崇明島東風西沙水源地風險源辨析

侯成程 吳彩娥 陳江海

崇明島東風西沙水源地風險源辨析

侯成程 吳彩娥 陳江海

（上?？睖y設計研究院，上海 200434）

通過對崇明島東風西沙水源地潛在風險源項進行的辨析和篩選，確認東風西沙水源地主要的潛在風險源為工業(yè)企業(yè)和航運船舶；而咸潮入侵、農(nóng)業(yè)面源可歸結為一般風險源。針對東風西沙水源地供水的主要功能，提出了水庫面臨突發(fā)性水污染事故時供水和持續(xù)時間的平衡關系，同時進行了相關安全風險評估。

潮汐河口水源地；風險源項；平衡關系；評估指標

1 概 述

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系到城市的供水安全和正常的生產(chǎn)生活運行。隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，人為過失或人為破壞等造成的突發(fā)性水污染事故時有發(fā)生，其不確定和突發(fā)性的特點，使其具有短時段內(nèi)對水源地造成嚴重污染，從而對水源地的安全供水構成巨大威脅，如2005年11月發(fā)生的松花江水污染導致哈爾濱停水4d[1]。

東風西沙水源地位于長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西沙之間的夾泓建成避咸蓄淡型水庫。東風西沙水庫主要取引長江淡水，其取水口水質(zhì)一方面受到徐六涇以上河段來水水質(zhì)的影響。另一方面長江口南支漲潮流和北支潮水倒灌水體水質(zhì)的影響。因此，極有必要針對東風西沙水源地可能出現(xiàn)的突發(fā)性水污染事故源項進行辨識和分析，以便對水源地建立安全運行機制，確保水庫安全供水。

2 水源地風險源辨析

對于東風西沙水源地而言，其突發(fā)性潛在風險源主要有：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、倉庫和裝卸碼頭等；長江航道上的船舶運輸和陸域運輸；農(nóng)業(yè)污染源；咸潮和水災等。

根據(jù)風險源發(fā)生位置和分布區(qū)域的差異，可將以上潛在風險源分為固定風險源，主要有工礦企業(yè)、廢水處理廠和廢物填埋場、倉庫和裝卸碼頭等；移動風險源，主要有長江航道上的船舶運輸和陸域運輸；流域風險源，主要有農(nóng)業(yè)污染源，咸潮和水災等[2]。

2.1 固定風險源

長江口沿岸分布了海門、啟東、南通、常熟、嘉定、寶山等數(shù)個工業(yè)區(qū)，這些工業(yè)企業(yè)每天都向長江排入大量的工業(yè)廢水。東風西沙水源地主要有徐六涇來水和北支潮水倒灌，同時南支漲潮流也會對其產(chǎn)生一定的影響。針對徐六涇來水水質(zhì)情況，根據(jù)相關研究表明，NH4-N和TP超標是長江徐六涇江段水體污染的主要特點，1997～2011年徐六涇水體NH4-N有25個自然月未達到Ⅱ類水標準，而TP有47個自然月監(jiān)測值超過Ⅱ類水標準，有時甚至達到Ⅳ類水標準[3]。對于枯季北支倒灌南支，根據(jù)相關文獻中實測資料[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，在北支倒灌南支時東風西沙水源地水質(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26123.7萬t[6]。

根據(jù)上海市污染源普查和相關資料的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2011年長江口及徐六涇江段部分工業(yè)企業(yè)排污負荷為990000萬t，其工業(yè)廢水約占調(diào)研所得排污負荷的82%。雖然工業(yè)企業(yè)排污都有嚴格的控制，且區(qū)域內(nèi)多年來未發(fā)生過重大突發(fā)性工業(yè)企業(yè)污染事故，但考慮到工業(yè)企業(yè)排污負荷較大，一旦工業(yè)企業(yè)發(fā)生突發(fā)性污染事故，將對水源地水質(zhì)產(chǎn)生重大影響。長江口南北支和徐六涇江段工業(yè)企業(yè)污染源列為東風西沙水源地主要潛在風險源，對區(qū)域內(nèi)工業(yè)企業(yè)排污量進行統(tǒng)計，并對排污量較大的工業(yè)企業(yè)排污口附近水質(zhì)進行實時監(jiān)測。

2.2 移動風險源

近幾年來，隨著長江沿線港口的發(fā)展以及上海國際航運中心的建設，越來越多的超大型船舶進出長江口深水航道，船舶溢油和化學品泄漏事件近年來不斷發(fā)生，對水源地水質(zhì)構成了嚴重威脅。據(jù)相關文獻資料[7]，從1999～2009年上海港共發(fā)生各類船舶污染事故173起，累計泄露量達2619.51 t。

東風西沙水源地毗鄰長江口南支航道，上游蘇通大橋距離東風西沙水庫約24km，在夏季大潮蘇通大橋漲憩時刻橋墩處溢油100t，油膜約3h即可到達東風西沙水庫，東風西沙水庫取水口油膜厚度第7h達到最大[8]。東風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。當時，長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，發(fā)生溢油事件。受潮汐作用，12月31日上午溢油開始影響崇明島，對崇頭至南鴿水閘的灘涂、水域造成了嚴重污染。

考慮到東風西沙水源地緊靠繁忙的長江航運，航運船舶在一定程度上直接威脅著水源地的取供水安全。由于缺少相關部門的相關統(tǒng)計，筆者通過文獻檢索和相關新聞資料統(tǒng)計了上海港附近船舶泄露事故。表1給出了1978～2012年長江口泄露50t以上的船舶事故16起。

表1 1978～2012年長江口船舶溢漏量50t以上的事故統(tǒng)計表

基于以上數(shù)據(jù)分析，考慮到隨著港口船運發(fā)展，水上船舶不僅在數(shù)量上逐年增加，同時噸位也不斷加大。東風西沙水源地緊靠繁忙的上海港，船舶泄露對水源地的安全構成嚴重威脅，船舶航運為東風西沙水源地主要的潛在風險源之一。而東風西沙水源地附近沒有重要的陸域交通線，因此陸域運輸可以不作為東風西沙水源地的風險源考慮。

2.3 流域風險源

長江口為潮汐河口，在枯水期會受到咸潮入侵的影響，使局部河道氯化物濃度超過250mg/L。東風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影響到水源地，水庫最長不易取水天數(shù)為26d[9]。枯水期南支咸潮入侵和北支咸潮倒灌的嚴重程度直接關系到水庫的可補水量。東風西沙水源地如果長時段內(nèi)不能從長江補充淡水，將直接影響到水庫的安全供水。

考慮到長江口咸潮入侵外海潮漲潮落的規(guī)律性以及咸潮入侵強弱對大通徑流量的滯后性[10～11]，可以對水源地氯化物濃度起到預測作用，從而為水源地提前補水起到預警作用；同時，在咸潮入侵較為嚴重時，三峽水庫加大下泄流量進行壓咸補淡，也可以對水源地補水起到一定的調(diào)節(jié)作用。因此，枯水期的咸潮可歸結于水源地的一般風險源。

此外考慮到水源地還可能受到水災的影響，如臺風、暴雨等，但相比與其他主要要風險源，其到來的時間基本上可以預知，當面臨水災來臨時，，水源地可進行實時調(diào)控，因此，水災可歸結為一般險源。

3 潛在風險源風險變量篩選

針對淡水蓄水型水庫，其風險來源主要是水庫的補供水問題。在面臨突發(fā)性水污染事故時，如船舶事故泄露、工業(yè)企業(yè)泄露，除考慮風險源物質(zhì)本身的風險外，還重點結合水庫自身供水要求，考慮風險源對水庫供水的危害性。

對東風西沙水源地供水問題而言，對水庫供水的影響和破壞程度主要中于風險發(fā)生后水庫的可供水時長和持續(xù)不可取水之間的矛盾問題，即供水時間和持續(xù)時間的平衡問題?？晒┧畷r長主要體現(xiàn)在突發(fā)水污染事故時庫的蓄水量以及污染團到達水源地這段時間內(nèi)水庫的搶補水量，而對這些產(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)不可取水時間主要受污染團持續(xù)影響時間限制，而對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 東風西沙水源地風險評估平衡

基于此考慮，選狀態(tài)變量、時間變量、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)性污染事故能對水源地產(chǎn)生影響，以時間變量、能力變量和程變量綜合評價水源地供水安全的安全風險等級。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)性污染事故能否對水源地水質(zhì)產(chǎn)生影響。時間變量體在突發(fā)性污染事故發(fā)生后水庫的初始蓄水量，這接決定了水庫對突發(fā)性污染事故應變的可調(diào)控時。能力變量體現(xiàn)在污染團到達時間，體現(xiàn)了突發(fā)污染事故發(fā)生后水庫緊急狀態(tài)下可取水量，其到時間的長短直接影響到水庫的后續(xù)抗污能力。而度變量這取決于突發(fā)性污染事故對水源地供水安的影響程度，即污染團持續(xù)影響時間。

3.1 狀態(tài)變量Ws（緊急狀態(tài)）

突發(fā)性風險源對水源地能否產(chǎn)生影響主要是看風險源項擴散至東風西沙水源地取水口的濃度值是否超過水質(zhì)目標度值。為分析風險源的影響范圍，基于二維水質(zhì)散模型，采用下式[12]對影響范圍進行計算：

其中：

Ws— 風險源稀釋擴散到到水質(zhì)目標的距離（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— 風險源排污或泄露強度（g//s）；

Cs— 水質(zhì)目標濃度值（g/m3）；

C0— 水體內(nèi)風險源初初始濃度值(g/m3)，常取為0 g/m3。

若風險源擴散范圍覆蓋了東風沙水源地取水口，則初步判斷該突發(fā)性污染事故可能會對水源地產(chǎn)生影響，需進一步分析其影響程度和需要采取的預警措施；若風險源擴散范圍未覆蓋東風西沙水源地取水口，則初步判斷該突發(fā)性污染事故可能不會對水源地產(chǎn)生影響，但需要對其影響過程進行實時監(jiān)測，以便合理調(diào)整應對措施。

3.2 時間變量Wt（可控時間）

根據(jù)東風西沙水庫可行性研究報告中提到的，水庫設計最低水位為1.0咸潮期水庫最高蓄水位為5.15m，為保證非咸潮期水庫在生態(tài)用水和突發(fā)時間期間的常供水，水庫運行水位維持在2.2～4.0m，以規(guī)劃水平年供水規(guī)模40萬m3/d考慮，水庫可供水天數(shù)為3.0～10.0d。考慮到可控時間的安全和危險的非絕對性，時間變量取值Wt與蓄水量的關系采用線性變化，以蓄水位5.15m對應的蓄水量的時間變量Wt=95，以蓄水位4.0m對應的蓄水量的時間變量Wt=55，蓄水位2.2m對應的蓄水量的時間變量Wt=20。

3.3 能力變量Wa（抗污能力）

考慮到東風西沙水庫取水閘的取水受外江潮位的影響較大，庫內(nèi)水位低于外江潮位時，取水閘可取水；庫內(nèi)水位高于外江潮位時，取水閘不可取水，同時，取水閘的取水能力的大小也取決于庫內(nèi)外的水位差，水庫取水閘的取水能力的不確定性較大。本文在水庫取水能力的分析中以水庫取水泵站規(guī)模最為水庫應急的取水能力，即40m3/s，水庫從蓄水位2.2m蓄到5.15m，所需時間大約為2.0d，本文對能力變量Wa的取值采用Wa與污染團到達時間呈線性變化，以污染團到達時間不小于2.0d時，Wa=100，污染團到達時間為零時，Wa=0。

3.4 程度變量Wl（危害程度）

針對水庫規(guī)劃水平年供水規(guī)模為40萬m3/d，以水庫最高蓄水位5.15m考慮，水庫最長可持續(xù)供水時間為18d。對于程度變量Wl的取值采用，程度變量Wl與污染團影響持續(xù)時間呈線性關系，考慮到水庫最長可供水時間，污染團影響持續(xù)時間18d，其程度變量Wl=100，污染團影響持續(xù)時間為0d，其程度變量Wl=0。

3.5 平衡關系K（安全風險）

針對上文提出的四個變量，對供水時間有影響的主要是Wa和Wt；而對持續(xù)時間起決定作用即為污染團影響的持續(xù)時間，即程度變量Wl。對于供水時間和持續(xù)時間的平衡關系，對東風西沙水源地安全風險，可采用平衡值K，根據(jù)K的不同取值判斷風險的不同情況，K值越大，說明突發(fā)性污染事故風險等級越高，當K=1時，為中風險；K＞1時，為高風險；K＜1時，為低風險：

其中：

α為城市供水安全系數(shù)。

4個變量的取值的評判標準主要依據(jù)于突發(fā)污染事故發(fā)生后根據(jù)實際情況進行的預測，其預測的結果存在一定的不確定性，需要根據(jù)事件進度進行不斷的修正和預測，以調(diào)整風險等級。

4 結 論

針對潮汐河口典型河段的水源地突發(fā)性風險源進行了辨識和分析，考慮到風險源的可預知性和危害性，提出了工業(yè)企業(yè)和航運船舶為東風西沙水源地潛在的主要風險源；而其他風險源，如農(nóng)業(yè)污染、咸潮入侵、水災等可以歸結為東風西沙水源地的一般風險源。

考慮到東風西沙水源地是以供水為主的水庫，其水庫能否安全供水直接關系到水庫運行的可靠性。面對突發(fā)性水污染事故時，水庫能夠安全運行，直接取決于水庫可供水時長和污染持續(xù)時間的“平衡關系”。根據(jù)“平衡關系”，并結合東風西沙水源地自身特點，提出了突發(fā)性水污染事故發(fā)生時，東風西沙水源地的風險變量。

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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。

課題項目名稱：東風西沙水源地風險源評估及防控策略研究，本項研究工作得到了上海市科學技術委員會的資助。

課題編號：12231204500