徐健++夏雪瑾++馮文靜++李琦

摘 要：本文探討建立了長(zhǎng)江口水源地突發(fā)水污染事故模擬模型，開展了新橫沙成陸開發(fā)和深水新港建設(shè)條件下多情景的突發(fā)水污染事故模擬，分析了橫沙深水新港突發(fā)溢油對(duì)長(zhǎng)江口水源地的影響，并針對(duì)長(zhǎng)江口水源地應(yīng)對(duì)突發(fā)水污染事故提出對(duì)策建議。

關(guān)鍵詞：橫沙；長(zhǎng)江口；水源地；溢油；對(duì)策

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2016）12-0058-03

新橫沙位于橫沙島以東、長(zhǎng)江口北港和北槽之間，該區(qū)域擁有獨(dú)特的區(qū)位、岸線、航道、灘涂和泥沙資源優(yōu)勢(shì)，是上海新一輪開發(fā)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域。新橫沙距離青草沙、東風(fēng)西沙和陳行水源地較近，其中青草沙水源地位于南北港分汊口、長(zhǎng)興島西北側(cè)，是上海市最大的飲用水水源地，供水人口已達(dá)到1300萬。研究新橫沙成陸開發(fā)和深水新港建設(shè)對(duì)長(zhǎng)江口水源地影響，提出應(yīng)對(duì)突發(fā)水污染事故的對(duì)策措施，對(duì)保障上海供水安全具有重要意義。

1 長(zhǎng)江口水源地布局

長(zhǎng)江口分布有青草沙水庫(kù)、東風(fēng)西沙水庫(kù)和陳行水庫(kù)3大飲用水水源地，長(zhǎng)江口水源地現(xiàn)狀格局見圖1。

青草沙水源地（水庫(kù)）位于長(zhǎng)江口江心，南北港分流口下方，由長(zhǎng)興島西側(cè)的中央沙和北側(cè)的青草沙以及北小泓、東北小泓等灘涂和水域構(gòu)成，水庫(kù)庫(kù)容4.35億m3，建設(shè)總面積約70km2，工程設(shè)計(jì)總規(guī)模719萬m3/d，在咸潮期最長(zhǎng)可確保68天連續(xù)供水。陳行水源地（水庫(kù)）位于長(zhǎng)江口南支南岸寶山羅涇鎮(zhèn)，西接寶鋼水庫(kù)，東鄰羅涇港區(qū)。水源地由2座取水泵站、一座調(diào)蓄水庫(kù)和兩個(gè)輸水泵站組成。取水泵站規(guī)模分別為160萬m3/d和 430萬m3/d，調(diào)蓄水庫(kù)庫(kù)容約960萬m3，輸水泵站規(guī)模分別為40萬m3/d和 166萬m3/d。水庫(kù)面積約133.6萬m2，設(shè)計(jì)最高水位7.25m，最低水位0.50m，常水位5.50m，經(jīng)過擴(kuò)容改造后陳行水庫(kù)有效庫(kù)容為950萬m3。東風(fēng)西沙水庫(kù)工程位于長(zhǎng)江口南支上段，崇明島西南側(cè)。上口與白茆沙北水道相接，下游出口與廟港口門相鄰。水庫(kù)由東風(fēng)西沙與崇明島之間的夾泓形成，庫(kù)體呈狹長(zhǎng)型，上寬下窄，呈西北—東南軸向，庫(kù)體面積約3.74km2，近期水庫(kù)最小調(diào)蓄庫(kù)容為478.5萬m3，遠(yuǎn)期水庫(kù)最小調(diào)蓄庫(kù)容為890.2萬m3。工程設(shè)計(jì)近期供水規(guī)模21.5萬m3/d，遠(yuǎn)期供水規(guī)模40萬m3/d，配套輸水泵站規(guī)模40萬m3/d。

2 建立長(zhǎng)江口水源地突發(fā)水污染事故模擬模型

為建立基于Web-GIS的長(zhǎng)江口水源地突發(fā)污染預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)，在收集、調(diào)查、整合利用長(zhǎng)江口地形、工況、氣象、水文等數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，研發(fā)了氣象、海洋、水文、環(huán)境等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與三維水動(dòng)力模型的數(shù)據(jù)交換接口，建立了長(zhǎng)江口杭州灣三維水動(dòng)力模型。通過引進(jìn)消化吸收美國(guó)ASA開發(fā)的溢油OilMap專業(yè)模型軟件系統(tǒng)，研究了OilMap模型的原理機(jī)理、基本方程和數(shù)值計(jì)算方法，以及水動(dòng)力模型與OilMap模型無縫鏈接的數(shù)據(jù)交換接口，建立了長(zhǎng)江口水源地突發(fā)污染預(yù)警模型。

2.1 長(zhǎng)江口水動(dòng)力模型

利用開源三維水動(dòng)力與輸沙模型-ECOMSED，建立長(zhǎng)江口杭州灣大范圍海域三維流場(chǎng)自動(dòng)預(yù)報(bào)模型，為溢油模型和化學(xué)品模型提供流場(chǎng)條件，實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)計(jì)算與NetCDF格式轉(zhuǎn)換的無縫耦合，便于突發(fā)污染預(yù)警系統(tǒng)的集成開發(fā)。

水動(dòng)力模型研究范圍包含長(zhǎng)江口杭州灣大范圍水體，長(zhǎng)江上游邊界取在江陰，海域東邊界為東經(jīng)123°，南邊界在北緯29°30'，北邊界在江蘇呂四港以北北緯32°15'，如圖2所示。網(wǎng)格數(shù)146×131，垂向分為6層，計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)為10s。

2.2 溢油模型

溢油事故的模擬預(yù)測(cè)應(yīng)用美國(guó)應(yīng)用科學(xué)協(xié)會(huì)（ASA）開發(fā)的OilMap模型，該模型在美國(guó)本土、中東以及歐洲等地區(qū)得以廣泛應(yīng)用，在溢油風(fēng)險(xiǎn)分析、應(yīng)急處置等方面已有較為深入的應(yīng)用。OilMap模型包括油膜軌跡計(jì)算模塊、概率計(jì)算模塊等，如圖3所示。用戶可以通過選擇預(yù)測(cè)、溯源兩種模式，分別對(duì)油品溢漏軌跡進(jìn)行進(jìn)行預(yù)測(cè)、追溯模擬。

OilMap模型中溢油最初用一系列的溢油點(diǎn)表示，每個(gè)溢油點(diǎn)平均表示溢油總量的一部分。通過溢油點(diǎn)模擬溢油在風(fēng)場(chǎng)和流場(chǎng)的作用下，伴隨隨機(jī)擾動(dòng)分散作用的平流輸送。同時(shí)，可模擬油品所發(fā)生蒸發(fā)、擴(kuò)散、進(jìn)入水體、乳化以及吸附到岸邊的情況。OilMap模型可快速模擬圍油欄使用的效果，為溢油事件的應(yīng)急處置提供決策支撐。

3 橫沙深水新港突發(fā)溢油對(duì)長(zhǎng)江口水源地影響

根據(jù)橫沙深水新港建設(shè)對(duì)長(zhǎng)江口水源地風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果，分析LNG裝卸碼頭和石油儲(chǔ)備庫(kù)等固定源和船舶事故移動(dòng)源引發(fā)的突發(fā)溢油事故對(duì)長(zhǎng)江口水源地的影響。采用長(zhǎng)江口水源地突發(fā)水污染事故模擬模型，開展橫沙深水新港突發(fā)溢油事故的案例多情景模擬計(jì)算分析。

3.1 方案設(shè)計(jì)

（1）固定源。根據(jù)橫沙深水新港平面布置方案和功能定位，假定在橫沙深水新港出口處發(fā)生突發(fā)溢油事故，位置示意圖見圖4。在方案選取時(shí)，分別考慮漲潮期和落潮期，風(fēng)場(chǎng)考慮采用全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)原預(yù)報(bào)風(fēng)場(chǎng)、假定恒定不利常態(tài)風(fēng)場(chǎng)（5.5m/s）和假定恒定不利風(fēng)向風(fēng)場(chǎng)（10m/s）時(shí)發(fā)生溢油事故模擬，共設(shè)置6個(gè)方案，詳見表1。

（2）移動(dòng)源。以2016年7月13日，實(shí)際發(fā)生的長(zhǎng)江常熟附近水域溢油為例，進(jìn)行實(shí)際風(fēng)速和流場(chǎng)條件下的模擬，橫沙深水新港移動(dòng)源突發(fā)溢油事故方案見表2。

3.2 橫沙深水新港突發(fā)溢油對(duì)長(zhǎng)江口水源地影響分析

在方案一假定情況下，溢油上溯5.8km后轉(zhuǎn)向往北進(jìn)入江蘇海域。在方案二假定情況下，溢油上溯5.9km后轉(zhuǎn)向往北進(jìn)入江蘇海域。在方案三假定情況下，溢油上溯7.4km后往北進(jìn)入江蘇海域，最終吸附在江蘇南通岸邊。在方案四假定情況下，溢油先是隨著落潮流往外海方向，并繼續(xù)往東北方向遷移擴(kuò)散。在方案五假定情況下，溢油先是隨著落潮流往外海方向，并受潮流和風(fēng)場(chǎng)的共同影響在崇明東部海域往東北方向遷移擴(kuò)散。在方案六假定情況下，溢油先是隨著落潮流往外海方向，并受潮流和風(fēng)場(chǎng)的共同影響，逐漸向江蘇海域遷移擴(kuò)散。在假定的留個(gè)方案情況下，橫沙深水新港突發(fā)溢油未對(duì)長(zhǎng)江口水源地造成影響。方案一～方案六溢油軌跡線見圖5。

方案七713常熟溢油事故發(fā)生后，溢油沿著南支進(jìn)入南港，之后進(jìn)入南槽和北槽，部分被吸附在長(zhǎng)江南岸、九段沙、橫沙島等岸邊，對(duì)陳行水庫(kù)、九段沙濕地等影響較大。溢油軌跡線見圖6。

根據(jù)橫沙深水新港突發(fā)溢油對(duì)長(zhǎng)江口水源地影響初步分析結(jié)果，在汛期橫沙深水新港固定源突發(fā)溢油未對(duì)長(zhǎng)江口水源地造成影響。713常熟溢油事故，對(duì)陳行水庫(kù)、九段沙濕地等敏感區(qū)域產(chǎn)生影響。隨著橫沙深水新港的建設(shè)和上海市航運(yùn)中心的不斷發(fā)展，船舶通行量將進(jìn)一步增長(zhǎng)，長(zhǎng)江口水源地周邊船舶事故引起的移動(dòng)源環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)將隨之加大。

4 長(zhǎng)江口水源地應(yīng)對(duì)突發(fā)水污染事故的對(duì)策措施

4.1 加強(qiáng)船舶航運(yùn)安全管理，防止突發(fā)性水污染事故發(fā)生

一是分類分級(jí)修訂船舶及其設(shè)施、設(shè)備的相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，依法強(qiáng)制報(bào)廢超過使用年限的船舶。二是加強(qiáng)船舶污染處理系統(tǒng)建設(shè)。對(duì)航行于我國(guó)水域的國(guó)際航線船舶，要實(shí)施壓載水交換或安裝壓載水滅活處理系統(tǒng)。三是實(shí)施?；匪线m運(yùn)性評(píng)估制度。四是推動(dòng)長(zhǎng)江危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，嚴(yán)格航運(yùn)市場(chǎng)準(zhǔn)入管理。五是加強(qiáng)航運(yùn)警示標(biāo)建設(shè)和通航安全管理，進(jìn)一步優(yōu)化航道航線。

4.2 更加注重主動(dòng)防范風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)揮工程性措施防控水質(zhì)效益

一是加強(qiáng)長(zhǎng)江口水源地取水口設(shè)置防油攔污設(shè)施建設(shè)。為了提高長(zhǎng)江口水源地安全取水和避污引清能力，有必要在取水口及岸邊水閘引水口周圍一定區(qū)域設(shè)置防攔油污設(shè)施，有效防止水上漂浮物或油污進(jìn)入水庫(kù)取水蓄水系統(tǒng)。二是加強(qiáng)輸水口泵站安裝應(yīng)急處理裝置建設(shè)。借鑒國(guó)內(nèi)外應(yīng)急處置突發(fā)性水污染事件的凈水效果和成功經(jīng)驗(yàn)，在輸水口泵站安裝粉末活性炭投加裝置，可有效緩解突發(fā)性水污染事件的污染影響和原水中典型致嗅味物質(zhì)含量的上升。

4.3 更加注重應(yīng)急能力建設(shè)，完善水源地安全應(yīng)急保障體系

一是著力健全應(yīng)急組織體系，提高組織保障能力。按照“誰主管，誰負(fù)責(zé)”原則，各自承擔(dān)相關(guān)工作。要加強(qiáng)應(yīng)急搶險(xiǎn)物資裝備的儲(chǔ)備、補(bǔ)充、更新、維護(hù)保養(yǎng)，以滿足突發(fā)事件應(yīng)急搶險(xiǎn)需要。保障政府資金投入支持，加強(qiáng)通信技術(shù)與信息技術(shù)融合應(yīng)用。二是著力完善應(yīng)急處置預(yù)案，提高應(yīng)急響應(yīng)能力。為提高長(zhǎng)江口水源地風(fēng)險(xiǎn)防范能力、供水保障能力和應(yīng)急處置能力，針對(duì)水源地易遭受突發(fā)水污染事故水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)，以健全完善長(zhǎng)江口水源地突發(fā)水污染事件應(yīng)對(duì)工作機(jī)制，不斷完善適用于長(zhǎng)江口水源地突發(fā)事件的應(yīng)急處置預(yù)案。

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上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃項(xiàng)目“新橫沙成陸開發(fā)和深水新港建設(shè)可行性關(guān)鍵技術(shù)研究”（15DZ1202400）、上海市海洋局科研專項(xiàng)“長(zhǎng)江口杭州灣水域納污能力及限制排污總量研究”（滬?？?014-01）項(xiàng)目資助。