楊美臨，郝紅升，韓方虎

(1.云南省環(huán)境工程評估中心，云南 昆明 650032；2.中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051；3.中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510663)

0 引 言

與陸路運(yùn)輸相比，內(nèi)河航運(yùn)具有運(yùn)載量大、成本較低等特點(diǎn)，大量承擔(dān)著我國石油、化工、電力、機(jī)械等重點(diǎn)物質(zhì)的運(yùn)輸任務(wù)。近年來，我國內(nèi)河航運(yùn)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，水運(yùn)貨運(yùn)量持續(xù)增長，截至2013年底，內(nèi)河航道的通航里程達(dá)到12.59萬km，貨運(yùn)總量達(dá)32.39億t，運(yùn)輸船舶也朝著大型化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展[1]。而船舶運(yùn)輸過程中的環(huán)境污染問題也日益突出，含油廢水和生活污水排放已成為影響內(nèi)河流域水環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)重要因素[2]。與沿海水域相比，內(nèi)河具有水面較窄、流速較快、流向固定等特點(diǎn)，內(nèi)河航運(yùn)中船舶碰撞、側(cè)翻等事故時(shí)有報(bào)道，往往會(huì)造成船舶溢油或運(yùn)輸?shù)奈ｋU(xiǎn)品泄露，給航道水域水質(zhì)帶來污染風(fēng)險(xiǎn)。內(nèi)河航運(yùn)所在河段多分布有城鎮(zhèn)飲用水水源地或集中式取水口，如長江經(jīng)濟(jì)帶所涉及的11省市中，除浙江、云南、貴州等少數(shù)地區(qū)以湖泊或地下水水源為主，大多數(shù)省市仍主要依靠河流型飲用水水源保護(hù)區(qū)供水[3]。其中，上海市黃浦江上游飲用水水源保護(hù)區(qū)雖經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整，但仍以松浦大橋取水口為備用取水口，黃浦江航道所經(jīng)的江段靠岸一側(cè)仍被劃入一級保護(hù)區(qū)。同樣，京杭大運(yùn)河的中運(yùn)河經(jīng)宿遷泗陽段分布有泗陽縣竹絡(luò)壩水源地，其取水口位于航道所在河段的靠岸一側(cè)，為泗陽縣城及眾興鎮(zhèn)、來安鎮(zhèn)、八集鎮(zhèn)約30萬人口提供用水[4]。再如，瀾滄江下游正在開展航道整治前期工作，整治后的航道可常年通航500 t船舶，航道所經(jīng)江段設(shè)有景洪市城區(qū)飲用水取水口。目前，我國相關(guān)法律法規(guī)對內(nèi)河航道危險(xiǎn)品運(yùn)輸提出了限制性要求，在一定程度降低了危險(xiǎn)物質(zhì)對河道水質(zhì)的影響；但船舶發(fā)生碰撞、擱淺、翻沉、火災(zāi)等事故造成的溢油事故，仍會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)嚴(yán)重影響居民的正常生產(chǎn)和生活。為提升內(nèi)河航道溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)管理的有效性，本文從現(xiàn)有內(nèi)河航道環(huán)境影響評價(jià)工作中的常用溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法入手，分析環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法存在的局限性，提出改進(jìn)的措施和建議以及適合我國內(nèi)河航道的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防治措施，以期為國內(nèi)內(nèi)河航道環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)機(jī)防范提供參考。

1 溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)常用方法

1.1 事故源強(qiáng)和概率

由于泄漏量較大、釋放時(shí)間短的瞬時(shí)溢油帶來的危害往往超過連續(xù)溢油，從最不利環(huán)境影響角度考慮，一般采用單次風(fēng)險(xiǎn)事件船舶燃料油全部泄露的瞬間最大溢油量作為風(fēng)險(xiǎn)事故源強(qiáng)[5]；溢油事故發(fā)生概率一般通過歷史統(tǒng)計(jì)資料估算，也有研究認(rèn)為船舶發(fā)生碰撞屬于稀少事件，概率服從離散型二項(xiàng)概率分布[6]。

1.2 擴(kuò)散尺度和時(shí)間

從參數(shù)選擇及模型獲取的便捷性考慮，多采取Blokker油膜擴(kuò)展公式[7]和Fay油膜擴(kuò)散模型[8]計(jì)算擴(kuò)散尺度，擴(kuò)散時(shí)間由油膜擴(kuò)散至厚度等于臨界厚度(即油膜打破整體性，一般取10-4～10-3mm[5])的時(shí)間進(jìn)行確定。其中Blokker油膜擴(kuò)展公式

(1)

式中，Dt為t時(shí)刻后油膜的直徑；D0為油膜初始時(shí)刻的直徑；γw、γ0分別為水和石油的相對體積質(zhì)量；V0為溢油量；K為常數(shù)，對中東原油一般取15 000/min；t為時(shí)間，min。

Fay油膜擴(kuò)散模型

(2)

式中，D1、D2、D3分別為油膜在慣性擴(kuò)展階段、粘性擴(kuò)展階段和表面張力擴(kuò)展階段的擴(kuò)展直徑，m；K1、K2、K3為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，分別取值2.28、2.90和3.20；β=1-ρ0/ρw；ρ0為油的密度；ρw為水的密度；g為重力加速度；V0為溢油量；rw為水的運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)；δ為凈表面張力系數(shù)；t為時(shí)間。

式(1)、(2)均適用于平靜水面中油膜呈圓形擴(kuò)展的情況，主要區(qū)別在于Blokker油膜擴(kuò)展公式僅考慮了重力作用下的慣性擴(kuò)散；Fay油膜擴(kuò)散模型則考慮了油膜在重力、粘性力和表面張力作用下產(chǎn)生的擴(kuò)展，更符合油膜擴(kuò)展規(guī)律。

1.3 油膜漂移距離

油膜漂移距離主要根據(jù)整體油膜存在時(shí)間、表層流速、上界面風(fēng)速計(jì)算油膜等效圓中心的位移量。其中，表層流速對油膜的影響一般取河流多年平均流速，忽略岸邊反射等復(fù)雜作用對油膜漂移的影響；上界面風(fēng)速對油膜的影響一般按照水面10 m高處風(fēng)速[9]的2.5%～3%計(jì)算[5]。油膜漂移距離具體為

(3)

油膜漂移距離和油膜擴(kuò)散尺度疊加后通常作為內(nèi)河航道發(fā)生溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故對于環(huán)境敏感單位的風(fēng)險(xiǎn)影響距離。

1.4 應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間

溢油事故發(fā)生后，理想狀態(tài)下應(yīng)通過應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通訊報(bào)警，事故所在河段的下游以飲用水取水口為代表的環(huán)境敏感單位在收到信息后立即采取應(yīng)急響應(yīng)，關(guān)閉在河道內(nèi)的取用水設(shè)施，位于溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)影響距離內(nèi)的其他環(huán)境敏感單位的響應(yīng)時(shí)間必須早于油膜到達(dá)時(shí)間。其中，飲用水取水口的停止使用時(shí)間必須大于溢油前端到達(dá)與末端通過所用的時(shí)間差[5]，待實(shí)時(shí)在線監(jiān)測水質(zhì)石油類指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，事故應(yīng)急程序關(guān)閉，方可重新啟動(dòng)飲用水取水口。

2 常用評價(jià)方法的局限性和改進(jìn)建議

(1)事故概率及源強(qiáng)估算的準(zhǔn)確性有待提高。與國外溢油事件數(shù)據(jù)庫較為完善相比，我國溢油事故記錄相對簡單且碰撞、擱淺和船身破損等溢油情況的分類統(tǒng)計(jì)不詳[5]，尤其是內(nèi)河航道因船舶碰撞造成燃料柴油泄露入河的事故統(tǒng)計(jì)缺乏，進(jìn)而直接影響事故風(fēng)險(xiǎn)概率計(jì)算的準(zhǔn)確性。此外，以事故船舶燃油油箱破損導(dǎo)致的全部溢油量作為瞬間源強(qiáng)，從最大可信事故角度出發(fā)雖具有一定合理性，但很可能導(dǎo)致估算值遠(yuǎn)大于實(shí)際值，引起社會(huì)群體過度恐慌。為了提高事故發(fā)生概率及源強(qiáng)估算的準(zhǔn)確性，應(yīng)建立內(nèi)河航道溢油事件環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)記錄系統(tǒng)，詳細(xì)全面記錄事故的類型和泄漏值，為后續(xù)事故概率和風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)估算提供有益的參考。

(2)擴(kuò)散模型應(yīng)用的局限性有待突破。現(xiàn)有水面溢油擴(kuò)離散模型的研究較多，受參數(shù)選擇及模型獲取難度等因素限制，一般僅計(jì)算溢油的擴(kuò)散尺度。而實(shí)際在溢油出現(xiàn)時(shí)，油不僅會(huì)在重力、粘性力和表面張力作用下在水面產(chǎn)生擴(kuò)展；同時(shí)，還會(huì)受河流流場和風(fēng)力的不均勻運(yùn)動(dòng)、破碎波及漩渦等因素的作用發(fā)生離散，因蒸發(fā)、溶解等現(xiàn)象的出現(xiàn)而發(fā)生延展范圍和尺度的變化[9]。僅計(jì)算擴(kuò)散尺度無法完整反映溢油的實(shí)際延展范圍。因此，需加強(qiáng)溢油模型應(yīng)用的廣泛性及特定性研究，開展模型的模擬運(yùn)算和實(shí)踐校驗(yàn)，做好研究成果的應(yīng)用和推廣，使油膜非對稱性擴(kuò)展模型[10]、蒙特卡羅擴(kuò)散模型[11-12]、瞬時(shí)溢油模型[9]、油粒子追蹤模型[13]和溢油風(fēng)化模型[14]等已研究較為成熟的模型更加適用于內(nèi)河航道環(huán)境影響評價(jià)實(shí)踐，從而更好發(fā)揮模型研究的作用和效益。

(3)油膜漂移計(jì)算的客觀性有待強(qiáng)化。油膜在自由水面中主要受表層流和上邊界風(fēng)應(yīng)力的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行漂移，但油膜在自然狀態(tài)下的內(nèi)河航道內(nèi)可能未破碎即已抵達(dá)河岸，受到自然江河岸反射的作用，同時(shí)受到風(fēng)浪等非線性波余流的作用[12]。這些均導(dǎo)致油膜漂移軌跡和速度發(fā)生變化。此外，目前環(huán)評中多采用年平均風(fēng)速和平均流速直接計(jì)算油膜漂移距離，很難獲取河流表層流場和風(fēng)場的相對完整的長序列數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，這種粗放選擇的參數(shù)變量往往導(dǎo)致油膜漂移距離計(jì)算與實(shí)際相比偏差較大。因此，應(yīng)收集航道所在河流的風(fēng)速、流速等基礎(chǔ)資料，采用歐拉—拉格朗日方法計(jì)算質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡[9]，結(jié)合溢油在航道擴(kuò)離散、平移、輸送的過程時(shí)間及近岸地理?xiàng)l件變化，構(gòu)建適用于特定內(nèi)河航道的油膜漂移演示模型，有效提升對溢油事故中油膜漂移距離的客觀判斷。

(4)應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間的約束性有待加強(qiáng)。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案很少重視事故應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間的約束作用，主要是由于應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間是基于理想條件下油膜擴(kuò)展預(yù)測，其現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義常受到質(zhì)疑。同時(shí)，應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間對于處理能力和經(jīng)費(fèi)的影響并未得到充分關(guān)注。實(shí)際上，隨著應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間的延長，溢油面積的增大，不僅直接導(dǎo)致圍油欄使用數(shù)量、污油的回收量和處理費(fèi)用的增加，還將帶來飲用水取水口關(guān)閉時(shí)間的延長、替代供水需求的加大等不利影響[15-16]。因此，必須充分重視應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間的科學(xué)預(yù)測，做好環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件關(guān)聯(lián)方的分級聯(lián)動(dòng)，高效科學(xué)啟動(dòng)和關(guān)閉應(yīng)急程序，最大限度降低溢油事故風(fēng)險(xiǎn)事件帶來的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。

3 內(nèi)河航道溢油風(fēng)險(xiǎn)防控措施建議

(1)內(nèi)河航道選址須符合飲用水水源地保護(hù)要求。按照水污染防治法，飲用水水源保護(hù)區(qū)一級區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁開展航道建設(shè)；二級區(qū)內(nèi)實(shí)施的航道項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)采取嚴(yán)格的水污染防治措施。規(guī)范保護(hù)區(qū)標(biāo)志及交通警示標(biāo)識設(shè)置，在飲用水水源保護(hù)區(qū)水域范圍內(nèi)建設(shè)防護(hù)隔離工程和應(yīng)急防護(hù)工程，嚴(yán)格禁運(yùn)危險(xiǎn)化學(xué)品及危險(xiǎn)廢物，并要求船舶配備防止運(yùn)輸物品散落、溢流和滲漏的設(shè)備設(shè)施。對于暫未劃定飲用水水源保護(hù)區(qū)的事實(shí)取水口，應(yīng)按照飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范要求及時(shí)開展水源保護(hù)區(qū)的劃定工作，對于短期內(nèi)難以建成長效替代水源工程的，則要求航道過船閘遠(yuǎn)離飲用水取水口設(shè)置，避免候船過閘過程中發(fā)生碰撞事故帶來環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)隱患。

(2)建立全方位環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急管理體系和監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)河航道應(yīng)建立干線與支流全覆蓋的應(yīng)急管理體系；出境河流還應(yīng)建立國家、區(qū)域和地方梯級聯(lián)動(dòng)的應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)體系。通過區(qū)域應(yīng)急聯(lián)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)體系的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通訊互聯(lián)、應(yīng)急響應(yīng)同步、應(yīng)急資源共享，做好應(yīng)急報(bào)告制度的銜接，有效實(shí)現(xiàn)事故風(fēng)險(xiǎn)的統(tǒng)籌管理、協(xié)同調(diào)度的聯(lián)防聯(lián)控。建立內(nèi)河航道河段地表水水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合周圍環(huán)境敏感單位科學(xué)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)位，全面、有效地掌握影響地表水水質(zhì)的污染因子、污染程度和變化趨勢，加強(qiáng)監(jiān)測設(shè)備配備和人員技能培訓(xùn)，不斷提高環(huán)境監(jiān)測技術(shù)和管理水平，為環(huán)境管理決策提供詳實(shí)可靠的數(shù)據(jù)保障，定期公布水源水質(zhì)、風(fēng)險(xiǎn)源及管理信息，接受社會(huì)監(jiān)督。

(3)積極推動(dòng)內(nèi)河航道溢油應(yīng)急標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。我國內(nèi)河航道存在溢油應(yīng)急標(biāo)準(zhǔn)研究不足、標(biāo)準(zhǔn)體系不完善、實(shí)際指導(dǎo)作用有限等問題，導(dǎo)致應(yīng)急處置無標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，應(yīng)急物質(zhì)配備不規(guī)范[17]。應(yīng)加強(qiáng)溢油應(yīng)急標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定工作，通過與國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對標(biāo)采標(biāo)，構(gòu)建我國內(nèi)河航道包含應(yīng)急設(shè)備配置、溢油清理方法、溢油吸收及回收材料、場地修復(fù)方法等在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)體系，應(yīng)急物資應(yīng)包括設(shè)備參數(shù)、性能測試、系統(tǒng)應(yīng)用等有關(guān)的性能和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際指導(dǎo)作用和現(xiàn)場操作性，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)范、依據(jù)充分、科學(xué)合理的應(yīng)對溢油應(yīng)急處置的需求。

(4)強(qiáng)化應(yīng)急指揮決策和反應(yīng)技術(shù)方案的科學(xué)性。國內(nèi)溢油污染應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)較為落后，溢油應(yīng)急響應(yīng)主要依靠經(jīng)驗(yàn)判斷和人工操作[17-18]，嚴(yán)重制約了溢油應(yīng)急工作的快速科學(xué)決策。通過智能化數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用，對溢油事故發(fā)生點(diǎn)位、油膜運(yùn)移軌跡及影響范圍進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測展示，利用無人機(jī)航拍進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，可強(qiáng)化應(yīng)急指揮決策的科學(xué)性。制訂有效的應(yīng)急反應(yīng)技術(shù)方案，應(yīng)根據(jù)流速、河寬和敏感性等不同條件進(jìn)行選擇快流圍油欄、浮子式圍油欄、防火圍油欄、吸油圍欄等設(shè)備[19]，組織專業(yè)的溢油應(yīng)急保障力量，定期開展專業(yè)培訓(xùn)和演練，為應(yīng)急卸載能力、溢油圍控能力和溢油回收能力的能力保障提供有力的技術(shù)支持。

(5)制訂有效可行的應(yīng)急水源供給保障方案。對于航道河段存在飲用水水源地或其他供水功能的，須制訂應(yīng)急水源供給保障方案，將水量需求平衡和環(huán)境可行性納入應(yīng)急水源工程的選擇確定及設(shè)計(jì)布局，落實(shí)應(yīng)急供水安全工程體系；加強(qiáng)應(yīng)急水源水質(zhì)日常監(jiān)管監(jiān)測，重視水源地及所在區(qū)域的污染防控措施，確保應(yīng)急水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)。作為應(yīng)急預(yù)案的重要組成部分，備用供水方案在事故風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后應(yīng)迅速啟動(dòng)，在應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間內(nèi)用水單位須做好原取水口關(guān)閉、減壓供水、改路供水等程序的有效切換和銜接，真正將應(yīng)急水源的供給方案落至實(shí)處，最大限度的保障供水安全，降低對正常社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的不利影響。

4 結(jié) 語

我國內(nèi)河航運(yùn)事業(yè)已進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化、大型化、快速化的發(fā)展時(shí)期，內(nèi)河航運(yùn)以其運(yùn)載量大、成本較低的特點(diǎn)將迎來航運(yùn)事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。由于內(nèi)河航道所在的河流多具有飲用水供水功能，內(nèi)河航運(yùn)事業(yè)發(fā)展帶來的航道溢油風(fēng)險(xiǎn)事件，將不可避免地成為飲用水供水安全隱患。

在環(huán)境影響評價(jià)實(shí)踐中，需提高溢油事故概率及源強(qiáng)估算的準(zhǔn)確性，選擇適用的內(nèi)河航道溢油擴(kuò)散模型，強(qiáng)化油膜漂移計(jì)算的客觀性，更科學(xué)地預(yù)測應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間，最大限度地降低溢油事故風(fēng)險(xiǎn)事件帶來的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。由于《中華人民共和國防治船舶污染內(nèi)河水域環(huán)境管理規(guī)定》禁止在內(nèi)河水域使用溢油分散劑，以避免因使用溢油分散劑對內(nèi)河水域環(huán)境造成二次污染，這給內(nèi)河溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控提出了更高的要求[19]。內(nèi)河航道的選址必須符合飲用水水源地保護(hù)要求，飲用水水源保護(hù)區(qū)一級區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁開展航道建設(shè)，航道過船閘須遠(yuǎn)離飲用水取水口設(shè)置，嚴(yán)格禁運(yùn)危險(xiǎn)化學(xué)品及危險(xiǎn)廢物，并要求船舶配備防止運(yùn)輸物品散落、溢流和滲漏的設(shè)備設(shè)施。針對我國內(nèi)河航道溢油應(yīng)急標(biāo)準(zhǔn)不完善的，需要全方位構(gòu)建我國內(nèi)河航道的關(guān)于應(yīng)急設(shè)備配置、溢油清理方法、溢油吸收及回收材料、場地修復(fù)方法等標(biāo)準(zhǔn)體系。此外，內(nèi)河航道還應(yīng)發(fā)展智能化應(yīng)急指揮決策平臺(tái)，提升應(yīng)急反應(yīng)技術(shù)方案的科學(xué)性和有效性，組織專業(yè)的溢油應(yīng)急保障力量，制訂可靠的應(yīng)急水源供給方案，最大限度地降低溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故對水環(huán)境保護(hù)以及供水安全的不利影響。