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基于博弈论的内河船舶水污染控制策略研究

摘要

生活污水、含油废水、含毒物废水、生活固体废物是船舶威胁内河水体的主要污染物。这些污染物量大面广。为此，我国在内河船舶水污染防治政策法规方面投入了大量的资金。建立了基于有限理性的局部船舶污染控制决策演化博弈模型，得到了影响船舶水污染控制决策的关键因素包括污染控制成本、补贴与信贷、行政监督与处罚，而影响当局决策的关键因素则包括行政监管成本和监管人员不采取监管措施所带来的压力，从而对内河船舶污染的政策和措施提出建议。本研究为内河船舶污染控制体系的建立提供参考。

1。介绍

内河运输是指利用船舶在内河水体（如河流、湖泊、运河）中进行的载客运输，具有运力大、能耗低、占地面积小等特点。目前，中国已经形成了由长江、珠江、淮河、黑龙江、松花江、辽河组成的内河运输体系，长江、淮河、太湖、钱塘江通过京杭运河相连。2011年1月，国务院发布《关于加快长江等内河航运发展的意见》，内河航运已成为国家战略。由于内河运输的优势，内河运输量急剧增加。2017年，中国内河船舶13.23万艘，实现货物运输量37.05亿吨，货物运输量1494.9亿吨∙公里[1]。随着货船数量的增加和客船娱乐化的发展，内河船舶产生的生活污水、含油废水、含毒物废水和生活固体废物的排放对内河水资源和生态环境保护构成了严重威胁，已成为亟待解决的问题。

2.内河船舶水污染控制现状

2.1 主要污染物

2.1.1 生活污水。生活污水是指船上人员日常生活产生的废水，包括厕所排放、医务室排放、船上活动物排放和其他含有上述排放物的废水。

2.1.2 含油废水。含油废水是指含有原油、燃料油、润滑油和其他石油产品/残渣的废水。这些废水是在船舶的航行、修理和维护过程中产生的，可分为机器废水和含有货油残渣的废水。

2.1.3 含毒物废水。含毒物废水是指洗舱（码头维修前、换货前、每次航行后）等活动产生的废水，特别是运输危险化学品的船舶。

2.1.4 生活固体废物。生活固体废物是指船舶在使用过程中产生的废物，包括塑料、生活垃圾、营运废物、货物残渣等。

2.2 污染物体积计算

由于船舶数量和容量的迅速增加，船舶造成的水污染急剧增加。2017年，中国内河船舶13.23万艘，实现旅客运输量5900万人次[1]。假设每名旅客在船上停留1d，生活污水和垃圾分别为130L/人∙d和1.2kg/人∙d，平均每船工作人员5人，平均年服务期300人，内河船舶产生的污染物计算如下：

2.2.1 生活污水量。船上总流量25745万人∙d p.a.（5900万人∙d 13.23times;5times;300万人∙d），生活污水3347万t p.a.（2574.5万人∙dtimes;0.13 t/人∙d），浮筒生活污水1000万t p.a。。因此，内河船舶产生的生活污水总量为4347万t/a。

2.2.2 含油废水量。假设平均产生含油废水0.5t/1000kw h主机功率，每艘船每天航行8h，2016年内河船舶总功率3327万kW，产生含油废水4857万t/a（0.5divide;1000t/kWhtimes;3327万kWtimes;8h/dtimes;365）。

2.2.3 含毒物废水的体积。尽管它的体积很小（1-4%的最大船舶负荷），洗舱废水通常是有毒的。2016年，内陆港口化工总吞吐量为1.12亿吨，实际负荷通常为最大负荷的70%，产生的含毒物废水为80万吨/年（112divide;2亿吨/年divide;70%times;1%）。

2.2.4 固体废物量。参照城市人均产生量，固废产生量为1.2kg/人∙d（相当于生活垃圾的产生量）[2]，内河船舶固废总量为31万t（25745万人∙dtimes;1.2kg/人∙d）。

综上所述，内河船舶每年产生废水9284万t，其中生活污水4347万t，含油污水4857万t，含毒物污水80万t，固体废物31万t。

2.3 相关规定

2.3.1 环境保护法规和标准。与内河船舶水污染控制有关的环境保护法规和标准是《水污染控制法》和《船舶水污染物控制标准》。

《水污染控制法》于1984年颁布，1996年、2008年和2017年修订内河船舶水污染防治基本法。本法明确了内河船舶应当采取的防污染措施，包括配置防污染设备、持有相关许可证、严格遵守排污作业程序和如实记录等。另一方面，本法要求港口、码头、装卸站、造船厂应当有足够的接收内河船舶污染物和废物的设施。此外，从事内河船舶污染物和废物接收或者油船、危险品船洗舱作业的单位，应当具备相应的接收和处理能力。同时，本法要求从事接收油渣、含油废水、危险品残渣、油类/危险品运输船舶洗舱、散装液体危险品照明等海上或水下作业的船舶，必须向当地有关部门申请许可证/执照。

《船舶污染物控制标准》（GB 3552-83）是我国第一个规范船舶排放行为的国家标准和法规，对改善环境质量起着关键作用。2018年修订，更名为《船舶水污染物控制标准》（GB 3552-2018）。本次修订涉及船舶排放含毒物废水的控制标准，明确了适用水体和船舶的方案。在生活污水排放控制方面，涉及到pH值、CODCr、总氯（总余氯）、总氮、氨氮、总磷、BOD5、悬浮物、耐热大肠杆菌菌落的上限，调整了船舶废弃物分类方案和控制要求，明确了机舱含油废水和生活污水的标准化监测方法，其中包括禁止向饮用水水源保护区排放生活污水和要求记录控制措施的规定。

2.3.2 交通运输部门监管规定标准。内河船舶水污染防治交通运输法规标准主要是《内河船舶污染防治环境管理条例》和《内河船舶法定技术检验规程》。

2005年颁布、2015年修订的《内河船舶污染防治环境管理条例》遵循预防为主、防治与治理相结合、处置及时、综合治理的原则。2015年的修订涉及禁止在内陆水域使用溢油分散剂以避免二次污染，减少对船上加工设备的要求以鼓励陆上加工，规范危险化学品船舶损害责任保险，提高事故损害赔偿能力，明确主体责任，取消围挡方案行政报告和替代措施。

《2011年内河船舶法定技术检验规则》包括防止油污、含毒物废水污染、生活污水污染、垃圾污染的船舶结构和设备的详细规定。

2.4 关键控制措施和政策

2.4.1 具体控制措施。船舶污染控制按污染物类别设计。对于生活污水，除经权威部门认证的专用设备外，黑水和灰水均需单独收集/排放系统；鼓励采用真空便器等节水装置。对于含油废水，机舱含油废水和含货油残渣的含油废水需要单独的收集/排放系统；燃油、润滑油装卸管道的板接头处应设置闭式排水系统滴盘；油箱、润滑油箱应设置配有高液位报警装置，防止溢流。含毒物废水，港口应设置专门的洗舱站和含毒物废水、压载水/洗舱水含有此类毒物和其他混合物应在岸上进行处理。冲洗水或其他混合物应在岸上处理。对于船舶垃圾，在收集和储存前应进行分类，用于清洗液货舱、船板和船体的洗涤剂/添加剂应不含对海洋环境有害的物质。此外，旧船应逐渐弃置。也就是说，弃用剩余寿命短、因空间有限、改造成本高而无法配备污水收集处理系统的老旧船舶。

2.4.2 控制策略

生活污水

2013年10月至2017年底，交通运输部在“十二五”期间推进了国家内河船型标准化政策。该政策鼓励改造现有船舶的生活污水系统，鼓励老旧船舶在使用寿命结束前退出市场，极大地提升了内河船舶的水污染控制能力。2013年10月至2015年12月，对符合“两横一纵两净十八线”条件的船舶安装生活污水收集处理装置给予补贴。同时，政府对使用年限15年至30年（黑龙江船舶为15年至36年）的货船和使用年限10年至25年的客船进行拆解补贴。因此，对大约20000艘船舶进行了生活污水系统更新，估计每年可减少137800吨生活污水的直接排放量。

含油废水

在含油废水治理方面，交通运输部尚未出台相关政策，而长江沿岸地区的地方政府也出台了一些有效的政策来促进含油废水的回收。例如，嘉兴市政府出台了《关于进一步加强船舶含油废水等污染物控制的实施意见》。到2016年底，全市各县实现了“船舶含油污水接收船、船舶含油污水接收处理站、一套相关运行方案”。此外，还采取了油水分离器、污水处理厂和储存容器等措施，防止船舶造成水污染。事实上，嘉兴1042个港口全部设置了垃圾桶和含油污水接收桶，建立了2个含油污水接收处理站和30个船舶垃圾接收点，2艘污水和含油污水接收船投入使用。

化学品和洗罐废水

2017年8月，交通运输部发布了《长江经济带推进绿色航运的指导意见》（2017，114#），作为长江绿色航运发展的顶层设计。为控制内河船舶污染，建议加强化学洗舱作业的专项处理，包括化学洗舱基地的规划建设，规范化学洗舱基地的管理和洗舱作业，引导企业建立相关产业基金。介绍了船舶污染治理的专项管理，包括船舶污染风险综合调查、建立和优化船舶污染防治、处理、补偿的综合治理机制等。

2018年3月，长江干流洗罐站布局发布。根据长江沿岸港口危险化学品吞吐量的变化趋势、长江危险化学品运输船舶的改造需求和大型石化工业园区的布局，到2020年，将建成13座7800船次的洗舱站。截至目前，长江干流沿线已建成5个洗罐站，分布在重庆、武汉、南京港等地。这些站点的年吞吐量为1250船次，2016年完成约520船次

三。船舶排污与污染控制的博弈模型

船舶所有人作为污染的主体，应当是水污染防治的首要责任主体。然而，它们自然是在追求船舶经营利润的最大化。首先，对两艘船舶进行了完全理性博弈，然后基于改进博弈建立了更新的不完全理性船舶种群模型，以便于政府对船舶污染控制决策的指导。

3.1 一般均衡分析

假设A船和B船是完全理性的，并且有独立的决策系统，建立了成本矩阵微观模型（见表1）。其中，C为污染治理的成本和损失，R为污染治理贡献的补偿/补贴，G为污染治理过程中声誉和管理改善带来的效益，P为处罚，I为声誉和信誉损失。L不涉及船舶，指航行时间、卫生条件和安全检查的损失。表1中的成本矩阵可导致各种纳什均衡（NE）[3]：

如果R P 2I＜C，则NE为（不做，不做），即不希望船舶参与污染控制；

如果R P 2I＞C，则NE为（控制污染，控制污染），即船舶倾向于对污染控制作出贡献

如果C＜L，则有三种方案，包括两种绝对战略方案和一种混合战略方案，A船和B船根据另一种方案作出决定。

表1 船舶水污染控制的成本矩阵模型

3.2 进化博弈模型

上述研究是在完善的理性条件下进行的。然而，船舶追求利益最大化的合理性是有限的，这就意味着船东不能在完全理性的情况下做出决策。同时，对某一区域的水污染控制进行研究，将局部船舶作为一个整体，避免局部优化。因此，本研究提出一个基于进化论的进化博弈模型来模拟生物进化中适者生存的规律。具体来说，船舶被视为生物集团的成员，所有个人最终都会选择一种有利于自身利益的战略。假设某一区域采用“控制污染”策略的船舶比例为x，采用“无所事事”策略的船舶比例为（1-x）。船舶作为有限理性的决策主体，被视为以效益最大化为目标的动态系统。因此，在缺乏监管的情况下，他们倾向于采取“无所事事”的策略。在法律、补贴和公众舆论的限制下，鼓励船舶采取“控制污染”战略。由于个体理性的差异，一些个体会率先采用“控制污染”策略，而另一些个体则会通过学习进化进化进化为采用“控制污染”策略。最终，这一领域所有个人采取的战略都将正常化。

如果C-2L＜R P 2I＜3C，不管初始比值如何，船舶最终都将演化为稳定比值。如果初始比率lt;稳定比率，一些人将通过学习进化采用“控制污染”策略，直到比率达到稳定比率；如果初始比率gt;稳定比率，则“无所事事”策略将导致最大效益，因为当局将减少基于高比率的检查频率合法船只。

如果R P 2Ige;3C，“控制污染”战略的成本相对较低，而效益（如补贴、信贷）较高，对“无所事事”战略的惩罚较高，所有船舶最终都会采取“控制污染”策略，无论初始比例如何。

如果R P 2I Lle;2C,由于“控制污染”战略的成本超过了其效益，这一地区的大多数船舶将采取“无所事事”策略。

综上所述，影响船舶水污染控制决策的关键因素包括污染控制成本、补贴和信贷、行政监督和处罚，而影响主管部门决策的关键因素包括行政监督成本和监管人员的压力因为不接受监督。

四。关于政策和措施的建议

在法律法规方面，应更加重视内河的污染控制。作为《联合国海洋法公约》和《国际防止船舶污染公约》（MARPOL73/78公约）的缔约国之一，中国已经建立了完善的海洋环境保护立法[4]。但内陆水体水污染问题尚未引起足够重视，尽管《水污染控制法》和《船舶水污染物控制标准》都明确规定，由于内河水体的状况对我们的日常生活有着直接而重大的影响，内河水体的污染物排放标准应当高于海洋[5]。除“禁止排放”的原则外，污染物的清除应通过立法强制清除的要求来实现。此外，要求对所有船舶建立船舶污染物管理制度[6]，对港口污染物接收能力进行评价[7]，并通过立法对船舶污染进行精确控制。

在行政监督方面，船舶检验单位应当要求设置污染物储存、分离和应急设备，并保证设备完好。海事管理部门要加强对生活污水处理情况的检查，特别是设备和运行记录的规范化，要与接收单位协商，对违规行为要严惩。此外，重点水域和重点船舶（客船、危险品船）应采用视频监控

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