常州市水源地水污染风险等级判定

尹 亮，逄 勇，2，潘 晨，朱心悦，李 金

(1.河海大学环境学院，江苏南京 210098;2.河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室，江苏南京 210098;3.常州市环境监测中心江苏常州 213001)

随着经济的快速发展，人口的日益增加，我国饮用水水源地的安全面临巨大的挑战。近20 年来，饮用水水源地突发性水污染事件频繁发生，带来了巨大的经济损失。常州是长江中下游地区的重要城市，而长江作为常州市饮用水源地，其潜在水质下降及突发水污染事故的影响将严重威胁到常州市乃至更广范围人们的生活安全、经济发展和社会稳定。开展常州市饮用水源地风险等级判定研究，对常州市饮用水安全及环境保护规划具有重要的意义。

目前国内外一些专家对水污染风险进行了研究。徐峰等［1］在各种水质模型的基础上，推导出一系列适用于水环境风险评价的定量估算公式，以用于危险源识别、特征等浓度线确定、事故特征危害区与危害时间估算等方面;祝慧娜等［2］在考虑河流水环境脆弱性及污染水体对人类健康危害性两个因素的基础上，建立了对河流水环境污染风险的模糊综合评价模型;李如忠等［3］在定义三角模糊参数的基础上，通过将一维稳态水质模型参数模糊化，建立了模糊水质模拟模型，并根据模拟结果，对控制断面水质状况进行风险分析;杨柳俊［4］针对阳鸿石油码头突发性水污染事故进行风险评价，主要研究了油污染事故的风险;文献［5-12］通过建立水环境健康风险评价，定量地描述环境污染对公众健康的危害程度;胡二邦等［13］概括了突发性水污染事件的概念，并对河流突发性污染事件的风险评价理论作了一定的梳理和归纳，提出了对突发性水污染事件进行风险评价的设想，所建议的评价内容和体系基本参考化工、工程类风险评价，即包含危害识别、事故频率和后果估算、风险计算以及风险减缓4 个阶段;Jenkins［14］提出对历史数据中几个信息量记录丰富的突发性事故进行深度分析，从中找出所有潜在可能发生的事故都可能具有的相似信息指标，以其中某几次典型的溢油事故为标准，对所有可能发生事故进行评估，从而达到对事故造成的损失程度进行评估的目的;Soctt［15］提出“环境事故指数”法，该评估模型主要是针对事故突发性化学污染，先将决定事故影响后果的各因素进行分级，再运用评价模型，对由事故引起的地表水环境、土壤环境以及地下水的影响后果进行识别和半定量分级，达到风险评估的目的。

1 研究区域概况

常州地处江苏省南部，沪宁线中段，属长江三角洲沿海经济开放区。北倚长江天堑，南与宜兴市交界，东濒太湖与无锡市相连，西与镇江市接壤。

常州市属太湖流域上游地区，京杭大运河自西北向东南经市区穿越过境，由诸多北、南支流通长江以及太湖、滆湖、洮湖等主要湖泊，构成纵横交错的水网地区。

常州市新北区水网密布，水系发达，长江在新北区北部通过，境内主要南北向河道有浦河、新孟河、剩银河、德胜河、小龙港、澡港河、桃花港等。澡港河向南又衍生出老澡港河东支。其中德胜河和澡港河肩负非汛期从长江引水、汛期向长江排水的任务，所以德胜河和澡港河均为双向流河道。研究区域河流水系概况见图1。

2 水量水质模型建立

2.1 二维非稳态水量模型方程及求解方法

二维浅水水流方程和对流-扩散方程的守恒形式可表达为

图1 研究区域水系

其中，q=［h，hu，hv，hρ］T，为守恒物理量，

式中:h 为水深;u 和v 分别为x 和y 向垂线平均水平流速分量;ρ 为污染物垂线平均质量浓度;g 为重力加速度。

源(或汇)项b(q)为:

其中

式中:S0x和Sfx分别是x 向的水底底坡和摩阻底坡;S0y和Ssy分别是y 向的水底底坡和摩阻底坡，Di为扩散系数，∇为梯度算子，∇·∇=∇2是Laplace 算子。

研究模型应用有限体积法及黎曼近似解对方程组逐时段、逐单元进行数值求解，从而模拟出长江的水流过程和相应的污染物输运扩散过程。模拟过程为:首先根据计算区域的天然地形及排污口的位置，用无结构网格使计算区域离散化;然后逐时段地用有限体积法对每一单元建立水量、动量和浓度平衡，确保其守恒性，用黎曼近似解计算跨单元的水量、动量和浓度的法向数值通量，保证计算精度。

2.2 模型参数选取及率定

参数选取及率定根据以往对长江江段模型的研究［16］，长江常州段水量水质模型参数值见表1。

表1 二维水量水质模型参数

3 水源地水污染风险等级判定

3.1 风险等级判别公式

对于某个固定的风险源，其风险值由多个风险指标值确定［17］，计算公式如下:

式中:δij为第i 个风险源的第j 个风险指标值;ωij为第i 个风险源第j 个风险指标的权重。

3.2 风险指标选取

风险事故作用于风险受体的危害性，体现在风险事件向风险受体输送的污染物类型，以及作用于风险受体后对受体环境质量的影响和破坏程度;风险事件发生后对风险受体构成威胁在时间上的紧迫性，即自风险事件发生后污染物输移至风险受体处、引起受体损害之前，可采取应急措施的时间间隔;风险事件发生后对风险受体影响的持久性。基于此考虑，选取最大水质超标类别、水质超标持续时间、污染团到达时间这3 项指标为风险事故危害指标的指标，分别对风险事件作用于敏感受体的危害性、紧迫性及持久性进行描述。

3.3 风险事故指标阈值确定

①最大水质超标倍数的确定主要通过对常州地区污水处理厂处理能力的调查后得到。污水处理厂对污染物质的去除率均大于80%［18］，换算后得到，若水质的最大超标倍数在2 ～3 倍左右时自来水厂能够处理达标，故将3 倍以下的超标倍数定义为低风险;②超标持续时间主要是通过对污水处理厂的应急供水能力的调查得到，对突发性风险的处置与各水厂应急供水能力与水厂设计规模和处理池大小有关。调查了解到常州还有2 个备用水源地，分别为小河水厂和西石桥水厂，风险事故能在一定时间内得到良好的应对，故将2 h 的超标持续时间定义为低风险;③污染团到达时间的阈值与事故应急反应能力有关，通过建立应急反应机制在0.5 h 内能够反馈污染信息并对污染事故采取相应措施，故将0.5 h 的污染物到达时间定义为低风险。

根据提供的排污工业企业资料，本研究中企业风险等级主要考虑企业的行业类别以及废水排放量。风险较大的行业主要为化工行业。

对于极低风险、中风险和高风险指标则在低风险指标选取原则上参考文献以及结合专家小组法得出，常州滨江地区风险事故危害程度指标的阈值划分见表2。

表2 风险事故危害程度指标的阈值划分

3.4 风险源识别

魏村水厂水源地的主要风险源为3 个，分别是德胜河排口、澡港河排口以及污水处理厂排口。详见表3。

表3 风险源强信息

在非汛期，德胜河主要流向为由北向南，主要功能为从长江引水;在汛期，德胜河主要流向为由南向北，主要功能为向长江排水。根据常州内河段的污染源调查，德胜河周边有11 家工业企业的工业废水直接进入德胜河水体中。又根据内河段的水质评价，在汛期，德胜河水质有超标的现象发生，若此时开闸排水，会对魏村水厂取水口的水质产生不利影响。

澡港河位于魏村水厂取水口下游，经过污染源调查，有53 家企业的废水是直接排入澡港河中，又因为澡港河与老澡港河相连，常州深水城北污水处理有限公司的废水排入老澡港河，所以在澡港河周边的直排企业和常州深水城北污水处理有限公司的废水超标排放的情况下，澡港河会对魏村水厂的取水口水质产生不利影响。澡港河周边还有风险较高的26 家化工企业。

污水处理厂直排入长江的主要包括4 个污水处理厂，分别是常州新区自来水排水公司、常州市深水江边污水处理有限公司、常州市百丈污水处理有限公司、常州西源污水处理有限公司。当污水处理厂出现事故排放时，会对长江水质产生一定的不利影响，在长江受潮汐影响倒流时，会对魏村水厂取水口的水质安全造成一定的威胁。在排入这些污水处理厂中的企业包括27 家风险较高的化工企业。

3.5 水厂取水口风险等级判定

根据调查得到的风险源最大可信事故排放量及污染因子(COD、NH3-N)，通过设计水文条件下的二维非稳态水量水质模型的计算，根据计算结果结合建立起的风险判别模型，对各风险源对于取水口的风险影响进行风险等级判别(对COD 和NH3-N 风险等级最高的情况进行判别)。水质标准参照GB 3838—2002《地表水环境质量标准》。根据风险等级综合分级(表4)得到各风险源对取水口的风险等级判定(表5)。

表4 风险等级综合分级

表5 各风险源对取水口风险等级判定

4 判定结果分析

根据建立的风险判定模型得到3 个概化的风险源对魏村水厂取水口的综合风险为低等级。从各个风险源的各项指标的判定中可以看到，澡港河和污水处理厂的企业风险等级较高，为中等风险，主要由于这两个风险源中工业企业较多，而德胜河风险源的污染团到达时间指标为中等风险，主要因为德胜河入长江口处距离魏村水厂取水口距离较近，一旦德胜河水质出现恶化情况，将会在较短时间内影响魏村水厂取水口的水质安全。

5 结 语

从常州长江段水源地安全角度出发，通过建立长江常州段水量水质数学模型，并结合研究区域的污染物分布及水文情势状况，以常州长江水源地为风险受体，建立起风险源与风险受体紧密联系的风险判别体系。判别体系主要考虑风险源进入水体后的迁移扩散等对风险受体构成风险威胁的影响程度，运用风险指标对影响程度进行量化分析，从而进行对风险源以及风险受体的综合风险判定。这种风险判别的方法由于对有毒的特异物质以及迁移转化研究进展的限制，故针对特异有毒物质的风险判定有待进一步深入研究。

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