基于遙感衛星影像的內河油品碼頭溢油事故風險影響研究

基金項目：

廣西重點研發計劃資助“公路跨敏感水環境保護和風險防控關鍵技術研究（自籌）”（編號：桂科AB22080021）

作者簡介：

馮進仕（1976—），工程師，研究方向：市政工程、環境治理。

摘要：文章以貴港港總體規劃修編為例，基于遙感衛星影像，通過高動態的影像更新解決水動力模型動邊界問題，利用MIKE21溢油模型，分析規劃的油品碼頭岸線在不同情景下發生溢油事故后對下游環境敏感區的影響，從規劃層面分析油品碼頭岸線布置的環境合理性，并提出相應的調整建議和保護措施，從源頭降低規劃油品岸線對區域環境的風險影響，以實現港口規劃與環境保護協調發展。

關鍵詞：遙感影像；內河油品碼頭；溢油模型；MIKE21

中圖分類號：U656.1+32文獻標識碼：A 63 207 3

0 引言

過去二十年，我國成品油需求規模不斷增加，未來成品油需求仍將保持在一個較高的水平［1］。成品油水上運輸作為成品油供應鏈的重要一環，其運輸量隨著成品油流通與貿易逐漸增長。為適應這一需求，內河港口規劃中往往新增配套布置有油品碼頭，用于成品油水上運輸的接卸。

油品碼頭接卸過程操作不當，是發生溢油事故的主要原因之一。根據統計，全世界溢油事故發生在港口的占比為92%，發生在水上的占比為8%［2］。河流中往往分布有大量的自然保護區、集中式飲用水水源保護區以及魚類產卵場、索餌場及越冬場等環境敏感區，若油品碼頭岸線選址不合理，一旦發生溢油事故，可能會對下游環境敏感區造成極大危害。

本文以貴港港總體規劃中擬設置的黃村油品碼頭岸線為例，采用溢油模型，分析不同情境下油品碼頭發生溢油事故后對下游環境敏感區的影響程度，判斷油品碼頭岸線選址的環境合理性，并提出相應的調整建議和保護措施，為實現港口規劃與生態環境保護相協調提供參考。

1 規劃概況

貴港港總體規劃范圍為貴港市境內的郁江、潯江以及黔江河段，規劃有黃村油品碼頭岸線，位于桂平市黃村附近的郁江河岸，主要運輸油品均為汽油和柴油。岸線下游約5.3 km為桂平樞紐，岸線下游9.2 km處黔江與郁江匯合形成潯江。

黃村油品碼頭下游40 km內分布有10處環境敏感區，包括6處集中式飲用水水源地取水口、1處魚類產卵場、3處魚類越冬場及1處魚類索餌場。其中，銅鼓灘桂平三江口東塔魚類產卵場是我國第二大、廣西第一大淡水魚類天然產卵場，系珠江水系西江段最大的草魚、青魚、鰱魚、鳙魚、鯪魚、鳊魚、鰣魚等魚類的天然產卵場。

2 基于遙感影像的河道邊界提取

由于天然河道中的江邊灘涂、江心洲的范圍會隨著季節、庫區調蓄造成的水位波動而發生改變，也給預測造成了一定困難。因此，本次研究選擇夏季豐水期最不利影響和平水期兩個時段，通過選擇研究區域Landsat8影像，經過正射校正、大氣校正、圖像融合等預處理，選取band5、band6、band4三個波段進行組合，較為精確地提取了河道邊界。如圖1所示。

3 溢油模型

3.1 模型簡介

當溢油進入水體后，油膜組分將經歷一系列復雜的變化過程。首先，油膜會擴展、漂移和擴散，維持一定的輸移速率。與此同時，油膜中的組分保持相對恒定。然而，油膜在水體中會遭遇風化過程，其中涉及蒸發、溶解和乳化等反應。這些風化過程會導致油膜中的組分發生改變，從而對水體環境產生影響。總體而言，溢油的影響是一個復雜的動態過程，受到多種因素的影響，包括水體流動性、環境溫度、化學性質等［3-4］。丹麥水利研究所研發的MIKE21軟件是一個專業的工程軟件包，其中的溢油模塊（OS）采用粒子隨機走動法，在構建完成二維水流模型的基礎上，考慮了溢油揮發、溶解、乳化等風化過程，可預測油類在水體中的漂移擴散路徑及對水域的污染范圍，定量分析溢油污染對環境敏感區的影響程度。

3.2 二維水流模型

3.2.1 模型的基本原理

研究河段河道水流特征較為平穩，可采用水深平均的平面二維淺水數學模型，但同時也存在局部不規則區域的地形，針對這些較為復雜的區域，采用正交曲線坐標求解后進行網格數據的補充。

3.2.2 計算條件選取

根據收集到的當地地理環境特征，河道糙率系數為0.021～0.033。通過考慮事故源的位置和風向的影響，能夠更全面地預測可能的風險擴散情況，這有助于制定針對性的應急措施和風險管理策略，以最大程度地減少可能的損害。風速選取當地的年平均風速為2.49 m/s，而風向則選取西南風（SW）吹向城市區域。

3.2.3 模型建立及驗證

3.2.3.1 河道范圍選取

黃村油品碼頭計算河段范圍選取郁江上至黃村、黔江上至黔江大橋，下至潯江大湟江口下游3.5 km，模型全長約40 km。計算范圍網格數為9 138個，節點數為5 677個。模型計算范圍地理位置及計算河段高程見圖2。

3.2.3.2 水位及流速驗證

黃村油品碼頭岸線計算河段沿程分布有桂平水文站及大湟江口水文站。經綜合考慮，在沿程增設2個水文驗證斷面（即圖2中的1#、2#驗證斷面），對左、右岸水位、斷面流速分布等進行觀測。

各水文驗證斷面水位計算值與實測值比較結果見表1，斷面流速計算值與實測值比較結果見圖3。對比結果顯示，水位計算值與實測值偏差均在0.1以下，流速計算的斷面流速分布與實測流速分布趨勢基本接近，大部分測點流速誤差均在0.05 m/s以內，個別流速誤差為0.2 m/s，表明模型基本能夠反映本河段流速情況。

通過對模型水位和斷面流速分布進行率定驗證，結果顯示選用的糙率系數在反映河道綜合阻力方面表現出良好的匹配性。 模型成功地模擬了河段內水流的運動規律，這意味著可以在特定情景下使用這個模型進行有效的計算分析。 因此，這個模型具備了進行溢油泄漏風險評估的潛力。然而，模型的準確性仍受到多種因素的影響，包括水流的復雜性、地形變化以及外界環境的變化等。 因此，在實際應用中，需要結合實地數據和實際情況，綜合考慮不同因素，以保證模型的可靠性和精確性。

4 溢油事故情景設定

溢油事故發生地點選取在黃村油品碼頭前沿；泄露油品種類選取吞吐量較大的柴油作為預測因子；溢油量根據《水上溢油環境風險評估技術導則》（JT/T1143-2017），按設計代表船型（3 000噸級）的1個貨油邊艙的容積確定，容積為320 m3；根據目前國內船舶油品泄漏應急處置相關要求，油品泄漏事故能在30 min內將事故控制，因此模型按溢油在30 min均勻泄露完畢；水文條件根據《水上溢油環境風險評估技術導則》（JT/T1143-2017），選擇豐水期、平水期分別進行預測，其中豐水期流量采用10%保證率的月均流量，平水期流量采用多年平均流量。

5 溢油模擬結果分析

在豐水期、平水期條件下，黃村油品碼頭前沿水域發生溢油事故時，油膜達到下游環境敏感區時間如表2所示；油膜軌跡如圖4～5所示。

（1）根據預測結果，豐水期水文條件下，黃村油品碼頭發生溢油事故后，油膜最快2.68 h到達下游最近的環境敏感區；平水期水文條件下，油膜最快10.62 h達到下游最近的環境敏感區。

（2）在不同水期情況下，油膜達到各環境敏感區時間差異較大，說明河流流速是影響油膜向下游擴散速度的主要影響因子。

6 溢油事故應急措施建議

溢油事故發生后，油膜的漂移和擴散將造成河流水質污染，危害飲用水水質安全及水生生物原有生存環境，造成污染水域內短期的魚類急性中毒和長期的可能致突變性等問題，須制訂完善的環境風險防范措施和應急預案，在事故發生后及時響應，防止溢油擴散到下游環境敏感區，降低經濟損失和環境污染。

（1）可在油品碼頭設置獨立的應急資源儲備庫，按照《港口碼頭水上污染事故應急防備能力要求》（JT/T451-2017）儲備常用的溢油應急處置物資，包括圍油欄、吸油氈、收油機等。油品碼頭運營單位制定環境風險應急預案，環境風險預案應加強與海事、交通、生態環境等相關部門的應急聯動。

（2）加強油船在停靠碼頭或作業期間的環境事故風險防范，應在周邊設置阻燃型圍油欄；一旦發生溢油事故，應盡早在溢油事故點下游設置圍油欄，防止溢油進一步向下游環境敏感區擴散；同時，黃村油品碼頭下游有桂平樞紐，環境敏感區均位于桂平樞紐下游，一旦發生溢油事故時，可通知樞紐管理單位，減少樞紐下泄量，減緩河流流速，從而達到控制溢油向下游擴散的目的。

7 結語

本研究利用遙感衛星影像，通過預處理后解譯提出了較為精確的河道邊界。由于常見的Landsat、Sentinel-1衛星影像周期一般在十余天，高動態的影像更新為解決水動力模型動邊界問題提供了一個新的解決思路。通過利用MIKE21的溢油模型，預測貴港港規劃的黃村油品碼頭發生溢油事故后對下游環境敏感區的影響。結果表明，在不利條件下，該碼頭前沿發生溢油事故后，油膜達到下游環境敏感區時間＞2 h，有較為充足的時間來啟動應急預案；在及時采取相應應急措施前提下，可確保溢油不會對下游環境敏感區造成影響；從環境角度看，該油品岸線選址較為合理；發生溢油事故后，可在溢油事故點下游設置圍油欄，并聯動下游樞紐，采取減少樞紐下泄量等措施，控制溢油向下游擴散范圍。

通過MIKE21溢油模型，可直觀體現規劃的油品碼頭岸線對下游環境敏感區的影響程度，反映岸線選址的合理性，從環境保護角度為港口規劃提供相關調整建議和保護措施，以實現港口規劃與生態環境保護協調發展。

參考文獻

［1］邢治河，仇 玄，魏 昭.中國成品油供需關系演進二十年回顧與“十四五”展望［J］.油氣與新能源，2015，54（17）：4 173-4 176.

［2］孫守鎮.錦州港溢油風險評價及應急管理研究［D］.大連：大連海事大學，2009.

［3］趙云英，楊慶霄.溢油在海洋環境中的風化過程［J］.海洋環境科學，1997（1）：49-56.

［4］陳命男.海上溢油風險的數值模擬預警［J］.環境影響評價，2014（1）：21-23.