環境風險評價中溢油模式選擇及實例分析

■范紅兵

（南京科泓環保技術有限責任公司江蘇南京210000）

環境風險評價中溢油模式選擇及實例分析

■范紅兵

（南京科泓環保技術有限責任公司江蘇南京210000）

《建設項目環境風險評價技術導則》（HJ/T 169-2004）中，突發事故溢油的油膜計算采用P,C,Blokker公式，該模式假設油膜在無風的條件下呈圓形擴展，具有一定局限性。Fay理論揭示了油膜自身的擴展機制，但在實際應用中應考慮流場及風場對油膜擴散的影響，在風和流場油膜成橢圓形擴展，橢圓長軸在風和流場的合成方向上。建議在環境風險影響評價中采用Fay模式并考慮風速和流速影響，實例研究表明該模型操作性和可行性較好。

環境影響評價環境風險評價溢油模式Fay模式

1 引言

船舶對水體的污染包含船舶的機艙艙底污水、油船壓載污水、洗艙污水以及海難事故及裝卸事故中的溢油等，其中又以石油溢油污染為主。溢油事故發生后，隨著張力和水流的作用，油膜會迅速擴散，在水面形成一片大面積的浮油。這將會對水域產生諸如降低浮游植物的光合作用，破壞動植物的細胞質膜和線粒體膜，損害生物的酶系統和蛋白質結構，從而引起生態平衡失調等重大環境影響。因此，為減低溢油事故的環境影響，必須加強前期環境影響評價工作，從而環境影響評價中選擇合適的溢油模式以準確預測油膜污染范圍尤為重要。

在現有的《建設項目環境風險評價技術導則》（HJ/T 169-2004）中[1]，突發事故溢油的油膜計算采用P,C,Blokker公式，該模式假設油膜在無風的條件下呈圓形擴展，計算公式如下：

式中：Di—t時刻后油膜的直徑，m；Do—油膜初始時刻的直徑，m；rw、ro—水和石油的比重；VO—計算的溢油量，m3；K—常數，對中東原油一般取15000/min；t—時間，min；

由于Blokker（1964）只考慮重力和溢油體積的影響，忽略了表面張力和粘性力，所以該油膜擴展理論存在很大的局限性。故而提出一種可行、準確的易操作的溢油預測模型十分必要。

2 溢油擴散機理

2.1 溢油擴散定性說明

事故溢油進入水體后，溢油的行為和歸宿受物理、化學、生物等過程的影響呈現復雜的過程，為時間的函數。溢油在海上的行為隨時間的變化和歸宿主要考慮擴散、漂移和風化過程。其中風化過程為油的蒸發、溶解、分散、乳化、氧化、生物降解等，即受環境因素（風、流、日照等）影響所發生的物理、化學變化過程。

一開始由于油膜很厚，溢油會迅速向四周擴散。一般油膜自身擴展持續時間較短，大約為數十分鐘到數小時。在此時間由于油膜很厚，剪切流的湍流作用不足以破壞油膜的連續性，因此水流的湍流效應對油膜的擴散的影響并不明顯。隨著油膜自身擴展的進行，油膜越來越薄，湍流作用表現明顯。湍流擴散是水流的隨機脈動所導致每個油粒子的空間位移波動。剪切流主要影響油膜的變形，而作為一種隨機運動的湍流則直接影響油膜的擴展尺度。油粒子在垂直方向上的運動過程，主要表現為油粒子在波浪的擾動下以微滴的形式進入水體內部，入水油滴在垂向上湍流運動，在浮力作用下上浮。油膜在海面的漂移運動主要受制于表面流驅動，而油膜的上邊界直接受風的切應力作用而影響油膜對流。

2.2 溢油模型[2~8]

在溢油擴展模擬理論方面，Okubo(1962)總結現場資料，建立了油膜擴散的經驗模式。Blokker（1964）只考慮重力和溢油體積的影響，忽略表面張力和粘性力，得到了油膜擴展理論。Fay(1969,1971)在這方面進行了開創性的工作，他基于重力、表面張力、慣性力和粘性力的作用，提出了油膜擴展三階段理論，它們兩兩平衡，形成擴展過程的三個階段。包含慣性擴散階段、粘性擴散階段以及表面張力擴散階段。Lehr模式考慮了流場及風場對油膜擴散的影響，認為油膜成橢圓形擴展，橢圓長軸在風和流場的合成方向上。該模式正確反映了油膜在風向上拉長的現象。

在溢油模型模擬方面，國外的相關模型多數是針對海洋溢油擴散的模擬，也有少數針對或可被應用于內河的模型，其中比較著名的模型有RiverSpill、Wpmb、NRDAM、MIKE21/3和ROSS系列。國內比較成功的系統包括俞濟清、魏敏、黃立文等在舟山港建立的溢油模擬信息系統，焦俊超、熊德琪、楊立等在珠江口區域海上溢油應急預報信息系統、馬安青等在渤海灣建立的溢油預測系統、安偉、王永剛等建立的中國近海海上溢油預測和決策支持系統。

2.3 Fay模型

根據以上分析推薦采用采用費伊（Fay）油膜擴延公式作為溢油事故污染風險預測模型。費伊把擴展過程劃分為三個階段：

在慣性擴展階段，油膜直徑為：

在粘性擴展階段：

在表面張力擴展階段：

在擴展結束之后，油膜直徑保持不變：

在實際中，膜擴散使油膜面積增大，厚度減小。當膜厚度大于其臨界厚度時（即擴散結束之后，膜直徑保持不變時的厚度），膜保持整體性，膜厚度等于或小于臨界厚度時，膜開始分裂為碎片，并繼續擴散。一旦擴展成膜后，油膜會在水流、風生流作用下產生漂移，同時溢油本身擴散的等效圓膜還在不斷的擴散增大。因此，溢油污染范圍就是這個不斷擴大而在漂移的等效圓膜。如果膜中心初始位置在S0，經過Δt時間后，其位置S由下式計算：

油膜運移矢量預測模型見下式：

其中，V油，油膜運移速度；V流，水面流速；V風，水面10m高處風速；Q，風速對水流的貢獻率，取經驗值3%。計算油膜漂移的主要目的在于確定油膜質心的運動軌跡，預測油膜的登陸時間和地點。

3 實例

江蘇省泰州引江河二線船閘等級為Ⅲ級，近期船型主要以500噸級、300噸級頂推船隊和100噸級拖帶船隊為主。由于船閘位于引江河，為安全起見，假設運輸船舶有溢油事故發生。事故溢油主要為船舶自身的燃料油，根據500噸級船載儲油量按照一天計約5噸，一旦發生船舶相撞導致漏油現象，船方會立即啟動應急程序，對燃料油進行圍堵、蘸、吸，并通過相關部門應急救. ，但會有少部分油會泄露。如果發生泄漏事故，風向因素對不溶于水的在水面漂浮的污染物的移動影響較大，如果風向為朝岸，則對岸邊的生物有影響，如果為離岸風，則對岸邊敏感目標影響較小。根據區域氣象條件相關資料，本地區春夏季主導風向東南、東，秋冬季主導風向東北、東，常風向東北，年平均風速3.2m/s。引江河平均流速0.88m/s,水面寬100米，在主導風向、平均風速情況下，計算結果見表1和2。

由表中事故溢油預測結果表明：在不采取措施時漲急情況下燃料油污染的最大擴散距離7.36km；落急情況下燃料油污染的最大擴散距離16.85km。在約226分鐘后，油膜達到臨界厚度0.06mm，繼而油膜將會被破壞，呈分散狀，油膜破壞后，將在水力和風力作用下繼續發生蒸發、溶解、分散、乳化、氧化、生物降解等，即受環境因素影響所發生的物理化學變化，逐步消散。因此溢油事故一旦發生對引江河水質產生污染影響。長江位于高港樞紐二線船閘上游約2km，漲急情況下，發生溢油事故若不采取措施將會對長江水質造成影響。泰州市備用水源地位于船閘下游約17km,落急情況下，發生溢油事故，若不采取措施將會對泰州市備用水源地水質造成影響。

表1 高港樞紐二線船閘溢油事故影響范圍(漲急)

表2 高港樞紐二線船閘溢油事故影響范圍(落急)

4 結論

Fay理論揭示了油膜自身的擴展機制，但在實際應用中應考慮流場及風場對油膜擴散的影響。在風速和流速影響下，油膜成橢圓形擴展，橢圓長軸在風和流場的合成方向上。建議在環境風險影響評價采用Fay模式及考慮風速和流速模型，實例研究表明其操作性和可行性較好。

[1]建設項目環境風險評價技術導則.HJ/T 169-2004

[2]胡二邦.環境風險評價實用技術、方法和案例.北京：中國環境科學出版社，2009.2

[3]交通部科學技術情報研究所.海上溢油防治新技術.北京：中國環境科學出版社，1991

[4]夏永明.石油儲運過程中環境污染控制.北京：中國石化出版社，1992

[5]S Contini,A Servidal.Risk analysis in environmental im原pact studies.Environmental Impact Assessment,1992:79-103 [6]Asian Development Bank.Environmental risk assessment. Office of the Environment.ADB.1990

[7]于立見.定量風險評價中泄漏概率的確定方法探討.中國安全生產科學技術，2007,3（6）

[8]中石化青島安全工程研究所.石化裝置定量評估指南.北京：中國石化出版社，2007:

X4[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-384-2