平緩河道突發(fā)溢油事故應(yīng)急監(jiān)測及污染物擴散特征分析

宋興偉，李莉莉，紀(jì)喬木, 梁 宵，胡 玲

（1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210019; 2.淮安市華測檢測技術(shù)有限公司，江蘇 淮安 223001）

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對石油資源的需求量增加，石油運輸行業(yè)十分繁榮，因運力大、運費低廉，油品的船舶運輸一直是保障石油供應(yīng)的重要途徑，原油運輸隨之而來的環(huán)境風(fēng)險也在增加。目前我國原油的年存儲及生產(chǎn)總量接近5.22 億t，其中自產(chǎn)量約2.2 億t 左右( 2015 國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù))，對外依存度55% ～60%，而進口原油80%以上是依靠油輪運輸；同時，內(nèi)貿(mào)原油中，原油船運輸?shù)谋壤脖容^大[1]。1973 ～2006年，我國沿海地區(qū)發(fā)生了2 600 余起運輸溢油事故，尤其自2005年以來，全國沿海和河流共發(fā)生了250 多起運輸溢油事故[2]。以江蘇為例，區(qū)域內(nèi)河網(wǎng)密布、船舶運輸繁忙、地表水源地眾多，一旦發(fā)生油品泄露等極有可能威脅局地生態(tài)和區(qū)域飲用水源地供水安全[3-6]。 因此對油品泄漏后污染物的擴散研究一直是各界學(xué)者的關(guān)注熱點，喬皎等[7]詳細研究了內(nèi)河河道中溢油基于油膜擴散的費伊模型和基于油粒子擴散模型的區(qū)別和適用范圍；齊慶輝等[8]研究了京杭運河揚州段的溢油擴散數(shù)值模擬方式并預(yù)測了突發(fā)溢油事故發(fā)生后的污染物擴散距離。 但文獻中鮮見基于實際突發(fā)溢油事故案例的污染物擴散特征研究的報道。 筆者以近期發(fā)生在蘇北平原地區(qū)順直河道的一起原油泄露事件為案例，系統(tǒng)分析了事故發(fā)生后石油類污染物監(jiān)測濃度在時間、空間維度的擴散特征，并與EFDC 模型預(yù)測結(jié)果進行了對比分析，最終提出了類似突發(fā)環(huán)境事件發(fā)生后的應(yīng)急處置和應(yīng)急監(jiān)測建議，以期為今后的應(yīng)對工作提供參考。

1 事故背景

2019年5月，江蘇省北部某運河一原油運輸船發(fā)生泄漏，事發(fā)時運河流向由南向北，流速約2 ～3 km/h，事故發(fā)生地距下游最近水源地取水口約6 km。 事故發(fā)生后，船舶第一時間封堵了泄露閥門，各相關(guān)部門迅速行動，市、縣2 級監(jiān)測部門先后抵達現(xiàn)場，展開應(yīng)急處置和監(jiān)測工作。事故區(qū)域環(huán)境概況見圖1。

圖1 事發(fā)區(qū)域位置概況模擬

2 事故應(yīng)對

2.1 應(yīng)急處置方案

事發(fā)后現(xiàn)場緊急采取了以下措施： 關(guān)閉下游支流閘口；將泄漏原油的船只進行駁載；迅速將泄漏原油的水面區(qū)域鋪設(shè)圍油欄進行圍擋；下游做好備用水源啟用準(zhǔn)備；投放吸油氈并進行水面油污及漂浮物打撈；清拖肇事船舶至專用?；反巴２磪^(qū)。

2.2 應(yīng)急監(jiān)測方案

監(jiān)測點位：事發(fā)點上游、下游、下游水廠取水口及行政區(qū)域交界處布設(shè)監(jiān)測斷面，監(jiān)測方案要點見表1。

表1 事件主要監(jiān)測點位、指標(biāo)和頻次

監(jiān)測項目：石油類、揮發(fā)酚和VOCs 等；

樣品采集： 河道中心采集水面下30 cm 處柱狀水樣；

監(jiān)測儀器： 紫外可見分光光度計（北京普析通用）、HAPSITE ER 便攜式頂空氣質(zhì)聯(lián)用儀 （美國INFICON）；

監(jiān)測時間：2019年5月29日09：00 ～6月3日24：00。

3 污染團的遷移與擴散分析

3.1 污染物濃度時空變化特征分析

各斷面石油類質(zhì)量濃度監(jiān)測結(jié)果見表2。由表2可知，事發(fā)地及下游揮發(fā)酚和VOCs 均未檢出，事發(fā)地及下游一定距離石油類污染物超標(biāo)嚴(yán)重，其中事故發(fā)生地附近水域中石油類質(zhì)量濃度最高達到了0.79 mg/L，超標(biāo)14.8 倍，之后隨著表面浮油打撈作業(yè)進行，不斷降低，但在24 h 后出現(xiàn)一個小幅上升的趨勢。經(jīng)分析，泄露源切斷后石油排放特征可視為瞬時排放源，進入河流的油類污染物相互聚集形成聚集性油膜，或粘附在水體中固體懸浮物上，聚集形成團塊，其向下游擴散受水流、風(fēng)速和人工設(shè)置的吸油氈等吸附材料影響，垂直梯度的溶解受原油成分和其溶解性能影響。 下游一定距離內(nèi)的石油類濃度升高，表明在表面浮油打撈后，受石油類被河道構(gòu)筑物和岸邊水草吸附的表面油污存在表面擴散和梯度溶解的過程。

表2 斷面石油類質(zhì)量濃度監(jiān)測值 mg·L-1

結(jié)合應(yīng)急處置措施，石油類污染團時空分布變化趨勢見圖2，分析圖2 可發(fā)現(xiàn)事故導(dǎo)致排入水中的污染團主要聚集在上游1 km 至下游3 km 區(qū)域，且隨著時間推移質(zhì)量濃度逐漸降低，并隨著水流向下游擴散，在事發(fā)78 h 后所有監(jiān)測斷面的石油類質(zhì)量濃度都穩(wěn)定恢復(fù)至GB 3838—2002 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》表1 中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)（0.05 mg/L）以下。結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，除去事發(fā)后短時間內(nèi)事故點石油類質(zhì)量濃度較高外，石油類污染物最高質(zhì)量濃度出現(xiàn)在事發(fā)地24 h 后下游1 km 處，且在65 h 后下游3.5 km 處呈現(xiàn)明顯波動，表明污染團帶在時間上存在逐步消減趨勢，在空間上存在明顯的下移過程，事發(fā)后短時間內(nèi)對下游水體的影響符合典型的表面浮油擴散規(guī)律[9]。從石油類污染峰值移動和消減規(guī)律上看，在封閉、平直河道內(nèi)石油類污染物的消減主要依賴于人為處置措施而非水體自凈功能。

圖2 事發(fā)地附近區(qū)域石油類污染物質(zhì)量濃度時空變化趨勢

3.2 石油類污染團擴散和消減特征分析

石油類是難溶于水的有機化學(xué)物質(zhì)，擴散、遷移、蒸發(fā)、吸附、沉淀、生物降解是其質(zhì)量濃度衰減的主要途徑[10]。 通過分析事發(fā)后不同時間沿程石油類質(zhì)量濃度與距離的相關(guān)性，其峰值隨距離變化存在明顯的非線性特征。 根據(jù)石油類質(zhì)量濃度與擴散距離的擬合結(jié)果分析見圖3。 由圖3 可知，事發(fā)后36 h內(nèi)石油類的擴散和遷移呈明顯的指數(shù)衰減模式，表明此時污染團聚集在水體表面，其遷移和擴散主要受水流和風(fēng)速等因素影響，逐漸向水體溶解并向下游擴散，前半程呈快速降低趨勢，隨著距離增加質(zhì)量濃度逐漸趨于平緩。 事發(fā)后48 h 開始，事發(fā)區(qū)域表面浮油基本清理結(jié)束，零星浮油受岸邊水生植物、構(gòu)筑物和人工投放吸附材料影響，擴散和遷移規(guī)律明顯不同于前半程，事發(fā)地附近質(zhì)量濃度明顯降低，表明污染團存在向下遷移趨勢，但整體質(zhì)量濃度水平在急速降低，污染團受水體表面張力作用將會顯著拉長，對一定區(qū)域內(nèi)的影響過程和時間亦會顯著延長。 結(jié)果表明，人為采取有效處置措施后，石油類污染物的擴散和消減規(guī)律明顯有別于人為介入之前。

圖3 事發(fā)后不同時間石油類污染物質(zhì)量濃度隨距離的衰減曲線

3.3 污染物實際擴散與模擬預(yù)測結(jié)果對比分析

目前，有眾多模型軟件可以對溢油發(fā)生后的污染物擴散進行模擬和預(yù)測[11]，其中EFDC 模型（Environmental Fluid Dynamics Computer Cod） 是美國環(huán)保署TMDL 模擬工具箱中的重要模擬軟件[12]，能高效整合多種邊界數(shù)據(jù)，模擬油膜的遷移軌跡，并最終在地理信息系統(tǒng)的圖層里以動畫形式實時展示溢油等污染物達下游環(huán)境保護區(qū)的時間、污染團帶的遷移時間以及濃度情況[13]。 經(jīng)EFDC 模型模擬預(yù)測顯示，在順直河道、平緩流速條件下擴散范圍較大，事發(fā)后24 h 污染峰值前鋒會抵達下游8~9 km處，分布情況見圖4。

圖4 事發(fā)后24 h 污染物分布

污染物擴散將會對河道產(chǎn)生大面積的生態(tài)環(huán)境破壞，影響下游水源地的供水安全。 而監(jiān)測結(jié)果顯示，事發(fā)后24 h 污染團峰值前鋒仍在下游3 km 內(nèi)，且污染團向上游擴散至1 km 范圍，實際污染范圍較預(yù)測范圍縮小了44%~50%。 經(jīng)分析，預(yù)測結(jié)果與實際監(jiān)測結(jié)果之間差異主要有2 個方面原因：①河道是通航河道，來往船只導(dǎo)致了污染團向上游的擴散；②事發(fā)后應(yīng)急處置單位在沿岸投放大量吸油氈，并設(shè)置3道圍油欄，第1 道設(shè)置在事故發(fā)生區(qū)域，第2 道設(shè)置在事發(fā)第下游1 km，第3 道設(shè)置在下游5 km 處，大大減少污染物向下游擴散的趨勢。 由此可見，事發(fā)后第一時間采取攔截、吸附、打撈、清污等措施及時、有效，可為今后類似事件有效應(yīng)對提供參考。

4 結(jié)論及建議

此次事故發(fā)生在平原地區(qū)平直河道，下游分布有2 個縣的水源地，事故影響范圍較廣，應(yīng)急監(jiān)測共投入人員63 人、監(jiān)測儀器11 臺、監(jiān)測船28 艘次，有效監(jiān)控了污染團帶的擴散、遷移和變化情況，為應(yīng)急處置提供了技術(shù)支持。 通過分析此次事故應(yīng)急監(jiān)測工作和污染團帶的擴散特征，得到以下結(jié)論。

（1）河流溢油事故發(fā)生后第一時間采取攔截、吸附、打撈、清污等措施可有效控制污染團的擴散和遷移，減少和避免對下游敏感目標(biāo)的影響和沖擊，有溢油風(fēng)險的河道管理、海事和地方環(huán)境管理機構(gòu)應(yīng)常備相關(guān)的物資和處置隊伍，保障區(qū)域水環(huán)境安全。

（2）同時具備航運和飲用水源地功能的河流等水體發(fā)生突發(fā)溢油事故后，環(huán)境敏感點等監(jiān)測斷面較多，同時平緩河道水流緩慢，對污染物的攜帶能力較弱，污染團帶長期滯留，導(dǎo)致應(yīng)急監(jiān)測持續(xù)時間較長，在確定采取必要處置措施后且不會對水源地造成沖擊時，應(yīng)適當(dāng)降低監(jiān)測頻次。

（3）目前石油類監(jiān)測按照HJ 970—2018《水質(zhì)石油類的測定紫外分光光度法（試行）》進行采樣和分析，前處理復(fù)雜、方法自動化程度低，尚不能實現(xiàn)現(xiàn)場快速測定，耗時較長，在事件初期難以滿足高頻次排查監(jiān)測需求，建議各類研發(fā)機構(gòu)加大石油類污染物快速監(jiān)測技術(shù)和儀器的研發(fā)力度，盡快實現(xiàn)石油類污染物的現(xiàn)場快速精準(zhǔn)測定。