刘晓东 ，徐少南 ，贾庆林 ，薛红琴 ，王 珏

（1.浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室 河海大学环境学院，江苏 南京 210098；2.中交上海航道局有限公司江苏交通建设工程分公司，江苏 南京 210000；3.南京林业大学土木工程学院，江苏 南京 210037）

0 引言

长江是我国最重要的水源地，其水质安全至关重要。作为我国第一大河，长江中下游航运尤为发达，尤其近年来石油开采业和运输业蓬勃发展，长江江面上码头数量日益增多，航道运输业不断扩大，但同时溢油事故风险也相应增加，仅在 2006—2012 年，长江江苏段便发生溢油事故 43 起[1]。溢油事故一旦发生，将会造成极大的水环境破坏，严重影响长江水质，危害水生态，因此，对溢油事故通过构建指标体系量化其风险影响，及时采取有效控制措施和消减油污染具有重要的实际价值。

目前的溢油风险研究成果大多数针对发生在海上的溢油事故[2–4]，但长江下游属于感潮河段，与海洋环境的差异较多，油膜漂移情况十分复杂，溢油发生时刻不同其影响也完全不同[5]，同时其风险评价还需重点分析对敏感点（区）的影响[6]。前人就长江下游感潮河段的溢油风险也进行了一定的研究[7–9]，但模拟研究往往只阐述了油膜的流场在各种环境动力条件下的变化，缺乏比较系统的指标体系的建立，用于指导预测结果的关注点及定量化描述。本研究通过对长江感潮河段油膜往复漂移过程的分析，从对上游水域、途经敏感点、途经敏感区影响 3 个方面提出风险影响危害区、危害期特征指标，建立了指标体系，并在长江南京段水域某码头风险评价中进行应用。

1 长江感潮河段溢油风险评价指标体系的构建

1.1 风险评价特征指标遴选

1）危害区。油品泄露进入水体会快速扩散形成油膜，漂浮在水面上，其覆盖区严重影响水生生物光合作用并消耗水中的溶解氧，极大地破坏了水生态平衡[10]，因此了解危害区的大小对于判别其影响程度具有重要意义。就船舶原油泄漏事故而言，表征溢油行为的主要指标是油膜面积和溢油轨迹。受长江横向剪切流的影响，油膜往往呈不规则形状，但由于长江主流纵向流速往往远大于横向流速，所以实际油膜总体为狭长近似椭圆形状，可以通过计算油膜长度、宽度和面积等关键特征值刻画溢油危害区范围。

2）危害期。危害期指的是油膜到达关注点及流经持续的时间，预测油膜到达关注点的快慢是溢油应急反应系统及时开展的关键，持续时间的长短则与其危害程度有着显著的相关性。因此油膜到达、离开关注点和持续的时间是危害期风险评价的特征指标。

1.2 溢油风险评价指标体系的构建

基于层次分析的思想，长江感潮河段溢油风险评价指标体系包括目标层、要素层和指标层。考虑长江感潮河段水动力特征，落潮历时长，涨潮历时短，油膜总体为向下游漂移，要素层确定为溢油事故点上游、敏感点、敏感区 3 类评价要素。基于目的性、可操作性、整体性、适用性 4 个原则[11]，选取 23 个指标构建评价指标体系，如表1 所示。

表1 长江感潮河段溢油风险评价指标体系

根据 3 类评价要素，溢油风险评价指标选取具体如下：

1）对溢油事故点上游的影响。若溢油事故在涨潮时刻发生，油膜将会先向上游漂移一段时间达到最远距离，而后随落潮向下游漂移。将油膜所能到达的溢油事故点上游最远距离设为关注点，通过模拟确定出此关注点的位置a1，以及到达关注点的危害区（a3，a4，a5）与危害期a2，可由此评价溢油事故对上游造成的影响。

2）对敏感点的影响。敏感点为评价水域空间概化为点状的保护目标，如长江沿线分布的众多取水口。油膜漂移途中到达敏感点为影响起始，离开敏感点为影响结束，由在这一过程中油膜危害区的变化（b2，b3，b4，b6，b7，b8）及危害期的大小（b1，b9）评价溢油事故对敏感点造成的影响。

3）对敏感区的影响。在长江评价水域，保护目标除可概化为点状外，还可概化为面状敏感区，如水源、生态红线保护区等。以油膜到达敏感区的上边界为影响起始，离开敏感区下边界为影响结束，由在这一过程中油膜危害区的变化（c2，c3，c4，c6，c7，c8）及危害期的大小（c1，c9）评价溢油事故对敏感区造成的影响。

现状水质和目标水质差距较大的水功能区，综合考虑水功能区水质现状、水功能区达标需求、社会经济发展水平等因素，确定限制排污总量。滹沱河上中游各个水功能区限制排污总量详见表2。

2 应用案例

以长江南京江宁滨江段水域码头溢油风险事故为例，应用构建的溢油风险评价指标体系开展码头溢油风险评价研究。

2.1 研究区域

研究区域确定为南京江宁滨江经济开发区内的子汇洲长江干流段，计算范围选择自长江苏皖交界断面起至江宁河入长江口下游 3.4 km 断面止，总计27.4 km 的长江南京江宁河段。某码头位于取水口上游 1.3 km 处，船舶装卸作业有可能发生溢油事故，取水口为本案例风险评价的敏感点，取水口上游500 m 至下游 500 m 为一级保护区，视为风险评价的敏感区，具体位置如图1 所示。

2.2 研究内容

本案例采用 EFDC 模型对长江南京江宁滨江段水域某码头溢油事故进行风险预测。EFDC 模型集水动力与水质模块于一体，无需再次人工耦合，操作省时简便，具有一系列的优势，目前已广泛应用于我国湖泊、水库、河道等各类水体进行水环境模拟。

2.2.1 研究区域网格建立

根据研究区域实际地形情况，网格布置采用矩形网格，共生成 134（纵向）×104（横向）个节点（网格），其中纵向网格步长为 150 m，横向网格步长为 150 m。根据长江地形实际情况，配合数字高程模型（DEM）进行单元高程差值，并设置初始水文、上下游水位、风场等边界条件。由于该江段的水深较浅（水深远小于河宽），可忽略流速垂向变化，因此不对垂向网格进行分层，建立该江段的二维水动力模型，模拟区域水力要素（流速、水位）随时间的变化过程。在建立的流场基础上，采用 Fay公式扩展后的油粒子模型模拟溢油事故发生后的油膜漂移轨迹，不仅考虑了溢油自身扩展与漂移阶段，而且使自身的扩展与漂移阶段能够同时进行。

图1 码头与敏感点、敏感区之间的位置关系

2.2.2 设计水文、气象条件

取 1979 年 1 月 14 日 6:00—18日 6:00 大通站的流量作为枯水期水文条件，以大通站流量过程、海门青龙港与太仓浏河口潮位过程为上，下游边界条件，应用一维感潮河段的水量模型进行设计水文条件的计算，计算结果作为二维模拟计算的水文条件。风向取最不利风向西南风，风速为 5.0 m/s。

2.2.3 溢油风险预测方案

大件码头所在的感潮河段潮汐为非正规半日潮混合型，潮位每日两涨两落，变化规律明显。事故发生时刻对油膜的漂移有较大的影响，所以结合水流状况，将事故发生时间选为涨急时刻（涨潮过程中速度最大时刻）、落急时刻（落潮过程中速度最大时刻）、涨憩时刻（开始落潮时刻）、落憩时刻（开始涨潮时刻）4 种典型工况。将事故溢油主要为船舶自身的燃料油，一般 1 000 t 级以上船载储油量可达 10 t 以上，设计事故导致的溢油量为 10 t。

2.3 预测结果

2.3.1 水流特性模拟结果

通过 EFDC 水动力模型的计算，模拟评价区域水动力流场，流场分布图如图2 所示。流场图能够较好地反映该河段水流运动状况，主流基本沿主槽方向流动，潮流流向西南，落潮流向东北，流向变幅不大。

图2 EFDC 水动力模型模拟流程分布图

2.3.2 溢油风险预测结果

采用油粒子模型模拟溢油事故发生于 4 种不同时刻油膜漂移过程，统计得到溢油风险评价指标值如表2 所示。

由表2 分析可知，溢油具体影响如下：

1）对溢油事故点上游的影响。事故发生在落急或涨憩时刻时，油膜漂移不会对上游水域产生影响。但发生在涨急或落憩时刻时，油膜漂移会对上游水域产生影响，且当事故发生在落憩时刻时影响距离最远，事故发生 186 min 后到达最远距离 1 350 m，此时油膜长度为 1 050 m，宽度为 30 m，面积为26 000 m2。

表2 长江南京段某码头溢油风险评价指标

2）对敏感点的影响。事故发生在落急时刻时最快影响到取水口，50 min 后到达取水口，115 min 后油膜离开取水口，持续危害时间为 65 min。事故发生在涨急时刻时持续危害时间最短，为 27 min，事故发生在涨憩时刻时持续危害时间最长，达 91 min。

3）对敏感区的影响。事故发生在落急时刻时最快影响到一级保护区，20 min 后到达保护区上边界，155 min 后油膜离开保护区下边界，持续危害时间为 65 min。

3 结语

基于层次分析的思想，构建了长江感潮河段溢油风险评价指标体系，包括目标层、要素层和指标层。要素层依据长江感潮河段水动力特征确定为溢油事故点上游、敏感点、敏感区 3 类评价要素，涵盖 23 个危害区或危害时间指标。

将建立的评价指标体系应用于长江南京江宁滨江段水域某码头溢油风险评价，计算了 4 种不同典型事故发生时刻下风险评价指标值，依据评价指标分析了事故发生时间对风险预测后果的影响。结果表明，事故发生在落急或涨憩时刻时不会对上游水域产生影响，在落憩时刻时对事故点上游水域影响距离最远；事故发生在落急时刻时将最快影响到下游的敏感点和敏感区，持续时间与水动力特性密切相关。

案例应用表明评价指标可以较好地反映溢油事故的风险影响，覆盖面较广，能够较好地反映涨落潮流速的变化导致油膜轨迹的变化情况，可为长江感潮河段溢油风险评价提供量化指标，亦可为其他化学品事故风险评价提供参考，具有较好的工程实际应用价值。