提升内河航道溢油环境风险评价与管理有效性的研究

杨美临，郝红升，韩方虎

(1.云南省环境工程评估中心，云南 昆明 650032；2.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051；3.中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州 510663)

0 引 言

与陆路运输相比，内河航运具有运载量大、成本较低等特点，大量承担着我国石油、化工、电力、机械等重点物质的运输任务。近年来，我国内河航运进入了快速发展时期，水运货运量持续增长，截至2013年底，内河航道的通航里程达到12.59万km，货运总量达32.39亿t，运输船舶也朝着大型化、标准化的方向发展[1]。而船舶运输过程中的环境污染问题也日益突出，含油废水和生活污水排放已成为影响内河流域水环境质量的一个重要因素[2]。与沿海水域相比，内河具有水面较窄、流速较快、流向固定等特点，内河航运中船舶碰撞、侧翻等事故时有报道，往往会造成船舶溢油或运输的危险品泄露，给航道水域水质带来污染风险。内河航运所在河段多分布有城镇饮用水水源地或集中式取水口，如长江经济带所涉及的11省市中，除浙江、云南、贵州等少数地区以湖泊或地下水水源为主，大多数省市仍主要依靠河流型饮用水水源保护区供水[3]。其中，上海市黄浦江上游饮用水水源保护区虽经过优化调整，但仍以松浦大桥取水口为备用取水口，黄浦江航道所经的江段靠岸一侧仍被划入一级保护区。同样，京杭大运河的中运河经宿迁泗阳段分布有泗阳县竹络坝水源地，其取水口位于航道所在河段的靠岸一侧，为泗阳县城及众兴镇、来安镇、八集镇约30万人口提供用水[4]。再如，澜沧江下游正在开展航道整治前期工作，整治后的航道可常年通航500 t船舶，航道所经江段设有景洪市城区饮用水取水口。目前，我国相关法律法规对内河航道危险品运输提出了限制性要求，在一定程度降低了危险物质对河道水质的影响；但船舶发生碰撞、搁浅、翻沉、火灾等事故造成的溢油事故，仍会在一定时间内严重影响居民的正常生产和生活。为提升内河航道溢油环境风险评价和风险管理的有效性，本文从现有内河航道环境影响评价工作中的常用溢油环境风险评价方法入手，分析环境风险评价方法存在的局限性，提出改进的措施和建议以及适合我国内河航道的环境风险防治措施，以期为国内内河航道环境风险评价机防范提供参考。

1 溢油环境风险评价常用方法

1.1 事故源强和概率

由于泄漏量较大、释放时间短的瞬时溢油带来的危害往往超过连续溢油，从最不利环境影响角度考虑，一般采用单次风险事件船舶燃料油全部泄露的瞬间最大溢油量作为风险事故源强[5]；溢油事故发生概率一般通过历史统计资料估算，也有研究认为船舶发生碰撞属于稀少事件，概率服从离散型二项概率分布[6]。

1.2 扩散尺度和时间

从参数选择及模型获取的便捷性考虑，多采取Blokker油膜扩展公式[7]和Fay油膜扩散模型[8]计算扩散尺度，扩散时间由油膜扩散至厚度等于临界厚度(即油膜打破整体性，一般取10-4～10-3mm[5])的时间进行确定。其中Blokker油膜扩展公式

(1)

式中，Dt为t时刻后油膜的直径；D0为油膜初始时刻的直径；γw、γ0分别为水和石油的相对体积质量；V0为溢油量；K为常数，对中东原油一般取15 000/min；t为时间，min。

Fay油膜扩散模型

(2)

式中，D1、D2、D3分别为油膜在惯性扩展阶段、粘性扩展阶段和表面张力扩展阶段的扩展直径，m；K1、K2、K3为经验系数，分别取值2.28、2.90和3.20；β=1-ρ0/ρw；ρ0为油的密度；ρw为水的密度；g为重力加速度；V0为溢油量；rw为水的运动粘度系数；δ为净表面张力系数；t为时间。

式(1)、(2)均适用于平静水面中油膜呈圆形扩展的情况，主要区别在于Blokker油膜扩展公式仅考虑了重力作用下的惯性扩散；Fay油膜扩散模型则考虑了油膜在重力、粘性力和表面张力作用下产生的扩展，更符合油膜扩展规律。

1.3 油膜漂移距离

油膜漂移距离主要根据整体油膜存在时间、表层流速、上界面风速计算油膜等效圆中心的位移量。其中，表层流速对油膜的影响一般取河流多年平均流速，忽略岸边反射等复杂作用对油膜漂移的影响；上界面风速对油膜的影响一般按照水面10 m高处风速[9]的2.5%～3%计算[5]。油膜漂移距离具体为

(3)

油膜漂移距离和油膜扩散尺度叠加后通常作为内河航道发生溢油环境风险事故对于环境敏感单位的风险影响距离。

1.4 应急响应时间

溢油事故发生后，理想状态下应通过应急网络实时通讯报警，事故所在河段的下游以饮用水取水口为代表的环境敏感单位在收到信息后立即采取应急响应，关闭在河道内的取用水设施，位于溢油环境风险影响距离内的其他环境敏感单位的响应时间必须早于油膜到达时间。其中，饮用水取水口的停止使用时间必须大于溢油前端到达与末端通过所用的时间差[5]，待实时在线监测水质石油类指标稳定达标，事故应急程序关闭，方可重新启动饮用水取水口。

2 常用评价方法的局限性和改进建议

(1)事故概率及源强估算的准确性有待提高。与国外溢油事件数据库较为完善相比，我国溢油事故记录相对简单且碰撞、搁浅和船身破损等溢油情况的分类统计不详[5]，尤其是内河航道因船舶碰撞造成燃料柴油泄露入河的事故统计缺乏，进而直接影响事故风险概率计算的准确性。此外，以事故船舶燃油油箱破损导致的全部溢油量作为瞬间源强，从最大可信事故角度出发虽具有一定合理性，但很可能导致估算值远大于实际值，引起社会群体过度恐慌。为了提高事故发生概率及源强估算的准确性，应建立内河航道溢油事件环境风险记录系统，详细全面记录事故的类型和泄漏值，为后续事故概率和风险源强估算提供有益的参考。

(2)扩散模型应用的局限性有待突破。现有水面溢油扩离散模型的研究较多，受参数选择及模型获取难度等因素限制，一般仅计算溢油的扩散尺度。而实际在溢油出现时，油不仅会在重力、粘性力和表面张力作用下在水面产生扩展；同时，还会受河流流场和风力的不均匀运动、破碎波及漩涡等因素的作用发生离散，因蒸发、溶解等现象的出现而发生延展范围和尺度的变化[9]。仅计算扩散尺度无法完整反映溢油的实际延展范围。因此，需加强溢油模型应用的广泛性及特定性研究，开展模型的模拟运算和实践校验，做好研究成果的应用和推广，使油膜非对称性扩展模型[10]、蒙特卡罗扩散模型[11-12]、瞬时溢油模型[9]、油粒子追踪模型[13]和溢油风化模型[14]等已研究较为成熟的模型更加适用于内河航道环境影响评价实践，从而更好发挥模型研究的作用和效益。

(3)油膜漂移计算的客观性有待强化。油膜在自由水面中主要受表层流和上边界风应力的驱动进行漂移，但油膜在自然状态下的内河航道内可能未破碎即已抵达河岸，受到自然江河岸反射的作用，同时受到风浪等非线性波余流的作用[12]。这些均导致油膜漂移轨迹和速度发生变化。此外，目前环评中多采用年平均风速和平均流速直接计算油膜漂移距离，很难获取河流表层流场和风场的相对完整的长序列数据进行相关分析，这种粗放选择的参数变量往往导致油膜漂移距离计算与实际相比偏差较大。因此，应收集航道所在河流的风速、流速等基础资料，采用欧拉—拉格朗日方法计算质心运动轨迹[9]，结合溢油在航道扩离散、平移、输送的过程时间及近岸地理条件变化，构建适用于特定内河航道的油膜漂移演示模型，有效提升对溢油事故中油膜漂移距离的客观判断。

(4)应急响应时间的约束性有待加强。环境风险应急预案很少重视事故应急响应时间的约束作用，主要是由于应急响应时间是基于理想条件下油膜扩展预测，其现实指导意义常受到质疑。同时，应急响应时间对于处理能力和经费的影响并未得到充分关注。实际上，随着应急响应时间的延长，溢油面积的增大，不仅直接导致围油栏使用数量、污油的回收量和处理费用的增加，还将带来饮用水取水口关闭时间的延长、替代供水需求的加大等不利影响[15-16]。因此，必须充分重视应急响应时间的科学预测，做好环境风险事件关联方的分级联动，高效科学启动和关闭应急程序，最大限度降低溢油事故风险事件带来的社会经济损失。

3 内河航道溢油风险防控措施建议

(1)内河航道选址须符合饮用水水源地保护要求。按照水污染防治法，饮用水水源保护区一级区内严禁开展航道建设；二级区内实施的航道项目应当采取严格的水污染防治措施。规范保护区标志及交通警示标识设置，在饮用水水源保护区水域范围内建设防护隔离工程和应急防护工程，严格禁运危险化学品及危险废物，并要求船舶配备防止运输物品散落、溢流和渗漏的设备设施。对于暂未划定饮用水水源保护区的事实取水口，应按照饮用水水源保护区划分技术规范要求及时开展水源保护区的划定工作，对于短期内难以建成长效替代水源工程的，则要求航道过船闸远离饮用水取水口设置，避免候船过闸过程中发生碰撞事故带来环境风险隐患。

(2)建立全方位环境风险应急管理体系和监测网络。内河航道应建立干线与支流全覆盖的应急管理体系；出境河流还应建立国家、区域和地方梯级联动的应急网络体系。通过区域应急联动网络体系的构建，实现应急通讯互联、应急响应同步、应急资源共享，做好应急报告制度的衔接，有效实现事故风险的统筹管理、协同调度的联防联控。建立内河航道河段地表水水质实时监测监控网络，结合周围环境敏感单位科学布设监测点位，全面、有效地掌握影响地表水水质的污染因子、污染程度和变化趋势，加强监测设备配备和人员技能培训，不断提高环境监测技术和管理水平，为环境管理决策提供详实可靠的数据保障，定期公布水源水质、风险源及管理信息，接受社会监督。

(3)积极推动内河航道溢油应急标准体系建设。我国内河航道存在溢油应急标准研究不足、标准体系不完善、实际指导作用有限等问题，导致应急处置无标准依据，应急物质配备不规范[17]。应加强溢油应急标准的研究和制定工作，通过与国外相关标准进行对标采标，构建我国内河航道包含应急设备配置、溢油清理方法、溢油吸收及回收材料、场地修复方法等在内的标准体系，应急物资应包括设备参数、性能测试、系统应用等有关的性能和技术标准，提高标准的实际指导作用和现场操作性，实现统一规范、依据充分、科学合理的应对溢油应急处置的需求。

(4)强化应急指挥决策和反应技术方案的科学性。国内溢油污染应急指挥决策系统较为落后，溢油应急响应主要依靠经验判断和人工操作[17-18]，严重制约了溢油应急工作的快速科学决策。通过智能化数据平台应用，对溢油事故发生点位、油膜运移轨迹及影响范围进行准确预测展示，利用无人机航拍进行实时跟踪，可强化应急指挥决策的科学性。制订有效的应急反应技术方案，应根据流速、河宽和敏感性等不同条件进行选择快流围油栏、浮子式围油栏、防火围油栏、吸油围栏等设备[19]，组织专业的溢油应急保障力量，定期开展专业培训和演练，为应急卸载能力、溢油围控能力和溢油回收能力的能力保障提供有力的技术支持。

(5)制订有效可行的应急水源供给保障方案。对于航道河段存在饮用水水源地或其他供水功能的，须制订应急水源供给保障方案，将水量需求平衡和环境可行性纳入应急水源工程的选择确定及设计布局，落实应急供水安全工程体系；加强应急水源水质日常监管监测，重视水源地及所在区域的污染防控措施，确保应急水源水质达标。作为应急预案的重要组成部分，备用供水方案在事故风险发生后应迅速启动，在应急响应时间内用水单位须做好原取水口关闭、减压供水、改路供水等程序的有效切换和衔接，真正将应急水源的供给方案落至实处，最大限度的保障供水安全，降低对正常社会经济生活的不利影响。

4 结 语

我国内河航运事业已进入标准化、大型化、快速化的发展时期，内河航运以其运载量大、成本较低的特点将迎来航运事业的进一步发展。由于内河航道所在的河流多具有饮用水供水功能，内河航运事业发展带来的航道溢油风险事件，将不可避免地成为饮用水供水安全隐患。

在环境影响评价实践中，需提高溢油事故概率及源强估算的准确性，选择适用的内河航道溢油扩散模型，强化油膜漂移计算的客观性，更科学地预测应急响应时间，最大限度地降低溢油事故风险事件带来的社会经济损失。由于《中华人民共和国防治船舶污染内河水域环境管理规定》禁止在内河水域使用溢油分散剂，以避免因使用溢油分散剂对内河水域环境造成二次污染，这给内河溢油环境风险防控提出了更高的要求[19]。内河航道的选址必须符合饮用水水源地保护要求，饮用水水源保护区一级区内严禁开展航道建设，航道过船闸须远离饮用水取水口设置，严格禁运危险化学品及危险废物，并要求船舶配备防止运输物品散落、溢流和渗漏的设备设施。针对我国内河航道溢油应急标准不完善的，需要全方位构建我国内河航道的关于应急设备配置、溢油清理方法、溢油吸收及回收材料、场地修复方法等标准体系。此外，内河航道还应发展智能化应急指挥决策平台，提升应急反应技术方案的科学性和有效性，组织专业的溢油应急保障力量，制订可靠的应急水源供给方案，最大限度地降低溢油环境风险事故对水环境保护以及供水安全的不利影响。