南水北調(diào)中線京石段突發(fā)性水污染事故污染物運(yùn)移擴(kuò)散研究

王興偉，陳家軍，鄭海亮

(1.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院水沙科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100875；2.中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所,北京 100049)

南水北調(diào)中線京石段突發(fā)性水污染事故污染物運(yùn)移擴(kuò)散研究

王興偉1，陳家軍1，鄭海亮2

(1.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院水沙科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100875；2.中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所,北京 100049)

基于MIKE11模型的水動(dòng)力模塊、對(duì)流擴(kuò)散模塊建立了南水北調(diào)中線京石段的水質(zhì)模擬模型,通過(guò)對(duì)模型的率定和驗(yàn)證,表明該模型具有較理想的模擬效果。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建模擬段突發(fā)性水污染事故污染物運(yùn)移擴(kuò)散模型,模擬了典型跨渠公路橋上發(fā)生危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸傾翻事故后污染團(tuán)的遷移擴(kuò)散過(guò)程,以及污染團(tuán)到達(dá)下一個(gè)分水口和退水閘的時(shí)間和濃度,旨在為制定京石段干渠突發(fā)性水環(huán)境污染事故應(yīng)急方案提供依據(jù)。

南水北調(diào)中線；京石段；突發(fā)水污染；危險(xiǎn)貨物；運(yùn)輸事故；污染物運(yùn)移擴(kuò)散模型；水質(zhì)模擬模型；模型率定；模型驗(yàn)證

南水北調(diào)中線總干渠輸水線路較長(zhǎng),沿線自然社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件復(fù)雜,工程運(yùn)行將受到很多不確定性因素的影響,如氣候、洪水、地震、滑坡、建筑物損害、人為失誤和交通事故等[1]。因此,對(duì)總干渠各種不確定性因素帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和預(yù)警預(yù)報(bào)已成為目前工程管理的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。已有研究對(duì)南水北調(diào)中線工程河北段的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析,認(rèn)為地表水污染風(fēng)險(xiǎn)、大氣沉降污染風(fēng)險(xiǎn)、地下水滲透污染風(fēng)險(xiǎn)和突發(fā)性環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)是影響總干渠水質(zhì)安全的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),而突發(fā)水污染事故風(fēng)險(xiǎn)對(duì)總干渠水質(zhì)造成的危害比其他類(lèi)型的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)更為嚴(yán)重[2],因?yàn)榭偢汕斔こ萄鼐€的控制建筑物和交叉建筑物眾多,出現(xiàn)交通事故的隱患較大,一旦載有污染物質(zhì)的車(chē)輛翻入干渠形成突發(fā)性水污染事故,將嚴(yán)重危及總干渠水質(zhì)安全[3-4]。

圖1 京石段干渠模擬段沿線各構(gòu)筑物示意圖

水污染事故發(fā)生突然,污染危害較大,難以控制[5]。研究水污染事故的關(guān)鍵,在于研究事故發(fā)生后,水流的特性以及污染物在水體中的輸移擴(kuò)散過(guò)程[6-7]。在突發(fā)水污染事故污染物遷移模擬預(yù)測(cè)方面,國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)不同的地表水體、不同種類(lèi)污染物等進(jìn)行了諸多模型研究。如Galabov等[8]采用數(shù)值模型MOTHY評(píng)估了石油泄漏事故對(duì)布爾加斯港口水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的影響,并確定了危險(xiǎn)區(qū)域和其出現(xiàn)的條件；Manel等[9]通過(guò)數(shù)學(xué)模型模擬并分析了西班牙Barcelona港在近岸潮流的影響下發(fā)生水污染事故后不同水域受影響的程度；張晨等[10-11]運(yùn)用數(shù)值模型對(duì)引黃濟(jì)津河道和于橋水庫(kù)下游渠道段在突發(fā)水污染事件下的水動(dòng)力和水質(zhì)模擬進(jìn)行了分析；房彥梅等[12]利用一維水力學(xué)和水質(zhì)數(shù)值模型方法對(duì)南水北調(diào)中線工程典型渠段突發(fā)性水污染事故應(yīng)急控制策略進(jìn)行模擬分析。上述研究都針對(duì)突發(fā)性污染事故情況下污染物在水體中的輸移擴(kuò)散過(guò)程,但已有關(guān)于南水北調(diào)工程的風(fēng)險(xiǎn)研究多針對(duì)交叉建筑物的失效及防洪風(fēng)險(xiǎn)分析[13-14],針對(duì)南水北調(diào)總干渠跨渠橋梁上危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸發(fā)生傾翻事故從而引發(fā)干渠突發(fā)水污染事故的相關(guān)模擬分析很少。

本文以南水北調(diào)中線工程京石段為例,針對(duì)該段跨渠橋梁上危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故風(fēng)險(xiǎn),建立了南水北調(diào)中線京石段干渠突發(fā)性水污染事故的污染物輸移擴(kuò)散模型,應(yīng)用MIKE水質(zhì)模型軟件對(duì)污染物在干渠內(nèi)的污染擴(kuò)散情況進(jìn)行模擬。對(duì)突發(fā)事故的影響范圍、程度、時(shí)間做出定量預(yù)報(bào),揭示突發(fā)事故發(fā)生后,節(jié)制閘未參與調(diào)控情況下的污染物輸移擴(kuò)散規(guī)律,為京石段干渠突發(fā)性水環(huán)境污染事故的應(yīng)急方案的優(yōu)選提供依據(jù)。

1 模擬段介紹

選定的模擬段從河北省保定市曲陽(yáng)縣孟良河至河北省保定市涿州市北拒馬渠段,全長(zhǎng)157km,總水頭10.172m,該渠段含有中線干渠所有的水工構(gòu)筑物類(lèi)型,以及地下水內(nèi)排段(即地下水水位高于渠底段及地下水水位高于設(shè)計(jì)水位段),具有很強(qiáng)的代表性。沿途分水口、閘門(mén)及水工構(gòu)筑物見(jiàn)圖1。選取兩座典型跨渠橋梁唐縣西環(huán)路橋(一級(jí)橋梁)和店北公路橋(二級(jí)橋梁),距離模擬起始地段分別為26070m和121972m。這兩座典型跨渠橋梁所跨干渠段的水力參數(shù)見(jiàn)表1。本研究針對(duì)兩座典型跨渠橋梁危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故風(fēng)險(xiǎn),模擬風(fēng)險(xiǎn)事故情況下污染物遷移狀況,以及污染團(tuán)到達(dá)跨渠橋梁下高昌分水口(距離模擬起始段29994m)和下車(chē)亭分水口(距離模擬起始段126 344m)及曲逆河中支退水閘(距離模擬起始段41 367m)和水北溝退水閘(距離模擬起始段144546m)的時(shí)間及濃度。

表1 典型公路橋所跨干渠段的水力參數(shù)

對(duì)于跨渠橋梁上危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故導(dǎo)致的干渠突發(fā)水污染而言,事故泄漏的污染物濃度較大,瞬時(shí)排入河流中的量也較多,對(duì)事故后果的估算主要關(guān)心泄漏后不同時(shí)段內(nèi)被污染渠道的長(zhǎng)度及污染物的濃度變化情況。在運(yùn)用MIKE 11水質(zhì)模型模擬跨渠橋梁上危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故情景下污染擴(kuò)散情況前,需建立水動(dòng)力模型及對(duì)流擴(kuò)散模型。

2 水動(dòng)力模型的建立

對(duì)于模擬段,因?yàn)楦汕疃群蛯挾认鄬?duì)于模擬段的長(zhǎng)度較小,則干渠內(nèi)水的流動(dòng)可以看成一維流動(dòng)。MIKE 11水動(dòng)力模型(HD)是一維水動(dòng)力模型,主要用于洪水預(yù)報(bào)及調(diào)度措施、河渠/灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)度及河口風(fēng)暴潮的研究。應(yīng)用MIKE 11 HD模塊模擬京石段干渠的水位和流量,水動(dòng)力的模擬結(jié)果可作為后續(xù)對(duì)流擴(kuò)散模擬的基礎(chǔ)。

a.水動(dòng)力模型的數(shù)據(jù)文件。MIKE 11水動(dòng)力模型主要包括的數(shù)據(jù)文件有:河網(wǎng)文件(.nwk11)、斷面文件(.xns11)、邊界條件(.bnd11)、模型參數(shù)文件(.hd11)。所有斷面數(shù)據(jù)均來(lái)自設(shè)計(jì)資料,邊界條件采用模擬段上游流量、下游水位邊界,將收集到的2009年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)輸入到邊界文件中。

b.水動(dòng)力模型的率定。水動(dòng)力模型的率定主要是調(diào)整河床糙率,率定年為2009年,河床糙率初始值取0.015(設(shè)計(jì)值)。由率定結(jié)果可以得出,糙率為0.012時(shí),監(jiān)測(cè)斷面的實(shí)測(cè)流量值和模擬值比較吻合。

c.水動(dòng)力模型的驗(yàn)證,采用2009年率定的模型結(jié)果,用2010年的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的模型驗(yàn)證,模擬的流量與水位均與實(shí)測(cè)值比較吻合,誤差均控制在15%以內(nèi)。因此HD模型總體上符合要求,可以作為后續(xù)水質(zhì)模型的基礎(chǔ)。

3 對(duì)流擴(kuò)散模型建立

MIKE 11的對(duì)流擴(kuò)散模型(AD)是一種均相混合模型,用來(lái)模擬均相中污染物的運(yùn)移過(guò)程。對(duì)于突發(fā)性水污染事故,由于污染物的濃度較大,瞬間排入干渠的污染物量較多,如考慮排入干渠的污染物量相比于干渠流量小得多,則MIKE 11的對(duì)流擴(kuò)散模型可以滿足模擬污染物的運(yùn)移過(guò)程要求,實(shí)現(xiàn)突發(fā)性水污染事故的場(chǎng)景分析。MIKE 11 AD采用的一維河流水質(zhì)模型基本方程為

式中:ρ為模擬物質(zhì)的質(zhì)量濃度；u為河流平均流速；Ex為對(duì)流擴(kuò)散系數(shù)；K為模擬物質(zhì)的一級(jí)衰減系數(shù)；x為空間坐標(biāo)；t為時(shí)間坐標(biāo)。

對(duì)流擴(kuò)散模型是在水動(dòng)力模型的基礎(chǔ)上建立的,在水動(dòng)力模型邊界的基礎(chǔ)上加上突發(fā)性污染物泄漏的一個(gè)時(shí)間序列作為內(nèi)部邊界,其他邊界處該污染物的濃度設(shè)置為0。本研究揭示事故發(fā)生后節(jié)制閘未參與調(diào)控情況下的污染物輸移擴(kuò)散規(guī)律。

在突發(fā)水污染事故研究中,研究對(duì)象大多是難降解的有機(jī)有毒物質(zhì),且研究要求在短時(shí)間內(nèi)得知污染物的濃度分散情況,因此污染物的對(duì)流擴(kuò)散對(duì)污染物的遷移起著重要作用。由于實(shí)際條件限制,無(wú)法進(jìn)行實(shí)際測(cè)算,對(duì)流擴(kuò)散系數(shù)E須借助于經(jīng)驗(yàn)公式或者理論分析的方法來(lái)確定。朱德軍[15]針對(duì)京石明渠段的突發(fā)水污染事故進(jìn)行了模擬分析,并采用回歸方法得到了對(duì)稱梯形斷面明渠中縱向離散系數(shù)E的計(jì)算公式如下:

式中:M為突發(fā)污染物泄漏量,g；βi為反映側(cè)壁對(duì)流速分布影響的主要參數(shù),βi越大,側(cè)壁對(duì)斷面流速分布的影響越大,反之亦然；B為干渠底寬,m；u-為渠道平均流速,m/s；α為粗糙系數(shù),取0.015；h為渠道中水深,m；υ*為渠道剪切流速,m/s。對(duì)流擴(kuò)散系數(shù)E取值范圍為15～20m2/s。

4 污染物運(yùn)移過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬

根據(jù)《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》、GB 18218—2000《重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》、GB 50844—85《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》的相關(guān)規(guī)定,本研究以有毒有害物質(zhì)氰化鈉為泄漏物質(zhì)來(lái)分析事故危害后果。由南水北調(diào)中線工程總干渠供水水質(zhì)要求可知,干渠內(nèi)水質(zhì)應(yīng)執(zhí)行GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),按地表水Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)保護(hù),因此達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的氰化鈉質(zhì)量濃度應(yīng)不大于0.005mg/L。

據(jù)相關(guān)研究,唐縣西環(huán)路橋和店北公路橋發(fā)生危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸車(chē)輛事故的概率分別為3.25×10-4和8.64×10-6,事故發(fā)生的概率風(fēng)險(xiǎn)很小,但并不為零,表明危險(xiǎn)貨物在跨渠橋梁上運(yùn)輸對(duì)干渠水體的安全威脅仍然存在[16],因此,有必要對(duì)跨渠橋梁上危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故導(dǎo)致的干渠突發(fā)性水污染進(jìn)行模擬分析,從而為京石段干渠突發(fā)性水環(huán)境污染事故應(yīng)急方案的制定提供科學(xué)、可行的依據(jù)。

本研究假定一輛裝有氰化鈉的儲(chǔ)罐貨車(chē)在京石段跨渠橋梁上發(fā)生翻車(chē)事故,并造成罐內(nèi)的氰化鈉泄入干渠。在0.5h時(shí)間里共有9 t污染物流到干渠,該污染物的質(zhì)量濃度為1000mg/L(流量為5m3/s)。

4.1 唐縣西環(huán)路橋突發(fā)性危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故動(dòng)態(tài)模擬

4.1.1 污染團(tuán)的遷移擴(kuò)散模擬

圖2顯示了唐縣西環(huán)路橋突發(fā)性危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故發(fā)生后各斷面最大污染物質(zhì)量濃度分布情況。由圖2可知,在唐縣西環(huán)路橋發(fā)生突發(fā)性危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故后,在斷面26.4 km處(即唐縣西環(huán)路橋下游330m處),最大污染物質(zhì)量濃度為1.03mg/L,之后隨著污染物不斷地被稀釋擴(kuò)散,污染物質(zhì)量濃度在下游各斷面呈下降趨勢(shì),在斷面146.7 km處(即唐縣西環(huán)路橋下游120.7 km處)污染物質(zhì)量濃度已下降為0.004mg/L,低于氰化鈉Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求,這說(shuō)明當(dāng)唐縣西環(huán)路橋發(fā)生突發(fā)性危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故后,如若不進(jìn)行任何應(yīng)急措施,由于水量的稀釋擴(kuò)散作用,在其下游120 km處,污染物質(zhì)量濃度依然能達(dá)到Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2 事故發(fā)生后各斷面最大污染物質(zhì)量濃度分布情況(唐縣西環(huán)路橋情景)

從污染物運(yùn)移時(shí)間上來(lái)看,在唐縣西環(huán)路橋發(fā)生突發(fā)性危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故,1 h后,污染物質(zhì)量濃度達(dá)到最大,為1.03mg/L,此后隨著時(shí)間的推移,污染物質(zhì)量濃度逐漸下降；30 h后,污染峰遷移至斷面28.5 km處,最大污染物質(zhì)量濃度為0.29mg/L,相比事故剛發(fā)生時(shí)的最大污染物質(zhì)量濃度下降了71.8%；59 h后,污染峰遷移至斷面31 km處,最大污染物質(zhì)量濃度為0.19mg/L,相比事故剛發(fā)生后最大污染物質(zhì)量濃度下降了81.6%,但此時(shí)污染物質(zhì)量濃度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.005mg/L,水質(zhì)污染嚴(yán)重。

4.1.2 高昌分水口斷面污染物質(zhì)量濃度變化

圖3為唐縣西環(huán)路橋突發(fā)性危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故發(fā)生后高昌分水口斷面污染物質(zhì)量濃度變化情況。從圖3中可以看出,在事故發(fā)生后37.2 h,污染物已經(jīng)遷移到此斷面處,質(zhì)量濃度為0.001mg/L,而在40.8 h后,污染物質(zhì)量濃度已經(jīng)增大到0.006mg/L,此時(shí)污染物質(zhì)量濃度已經(jīng)超過(guò)氰化鈉Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),表明此時(shí)水質(zhì)已被污染。在110.4 h后,該分水口斷面處污染物質(zhì)量濃度達(dá)到最大值0.134mg/L,此時(shí)水質(zhì)被嚴(yán)重污染,此后由于稀釋擴(kuò)散降解作用,污染物質(zhì)量濃度在逐漸降低,在328.8 h后,污染物質(zhì)量濃度降到0.004mg/L,已經(jīng)低于氰化鈉Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),表明此時(shí)水質(zhì)已恢復(fù)正常。由模擬結(jié)果可知,在事故發(fā)生后40.8～328.8 h時(shí)間段內(nèi),由高昌分水口分水(分水流量3.0m3/s)的水質(zhì)已被污染(氰化鈉質(zhì)量濃度已經(jīng)超過(guò)GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)),對(duì)此段時(shí)間內(nèi)由該分水口所分的水量應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┨幚砗?方可進(jìn)行使用。

圖3 高昌分水口斷面污染物質(zhì)量濃度變化情況

圖4 曲逆河中支退水閘斷面污染物質(zhì)量濃度變化情況

4.1.3 曲逆河中支退水閘斷面污染物濃度變化

圖4為唐縣西環(huán)路橋突發(fā)性危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故發(fā)生后曲逆河中支退水閘斷面污染物質(zhì)量濃度變化情況。從圖4中可以看出,事故發(fā)生后96 h,污染物已經(jīng)遷移到此斷面處,質(zhì)量濃度為0.001mg/L,而在109.2 h,污染物質(zhì)量濃度已經(jīng)增大到0.005mg/L,已經(jīng)超過(guò)氰化鈉Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),表明此時(shí)水質(zhì)已被污染。事故發(fā)生后235.2 h,該分水口斷面處污染物質(zhì)量濃度達(dá)到最大值0.086mg/L,此時(shí)水質(zhì)被嚴(yán)重污染。此后由于稀釋擴(kuò)散降解作用,污染物質(zhì)量濃度逐漸降低,事故發(fā)生后517.2 h時(shí),污染物質(zhì)量濃度降到0.004mg/L,已經(jīng)低于氰化鈉Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),此時(shí)水質(zhì)已恢復(fù)正常。由模擬結(jié)果可知,事故發(fā)生后109.2～517.2 h時(shí)間段內(nèi),曲逆河中支退水閘斷面處水質(zhì)已被污染,氰化鈉質(zhì)量濃度已經(jīng)超過(guò)GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),此時(shí)需開(kāi)啟退水閘,將受污染水排出。

4.2 店北公路橋突發(fā)性危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故動(dòng)態(tài)模擬

4.2.1 污染團(tuán)的遷移擴(kuò)散模擬

圖5顯示了店北公路橋突發(fā)性危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故發(fā)生后各斷面最大污染物質(zhì)量濃度分布情況。由圖5可知,在唐縣西環(huán)路橋突發(fā)性危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故發(fā)生后,污染物質(zhì)量濃度在斷面122.136 km處(即店北公路橋下游164m處)為1.17mg/L,之后隨著污染物不斷地被稀釋擴(kuò)散,最大污染物質(zhì)量濃度在下游各斷面呈現(xiàn)下降趨勢(shì),在斷面157 km處(即店北公路橋下游34 km處),模擬段終點(diǎn)位置,最大污染物質(zhì)量濃度下降為0.024mg/L,但仍高于氰化鈉Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖5 事故發(fā)生后各斷面最大污染物質(zhì)量濃度分布情況(店北公路橋情景)

從污染物運(yùn)移時(shí)間上來(lái)看,在事故發(fā)生后1 h污染物質(zhì)量濃度達(dá)到最大,為1.17mg/L,此后隨著污染物不斷地被稀釋擴(kuò)散,污染物質(zhì)量濃度在逐漸降低。45 h后,污染峰遷移至斷面124.592 km處,最大污染物質(zhì)量濃度為0.21mg/L,相比事故發(fā)生后下降了82.1%；在122 h后,污染峰遷移至斷面127.472m處,最大污染物質(zhì)量濃度為0.15 mg/L,相比事故發(fā)生后下降了87.2%,但此時(shí)污染物濃度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.005mg/L,水質(zhì)污染嚴(yán)重。

4.2.2 下車(chē)亭分水口斷面污染物質(zhì)量濃度變化情況

圖6為店北公路橋突發(fā)性危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故發(fā)生后下車(chē)亭分水口斷面污染物質(zhì)量濃度變化情況。從圖6可以看出,事故發(fā)生后154.8 h,污染物已經(jīng)遷移到此斷面處,質(zhì)量濃度為0.001 mg/L,而在202.8h時(shí)污染物質(zhì)量濃度已經(jīng)增大到0.005mg/L,超過(guò)氰化鈉Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),表明此時(shí)水質(zhì)已被污染。476.4 h時(shí),該分水口斷面處污染物質(zhì)量濃度達(dá)到最大值0.082mg/L,此時(shí)水質(zhì)被嚴(yán)重污染,此后由于稀釋擴(kuò)散降解作用,污染物質(zhì)量濃度在逐漸降低,事故發(fā)生后1185.6h時(shí),污染物質(zhì)量濃度降到0.004mg/L,已經(jīng)低于氰化鈉Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),表明此時(shí)水質(zhì)已恢復(fù)正常。由模擬結(jié)果可知,在事故發(fā)生后202.8～1185.6h時(shí)間段內(nèi),由下車(chē)亭分水口(分水量:3.0m3/s)分水水質(zhì)已被污染(氰化鈉質(zhì)量濃度已經(jīng)超過(guò)GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)),對(duì)此段時(shí)間內(nèi)由該分水口所分的水量,應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┨幚矸娇蛇M(jìn)行使用。4.2.3 水北溝退水閘斷面污染物質(zhì)量濃度變化情況

圖6 下車(chē)亭分水口斷面污染物質(zhì)量濃度變化情況

圖7 水北溝退水閘斷面污染物質(zhì)量濃度變化情況

圖7為店北公路橋突發(fā)性危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故發(fā)生后水北溝退水閘斷面污染物質(zhì)量濃度變化情況。從圖7可以看出,事故發(fā)生后214.8 h,污染物已經(jīng)遷移到此斷面處,質(zhì)量濃度為0.001 mg/L,而在276 h時(shí),污染物質(zhì)量濃度已經(jīng)增大到0.005mg/L,已經(jīng)超過(guò)氰化鈉Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),表明此時(shí)水質(zhì)已被污染。在588 h時(shí),該分水口斷面處污染物質(zhì)量濃度達(dá)到0.073mg/L,此時(shí)水質(zhì)被嚴(yán)重污染。此后由于稀釋擴(kuò)散降解作用,污染物質(zhì)量濃度逐漸降低,在1347.6 h時(shí),污染物質(zhì)量濃度降到0.004mg/L,已經(jīng)低于氰化鈉Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),表明此時(shí)水質(zhì)已恢復(fù)正常。由模擬結(jié)果可知,在事故發(fā)生后276～1347.6 h時(shí)間段內(nèi),水北溝退水閘斷面處水質(zhì)已被污染(氰化鈉質(zhì)量濃度已經(jīng)超過(guò)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)),此時(shí)需開(kāi)啟退水閘,將受污染水排出。

5 結(jié) 語(yǔ)

建立了基于突發(fā)性水污染事故的南水北調(diào)中線京石段污染物運(yùn)移擴(kuò)散模型,應(yīng)用MIKE 11的水動(dòng)力模塊和對(duì)流擴(kuò)散模塊模擬了典型跨渠公路橋唐縣西環(huán)路橋和店北公路橋發(fā)生危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸傾翻事故后污染物運(yùn)移擴(kuò)散過(guò)程。采用本研究建立的模型,

可模擬污染團(tuán)的運(yùn)移、擴(kuò)散過(guò)程,預(yù)報(bào)傾翻事故發(fā)生后,污染團(tuán)達(dá)到下一個(gè)分水口及退水閘的時(shí)間及質(zhì)量濃度,結(jié)合GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,對(duì)污染物進(jìn)行調(diào)控,通過(guò)開(kāi)啟退水閘,將污染物進(jìn)行外排處理,可保證供水水質(zhì)安全。本研究可為京石段干渠突發(fā)性水環(huán)境污染事故應(yīng)急方案的優(yōu)選提供依據(jù)。

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Research on pollutantm igration and diffusion in sudden water pollution
accident in Beijing-Shijiazhuang Section of
M iddle Route of South-to-North W ater Transfer Project

W ANG Xingwei1,CHEN Jiajun1,ZHENG Hailiang2
(1.Key Laboratory ofWater and Sediment Sciences,Ministry of Education,School of Environment, Beijing Normal University,Beijing 100875,China；2.Institute ofHigh Energy Physics Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)

Based on the Hydrodynamic model of MIKE11,the water quality simulation model in the Beijing-Shijiazhuang Section of the Middle Route of South-to-NorthWater Transfer Projectwas established.The coefficients calibration andmodel verification indicated that the establishedmodel had a good simulation result.Based on that, models of pollutant migration and diffusion during sudden water pollution accident were established.The model simulated themigration and diffusion of pollutant in the open channel of the Middle Route after dangerous goods transportation accident on the bridge happening.Furthermore,the arrival time and concentration of pollutant in the next turnouts and water discharge gatewere also simulated.The obtained results could provide scientific and useful information for emergency plan of sudden water pollution in the Beijing-Shijiazhuang Section of the Middle Route of South-to-North Water Transfer Project.

Middle Route of South-to-North Water Transfer Project；Beijing-Shijiazhuang Section；sudden water pollution；dangerous goods；transportation accident；pollutant migration and diffusion model；water quality simulationmodel；model calibration；model testify

TV122

：A

：1004 6933(2015)06 0103 06

10.3880/j.issn.1004 6933.2015.06.017

2015 01 08 編輯:彭桃英)

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2011BAC12AB02)；國(guó)家自然基金(11005119)

王興偉(1986—),男,博士,主要研究方向?yàn)樗|(zhì)模擬及風(fēng)險(xiǎn)分析。E-mail:wangxingwei0812@gmail.com通信作者:陳家軍,教授。E-mail:chenjiajun@bnu.edu.cn