長(cháng)。由于壓載艙總是處于滿(mǎn)艙狀態(tài)，壓載水交換時(shí)對船舶的穩性和強度的影響可忽略，主要對艙室的超壓或負壓進(jìn)行評估采用溢流法進(jìn)行壓載水交換需要進(jìn)行以下方面的安全評估:

(1)壓載艙內壓力超壓或負壓。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。一般需進(jìn)行溢流管路阻力評估，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，可不予對溢流管路進(jìn)行溢流阻力評估。

(2)壓載水泵數量、排量和壓頭。采用溢流法，壓載水泵的負荷大，壓載水交換時(shí)間長(cháng)。需對壓載水泵的數量、排量及壓頭綜合評估來(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。對現有船舶，一般船上不設有專(zhuān)門(mén)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，容易導致艙室超壓所以不宜采用;另一方面，對于帶有自動(dòng)關(guān)閉裝置的空氣管頭，長(cháng)期用作溢流管易損壞空氣管頭，因此也不宜采用。

由此，采用溢流法應特別注意以下事項:

(1)溢流法會(huì )帶來(lái)艙室內部的壓力變化，需進(jìn)行艙室超壓或負壓的安全評估多個(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壓力過(guò)高，但需保證各壓載艙均能達到3倍的交換體積。

(2)由于溢流法對船舶的強度和穩性的影響甚微，所以在風(fēng)暴天氣下對于較大液艙(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)應綜合仔細考慮。，

(4)采用溢流法壓載水交換時(shí)間長(cháng)，應充分考慮交換時(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)若壓載艙結構不是根據溢流管頂的壓頭進(jìn)行設計，應避免采用此溢流法。尤其對于部分裝載的壓載艙，使用溢流法注滿(mǎn)艙室會(huì )增加液艙內壓力，可能損壞艙內結構構件。若采用溢流法須增加強度和穩性等方面的安全評估。強度評估可以參照IACS共同規范進(jìn)行，在計算壓載艙靜水壓力時(shí)，油船和散貨船共同規范均對采用溢流法進(jìn)行壓載水交換的壓載艙增加了25KN/m2的超壓。

(6)使用溢流法往往導致甲板積水，尤其冬季結冰天氣下會(huì )對甲板上的工作人員帶來(lái)危險。應避免通過(guò)非專(zhuān)門(mén)溢流管(如人孔，小艙口等開(kāi)口)直接溢流，一般需要對這些開(kāi)口進(jìn)行局部改造增加排泄管頭等來(lái)引導壓載水排向舷邊對于新造船在設計時(shí)應充分考慮這些方面。

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

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)以相同流速從底部排出的過(guò)程，艙內水位在壓載水更換作業(yè)全過(guò)程中保持不變。每一壓載艙連續泵入水量達到三倍艙容視為符合至少交換95%體積的壓載水的標準要求問(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估:

(l)壓載水泵數量、排量和壓頭。同溢流法一樣，需核查評估壓載水泵的數量、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，采用稀釋法應特別注意以下事項:

(1)稀釋法需要兩套泵系單獨地進(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水位保持不變。否則，會(huì )使壓載艙內產(chǎn)生壓力或液位變化從而導致其它安全問(wèn)題。

(2)管系改造復雜，現有船不宜采用稀釋法進(jìn)行壓載水交換。

5結束語(yǔ)

船舶壓載水問(wèn)題日益引起各港口國的重視，IMO《2004公約》雖然還未生效，但很多港口國已經(jīng)單邊使之生效。我國是海運大國，發(fā)達國家對船舶壓載水排放的嚴格要求給我國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(mǎn)足D2標準，我國作為IMO的A類(lèi)理事國，應加緊各方面技術(shù)的研究和相關(guān)法規的制定實(shí)施，從而減少直至消除壓載水對我國海洋環(huán)境所帶來(lái)的危害。

作者：蔡尊德  來(lái)源：航海技術(shù)