海上环卫体系构建和思考

杨晶博，孟繁磊，吕晓丹，徐一雯

（中城院（北京）环境科技有限公司，北京 100120）

1 引言

2015 年国家海洋局生态环境保护司颁布的《海洋垃圾监测与评价技术规程（试行）》中将海洋垃圾定义为“在海洋和海滩环境中具持久性的、人造的或经加工的被丢弃的固体物质，包括故意弃置于海洋和海滩的已使用过的物体，由河流、污水、暴风雨或大风直接携带入海的物体，恶劣天气条件下意外遗失的渔具、货物等”。海洋垃圾类型有塑料类、木制品类、玻璃类、金属类、橡胶类、织物（布）类、纸类和其他人造物品及无法辨认的材料［1］。

早在无相关法律法规约束的时期就有人类将生活和生产过程中的垃圾投入海洋，现今在货轮运输、游轮旅游和渔民捕鱼等人类活动中仍存在偷排垃圾入海的现象。如何使这类移动垃圾产生源不排放垃圾至海洋中亟需相关法律法规和政策制度的约束，同时海上作业和生活的人的素质及意识也有待提高。海洋垃圾来源分为海源和陆源，海洋垃圾中80% 来自于陆源，陆源垃圾在海洋中会随着海浪和洋流的产生被运送至岸线，其存在形式是流动的。

综上，海洋垃圾包括海面的漂浮垃圾、海中的悬浮垃圾和海底的沉积垃圾。海岸垃圾指岸线垃圾，是涨潮和退潮过程中海水流动范围内存在的垃圾，该范围包含海滩、礁石、滩涂和护坡等。

全球海洋垃圾量难以估计，美国五大环流研究所等机构在2014 年通过网络搜集并结合实地采样获得有关数据，以建模的方法估算了海洋漂浮塑料在全球的密度分布。推测结果表明全世界至少有约5.255×1012件重达2.689 5×105t 的塑料颗粒垃圾存在于海洋中（表1）［2］，而其中只有15%漂浮在海面、另外15% 存留在海滩、70% 沉在海底［3］。此前，相关研究预估每年流入海洋的塑料垃圾量约为8.0×106t，但实际约为1.1×107t［4］。以目前的趋势预测，到2040 年污染海洋的塑料垃圾量将增加到每年2.9×107t，相当于全世界每1 m 海岸线就有50 kg 的塑料垃圾，海洋垃圾量巨大。

表1 世界几大主要海域塑料垃圾的数量与质量估值Table 1 Quantitative and qualitative estimates of plastic waste in major seas of the world

2 海洋垃圾现状

2.1 政策法规

1974 年经国务院批准颁布的《防止沿海水域污染暂行规定》实施生效，这是我国海洋环境污染防治类型中的第1 部法律法规［5］，为防止我国近岸海域环境污染情况的发生起到了一定的抑制作用。后续接连颁布、修订并实施的《中华人民共和国海洋环境保护法》［6］、《联合国海洋法公约》［7］、《防治船舶污染海洋环境管理条例》［8］、《海岸线保护与利用管理办法》［9］、《近岸海域污染防治方案》［10］、《海岛及海域保护资金管理办法》［11］和《渤海综合治理攻坚战行动计划》［12］中就海洋环境保护与污染防治作出了原则性规定，同时对海洋和近岸海域环境保护的相关内容也有明确规定。例如在《海岸线保护与利用管理办法》中规定“除国防安全需要外，禁止在严格保护岸线的保护范围内构建永久性建筑物、围填海、开采海砂、设置排污口等损害海岸地形地貌和生态环境的活动”。综上，我国海域环境治理体系中的法律法规已逐步健全，各项条例和计划的实施有效保证了《中华人民共和国海洋环境保护法》的实施。此外，在近年构建“五位一体”中生态文明建设和污染防治攻坚战的工作指导下，近岸海域环境综合治理已提上工作日程，同时配套治理和保护海域环境的保障资金也出台了相关管理办法作为支持。

2.2 海洋垃圾产生量及预测

我国领海由渤海、黄海、东海和南海四大海域组成，根据我国各省、自治区人民政府和相关政府部门官网信息检索，各省市陆地与海洋接触的海岸线长度见表2，合计约为1.96×104km。根据上海仁渡海洋公益发展中心2020 年6 月发布的我国58 个海岸线监测点中关于海岸垃圾存量垃圾质量分布密度和质量累计速率的分析统计，以海岸线向海一侧延伸500 m 作为统计宽度，根据各海域海岸线长度，可得出我国约1.96×104km 海岸线下的存量海洋垃圾约为1.23×106t（表3），同样的海域范围面积下，我国海洋垃圾每天累计增量约为3 754.21 t/d（表4）。

表2 我国大陆海岸线长度组成Table 2 The length composition of continental coastline of China

表3 我国四大海域近海岸存量垃圾统计结果Table 3 Statistical result of coastal stock garbage in four major seas of China

表4 我国四大海域近海岸增量垃圾统计结果Table 4 Statistical result of incremental coastal garbage in four major seas of China

由此可见，我国大陆海岸线分布广泛，而海洋垃圾量增长较快，存量较大，海上环卫体系的构建可以系统性地将各方数据收集整合并综合分析，以形成一套针对我国海洋环境特点研发的环卫体系，有效改善我国的海洋垃圾现状。

2.3 海洋垃圾危害

2.3.1 环境危害

海洋垃圾造成的环境危害突出表现在视觉污染，此外还会造成水体污染，使得海水的温度、pH、含盐量、透明度、生物种类和数量等性状发生改变，对海洋的生态平衡构成危害，继而破坏生物间的物质循环和能量流动，影响整体生态系统。

2.3.2 安全危害

海洋垃圾的存在不仅破坏海洋生态环境，还会给航运活动造成安全隐患。被渔民称为“鬼网”的废弃渔网在洋流的作用下会缠绕住螺旋桨，使得船舶或邮轮无法安全行驶，继而导致事故的发生，给运输和旅游公司造成经济损失。

2.3.3 生物危害

海洋垃圾也会通过生物链对人类的生存和健康造成危害，例如鱼类、贝类会食入有毒有害的化学物质和重金属并在体内富集［25］，食用这些海产品势必会对人体健康产生威胁。近期有报道指出，人类粪便中曾检测到微塑料的存在［26］。因此海洋垃圾不但危害海洋生物的多样性，更有危害人类身体健康的可能性［27］。

环境、安全和生物危害仅是海洋垃圾产生的一部分主要危害，若这些垃圾长期在海洋中存在，将造成更多不可控的影响。因此，将环卫体系全面覆盖到海洋范围是十分必要的，建立健全海上环卫体系势在必行。

3 构建海上环卫体系

3.1 目的和意义

为改善我国近海岸公共区域环境质量，统筹推进沿海和海洋垃圾治理，构建近岸海域城市海上环卫体系已迫在眉睫。当前我国陆地环卫体系已相对成熟，针对不同地域均有切实可行的治理措施支撑，而海上环卫体系仍存在空白。通过建立健全海上环卫体系，可有效解决海洋垃圾污染情况，改善近岸海域生态环境。同时应提升海上环卫作业机械化水平和清扫保洁程度，培育海上清扫保洁专业队伍，实现工作常态化。进而全面促进城市环卫作业服务升级，提高海上环卫作业运营绩效，提升政府对海上环境的监管成效，最终推动并提升近海域城市的社会经济发展［28］。

3.2 海上环卫体系现状

随着近年各项政策及标准的出台，海上环卫体系的健全程度不断提高，各项工作的开展逐步进入规范化管理的轨道。但是海上环境卫生工作中各项数据的统计与统筹十分复杂，当前海上环卫工作仍然缺少全过程监管，导致精细化管理实施困难。2017 年，环卫行业提出了“互联网+环卫”的概念，力求借助计算机和物联网技术制定科学高效的环保方案，从而提高环卫工作效率［29］。由于将智能化融入环卫体系的时间并不长，所以目前仅在少数大城市和试点城市建设实施，其余省市仍然以传统的方式开展环卫作业，而涉及海域保洁的智能化方案更是少之又少。因此，无论是从规划层面还是实施层面，我国的海上环卫体系仍有待完善，亟需构建一套精细化的环卫体系。

3.3 构建思路和流程

目前我国海域岸线保洁质量目标暂无标准、规范等相关要求，可根据各省市实际情况参照CJJ/T 174—2013 城市水域保洁作业及质量标准中的水域标准参考执行。

基于海上和岸线周边垃圾存在的现状问题，结合国家和地方政策文件及各地实际情况制定海上环卫目标，以问题和目标为导向，通过对垃圾分布现状、垃圾量现状、海岸线类型、近岸海水深度、冰冻期、潮汐高度、码头位置和运距等情况的现场调研和分析，依据国家、各地方要求和实际情况，明确海上环卫保洁和作业范围以及对应的海上保洁质量标准。在上述项目定位、海上作业范围和保洁质量标准的前提下，本着技术可行、安全可靠、经济合理的原则制定海上环卫总体作业技术路线。技术方案内容由总体作业模式、海域保洁服务、滩涂保洁服务、垃圾收运服务、设备配置和选型、劳动定员和编制、信息化平台、投资与测算、其他配套内容等9 个部分组成。依据已制定的技术方案，先对边界条件、风险分配、项目资金筹措等实施条件进行分析、识别和落实，再通过合法的方式进行采购，由中标企业依据海上环卫作业模式对服务范围内的海域进行常规保洁服务。经过政府部门定期检查和考核后，向达到海上保洁质量标准的运维企业支付合同约定的服务和奖励费用，对于考核不合格的企业通过扣费的方式进行处罚，通过公平合理的付费奖励方式达到社会民众、运维企业和监管政府的多赢模式。海上环卫全过程服务技术路线［30］见图1。

图1 海上环卫全过程服务技术路线Figure 1 Technical roadmap of the whole process service for marine sanitation

以上全过程服务技术流程将建立起完善的海上环卫机制，可有效改善我国当前的海洋垃圾现状，填补海域保洁的空白。同时为这一领域的环卫作业流程提供参考，规范行业标准，提升作业质量和效率。此外，通过合理的规划设计来实现垃圾的高效清理以及人员、设施的快速调配，以达到资源合理化配置的目的，降低环卫运行成本，避免人力和物力的浪费。

3.4 体系构建模式

基于海洋垃圾会随海浪或洋流的运动分布在近海岸的海洋和岸线附近，根据不同的海洋和岸线类型，将海洋垃圾收集分为海洋和岸线两部分。海洋中根据海水深度通过大型清漂船或海域保洁船的方式进行海上垃圾收集，岸线则通过机械或人工的方式进行清捞保洁。将海洋和岸线收集来的垃圾经分类暂存后集中放置于海岸线沿岸收集点，通过垃圾分类压缩转运车定时定点收集后集中运送至终端垃圾处理处置区域进行安全达标处理或再利用。海上环卫总体作业模式见图2。

图2 海上环卫总体作业模式Figure 2 Overall operation mode of marine sanitation

根据2020 年仁渡海洋“守护海岸线”项目在我国沿海11 个省市区90 个点位472 场海岸垃圾的科研监测数据，其中塑料类垃圾的数量占比最高，为79.76%，其次是玻璃陶瓷类占比8.34%、混合材料及其他占比6.24%、木质类2.68%、金属类1.22%、橡胶类0.93%、纸质类0.83%［31］。而上述统计数据未含近年来部分近海域的浒苔等海藻类垃圾，由于浒苔等海藻类垃圾自身存在季节性规模量大、含水率高等海藻的植物有机属性，使得该类垃圾与上述7 类垃圾的处理处置方式不同，故前端分类收集成为后续垃圾处理处置和再利用的前置必要条件。

4 智能化管控平台

4.1 目的和意义

智能化管控平台综合利用物联网、云计算等技术，对海上环卫机械作业所涉及到的人工与设施进行全过程实时管理。平台通过对海上环卫设计规划及环卫管理模式的合理性进行数字化评估，有效提升垃圾减量化、无害化和资源化程度，同时提高环卫工作质量与效率，将现代化的技术和垃圾收运处置相结合，发挥信息化平台互联共通的优势，改善传统模式的不足之处，创新升级运营策略，以实现现代化发展。

4.2 平台框架

根据海上环卫机械作业模式体系构建，结合当地具体情况，以系统架构的5 个层次对平台进行定制化开发，搭建海上环卫智能化管控平台［32］。自下而上分别为监测终端层、网络传输层、支撑体系层、应用系统层和应用终端层，各层次间实现信息的协同与互动，支持海上环卫的运维、管理和考评。具体框架如图3 所示［30］。

图3 海上环卫智能化管控平台构建框架Figure 3 Construction framework of intelligent management platform for marine sanitation

4.3 平台功能

1）应用终端。包括①业务办公管理：平台的主要终端设定在办公机房中，作业人员应用其提供的有效信息辅助环卫工作的高效开展，同时平台设有项目人员的行政办公版块，便于员工的绩效考核等人员管理工作。②屏幕监控管理： 办公机房中设有LED 屏幕以便管理人员对保洁工作进行实时监控，并根据实际情况对项目进行针对性调整。③移动App 管理：作业人员和管理人员在外可通过平台了解项目进展情况等更多实时信息，以更好地辅助保洁工作的完成。同时，平台面向公众开放部分内容以达到监督与宣传的目的，手机App 使得大众的接受度更高，进一步推动海上环卫信息化平台的发展。

2）应用系统。包括①项目管理系统：针对海上环卫的项目实施进度进行全过程跟踪与管理，使用者可通过该系统查询所有项目有关信息，做到全过程的透明与公开。②人员设施运维系统：对作业船只、垃圾收运车等设备的运转情况进行实时监测，如出现机械故障可通过平台及时向有关部门报修，减少损失的产生。③数据采集系统：平台将连接无人机对海上垃圾的分布情况进行实时监测并采集社会经济指标，其中包括人口、经济和社会3 个方面；同时，对海上作业船只、垃圾收运车辆和作业人员的位置信息也将进行实时监控；此外，所有机械设备的运行情况也将同步上传至平台，便于后期维护。④数据分析管理系统：对采集系统反馈的垃圾分布数据进行实时分析，推进海洋垃圾的源头追踪并对作业船只和垃圾收运车辆的运行路线进行规划，以保证环卫工作的高效进行；分析结果将同步关联预警系统，以避免因机械故障产生安全隐患。⑤图形管理系统：将收集的数据同步生成图表形式，便于更直观地理解数据并进行分析；同时，GIS 地图Web系统将实时反馈项目服务范围内的地理信息。⑥用户管理系统：由于平台面向不同人群开放，针对不同人群所涉及的内容有一定的差异性，因此对于使用者的分类管理将有助于平台的进一步完善。⑦对外接口管理系统：平台所需地理数据、经济数据等专业数据需关联对应官方网站以保证数据的实时更新。⑧移动终端系统：建立手机App系统将便于项目参与人员在外出作业或在其他条件下使用，以及平台的全面推广。⑨考核评估系统：平台将针对作业人员到岗情况、工作上报情况等数据对海上环卫作业员工的绩效进行考核，根据平台反馈的数据建立奖惩制度以提高员工的工作效率并建立系统规范的管理制度。⑩公众教育系统：该系统将面向公众进行海上环卫项目的成果展示，便于大众对项目的监督管理，同时也达到环境保护宣传的目的。

3）支撑体系：平台的运行支撑体系主要有海域环境基本数据、机械设备运行监控数据和作业人员职责管控数据等基础数据，平台所需的基础设施主要有服务器、虚拟软件和安全设备等。

4）网络传输：信息化平台将依托采集专网和控制专网对数据进行收集处理，同时也链接政务专网和公共以太网面向政府和公众开放并接受监督。此外，平台也需要依托移动网络实现移动App的稳定运行。

5）监测终端：信息化平台数据的收集主要来源于不同的监测终端，例如监控摄像头用于船只和设备的存放安全管理，无人机用于收集近岸的垃圾分布数据，全球定位系统用于船只、车辆和作业人员的定位，地理信息系统用于对服务范围整体环境的监控，回声探测仪用于对海上垃圾的定位。

海上环卫智能化管控平台框架见图4。

图4 海上环卫智能化管控平台框架Figure 4 Construction framework of intelligent management platform for marine sanitation

5 结论

海上环境卫生体系的构建是我国环卫体系发展的关键之一，该体系（含智能化管控平台）包含环境工程、信息化、设备运维、智能制造、土建类、设备类等专业配置，是一个多专业交叉的综合性内容，对体系构建的设计单位、运维单位和监管单位都是一个考验。相关管理者需要深入剖析并不断优化工作中的每一个环节，基于对我国海域现状的评估，提出科学合理的目标，并融入智能化的管理手段，最终形成一套完善健全的海上环卫体系，以最终实现海洋环境卫生领域的高质量发展，同时提升公众的参与意识以达到持续性发展的目的。当前，我国尚没有近海岸线海域保洁标准，可将项目示范过程中可推广复制的部分加以在实用性和可靠性方面的认证评估，最终概括为标准、规范和指南等书面文件并进行推广和发布，以形成全链条的海上环卫综合体系。