提升內河航道溢油環境風險評價與管理有效性的研究

楊美臨，郝紅升，韓方虎

(1.云南省環境工程評估中心，云南 昆明 650032；2.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650051；3.中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司，廣東 廣州 510663)

0 引 言

與陸路運輸相比，內河航運具有運載量大、成本較低等特點，大量承擔著我國石油、化工、電力、機械等重點物質的運輸任務。近年來，我國內河航運進入了快速發展時期，水運貨運量持續增長，截至2013年底，內河航道的通航里程達到12.59萬km，貨運總量達32.39億t，運輸船舶也朝著大型化、標準化的方向發展[1]。而船舶運輸過程中的環境污染問題也日益突出，含油廢水和生活污水排放已成為影響內河流域水環境質量的一個重要因素[2]。與沿海水域相比，內河具有水面較窄、流速較快、流向固定等特點，內河航運中船舶碰撞、側翻等事故時有報道，往往會造成船舶溢油或運輸的危險品泄露，給航道水域水質帶來污染風險。內河航運所在河段多分布有城鎮飲用水水源地或集中式取水口，如長江經濟帶所涉及的11省市中，除浙江、云南、貴州等少數地區以湖泊或地下水水源為主，大多數省市仍主要依靠河流型飲用水水源保護區供水[3]。其中，上海市黃浦江上游飲用水水源保護區雖經過優化調整，但仍以松浦大橋取水口為備用取水口，黃浦江航道所經的江段靠岸一側仍被劃入一級保護區。同樣，京杭大運河的中運河經宿遷泗陽段分布有泗陽縣竹絡壩水源地，其取水口位于航道所在河段的靠岸一側，為泗陽縣城及眾興鎮、來安鎮、八集鎮約30萬人口提供用水[4]。再如，瀾滄江下游正在開展航道整治前期工作，整治后的航道可常年通航500 t船舶，航道所經江段設有景洪市城區飲用水取水口。目前，我國相關法律法規對內河航道危險品運輸提出了限制性要求，在一定程度降低了危險物質對河道水質的影響；但船舶發生碰撞、擱淺、翻沉、火災等事故造成的溢油事故，仍會在一定時間內嚴重影響居民的正常生產和生活。為提升內河航道溢油環境風險評價和風險管理的有效性，本文從現有內河航道環境影響評價工作中的常用溢油環境風險評價方法入手，分析環境風險評價方法存在的局限性，提出改進的措施和建議以及適合我國內河航道的環境風險防治措施，以期為國內內河航道環境風險評價機防范提供參考。

1 溢油環境風險評價常用方法

1.1 事故源強和概率

由于泄漏量較大、釋放時間短的瞬時溢油帶來的危害往往超過連續溢油，從最不利環境影響角度考慮，一般采用單次風險事件船舶燃料油全部泄露的瞬間最大溢油量作為風險事故源強[5]；溢油事故發生概率一般通過歷史統計資料估算，也有研究認為船舶發生碰撞屬于稀少事件，概率服從離散型二項概率分布[6]。

1.2 擴散尺度和時間

從參數選擇及模型獲取的便捷性考慮，多采取Blokker油膜擴展公式[7]和Fay油膜擴散模型[8]計算擴散尺度，擴散時間由油膜擴散至厚度等于臨界厚度(即油膜打破整體性，一般取10-4～10-3mm[5])的時間進行確定。其中Blokker油膜擴展公式

(1)

式中，Dt為t時刻后油膜的直徑；D0為油膜初始時刻的直徑；γw、γ0分別為水和石油的相對體積質量；V0為溢油量；K為常數，對中東原油一般取15 000/min；t為時間，min。

Fay油膜擴散模型

(2)

式中，D1、D2、D3分別為油膜在慣性擴展階段、粘性擴展階段和表面張力擴展階段的擴展直徑，m；K1、K2、K3為經驗系數，分別取值2.28、2.90和3.20；β=1-ρ0/ρw；ρ0為油的密度；ρw為水的密度；g為重力加速度；V0為溢油量；rw為水的運動粘度系數；δ為凈表面張力系數；t為時間。

式(1)、(2)均適用于平靜水面中油膜呈圓形擴展的情況，主要區別在于Blokker油膜擴展公式僅考慮了重力作用下的慣性擴散；Fay油膜擴散模型則考慮了油膜在重力、粘性力和表面張力作用下產生的擴展，更符合油膜擴展規律。

1.3 油膜漂移距離

油膜漂移距離主要根據整體油膜存在時間、表層流速、上界面風速計算油膜等效圓中心的位移量。其中，表層流速對油膜的影響一般取河流多年平均流速，忽略岸邊反射等復雜作用對油膜漂移的影響；上界面風速對油膜的影響一般按照水面10 m高處風速[9]的2.5%～3%計算[5]。油膜漂移距離具體為

(3)

油膜漂移距離和油膜擴散尺度疊加后通常作為內河航道發生溢油環境風險事故對于環境敏感單位的風險影響距離。

1.4 應急響應時間

溢油事故發生后，理想狀態下應通過應急網絡實時通訊報警，事故所在河段的下游以飲用水取水口為代表的環境敏感單位在收到信息后立即采取應急響應，關閉在河道內的取用水設施，位于溢油環境風險影響距離內的其他環境敏感單位的響應時間必須早于油膜到達時間。其中，飲用水取水口的停止使用時間必須大于溢油前端到達與末端通過所用的時間差[5]，待實時在線監測水質石油類指標穩定達標，事故應急程序關閉，方可重新啟動飲用水取水口。

2 常用評價方法的局限性和改進建議

(1)事故概率及源強估算的準確性有待提高。與國外溢油事件數據庫較為完善相比，我國溢油事故記錄相對簡單且碰撞、擱淺和船身破損等溢油情況的分類統計不詳[5]，尤其是內河航道因船舶碰撞造成燃料柴油泄露入河的事故統計缺乏，進而直接影響事故風險概率計算的準確性。此外，以事故船舶燃油油箱破損導致的全部溢油量作為瞬間源強，從最大可信事故角度出發雖具有一定合理性，但很可能導致估算值遠大于實際值，引起社會群體過度恐慌。為了提高事故發生概率及源強估算的準確性，應建立內河航道溢油事件環境風險記錄系統，詳細全面記錄事故的類型和泄漏值，為后續事故概率和風險源強估算提供有益的參考。

(2)擴散模型應用的局限性有待突破。現有水面溢油擴離散模型的研究較多，受參數選擇及模型獲取難度等因素限制，一般僅計算溢油的擴散尺度。而實際在溢油出現時，油不僅會在重力、粘性力和表面張力作用下在水面產生擴展；同時，還會受河流流場和風力的不均勻運動、破碎波及漩渦等因素的作用發生離散，因蒸發、溶解等現象的出現而發生延展范圍和尺度的變化[9]。僅計算擴散尺度無法完整反映溢油的實際延展范圍。因此，需加強溢油模型應用的廣泛性及特定性研究，開展模型的模擬運算和實踐校驗，做好研究成果的應用和推廣，使油膜非對稱性擴展模型[10]、蒙特卡羅擴散模型[11-12]、瞬時溢油模型[9]、油粒子追蹤模型[13]和溢油風化模型[14]等已研究較為成熟的模型更加適用于內河航道環境影響評價實踐，從而更好發揮模型研究的作用和效益。

(3)油膜漂移計算的客觀性有待強化。油膜在自由水面中主要受表層流和上邊界風應力的驅動進行漂移，但油膜在自然狀態下的內河航道內可能未破碎即已抵達河岸，受到自然江河岸反射的作用，同時受到風浪等非線性波余流的作用[12]。這些均導致油膜漂移軌跡和速度發生變化。此外，目前環評中多采用年平均風速和平均流速直接計算油膜漂移距離，很難獲取河流表層流場和風場的相對完整的長序列數據進行相關分析，這種粗放選擇的參數變量往往導致油膜漂移距離計算與實際相比偏差較大。因此，應收集航道所在河流的風速、流速等基礎資料，采用歐拉—拉格朗日方法計算質心運動軌跡[9]，結合溢油在航道擴離散、平移、輸送的過程時間及近岸地理條件變化，構建適用于特定內河航道的油膜漂移演示模型，有效提升對溢油事故中油膜漂移距離的客觀判斷。

(4)應急響應時間的約束性有待加強。環境風險應急預案很少重視事故應急響應時間的約束作用，主要是由于應急響應時間是基于理想條件下油膜擴展預測，其現實指導意義常受到質疑。同時，應急響應時間對于處理能力和經費的影響并未得到充分關注。實際上，隨著應急響應時間的延長，溢油面積的增大，不僅直接導致圍油欄使用數量、污油的回收量和處理費用的增加，還將帶來飲用水取水口關閉時間的延長、替代供水需求的加大等不利影響[15-16]。因此，必須充分重視應急響應時間的科學預測，做好環境風險事件關聯方的分級聯動，高效科學啟動和關閉應急程序，最大限度降低溢油事故風險事件帶來的社會經濟損失。

3 內河航道溢油風險防控措施建議

(1)內河航道選址須符合飲用水水源地保護要求。按照水污染防治法，飲用水水源保護區一級區內嚴禁開展航道建設；二級區內實施的航道項目應當采取嚴格的水污染防治措施。規范保護區標志及交通警示標識設置，在飲用水水源保護區水域范圍內建設防護隔離工程和應急防護工程，嚴格禁運危險化學品及危險廢物，并要求船舶配備防止運輸物品散落、溢流和滲漏的設備設施。對于暫未劃定飲用水水源保護區的事實取水口，應按照飲用水水源保護區劃分技術規范要求及時開展水源保護區的劃定工作，對于短期內難以建成長效替代水源工程的，則要求航道過船閘遠離飲用水取水口設置，避免候船過閘過程中發生碰撞事故帶來環境風險隱患。

(2)建立全方位環境風險應急管理體系和監測網絡。內河航道應建立干線與支流全覆蓋的應急管理體系；出境河流還應建立國家、區域和地方梯級聯動的應急網絡體系。通過區域應急聯動網絡體系的構建，實現應急通訊互聯、應急響應同步、應急資源共享，做好應急報告制度的銜接，有效實現事故風險的統籌管理、協同調度的聯防聯控。建立內河航道河段地表水水質實時監測監控網絡，結合周圍環境敏感單位科學布設監測點位，全面、有效地掌握影響地表水水質的污染因子、污染程度和變化趨勢，加強監測設備配備和人員技能培訓，不斷提高環境監測技術和管理水平，為環境管理決策提供詳實可靠的數據保障，定期公布水源水質、風險源及管理信息，接受社會監督。

(3)積極推動內河航道溢油應急標準體系建設。我國內河航道存在溢油應急標準研究不足、標準體系不完善、實際指導作用有限等問題，導致應急處置無標準依據，應急物質配備不規范[17]。應加強溢油應急標準的研究和制定工作，通過與國外相關標準進行對標采標，構建我國內河航道包含應急設備配置、溢油清理方法、溢油吸收及回收材料、場地修復方法等在內的標準體系，應急物資應包括設備參數、性能測試、系統應用等有關的性能和技術標準，提高標準的實際指導作用和現場操作性，實現統一規范、依據充分、科學合理的應對溢油應急處置的需求。

(4)強化應急指揮決策和反應技術方案的科學性。國內溢油污染應急指揮決策系統較為落后，溢油應急響應主要依靠經驗判斷和人工操作[17-18]，嚴重制約了溢油應急工作的快速科學決策。通過智能化數據平臺應用，對溢油事故發生點位、油膜運移軌跡及影響范圍進行準確預測展示，利用無人機航拍進行實時跟蹤，可強化應急指揮決策的科學性。制訂有效的應急反應技術方案，應根據流速、河寬和敏感性等不同條件進行選擇快流圍油欄、浮子式圍油欄、防火圍油欄、吸油圍欄等設備[19]，組織專業的溢油應急保障力量，定期開展專業培訓和演練，為應急卸載能力、溢油圍控能力和溢油回收能力的能力保障提供有力的技術支持。

(5)制訂有效可行的應急水源供給保障方案。對于航道河段存在飲用水水源地或其他供水功能的，須制訂應急水源供給保障方案，將水量需求平衡和環境可行性納入應急水源工程的選擇確定及設計布局，落實應急供水安全工程體系；加強應急水源水質日常監管監測，重視水源地及所在區域的污染防控措施，確保應急水源水質達標。作為應急預案的重要組成部分，備用供水方案在事故風險發生后應迅速啟動，在應急響應時間內用水單位須做好原取水口關閉、減壓供水、改路供水等程序的有效切換和銜接，真正將應急水源的供給方案落至實處，最大限度的保障供水安全，降低對正常社會經濟生活的不利影響。

4 結 語

我國內河航運事業已進入標準化、大型化、快速化的發展時期，內河航運以其運載量大、成本較低的特點將迎來航運事業的進一步發展。由于內河航道所在的河流多具有飲用水供水功能，內河航運事業發展帶來的航道溢油風險事件，將不可避免地成為飲用水供水安全隱患。

在環境影響評價實踐中，需提高溢油事故概率及源強估算的準確性，選擇適用的內河航道溢油擴散模型，強化油膜漂移計算的客觀性，更科學地預測應急響應時間，最大限度地降低溢油事故風險事件帶來的社會經濟損失。由于《中華人民共和國防治船舶污染內河水域環境管理規定》禁止在內河水域使用溢油分散劑，以避免因使用溢油分散劑對內河水域環境造成二次污染，這給內河溢油環境風險防控提出了更高的要求[19]。內河航道的選址必須符合飲用水水源地保護要求，飲用水水源保護區一級區內嚴禁開展航道建設，航道過船閘須遠離飲用水取水口設置，嚴格禁運危險化學品及危險廢物，并要求船舶配備防止運輸物品散落、溢流和滲漏的設備設施。針對我國內河航道溢油應急標準不完善的，需要全方位構建我國內河航道的關于應急設備配置、溢油清理方法、溢油吸收及回收材料、場地修復方法等標準體系。此外，內河航道還應發展智能化應急指揮決策平臺，提升應急反應技術方案的科學性和有效性，組織專業的溢油應急保障力量，制訂可靠的應急水源供給方案，最大限度地降低溢油環境風險事故對水環境保護以及供水安全的不利影響。