高澤晉 ，張 洪

（1.中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心 環(huán)境水質學國家重點實驗室，北京 100085；2.中國科學院大學，北京 100049；3.清華大學 新聞與傳播學院，北京 100084）

長江經(jīng)濟帶是中國經(jīng)濟密度最高、發(fā)展?jié)摿ψ畲?、?zhàn)略支撐作用最強的區(qū)域之一。2015年統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，長江經(jīng)濟帶承載的總人口和創(chuàng)造的國內生產(chǎn)總值均超過全國總量的40%[1]。工業(yè)園區(qū)作為長江經(jīng)濟帶經(jīng)濟發(fā)展、能源消耗、污染物排放的重要主體，在創(chuàng)造巨大社會經(jīng)濟效益的同時，也使人民健康和生態(tài)環(huán)境面臨著嚴重威脅。2014年，全國3起重大環(huán)境污染事件中，有2起發(fā)生在湖北?。?6起較大環(huán)境事件中，有10起發(fā)生在長江沿岸11省市[2]。目前，工業(yè)園區(qū)風險管理主要側重于風險爆發(fā)后的應對和恢復，而對風險的評估和預測工作相對缺乏。

長江上游宜賓至瀘州段是三峽庫區(qū)重要的水源補給區(qū)，長江水系兩大支流岷江和沱江在此匯入長江干流。岷江和沱江流經(jīng)成都、樂山、簡陽、資陽、內江等城市，均是四川省工業(yè)集中之地[3]。作為工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的主要載體，工業(yè)園區(qū)在該區(qū)域內形成了較大規(guī)模。調查表明，瀘州擁有工業(yè)園區(qū)13個，而宜賓市則有17個。工業(yè)園區(qū)企業(yè)集中、產(chǎn)業(yè)活動強度大、資源通量高和污染密集，除了日常污染排放造成的環(huán)境污染問題，更成為資源環(huán)境突發(fā)風險爆發(fā)的潛在集中區(qū)域。

瀘州和宜賓及其上游城市工業(yè)園區(qū)企業(yè)密集化、大型化、復雜化，且緊鄰多個水系，一旦發(fā)生各種安全和環(huán)境事件，波及廣泛。上游城市工業(yè)園區(qū)內會生產(chǎn)及儲存環(huán)境風險物質，一旦出現(xiàn)突發(fā)事故，風險物質將可能對入庫水質產(chǎn)生影響[4]。為了更好地預防風險事故的發(fā)生，對風險事故發(fā)生所造成的連鎖性水質影響的預測非常重要。本文以上游城市典型企業(yè)為研究對象，構建相應水質模型，預測突發(fā)環(huán)境風險發(fā)生后，三峽入庫口的水質變化規(guī)律，以期為庫區(qū)上游風險事故的管理和預防提供數(shù)據(jù)支撐。

1 工業(yè)園區(qū)概況

宜賓和瀘州市共有工業(yè)園區(qū)30家，企業(yè)數(shù)量為802個。其工業(yè)企業(yè)類型主要是采礦和制造業(yè)，并以制造業(yè)為主，包括酒業(yè)制造、化學原料和化學品制造、造紙、非金屬礦物制品（建材）等。根據(jù)2015年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，廢水排放量7.837×107t，化學需氧量排放總量為20 176 t，氨氮排放量為484 t（表1）。其中，煤礦開采和洗選行業(yè)是廢水排放的主要來源（接近30%），而酒、飲料和精制茶制造則是化學需氧量和氨氮排放量的主要貢獻行業(yè)，其行業(yè)貢獻率約占50%。

表1 瀘州和宜賓市主要行業(yè)污水和污染物排放統(tǒng)計Tab.1 The discharge of wastewater,chemical oxygen demand,and ammonia of industry in Luzhou and Yibin city

2 突發(fā)風險事故對入庫口水質的影響模擬

2.1 瀘州及宜賓工業(yè)園區(qū)物料調查和風險物質清單

通過入園調查和統(tǒng)計結合的方式，調查了兩市工業(yè)園區(qū)中主要原料及產(chǎn)品的物品種類和儲量。從圖1可以看出，工業(yè)園區(qū)原材料如煤、礦石、糧食、無機化學品的投入量較大，而園區(qū)產(chǎn)品中，建筑材料占了絕大多數(shù)份額，兩市都超過了4×106t，此外，建筑用磚超過了10億塊。需要注意的是，兩市的無機化學品產(chǎn)量合計約為2×106t，有機化學品約為7×105t。這些原料和產(chǎn)品中的化學品的生產(chǎn)、儲存、使用、運輸過程中的突發(fā)風險問題，應該引起廣泛關注。

圖1 瀘州（a1，a2）及宜賓（b1，b2）工業(yè)園區(qū)主要原料及產(chǎn)品種類和儲量Fig.1 The raw materials and main products in the industry areas of Luzhou(a1 and a2)and Yibin City(b1 and b2)

進一步調查上述原料和產(chǎn)品中的有機、無機化學品，并結合各類化學物質的水生生物毒性數(shù)據(jù)，確定了瀘州和宜賓工業(yè)園區(qū)主要風險物質清單（表2），包括毒害有機物和重金屬兩大類。其中，毒害有機物又包括單環(huán)芳烴、鹵代芳香族化合物、多環(huán)芳烴、酚類等10類45種化學物質，重金屬則包含了鎘、鎳、鉛等8種元素。

表2 瀘州及宜賓工業(yè)園區(qū)風險物質清單Table 2 The list of chemicals with high risk in the industry areas of Luzhou and Yibin City

（續(xù)表）

2.2 風險物質傳輸模型構建與求解

風險污染物水質預測模型是對一般模型的簡化[5]。該模型以河流上游污染源為起始點，只考慮下游某點E的污染物濃度僅受上游污染源A點的污染，而與A點及E點間區(qū)段排污無關。在突發(fā)污染狀況下，排入水中的污染物，在垂向和橫向混合均有較大差異，河水的水質可以用三維水質模型描述。在穩(wěn)態(tài)情況下，三維空間水質數(shù)學模型的基本方程為：

式中，C為污染物濃度；x，y，z，分別為縱向、垂向、橫向坐標；u，v，w，分別為河水縱向、垂向、橫向流速；Ex，Ey，Ez，分別為縱向、垂向、橫向擴散系數(shù)；K為污染物衰減系數(shù)。

對于上述污染物遷移轉化基本方程，若僅考慮單一的瞬時排放源，不考慮泥沙夾帶效應的損失；當河道順直、水深變化不大時，垂向和橫向流速v，w接近于0；縱向擴散與推流項相比甚小，可以忽略；由于時間較短，生物化學的自凈作用也忽略不計；則三維水質模型的基本方程可簡化為：

對簡化模型求解，可得：

式中，C為污染物濃度；M為點源投放率；u為平均流速；y，z，分別為垂向和橫向坐標；σy，σz，分別為形態(tài)分布的標準離差，表達式為：σy=Ey，Ez分別為垂向和橫向擴散系數(shù)，此處用無因次擴散系數(shù)表達為y=Ey/hu*，z=Ez/hu*，u*——摩阻流速，其中I為水面比降，h為河段平均水深，g為重力加速度。

根據(jù)上述簡化模型，對于突發(fā)環(huán)境污染風險事故，當已知事故發(fā)生時的污染物排放量，匯入河段的流速、水深、比降，污染物在垂向和橫向擴散系數(shù)，污染物的排放量，則可以求算下游河道中目標點位的污染物濃度值。

2.3 突發(fā)風險事故產(chǎn)生對庫區(qū)水質響應預測

利用已建立的風險污染物水質預測模型，結合三峽上游瀘州及宜賓兩市工業(yè)園區(qū)風險物質調查，選取兩市工業(yè)園區(qū)7家企業(yè)（編號企業(yè)A～G）將其主要風險污染物儲量帶入污染物水質預測模型模擬，獲得風險事故發(fā)生后對下游三峽庫區(qū)入庫口水質的影響，并以風險污染物入庫口水體濃度表示（表3）。

表3 高風險企業(yè)風險事故水質預測模型結果Tab.3 The modeling results of the water quality of potential risk accidents for some industry companies

模擬結果表明，三峽庫區(qū)上游沿江城市瀘州及宜賓兩市突發(fā)風險事故可能影響下游三峽入庫口水質，但影響程度取決于風險物質規(guī)模、種類和匯入長江的時間。總體而言，如果匯入時間超過8 h，入庫口處風險物質的含量總體較低，但氨氮、苯和甲醇的濃度相對較高。需要指出的是，據(jù)實地調查，兩市工業(yè)園區(qū)企業(yè)均有應急處理措施，在實際風險發(fā)生時，在采取應急措施的背景下，風險物質匯入河流的時間將更長，物質量將更低，實際入庫口風險物質將低于預測值。因此，總體而言，三峽庫區(qū)上游沿江城市發(fā)生風險事故預測對庫區(qū)水質的整體影響較小。

3 結語

上游工業(yè)園區(qū)是區(qū)域突發(fā)風險的防控重點，從水污染突發(fā)風險防范的角度，尤其應該關注化工園區(qū)有機和無機化學品的風險防控。通過簡單模型模擬分析，上游工業(yè)園區(qū)部分企業(yè)的風險物質若發(fā)生泄漏，建議盡量延長其匯入長江干流的時間，減弱對庫區(qū)水質的影響。建議嚴格落實企業(yè)環(huán)境安全主體責任，實行環(huán)境應急分級、動態(tài)和全過程管理，并在流域尺度上，有必要盡快摸清長江經(jīng)濟帶工業(yè)園區(qū)的主導產(chǎn)業(yè)特點，強化污染物在線監(jiān)測和環(huán)境應急預警網(wǎng)絡建設。