侯成程 吳彩娥 陳江海
崇明島東風(fēng)西沙水源地風(fēng)險(xiǎn)源辨析
侯成程 吳彩娥 陳江海
(上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,上海 200434)
通過(guò)對(duì)崇明島東風(fēng)西沙水源地潛在風(fēng)險(xiǎn)源項(xiàng)進(jìn)行的辨析和篩選,確認(rèn)東風(fēng)西沙水源地主要的潛在風(fēng)險(xiǎn)源為工業(yè)企業(yè)和航運(yùn)船舶;而咸潮入侵、農(nóng)業(yè)面源可歸結(jié)為一般風(fēng)險(xiǎn)源。針對(duì)東風(fēng)西沙水源地供水的主要功能,提出了水庫(kù)面臨突發(fā)性水污染事故時(shí)供水和持續(xù)時(shí)間的平衡關(guān)系,同時(shí)進(jìn)行了相關(guān)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
潮汐河口水源地;風(fēng)險(xiǎn)源項(xiàng);平衡關(guān)系;評(píng)估指標(biāo)
城市水源地為城市生產(chǎn)和生活提供足夠的清潔水源,水源地的安全直接關(guān)系到城市的供水安全和正常的生產(chǎn)生活運(yùn)行。隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,人為過(guò)失或人為破壞等造成的突發(fā)性水污染事故時(shí)有發(fā)生,其不確定和突發(fā)性的特點(diǎn),使其具有短時(shí)段內(nèi)對(duì)水源地造成嚴(yán)重污染,從而對(duì)水源地的安全供水構(gòu)成巨大威脅,如2005年11月發(fā)生的松花江水污染導(dǎo)致哈爾濱停水4d[1]。
東風(fēng)西沙水源地位于長(zhǎng)江口南北支分叉口下段、崇明島西南部,其主要是利用崇明島與東風(fēng)西沙之間的夾泓建成避咸蓄淡型水庫(kù)。東風(fēng)西沙水庫(kù)主要取引長(zhǎng)江淡水,其取水口水質(zhì)一方面受到徐六涇以上河段來(lái)水水質(zhì)的影響。另一方面長(zhǎng)江口南支漲潮流和北支潮水倒灌水體水質(zhì)的影響。因此,極有必要針對(duì)東風(fēng)西沙水源地可能出現(xiàn)的突發(fā)性水污染事故源項(xiàng)進(jìn)行辨識(shí)和分析,以便對(duì)水源地建立安全運(yùn)行機(jī)制,確保水庫(kù)安全供水。
對(duì)于東風(fēng)西沙水源地而言,其突發(fā)性潛在風(fēng)險(xiǎn)源主要有:分布于南北支沿岸以及徐六涇上游河段附近的工礦企業(yè)、廢水處理廠和廢物填埋場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)和裝卸碼頭等;長(zhǎng)江航道上的船舶運(yùn)輸和陸域運(yùn)輸;農(nóng)業(yè)污染源;咸潮和水災(zāi)等。
根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源發(fā)生位置和分布區(qū)域的差異,可將以上潛在風(fēng)險(xiǎn)源分為固定風(fēng)險(xiǎn)源,主要有工礦企業(yè)、廢水處理廠和廢物填埋場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)和裝卸碼頭等;移動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)源,主要有長(zhǎng)江航道上的船舶運(yùn)輸和陸域運(yùn)輸;流域風(fēng)險(xiǎn)源,主要有農(nóng)業(yè)污染源,咸潮和水災(zāi)等[2]。
2.1 固定風(fēng)險(xiǎn)源
長(zhǎng)江口沿岸分布了海門、啟東、南通、常熟、嘉定、寶山等數(shù)個(gè)工業(yè)區(qū),這些工業(yè)企業(yè)每天都向長(zhǎng)江排入大量的工業(yè)廢水。東風(fēng)西沙水源地主要有徐六涇來(lái)水和北支潮水倒灌,同時(shí)南支漲潮流也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的影響。針對(duì)徐六涇來(lái)水水質(zhì)情況,根據(jù)相關(guān)研究表明,NH4-N和TP超標(biāo)是長(zhǎng)江徐六涇江段水體污染的主要特點(diǎn),1997~2011年徐六涇水體NH4-N有25個(gè)自然月未達(dá)到Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn),而TP有47個(gè)自然月監(jiān)測(cè)值超過(guò)Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn),有時(shí)甚至達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)[3]。對(duì)于枯季北支倒灌南支,根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)中實(shí)測(cè)資料[4~5],青龍港水域枯季平均COD(Mn)和NH4-N均為Ⅲ類,TP和TN為劣Ⅴ類,在北支倒灌南支時(shí)東風(fēng)西沙水源地水質(zhì)受倒灌水質(zhì)影響較為明顯。根據(jù)青草沙水域工業(yè)企業(yè)排污情況,2004年污水排放量達(dá)26123.7萬(wàn)t[6]。
根據(jù)上海市污染源普查和相關(guān)資料的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2011年長(zhǎng)江口及徐六涇江段部分工業(yè)企業(yè)排污負(fù)荷為990000萬(wàn)t,其工業(yè)廢水約占調(diào)研所得排污負(fù)荷的82%。雖然工業(yè)企業(yè)排污都有嚴(yán)格的控制,且區(qū)域內(nèi)多年來(lái)未發(fā)生過(guò)重大突發(fā)性工業(yè)企業(yè)污染事故,但考慮到工業(yè)企業(yè)排污負(fù)荷較大,一旦工業(yè)企業(yè)發(fā)生突發(fā)性污染事故,將對(duì)水源地水質(zhì)產(chǎn)生重大影響。長(zhǎng)江口南北支和徐六涇江段工業(yè)企業(yè)污染源列為東風(fēng)西沙水源地主要潛在風(fēng)險(xiǎn)源,對(duì)區(qū)域內(nèi)工業(yè)企業(yè)排污量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并對(duì)排污量較大的工業(yè)企業(yè)排污口附近水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
2.2 移動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)源
近幾年來(lái),隨著長(zhǎng)江沿線港口的發(fā)展以及上海國(guó)際航運(yùn)中心的建設(shè),越來(lái)越多的超大型船舶進(jìn)出長(zhǎng)江口深水航道,船舶溢油和化學(xué)品泄漏事件近年來(lái)不斷發(fā)生,對(duì)水源地水質(zhì)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料[7],從1999~2009年上海港共發(fā)生各類船舶污染事故173起,累計(jì)泄露量達(dá)2619.51 t。
東風(fēng)西沙水源地毗鄰長(zhǎng)江口南支航道,上游蘇通大橋距離東風(fēng)西沙水庫(kù)約24km,在夏季大潮蘇通大橋漲憩時(shí)刻橋墩處溢油100t,油膜約3h即可到達(dá)東風(fēng)西沙水庫(kù),東風(fēng)西沙水庫(kù)取水口油膜厚度第7h達(dá)到最大[8]。東風(fēng)西沙水源地最近一次溢油事故發(fā)生在2012年12月30日下午。當(dāng)時(shí),長(zhǎng)江口上游江蘇常熟白茆沙水域一艘裝載有400t重油的船只沉沒(méi),發(fā)生溢油事件。受潮汐作用,12月31日上午溢油開(kāi)始影響崇明島,對(duì)崇頭至南鴿水閘的灘涂、水域造成了嚴(yán)重污染。
考慮到東風(fēng)西沙水源地緊靠繁忙的長(zhǎng)江航運(yùn),航運(yùn)船舶在一定程度上直接威脅著水源地的取供水安全。由于缺少相關(guān)部門的相關(guān)統(tǒng)計(jì),筆者通過(guò)文獻(xiàn)檢索和相關(guān)新聞資料統(tǒng)計(jì)了上海港附近船舶泄露事故。表1給出了1978~2012年長(zhǎng)江口泄露50t以上的船舶事故16起。
表1 1978~2012年長(zhǎng)江口船舶溢漏量50t以上的事故統(tǒng)計(jì)表
基于以上數(shù)據(jù)分析,考慮到隨著港口船運(yùn)發(fā)展,水上船舶不僅在數(shù)量上逐年增加,同時(shí)噸位也不斷加大。東風(fēng)西沙水源地緊靠繁忙的上海港,船舶泄露對(duì)水源地的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅,船舶航運(yùn)為東風(fēng)西沙水源地主要的潛在風(fēng)險(xiǎn)源之一。而東風(fēng)西沙水源地附近沒(méi)有重要的陸域交通線,因此陸域運(yùn)輸可以不作為東風(fēng)西沙水源地的風(fēng)險(xiǎn)源考慮。
2.3 流域風(fēng)險(xiǎn)源
長(zhǎng)江口為潮汐河口,在枯水期會(huì)受到咸潮入侵的影響,使局部河道氯化物濃度超過(guò)250mg/L。東風(fēng)西沙水源地不僅受到南支咸潮入侵的影響,在大潮期北支咸潮倒灌也會(huì)影響到水源地,水庫(kù)最長(zhǎng)不易取水天數(shù)為26d[9]??菟谀现坛比肭趾捅敝坛钡构嗟膰?yán)重程度直接關(guān)系到水庫(kù)的可補(bǔ)水量。東風(fēng)西沙水源地如果長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)不能從長(zhǎng)江補(bǔ)充淡水,將直接影響到水庫(kù)的安全供水。
考慮到長(zhǎng)江口咸潮入侵外海潮漲潮落的規(guī)律性以及咸潮入侵強(qiáng)弱對(duì)大通徑流量的滯后性[10~11],可以對(duì)水源地氯化物濃度起到預(yù)測(cè)作用,從而為水源地提前補(bǔ)水起到預(yù)警作用;同時(shí),在咸潮入侵較為嚴(yán)重時(shí),三峽水庫(kù)加大下泄流量進(jìn)行壓咸補(bǔ)淡,也可以對(duì)水源地補(bǔ)水起到一定的調(diào)節(jié)作用。因此,枯水期的咸潮可歸結(jié)于水源地的一般風(fēng)險(xiǎn)源。
此外考慮到水源地還可能受到水災(zāi)的影響,如臺(tái)風(fēng)、暴雨等,但相比與其他主要要風(fēng)險(xiǎn)源,其到來(lái)的時(shí)間基本上可以預(yù)知,當(dāng)面臨水災(zāi)來(lái)臨時(shí),,水源地可進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控,因此,水災(zāi)可歸結(jié)為一般險(xiǎn)源。
針對(duì)淡水蓄水型水庫(kù),其風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源主要是水庫(kù)的補(bǔ)供水問(wèn)題。在面臨突發(fā)性水污染事故時(shí),如船舶事故泄露、工業(yè)企業(yè)泄露,除考慮風(fēng)險(xiǎn)源物質(zhì)本身的風(fēng)險(xiǎn)外,還重點(diǎn)結(jié)合水庫(kù)自身供水要求,考慮風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)水庫(kù)供水的危害性。
對(duì)東風(fēng)西沙水源地供水問(wèn)題而言,對(duì)水庫(kù)供水的影響和破壞程度主要中于風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后水庫(kù)的可供水時(shí)長(zhǎng)和持續(xù)不可取水之間的矛盾問(wèn)題,即供水時(shí)間和持續(xù)時(shí)間的平衡問(wèn)題??晒┧畷r(shí)長(zhǎng)主要體現(xiàn)在突發(fā)水污染事故時(shí)庫(kù)的蓄水量以及污染團(tuán)到達(dá)水源地這段時(shí)間內(nèi)水庫(kù)的搶補(bǔ)水量,而對(duì)這些產(chǎn)生直接影響的影響因素主要集中在初始蓄水量、泄露位置和水文氣象;持續(xù)不可取水時(shí)間主要受污染團(tuán)持續(xù)影響時(shí)間限制,而對(duì)這些起著決定作用的是泄露總量和水文氣象因素,如圖1所示。
圖1 東風(fēng)西沙水源地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估平衡
基于此考慮,選狀態(tài)變量、時(shí)間變量、能力變量、以及程度變量行分析,以狀態(tài)變量初步分析突發(fā)性污染事故能對(duì)水源地產(chǎn)生影響,以時(shí)間變量、能力變量和程變量綜合評(píng)價(jià)水源地供水安全的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。態(tài)變量體現(xiàn)在污染源的類型,毒性、處理難易度等以及污染源的影響范圍,這直接決定了突發(fā)性污染事故能否對(duì)水源地水質(zhì)產(chǎn)生影響。時(shí)間變量體在突發(fā)性污染事故發(fā)生后水庫(kù)的初始蓄水量,這接決定了水庫(kù)對(duì)突發(fā)性污染事故應(yīng)變的可調(diào)控時(shí)。能力變量體現(xiàn)在污染團(tuán)到達(dá)時(shí)間,體現(xiàn)了突發(fā)污染事故發(fā)生后水庫(kù)緊急狀態(tài)下可取水量,其到時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響到水庫(kù)的后續(xù)抗污能力。而度變量這取決于突發(fā)性污染事故對(duì)水源地供水安的影響程度,即污染團(tuán)持續(xù)影響時(shí)間。
3.1 狀態(tài)變量Ws(緊急狀態(tài))
突發(fā)性風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)水源地能否產(chǎn)生影響主要是看風(fēng)險(xiǎn)源項(xiàng)擴(kuò)散至東風(fēng)西沙水源地取水口的濃度值是否超過(guò)水質(zhì)目標(biāo)度值。為分析風(fēng)險(xiǎn)源的影響范圍,基于二維水質(zhì)散模型,采用下式[12]對(duì)影響范圍進(jìn)行計(jì)算:
其中:
Ws— 風(fēng)險(xiǎn)源稀釋擴(kuò)散到到水質(zhì)目標(biāo)的距離(m);
ux— 水體平均流速((m/s);
Ey— 水體彌散系數(shù)((m2/s);
Ey=(0.058H+0.0065B)×U ;
B — 平河寬(m);H —平均水深(m);
U — x方向上的平均流速(m/s);
Qa— 風(fēng)險(xiǎn)源排污或泄露強(qiáng)度(g//s);
Cs— 水質(zhì)目標(biāo)濃度值(g/m3);
C0— 水體內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)源初初始濃度值(g/m3),常取為0 g/m3。
若風(fēng)險(xiǎn)源擴(kuò)散范圍覆蓋了東風(fēng)沙水源地取水口,則初步判斷該突發(fā)性污染事故可能會(huì)對(duì)水源地產(chǎn)生影響,需進(jìn)一步分析其影響程度和需要采取的預(yù)警措施;若風(fēng)險(xiǎn)源擴(kuò)散范圍未覆蓋東風(fēng)西沙水源地取水口,則初步判斷該突發(fā)性污染事故可能不會(huì)對(duì)水源地產(chǎn)生影響,但需要對(duì)其影響過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),以便合理調(diào)整應(yīng)對(duì)措施。
3.2 時(shí)間變量Wt(可控時(shí)間)
根據(jù)東風(fēng)西沙水庫(kù)可行性研究報(bào)告中提到的,水庫(kù)設(shè)計(jì)最低水位為1.0咸潮期水庫(kù)最高蓄水位為5.15m,為保證非咸潮期水庫(kù)在生態(tài)用水和突發(fā)時(shí)間期間的常供水,水庫(kù)運(yùn)行水位維持在2.2~4.0m,以規(guī)劃水平年供水規(guī)模40萬(wàn)m3/d考慮,水庫(kù)可供水天數(shù)為3.0~10.0d??紤]到可控時(shí)間的安全和危險(xiǎn)的非絕對(duì)性,時(shí)間變量取值Wt與蓄水量的關(guān)系采用線性變化,以蓄水位5.15m對(duì)應(yīng)的蓄水量的時(shí)間變量Wt=95,以蓄水位4.0m對(duì)應(yīng)的蓄水量的時(shí)間變量Wt=55,蓄水位2.2m對(duì)應(yīng)的蓄水量的時(shí)間變量Wt=20。
3.3 能力變量Wa(抗污能力)
考慮到東風(fēng)西沙水庫(kù)取水閘的取水受外江潮位的影響較大,庫(kù)內(nèi)水位低于外江潮位時(shí),取水閘可取水;庫(kù)內(nèi)水位高于外江潮位時(shí),取水閘不可取水,同時(shí),取水閘的取水能力的大小也取決于庫(kù)內(nèi)外的水位差,水庫(kù)取水閘的取水能力的不確定性較大。本文在水庫(kù)取水能力的分析中以水庫(kù)取水泵站規(guī)模最為水庫(kù)應(yīng)急的取水能力,即40m3/s,水庫(kù)從蓄水位2.2m蓄到5.15m,所需時(shí)間大約為2.0d,本文對(duì)能力變量Wa的取值采用Wa與污染團(tuán)到達(dá)時(shí)間呈線性變化,以污染團(tuán)到達(dá)時(shí)間不小于2.0d時(shí),Wa=100,污染團(tuán)到達(dá)時(shí)間為零時(shí),Wa=0。
3.4 程度變量Wl(危害程度)
針對(duì)水庫(kù)規(guī)劃水平年供水規(guī)模為40萬(wàn)m3/d,以水庫(kù)最高蓄水位5.15m考慮,水庫(kù)最長(zhǎng)可持續(xù)供水時(shí)間為18d。對(duì)于程度變量Wl的取值采用,程度變量Wl與污染團(tuán)影響持續(xù)時(shí)間呈線性關(guān)系,考慮到水庫(kù)最長(zhǎng)可供水時(shí)間,污染團(tuán)影響持續(xù)時(shí)間18d,其程度變量Wl=100,污染團(tuán)影響持續(xù)時(shí)間為0d,其程度變量Wl=0。
3.5 平衡關(guān)系K(安全風(fēng)險(xiǎn))
針對(duì)上文提出的四個(gè)變量,對(duì)供水時(shí)間有影響的主要是Wa和Wt;而對(duì)持續(xù)時(shí)間起決定作用即為污染團(tuán)影響的持續(xù)時(shí)間,即程度變量Wl。對(duì)于供水時(shí)間和持續(xù)時(shí)間的平衡關(guān)系,對(duì)東風(fēng)西沙水源地安全風(fēng)險(xiǎn),可采用平衡值K,根據(jù)K的不同取值判斷風(fēng)險(xiǎn)的不同情況,K值越大,說(shuō)明突發(fā)性污染事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越高,當(dāng)K=1時(shí),為中風(fēng)險(xiǎn);K>1時(shí),為高風(fēng)險(xiǎn);K<1時(shí),為低風(fēng)險(xiǎn):
其中:
α為城市供水安全系數(shù)。
4個(gè)變量的取值的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)于突發(fā)污染事故發(fā)生后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行的預(yù)測(cè),其預(yù)測(cè)的結(jié)果存在一定的不確定性,需要根據(jù)事件進(jìn)度進(jìn)行不斷的修正和預(yù)測(cè),以調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。
針對(duì)潮汐河口典型河段的水源地突發(fā)性風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行了辨識(shí)和分析,考慮到風(fēng)險(xiǎn)源的可預(yù)知性和危害性,提出了工業(yè)企業(yè)和航運(yùn)船舶為東風(fēng)西沙水源地潛在的主要風(fēng)險(xiǎn)源;而其他風(fēng)險(xiǎn)源,如農(nóng)業(yè)污染、咸潮入侵、水災(zāi)等可以歸結(jié)為東風(fēng)西沙水源地的一般風(fēng)險(xiǎn)源。
考慮到東風(fēng)西沙水源地是以供水為主的水庫(kù),其水庫(kù)能否安全供水直接關(guān)系到水庫(kù)運(yùn)行的可靠性。面對(duì)突發(fā)性水污染事故時(shí),水庫(kù)能夠安全運(yùn)行,直接取決于水庫(kù)可供水時(shí)長(zhǎng)和污染持續(xù)時(shí)間的“平衡關(guān)系”。根據(jù)“平衡關(guān)系”,并結(jié)合東風(fēng)西沙水源地自身特點(diǎn),提出了突發(fā)性水污染事故發(fā)生時(shí),東風(fēng)西沙水源地的風(fēng)險(xiǎn)變量。
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10.3969/j.issn.1008-1305.2014.05.003
X820.4
A
1008-1305(2014)05-0007-04
侯成程(1986年-),男,助理工程師。
課題項(xiàng)目名稱:東風(fēng)西沙水源地風(fēng)險(xiǎn)源評(píng)估及防控策略研究,本項(xiàng)研究工作得到了上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的資助。
課題編號(hào):12231204500