崇明岛东风西沙水源地风险源辨析

2014-02-17侯成程吴彩娥陈江海

水利技术监督 2014年5期

侯成程吴彩娥陈江海

崇明岛东风西沙水源地风险源辨析

侯成程吴彩娥陈江海

（上海勘测设计研究院，上海 200434）

通过对崇明岛东风西沙水源地潜在风险源项进行的辨析和筛选，确认东风西沙水源地主要的潜在风险源为工业企业和航运船舶；而咸潮入侵、农业面源可归结为一般风险源。针对东风西沙水源地供水的主要功能，提出了水库面临突发性水污染事故时供水和持续时间的平衡关系，同时进行了相关安全风险评估。

潮汐河口水源地；风险源项；平衡关系；评估指标

1 概述

城市水源地为城市生产和生活提供足够的清洁水源，水源地的安全直接关系到城市的供水安全和正常的生产生活运行。随着工农业的快速发展，人为过失或人为破坏等造成的突发性水污染事故时有发生，其不确定和突发性的特点，使其具有短时段内对水源地造成严重污染，从而对水源地的安全供水构成巨大威胁，如2005年11月发生的松花江水污染导致哈尔滨停水4d[1]。

东风西沙水源地位于长江口南北支分叉口下段、崇明岛西南部，其主要是利用崇明岛与东风西沙之间的夹泓建成避咸蓄淡型水库。东风西沙水库主要取引长江淡水，其取水口水质一方面受到徐六泾以上河段来水水质的影响。另一方面长江口南支涨潮流和北支潮水倒灌水体水质的影响。因此，极有必要针对东风西沙水源地可能出现的突发性水污染事故源项进行辨识和分析，以便对水源地建立安全运行机制，确保水库安全供水。

2 水源地风险源辨析

对于东风西沙水源地而言，其突发性潜在风险源主要有：分布于南北支沿岸以及徐六泾上游河段附近的工矿企业、废水处理厂和废物填埋场、仓库和装卸码头等；长江航道上的船舶运输和陆域运输；农业污染源；咸潮和水灾等。

根据风险源发生位置和分布区域的差异，可将以上潜在风险源分为固定风险源，主要有工矿企业、废水处理厂和废物填埋场、仓库和装卸码头等；移动风险源，主要有长江航道上的船舶运输和陆域运输；流域风险源，主要有农业污染源，咸潮和水灾等[2]。

2.1 固定风险源

长江口沿岸分布了海门、启东、南通、常熟、嘉定、宝山等数个工业区，这些工业企业每天都向长江排入大量的工业废水。东风西沙水源地主要有徐六泾来水和北支潮水倒灌，同时南支涨潮流也会对其产生一定的影响。针对徐六泾来水水质情况，根据相关研究表明，NH4-N和TP超标是长江徐六泾江段水体污染的主要特点，1997～2011年徐六泾水体NH4-N有25个自然月未达到Ⅱ类水标准，而TP有47个自然月监测值超过Ⅱ类水标准，有时甚至达到Ⅳ类水标准[3]。对于枯季北支倒灌南支，根据相关文献中实测资料[4～5]，青龙港水域枯季平均COD（Mn）和NH4-N均为Ⅲ类，TP和TN为劣Ⅴ类，在北支倒灌南支时东风西沙水源地水质受倒灌水质影响较为明显。根据青草沙水域工业企业排污情况，2004年污水排放量达26123.7万t[6]。

根据上海市污染源普查和相关资料的统计数据，2011年长江口及徐六泾江段部分工业企业排污负荷为990000万t，其工业废水约占调研所得排污负荷的82%。虽然工业企业排污都有严格的控制，且区域内多年来未发生过重大突发性工业企业污染事故，但考虑到工业企业排污负荷较大，一旦工业企业发生突发性污染事故，将对水源地水质产生重大影响。长江口南北支和徐六泾江段工业企业污染源列为东风西沙水源地主要潜在风险源，对区域内工业企业排污量进行统计，并对排污量较大的工业企业排污口附近水质进行实时监测。

2.2 移动风险源

近几年来，随着长江沿线港口的发展以及上海国际航运中心的建设，越来越多的超大型船舶进出长江口深水航道，船舶溢油和化学品泄漏事件近年来不断发生，对水源地水质构成了严重威胁。据相关文献资料[7]，从1999～2009年上海港共发生各类船舶污染事故173起，累计泄露量达2619.51 t。

东风西沙水源地毗邻长江口南支航道，上游苏通大桥距离东风西沙水库约24km，在夏季大潮苏通大桥涨憩时刻桥墩处溢油100t，油膜约3h即可到达东风西沙水库，东风西沙水库取水口油膜厚度第7h达到最大[8]。东风西沙水源地最近一次溢油事故发生在2012年12月30日下午。当时，长江口上游江苏常熟白茆沙水域一艘装载有400t重油的船只沉没，发生溢油事件。受潮汐作用，12月31日上午溢油开始影响崇明岛，对崇头至南鸽水闸的滩涂、水域造成了严重污染。

考虑到东风西沙水源地紧靠繁忙的长江航运，航运船舶在一定程度上直接威胁着水源地的取供水安全。由于缺少相关部门的相关统计，笔者通过文献检索和相关新闻资料统计了上海港附近船舶泄露事故。表1给出了1978～2012年长江口泄露50t以上的船舶事故16起。

表1 1978～2012年长江口船舶溢漏量50t以上的事故统计表

基于以上数据分析，考虑到随着港口船运发展，水上船舶不仅在数量上逐年增加，同时吨位也不断加大。东风西沙水源地紧靠繁忙的上海港，船舶泄露对水源地的安全构成严重威胁，船舶航运为东风西沙水源地主要的潜在风险源之一。而东风西沙水源地附近没有重要的陆域交通线，因此陆域运输可以不作为东风西沙水源地的风险源考虑。

2.3 流域风险源

长江口为潮汐河口，在枯水期会受到咸潮入侵的影响，使局部河道氯化物浓度超过250mg/L。东风西沙水源地不仅受到南支咸潮入侵的影响，在大潮期北支咸潮倒灌也会影响到水源地，水库最长不易取水天数为26d[9]。枯水期南支咸潮入侵和北支咸潮倒灌的严重程度直接关系到水库的可补水量。东风西沙水源地如果长时段内不能从长江补充淡水，将直接影响到水库的安全供水。

考虑到长江口咸潮入侵外海潮涨潮落的规律性以及咸潮入侵强弱对大通径流量的滞后性[10～11]，可以对水源地氯化物浓度起到预测作用，从而为水源地提前补水起到预警作用；同时，在咸潮入侵较为严重时，三峡水库加大下泄流量进行压咸补淡，也可以对水源地补水起到一定的调节作用。因此，枯水期的咸潮可归结于水源地的一般风险源。

此外考虑到水源地还可能受到水灾的影响，如台风、暴雨等，但相比与其他主要要风险源，其到来的时间基本上可以预知，当面临水灾来临时，，水源地可进行实时调控，因此，水灾可归结为一般险源。

3 潜在风险源风险变量筛选

针对淡水蓄水型水库，其风险来源主要是水库的补供水问题。在面临突发性水污染事故时，如船舶事故泄露、工业企业泄露，除考虑风险源物质本身的风险外，还重点结合水库自身供水要求，考虑风险源对水库供水的危害性。

对东风西沙水源地供水问题而言，对水库供水的影响和破坏程度主要中于风险发生后水库的可供水时长和持续不可取水之间的矛盾问题，即供水时间和持续时间的平衡问题。可供水时长主要体现在突发水污染事故时库的蓄水量以及污染团到达水源地这段时间内水库的抢补水量，而对这些产生直接影响的影响因素主要集中在初始蓄水量、泄露位置和水文气象；持续不可取水时间主要受污染团持续影响时间限制，而对这些起着决定作用的是泄露总量和水文气象因素，如图1所示。

图1 东风西沙水源地风险评估平衡

基于此考虑，选状态变量、时间变量、能力变量、以及程度变量行分析，以状态变量初步分析突发性污染事故能对水源地产生影响，以时间变量、能力变量和程变量综合评价水源地供水安全的安全风险等级。态变量体现在污染源的类型，毒性、处理难易度等以及污染源的影响范围，这直接决定了突发性污染事故能否对水源地水质产生影响。时间变量体在突发性污染事故发生后水库的初始蓄水量，这接决定了水库对突发性污染事故应变的可调控时。能力变量体现在污染团到达时间，体现了突发污染事故发生后水库紧急状态下可取水量，其到时间的长短直接影响到水库的后续抗污能力。而度变量这取决于突发性污染事故对水源地供水安的影响程度，即污染团持续影响时间。

3.1 状态变量Ws（紧急状态）

突发性风险源对水源地能否产生影响主要是看风险源项扩散至东风西沙水源地取水口的浓度值是否超过水质目标度值。为分析风险源的影响范围，基于二维水质散模型，采用下式[12]对影响范围进行计算：

其中：

Ws— 风险源稀释扩散到到水质目标的距离（m）；

ux— 水体平均流速（（m/s）；

Ey— 水体弥散系数（（m2/s）；

Ey=(0.058H+0.0065B)×U ；

B — 平河宽（m）；H —平均水深（m）；

U — x方向上的平均流速（m/s）；

Qa— 风险源排污或泄露强度（g//s）；

Cs— 水质目标浓度值（g/m3）；

C0— 水体内风险源初初始浓度值(g/m3)，常取为0 g/m3。

若风险源扩散范围覆盖了东风沙水源地取水口，则初步判断该突发性污染事故可能会对水源地产生影响，需进一步分析其影响程度和需要采取的预警措施；若风险源扩散范围未覆盖东风西沙水源地取水口，则初步判断该突发性污染事故可能不会对水源地产生影响，但需要对其影响过程进行实时监测，以便合理调整应对措施。

3.2 时间变量Wt（可控时间）

根据东风西沙水库可行性研究报告中提到的，水库设计最低水位为1.0咸潮期水库最高蓄水位为5.15m，为保证非咸潮期水库在生态用水和突发时间期间的常供水，水库运行水位维持在2.2～4.0m，以规划水平年供水规模40万m3/d考虑，水库可供水天数为3.0～10.0d。考虑到可控时间的安全和危险的非绝对性，时间变量取值Wt与蓄水量的关系采用线性变化，以蓄水位5.15m对应的蓄水量的时间变量Wt=95，以蓄水位4.0m对应的蓄水量的时间变量Wt=55，蓄水位2.2m对应的蓄水量的时间变量Wt=20。

3.3 能力变量Wa（抗污能力）

考虑到东风西沙水库取水闸的取水受外江潮位的影响较大，库内水位低于外江潮位时，取水闸可取水；库内水位高于外江潮位时，取水闸不可取水，同时，取水闸的取水能力的大小也取决于库内外的水位差，水库取水闸的取水能力的不确定性较大。本文在水库取水能力的分析中以水库取水泵站规模最为水库应急的取水能力，即40m3/s，水库从蓄水位2.2m蓄到5.15m，所需时间大约为2.0d，本文对能力变量Wa的取值采用Wa与污染团到达时间呈线性变化，以污染团到达时间不小于2.0d时，Wa=100，污染团到达时间为零时，Wa=0。

3.4 程度变量Wl（危害程度）

针对水库规划水平年供水规模为40万m3/d，以水库最高蓄水位5.15m考虑，水库最长可持续供水时间为18d。对于程度变量Wl的取值采用，程度变量Wl与污染团影响持续时间呈线性关系，考虑到水库最长可供水时间，污染团影响持续时间18d，其程度变量Wl=100，污染团影响持续时间为0d，其程度变量Wl=0。

3.5 平衡关系K（安全风险）

针对上文提出的四个变量，对供水时间有影响的主要是Wa和Wt；而对持续时间起决定作用即为污染团影响的持续时间，即程度变量Wl。对于供水时间和持续时间的平衡关系，对东风西沙水源地安全风险，可采用平衡值K，根据K的不同取值判断风险的不同情况，K值越大，说明突发性污染事故风险等级越高，当K=1时，为中风险；K＞1时，为高风险；K＜1时，为低风险：