基金項(xiàng)目：

廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助“公路跨敏感水環(huán)境保護(hù)和風(fēng)險(xiǎn)防控關(guān)鍵技術(shù)研究（自籌）”（編號(hào)：桂科AB22080021）

作者簡(jiǎn)介：

馮進(jìn)仕（1976—），工程師，研究方向：市政工程、環(huán)境治理。

摘要：文章以貴港港總體規(guī)劃修編為例，基于遙感衛(wèi)星影像，通過(guò)高動(dòng)態(tài)的影像更新解決水動(dòng)力模型動(dòng)邊界問(wèn)題，利用MIKE21溢油模型，分析規(guī)劃的油品碼頭岸線在不同情景下發(fā)生溢油事故后對(duì)下游環(huán)境敏感區(qū)的影響，從規(guī)劃層面分析油品碼頭岸線布置的環(huán)境合理性，并提出相應(yīng)的調(diào)整建議和保護(hù)措施，從源頭降低規(guī)劃油品岸線對(duì)區(qū)域環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)影響，以實(shí)現(xiàn)港口規(guī)劃與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：遙感影像；內(nèi)河油品碼頭；溢油模型；MIKE21

中圖分類號(hào)：U656.1+32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 63 207 3

0 引言

過(guò)去二十年，我國(guó)成品油需求規(guī)模不斷增加，未來(lái)成品油需求仍將保持在一個(gè)較高的水平［1］。成品油水上運(yùn)輸作為成品油供應(yīng)鏈的重要一環(huán)，其運(yùn)輸量隨著成品油流通與貿(mào)易逐漸增長(zhǎng)。為適應(yīng)這一需求，內(nèi)河港口規(guī)劃中往往新增配套布置有油品碼頭，用于成品油水上運(yùn)輸?shù)慕有丁?/p>

油品碼頭接卸過(guò)程操作不當(dāng)，是發(fā)生溢油事故的主要原因之一。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界溢油事故發(fā)生在港口的占比為92%，發(fā)生在水上的占比為8%［2］。河流中往往分布有大量的自然保護(hù)區(qū)、集中式飲用水水源保護(hù)區(qū)以及魚類產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)及越冬場(chǎng)等環(huán)境敏感區(qū)，若油品碼頭岸線選址不合理，一旦發(fā)生溢油事故，可能會(huì)對(duì)下游環(huán)境敏感區(qū)造成極大危害。

本文以貴港港總體規(guī)劃中擬設(shè)置的黃村油品碼頭岸線為例，采用溢油模型，分析不同情境下油品碼頭發(fā)生溢油事故后對(duì)下游環(huán)境敏感區(qū)的影響程度，判斷油品碼頭岸線選址的環(huán)境合理性，并提出相應(yīng)的調(diào)整建議和保護(hù)措施，為實(shí)現(xiàn)港口規(guī)劃與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)提供參考。

1 規(guī)劃概況

貴港港總體規(guī)劃范圍為貴港市境內(nèi)的郁江、潯江以及黔江河段，規(guī)劃有黃村油品碼頭岸線，位于桂平市黃村附近的郁江河岸，主要運(yùn)輸油品均為汽油和柴油。岸線下游約5.3 km為桂平樞紐，岸線下游9.2 km處黔江與郁江匯合形成潯江。

黃村油品碼頭下游40 km內(nèi)分布有10處環(huán)境敏感區(qū)，包括6處集中式飲用水水源地取水口、1處魚類產(chǎn)卵場(chǎng)、3處魚類越冬場(chǎng)及1處魚類索餌場(chǎng)。其中，銅鼓灘桂平三江口東塔魚類產(chǎn)卵場(chǎng)是我國(guó)第二大、廣西第一大淡水魚類天然產(chǎn)卵場(chǎng)，系珠江水系西江段最大的草魚、青魚、鰱魚、鳙魚、鯪魚、鳊魚、鰣魚等魚類的天然產(chǎn)卵場(chǎng)。

2 基于遙感影像的河道邊界提取

由于天然河道中的江邊灘涂、江心洲的范圍會(huì)隨著季節(jié)、庫(kù)區(qū)調(diào)蓄造成的水位波動(dòng)而發(fā)生改變，也給預(yù)測(cè)造成了一定困難。因此，本次研究選擇夏季豐水期最不利影響和平水期兩個(gè)時(shí)段，通過(guò)選擇研究區(qū)域Landsat8影像，經(jīng)過(guò)正射校正、大氣校正、圖像融合等預(yù)處理，選取band5、band6、band4三個(gè)波段進(jìn)行組合，較為精確地提取了河道邊界。如圖1所示。

3 溢油模型

3.1 模型簡(jiǎn)介

當(dāng)溢油進(jìn)入水體后，油膜組分將經(jīng)歷一系列復(fù)雜的變化過(guò)程。首先，油膜會(huì)擴(kuò)展、漂移和擴(kuò)散，維持一定的輸移速率。與此同時(shí)，油膜中的組分保持相對(duì)恒定。然而，油膜在水體中會(huì)遭遇風(fēng)化過(guò)程，其中涉及蒸發(fā)、溶解和乳化等反應(yīng)。這些風(fēng)化過(guò)程會(huì)導(dǎo)致油膜中的組分發(fā)生改變，從而對(duì)水體環(huán)境產(chǎn)生影響。總體而言，溢油的影響是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，受到多種因素的影響，包括水體流動(dòng)性、環(huán)境溫度、化學(xué)性質(zhì)等［3-4］。丹麥水利研究所研發(fā)的MIKE21軟件是一個(gè)專業(yè)的工程軟件包，其中的溢油模塊（OS）采用粒子隨機(jī)走動(dòng)法，在構(gòu)建完成二維水流模型的基礎(chǔ)上，考慮了溢油揮發(fā)、溶解、乳化等風(fēng)化過(guò)程，可預(yù)測(cè)油類在水體中的漂移擴(kuò)散路徑及對(duì)水域的污染范圍，定量分析溢油污染對(duì)環(huán)境敏感區(qū)的影響程度。

3.2 二維水流模型

3.2.1 模型的基本原理

研究河段河道水流特征較為平穩(wěn)，可采用水深平均的平面二維淺水?dāng)?shù)學(xué)模型，但同時(shí)也存在局部不規(guī)則區(qū)域的地形，針對(duì)這些較為復(fù)雜的區(qū)域，采用正交曲線坐標(biāo)求解后進(jìn)行網(wǎng)格數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。

3.2.2 計(jì)算條件選取

根據(jù)收集到的當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境特征，河道糙率系數(shù)為0.021～0.033。通過(guò)考慮事故源的位置和風(fēng)向的影響，能夠更全面地預(yù)測(cè)可能的風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散情況，這有助于制定針對(duì)性的應(yīng)急措施和風(fēng)險(xiǎn)管理策略，以最大程度地減少可能的損害。風(fēng)速選取當(dāng)?shù)氐哪昶骄L(fēng)速為2.49 m/s，而風(fēng)向則選取西南風(fēng)（SW）吹向城市區(qū)域。

3.2.3 模型建立及驗(yàn)證

3.2.3.1 河道范圍選取

黃村油品碼頭計(jì)算河段范圍選取郁江上至黃村、黔江上至黔江大橋，下至潯江大湟江口下游3.5 km，模型全長(zhǎng)約40 km。計(jì)算范圍網(wǎng)格數(shù)為9 138個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為5 677個(gè)。模型計(jì)算范圍地理位置及計(jì)算河段高程見(jiàn)圖2。

3.2.3.2 水位及流速驗(yàn)證

黃村油品碼頭岸線計(jì)算河段沿程分布有桂平水文站及大湟江口水文站。經(jīng)綜合考慮，在沿程增設(shè)2個(gè)水文驗(yàn)證斷面（即圖2中的1#、2#驗(yàn)證斷面），對(duì)左、右岸水位、斷面流速分布等進(jìn)行觀測(cè)。

各水文驗(yàn)證斷面水位計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較結(jié)果見(jiàn)表1，斷面流速計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較結(jié)果見(jiàn)圖3。對(duì)比結(jié)果顯示，水位計(jì)算值與實(shí)測(cè)值偏差均在0.1以下，流速計(jì)算的斷面流速分布與實(shí)測(cè)流速分布趨勢(shì)基本接近，大部分測(cè)點(diǎn)流速誤差均在0.05 m/s以內(nèi)，個(gè)別流速誤差為0.2 m/s，表明模型基本能夠反映本河段流速情況。

通過(guò)對(duì)模型水位和斷面流速分布進(jìn)行率定驗(yàn)證，結(jié)果顯示選用的糙率系數(shù)在反映河道綜合阻力方面表現(xiàn)出良好的匹配性。 模型成功地模擬了河段內(nèi)水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這意味著可以在特定情景下使用這個(gè)模型進(jìn)行有效的計(jì)算分析。 因此，這個(gè)模型具備了進(jìn)行溢油泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的潛力。然而，模型的準(zhǔn)確性仍受到多種因素的影響，包括水流的復(fù)雜性、地形變化以及外界環(huán)境的變化等。 因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合實(shí)地?cái)?shù)據(jù)和實(shí)際情況，綜合考慮不同因素，以保證模型的可靠性和精確性。

4 溢油事故情景設(shè)定

溢油事故發(fā)生地點(diǎn)選取在黃村油品碼頭前沿；泄露油品種類選取吞吐量較大的柴油作為預(yù)測(cè)因子；溢油量根據(jù)《水上溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》（JT/T1143-2017），按設(shè)計(jì)代表船型（3 000噸級(jí)）的1個(gè)貨油邊艙的容積確定，容積為320 m3；根據(jù)目前國(guó)內(nèi)船舶油品泄漏應(yīng)急處置相關(guān)要求，油品泄漏事故能在30 min內(nèi)將事故控制，因此模型按溢油在30 min均勻泄露完畢；水文條件根據(jù)《水上溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》（JT/T1143-2017），選擇豐水期、平水期分別進(jìn)行預(yù)測(cè)，其中豐水期流量采用10%保證率的月均流量，平水期流量采用多年平均流量。

5 溢油模擬結(jié)果分析

在豐水期、平水期條件下，黃村油品碼頭前沿水域發(fā)生溢油事故時(shí)，油膜達(dá)到下游環(huán)境敏感區(qū)時(shí)間如表2所示；油膜軌跡如圖4～5所示。

（1）根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，豐水期水文條件下，黃村油品碼頭發(fā)生溢油事故后，油膜最快2.68 h到達(dá)下游最近的環(huán)境敏感區(qū)；平水期水文條件下，油膜最快10.62 h達(dá)到下游最近的環(huán)境敏感區(qū)。

（2）在不同水期情況下，油膜達(dá)到各環(huán)境敏感區(qū)時(shí)間差異較大，說(shuō)明河流流速是影響油膜向下游擴(kuò)散速度的主要影響因子。

6 溢油事故應(yīng)急措施建議

溢油事故發(fā)生后，油膜的漂移和擴(kuò)散將造成河流水質(zhì)污染，危害飲用水水質(zhì)安全及水生生物原有生存環(huán)境，造成污染水域內(nèi)短期的魚類急性中毒和長(zhǎng)期的可能致突變性等問(wèn)題，須制訂完善的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范措施和應(yīng)急預(yù)案，在事故發(fā)生后及時(shí)響應(yīng)，防止溢油擴(kuò)散到下游環(huán)境敏感區(qū)，降低經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染。

（1）可在油品碼頭設(shè)置獨(dú)立的應(yīng)急資源儲(chǔ)備庫(kù)，按照《港口碼頭水上污染事故應(yīng)急防備能力要求》（JT/T451-2017）儲(chǔ)備常用的溢油應(yīng)急處置物資，包括圍油欄、吸油氈、收油機(jī)等。油品碼頭運(yùn)營(yíng)單位制定環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案應(yīng)加強(qiáng)與海事、交通、生態(tài)環(huán)境等相關(guān)部門的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)。

（2）加強(qiáng)油船在?？看a頭或作業(yè)期間的環(huán)境事故風(fēng)險(xiǎn)防范，應(yīng)在周邊設(shè)置阻燃型圍油欄；一旦發(fā)生溢油事故，應(yīng)盡早在溢油事故點(diǎn)下游設(shè)置圍油欄，防止溢油進(jìn)一步向下游環(huán)境敏感區(qū)擴(kuò)散；同時(shí)，黃村油品碼頭下游有桂平樞紐，環(huán)境敏感區(qū)均位于桂平樞紐下游，一旦發(fā)生溢油事故時(shí)，可通知樞紐管理單位，減少樞紐下泄量，減緩河流流速，從而達(dá)到控制溢油向下游擴(kuò)散的目的。

7 結(jié)語(yǔ)

本研究利用遙感衛(wèi)星影像，通過(guò)預(yù)處理后解譯提出了較為精確的河道邊界。由于常見(jiàn)的Landsat、Sentinel-1衛(wèi)星影像周期一般在十余天，高動(dòng)態(tài)的影像更新為解決水動(dòng)力模型動(dòng)邊界問(wèn)題提供了一個(gè)新的解決思路。通過(guò)利用MIKE21的溢油模型，預(yù)測(cè)貴港港規(guī)劃的黃村油品碼頭發(fā)生溢油事故后對(duì)下游環(huán)境敏感區(qū)的影響。結(jié)果表明，在不利條件下，該碼頭前沿發(fā)生溢油事故后，油膜達(dá)到下游環(huán)境敏感區(qū)時(shí)間＞2 h，有較為充足的時(shí)間來(lái)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案；在及時(shí)采取相應(yīng)應(yīng)急措施前提下，可確保溢油不會(huì)對(duì)下游環(huán)境敏感區(qū)造成影響；從環(huán)境角度看，該油品岸線選址較為合理；發(fā)生溢油事故后，可在溢油事故點(diǎn)下游設(shè)置圍油欄，并聯(lián)動(dòng)下游樞紐，采取減少樞紐下泄量等措施，控制溢油向下游擴(kuò)散范圍。

通過(guò)MIKE21溢油模型，可直觀體現(xiàn)規(guī)劃的油品碼頭岸線對(duì)下游環(huán)境敏感區(qū)的影響程度，反映岸線選址的合理性，從環(huán)境保護(hù)角度為港口規(guī)劃提供相關(guān)調(diào)整建議和保護(hù)措施，以實(shí)現(xiàn)港口規(guī)劃與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

［1］邢治河，仇 玄，魏 昭.中國(guó)成品油供需關(guān)系演進(jìn)二十年回顧與“十四五”展望［J］.油氣與新能源，2015，54（17）：4 173-4 176.

［2］孫守鎮(zhèn).錦州港溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及應(yīng)急管理研究［D］.大連：大連海事大學(xué)，2009.

［3］趙云英，楊慶霄.溢油在海洋環(huán)境中的風(fēng)化過(guò)程［J］.海洋環(huán)境科學(xué)，1997（1）：49-56.

［4］陳命男.海上溢油風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)值模擬預(yù)警［J］.環(huán)境影響評(píng)價(jià)，2014（1）：21-23.