橫沙深水新港突發溢油對長江口水源地影響和對策研究

徐健++夏雪瑾++馮文靜++李琦

摘 要：本文探討建立了長江口水源地突發水污染事故模擬模型，開展了新橫沙成陸開發和深水新港建設條件下多情景的突發水污染事故模擬，分析了橫沙深水新港突發溢油對長江口水源地的影響，并針對長江口水源地應對突發水污染事故提出對策建議。

關鍵詞：橫沙；長江口；水源地；溢油；對策

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2016）12-0058-03

新橫沙位于橫沙島以東、長江口北港和北槽之間，該區域擁有獨特的區位、岸線、航道、灘涂和泥沙資源優勢，是上海新一輪開發重點關注區域。新橫沙距離青草沙、東風西沙和陳行水源地較近，其中青草沙水源地位于南北港分汊口、長興島西北側，是上海市最大的飲用水水源地，供水人口已達到1300萬。研究新橫沙成陸開發和深水新港建設對長江口水源地影響，提出應對突發水污染事故的對策措施，對保障上海供水安全具有重要意義。

1 長江口水源地布局

長江口分布有青草沙水庫、東風西沙水庫和陳行水庫3大飲用水水源地，長江口水源地現狀格局見圖1。

青草沙水源地（水庫）位于長江口江心，南北港分流口下方，由長興島西側的中央沙和北側的青草沙以及北小泓、東北小泓等灘涂和水域構成，水庫庫容4.35億m3，建設總面積約70km2，工程設計總規模719萬m3/d，在咸潮期最長可確保68天連續供水。陳行水源地（水庫）位于長江口南支南岸寶山羅涇鎮，西接寶鋼水庫，東鄰羅涇港區。水源地由2座取水泵站、一座調蓄水庫和兩個輸水泵站組成。取水泵站規模分別為160萬m3/d和 430萬m3/d，調蓄水庫庫容約960萬m3，輸水泵站規模分別為40萬m3/d和 166萬m3/d。水庫面積約133.6萬m2，設計最高水位7.25m，最低水位0.50m，常水位5.50m，經過擴容改造后陳行水庫有效庫容為950萬m3。東風西沙水庫工程位于長江口南支上段，崇明島西南側。上口與白茆沙北水道相接，下游出口與廟港口門相鄰。水庫由東風西沙與崇明島之間的夾泓形成，庫體呈狹長型，上寬下窄，呈西北—東南軸向，庫體面積約3.74km2，近期水庫最小調蓄庫容為478.5萬m3，遠期水庫最小調蓄庫容為890.2萬m3。工程設計近期供水規模21.5萬m3/d，遠期供水規模40萬m3/d，配套輸水泵站規模40萬m3/d。

2 建立長江口水源地突發水污染事故模擬模型

為建立基于Web-GIS的長江口水源地突發污染預警系統平臺，在收集、調查、整合利用長江口地形、工況、氣象、水文等數據信息的基礎上，研發了氣象、海洋、水文、環境等實時數據與三維水動力模型的數據交換接口，建立了長江口杭州灣三維水動力模型。通過引進消化吸收美國ASA開發的溢油OilMap專業模型軟件系統，研究了OilMap模型的原理機理、基本方程和數值計算方法，以及水動力模型與OilMap模型無縫鏈接的數據交換接口，建立了長江口水源地突發污染預警模型。

2.1 長江口水動力模型

利用開源三維水動力與輸沙模型-ECOMSED，建立長江口杭州灣大范圍海域三維流場自動預報模型，為溢油模型和化學品模型提供流場條件，實現流場計算與NetCDF格式轉換的無縫耦合，便于突發污染預警系統的集成開發。

水動力模型研究范圍包含長江口杭州灣大范圍水體，長江上游邊界取在江陰，海域東邊界為東經123°，南邊界在北緯29°30'，北邊界在江蘇呂四港以北北緯32°15'，如圖2所示。網格數146×131，垂向分為6層，計算時間步長為10s。

2.2 溢油模型

溢油事故的模擬預測應用美國應用科學協會（ASA）開發的OilMap模型，該模型在美國本土、中東以及歐洲等地區得以廣泛應用，在溢油風險分析、應急處置等方面已有較為深入的應用。OilMap模型包括油膜軌跡計算模塊、概率計算模塊等，如圖3所示。用戶可以通過選擇預測、溯源兩種模式，分別對油品溢漏軌跡進行進行預測、追溯模擬。

OilMap模型中溢油最初用一系列的溢油點表示，每個溢油點平均表示溢油總量的一部分。通過溢油點模擬溢油在風場和流場的作用下，伴隨隨機擾動分散作用的平流輸送。同時，可模擬油品所發生蒸發、擴散、進入水體、乳化以及吸附到岸邊的情況。OilMap模型可快速模擬圍油欄使用的效果，為溢油事件的應急處置提供決策支撐。

3 橫沙深水新港突發溢油對長江口水源地影響

根據橫沙深水新港建設對長江口水源地風險識別結果，分析LNG裝卸碼頭和石油儲備庫等固定源和船舶事故移動源引發的突發溢油事故對長江口水源地的影響。采用長江口水源地突發水污染事故模擬模型，開展橫沙深水新港突發溢油事故的案例多情景模擬計算分析。

3.1 方案設計

（1）固定源。根據橫沙深水新港平面布置方案和功能定位，假定在橫沙深水新港出口處發生突發溢油事故，位置示意圖見圖4。在方案選取時，分別考慮漲潮期和落潮期，風場考慮采用全球預報系統原預報風場、假定恒定不利常態風場（5.5m/s）和假定恒定不利風向風場（10m/s）時發生溢油事故模擬，共設置6個方案，詳見表1。

（2）移動源。以2016年7月13日，實際發生的長江常熟附近水域溢油為例，進行實際風速和流場條件下的模擬，橫沙深水新港移動源突發溢油事故方案見表2。

3.2 橫沙深水新港突發溢油對長江口水源地影響分析

在方案一假定情況下，溢油上溯5.8km后轉向往北進入江蘇海域。在方案二假定情況下，溢油上溯5.9km后轉向往北進入江蘇海域。在方案三假定情況下，溢油上溯7.4km后往北進入江蘇海域，最終吸附在江蘇南通岸邊。在方案四假定情況下，溢油先是隨著落潮流往外海方向，并繼續往東北方向遷移擴散。在方案五假定情況下，溢油先是隨著落潮流往外海方向，并受潮流和風場的共同影響在崇明東部海域往東北方向遷移擴散。在方案六假定情況下，溢油先是隨著落潮流往外海方向，并受潮流和風場的共同影響，逐漸向江蘇海域遷移擴散。在假定的留個方案情況下，橫沙深水新港突發溢油未對長江口水源地造成影響。方案一～方案六溢油軌跡線見圖5。

方案七713常熟溢油事故發生后，溢油沿著南支進入南港，之后進入南槽和北槽，部分被吸附在長江南岸、九段沙、橫沙島等岸邊，對陳行水庫、九段沙濕地等影響較大。溢油軌跡線見圖6。

根據橫沙深水新港突發溢油對長江口水源地影響初步分析結果，在汛期橫沙深水新港固定源突發溢油未對長江口水源地造成影響。713常熟溢油事故，對陳行水庫、九段沙濕地等敏感區域產生影響。隨著橫沙深水新港的建設和上海市航運中心的不斷發展，船舶通行量將進一步增長，長江口水源地周邊船舶事故引起的移動源環境風險將隨之加大。

4 長江口水源地應對突發水污染事故的對策措施

4.1 加強船舶航運安全管理，防止突發性水污染事故發生

一是分類分級修訂船舶及其設施、設備的相關環保標準，依法強制報廢超過使用年限的船舶。二是加強船舶污染處理系統建設。對航行于我國水域的國際航線船舶，要實施壓載水交換或安裝壓載水滅活處理系統。三是實施危化品水上適運性評估制度。四是推動長江危險化學品運輸企業轉型升級，嚴格航運市場準入管理。五是加強航運警示標建設和通航安全管理，進一步優化航道航線。

4.2 更加注重主動防范風險，發揮工程性措施防控水質效益

一是加強長江口水源地取水口設置防油攔污設施建設。為了提高長江口水源地安全取水和避污引清能力，有必要在取水口及岸邊水閘引水口周圍一定區域設置防攔油污設施，有效防止水上漂浮物或油污進入水庫取水蓄水系統。二是加強輸水口泵站安裝應急處理裝置建設。借鑒國內外應急處置突發性水污染事件的凈水效果和成功經驗，在輸水口泵站安裝粉末活性炭投加裝置，可有效緩解突發性水污染事件的污染影響和原水中典型致嗅味物質含量的上升。

4.3 更加注重應急能力建設，完善水源地安全應急保障體系

一是著力健全應急組織體系，提高組織保障能力。按照“誰主管，誰負責”原則，各自承擔相關工作。要加強應急搶險物資裝備的儲備、補充、更新、維護保養，以滿足突發事件應急搶險需要。保障政府資金投入支持，加強通信技術與信息技術融合應用。二是著力完善應急處置預案，提高應急響應能力。為提高長江口水源地風險防范能力、供水保障能力和應急處置能力，針對水源地易遭受突發水污染事故水質安全風險，以健全完善長江口水源地突發水污染事件應對工作機制，不斷完善適用于長江口水源地突發事件的應急處置預案。

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上海市科學技術委員會科研計劃項目“新橫沙成陸開發和深水新港建設可行性關鍵技術研究”（15DZ1202400）、上海市海洋局科研專項“長江口杭州灣水域納污能力及限制排污總量研究”（滬海科2014-01）項目資助。