三峡库区上游城市工业园区企业突发风险事故对入库口水质的影响模拟

高泽晋 ，张 洪

（1.中国科学院生态环境研究中心 环境水质学国家重点实验室，北京 100085；2.中国科学院大学，北京 100049；3.清华大学 新闻与传播学院，北京 100084）

长江经济带是中国经济密度最高、发展潜力最大、战略支撑作用最强的区域之一。2015年统计数据表明，长江经济带承载的总人口和创造的国内生产总值均超过全国总量的40%[1]。工业园区作为长江经济带经济发展、能源消耗、污染物排放的重要主体，在创造巨大社会经济效益的同时，也使人民健康和生态环境面临着严重威胁。2014年，全国3起重大环境污染事件中，有2起发生在湖北省；16起较大环境事件中，有10起发生在长江沿岸11省市[2]。目前，工业园区风险管理主要侧重于风险爆发后的应对和恢复，而对风险的评估和预测工作相对缺乏。

长江上游宜宾至泸州段是三峡库区重要的水源补给区，长江水系两大支流岷江和沱江在此汇入长江干流。岷江和沱江流经成都、乐山、简阳、资阳、内江等城市，均是四川省工业集中之地[3]。作为工业经济发展的主要载体，工业园区在该区域内形成了较大规模。调查表明，泸州拥有工业园区13个，而宜宾市则有17个。工业园区企业集中、产业活动强度大、资源通量高和污染密集，除了日常污染排放造成的环境污染问题，更成为资源环境突发风险爆发的潜在集中区域。

泸州和宜宾及其上游城市工业园区企业密集化、大型化、复杂化，且紧邻多个水系，一旦发生各种安全和环境事件，波及广泛。上游城市工业园区内会生产及储存环境风险物质，一旦出现突发事故，风险物质将可能对入库水质产生影响[4]。为了更好地预防风险事故的发生，对风险事故发生所造成的连锁性水质影响的预测非常重要。本文以上游城市典型企业为研究对象，构建相应水质模型，预测突发环境风险发生后，三峡入库口的水质变化规律，以期为库区上游风险事故的管理和预防提供数据支撑。

1 工业园区概况

宜宾和泸州市共有工业园区30家，企业数量为802个。其工业企业类型主要是采矿和制造业，并以制造业为主，包括酒业制造、化学原料和化学品制造、造纸、非金属矿物制品（建材）等。根据2015年统计数据，废水排放量7.837×107t，化学需氧量排放总量为20 176 t，氨氮排放量为484 t（表1）。其中，煤矿开采和洗选行业是废水排放的主要来源（接近30%），而酒、饮料和精制茶制造则是化学需氧量和氨氮排放量的主要贡献行业，其行业贡献率约占50%。

表1 泸州和宜宾市主要行业污水和污染物排放统计Tab.1 The discharge of wastewater,chemical oxygen demand,and ammonia of industry in Luzhou and Yibin city

2 突发风险事故对入库口水质的影响模拟

2.1 泸州及宜宾工业园区物料调查和风险物质清单

通过入园调查和统计结合的方式，调查了两市工业园区中主要原料及产品的物品种类和储量。从图1可以看出，工业园区原材料如煤、矿石、粮食、无机化学品的投入量较大，而园区产品中，建筑材料占了绝大多数份额，两市都超过了4×106t，此外，建筑用砖超过了10亿块。需要注意的是，两市的无机化学品产量合计约为2×106t，有机化学品约为7×105t。这些原料和产品中的化学品的生产、储存、使用、运输过程中的突发风险问题，应该引起广泛关注。

图1 泸州（a1，a2）及宜宾（b1，b2）工业园区主要原料及产品种类和储量Fig.1 The raw materials and main products in the industry areas of Luzhou(a1 and a2)and Yibin City(b1 and b2)

进一步调查上述原料和产品中的有机、无机化学品，并结合各类化学物质的水生生物毒性数据，确定了泸州和宜宾工业园区主要风险物质清单（表2），包括毒害有机物和重金属两大类。其中，毒害有机物又包括单环芳烃、卤代芳香族化合物、多环芳烃、酚类等10类45种化学物质，重金属则包含了镉、镍、铅等8种元素。

表2 泸州及宜宾工业园区风险物质清单Table 2 The list of chemicals with high risk in the industry areas of Luzhou and Yibin City

（续表）

2.2 风险物质传输模型构建与求解

风险污染物水质预测模型是对一般模型的简化[5]。该模型以河流上游污染源为起始点，只考虑下游某点E的污染物浓度仅受上游污染源A点的污染，而与A点及E点间区段排污无关。在突发污染状况下，排入水中的污染物，在垂向和横向混合均有较大差异，河水的水质可以用三维水质模型描述。在稳态情况下，三维空间水质数学模型的基本方程为：

式中，C为污染物浓度；x，y，z，分别为纵向、垂向、横向坐标；u，v，w，分别为河水纵向、垂向、横向流速；Ex，Ey，Ez，分别为纵向、垂向、横向扩散系数；K为污染物衰减系数。

对于上述污染物迁移转化基本方程，若仅考虑单一的瞬时排放源，不考虑泥沙夹带效应的损失；当河道顺直、水深变化不大时，垂向和横向流速v，w接近于0；纵向扩散与推流项相比甚小，可以忽略；由于时间较短，生物化学的自净作用也忽略不计；则三维水质模型的基本方程可简化为：

对简化模型求解，可得：

式中，C为污染物浓度；M为点源投放率；u为平均流速；y，z，分别为垂向和横向坐标；σy，σz，分别为形态分布的标准离差，表达式为：σy=Ey，Ez分别为垂向和横向扩散系数，此处用无因次扩散系数表达为y=Ey/hu*，z=Ez/hu*，u*——摩阻流速，其中I为水面比降，h为河段平均水深，g为重力加速度。

根据上述简化模型，对于突发环境污染风险事故，当已知事故发生时的污染物排放量，汇入河段的流速、水深、比降，污染物在垂向和横向扩散系数，污染物的排放量，则可以求算下游河道中目标点位的污染物浓度值。

2.3 突发风险事故产生对库区水质响应预测

利用已建立的风险污染物水质预测模型，结合三峡上游泸州及宜宾两市工业园区风险物质调查，选取两市工业园区7家企业（编号企业A～G）将其主要风险污染物储量带入污染物水质预测模型模拟，获得风险事故发生后对下游三峡库区入库口水质的影响，并以风险污染物入库口水体浓度表示（表3）。

表3 高风险企业风险事故水质预测模型结果Tab.3 The modeling results of the water quality of potential risk accidents for some industry companies

模拟结果表明，三峡库区上游沿江城市泸州及宜宾两市突发风险事故可能影响下游三峡入库口水质，但影响程度取决于风险物质规模、种类和汇入长江的时间。总体而言，如果汇入时间超过8 h，入库口处风险物质的含量总体较低，但氨氮、苯和甲醇的浓度相对较高。需要指出的是，据实地调查，两市工业园区企业均有应急处理措施，在实际风险发生时，在采取应急措施的背景下，风险物质汇入河流的时间将更长，物质量将更低，实际入库口风险物质将低于预测值。因此，总体而言，三峡库区上游沿江城市发生风险事故预测对库区水质的整体影响较小。

3 结语

上游工业园区是区域突发风险的防控重点，从水污染突发风险防范的角度，尤其应该关注化工园区有机和无机化学品的风险防控。通过简单模型模拟分析，上游工业园区部分企业的风险物质若发生泄漏，建议尽量延长其汇入长江干流的时间，减弱对库区水质的影响。建议严格落实企业环境安全主体责任，实行环境应急分级、动态和全过程管理，并在流域尺度上，有必要尽快摸清长江经济带工业园区的主导产业特点，强化污染物在线监测和环境应急预警网络建设。