盧 濱，陳義中*，常文婷

（1.杭州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，浙江杭州 310005；2.上海市環(huán)境科學(xué)研究院，上海 200233）

1 系統(tǒng)開發(fā)背景

近年來頻繁發(fā)生的突發(fā)性水污染事件對社會經(jīng)濟和人民生活造成了極大的影響和損失，引起了全國關(guān)注，也敲響了杭州市水源地安全保障的警鐘。2016年9月在杭州召開的國際經(jīng)濟合作峰會——G20峰會，對杭州的大氣和水環(huán)境質(zhì)量保障、錢塘江流域的飲用水源地安全保障和突發(fā)污染事故防范等提出了高標(biāo)準(zhǔn)、高要求。同時，為貫徹落實國家“水十條”和進(jìn)一步鞏固展現(xiàn)全省“五水共治”成果，促使全面控制污染物排放、深化河道水質(zhì)改善，作為浙江省和杭州市最重要、最廣闊的水體之一，錢塘江流域飲用水源安全顯得尤為重要。新安江—富春江—錢塘江等主要干流沿線分布有多處飲用水源取水口，如三江口、珊瑚沙、南星橋等，是杭州市的重要原水水源地，保障新安江—富春江—錢塘江等骨干河流的水質(zhì)安全是保障城市水安全的重要基礎(chǔ)，但是目前在錢塘江流域尚未形成有效的水污染事故應(yīng)急預(yù)警和水環(huán)境安全保障體系。

國外突發(fā)性污染事故預(yù)報模型的研究始于20世紀(jì)70年代。早期的經(jīng)典理論是Fay靜水或恒定流環(huán)境下的油膜擴散三階段模式[1]。在此基礎(chǔ)上，很多學(xué)者考慮了海洋環(huán)境動力學(xué)的影響而提出了一系列的改進(jìn)模式，其中Machay公式考慮了風(fēng)速的影響，分別建立了厚油膜和薄油膜的擴展公式[2]；Lehr等對Fay理論進(jìn)行了修正，考慮了流場及風(fēng)場對油膜擴展的影響，認(rèn)為油膜在海洋中的擴散不是圓形而是橢圓形的, 長軸方向與風(fēng)向一致[3]。MIT則突破了傳統(tǒng)理論模式，建立了油膜擴展—分散的微分方程的數(shù)值求解模式。在此基礎(chǔ)上，許多國家建立了突發(fā)性污染事故的預(yù)報系統(tǒng)。目前國際上比較著名的水環(huán)境溢油、化學(xué)品泄漏事故應(yīng)急模擬系統(tǒng)主要有丹麥水環(huán)境研究所開發(fā)的MIKE PA/SA系統(tǒng)，美國應(yīng)用科學(xué)協(xié)會（ASA）開發(fā)的OilMap（溢油模型）、ChemMap（化學(xué)品模型），英國的OSIS，挪威的OILSPILL/STAT，比利時的MU-SLICK，荷蘭的SM4等。歐洲多瑙河流域的德國、奧地利等9個國家針對多瑙河這一跨國河流的突發(fā)性事故，主要是船舶溢油泄漏事故，設(shè)計了“多瑙河突發(fā)性事故應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)”，該系統(tǒng)為多瑙河突發(fā)性污染事故風(fēng)險評價和應(yīng)急響應(yīng)的主要工具[4]。

我國對突發(fā)性污染事故模型的研究始于20世紀(jì)80年代，大多數(shù)屬于Fay理論模型改進(jìn)版。如成都科技大學(xué)的溢油行為預(yù)測組合模型，中國科學(xué)院的膠州灣溢油范圍預(yù)測模型，青島海洋大學(xué)的海洋溢油軌跡分析預(yù)報模型，國家海洋局的基于油粒子概念的溢油軟件包等。我國頻繁發(fā)生的油類、有毒化學(xué)品突發(fā)性重大水污染事故促使長江、黃河等流域先后建立了重大水污染事件應(yīng)急機制：三峽庫區(qū)綜合運用了GIS、RS、網(wǎng)絡(luò)、三維仿真等技術(shù)建立了突發(fā)性水污染事件應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)[5,6]；黃委建成黃河水污染預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)[7]；上海市環(huán)境科學(xué)研究院建立了業(yè)務(wù)化運行的長江口突發(fā)污染事故應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)，對我國建立典型水源地水污染突發(fā)事故的實時預(yù)警和應(yīng)急處理系統(tǒng)做出了有益的探索[8]。

本研究以數(shù)學(xué)模型作為水污染事故應(yīng)急預(yù)警的核心手段，基于網(wǎng)絡(luò)GIS技術(shù)框架和空間關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，研發(fā)覆蓋錢塘江水系主要河流的突發(fā)水污染事故應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)，為保障錢塘江流域飲用水源安全提供快速應(yīng)急響應(yīng)和管理決策支持。該系統(tǒng)的研發(fā)可為浙江及全國其他重要水體的應(yīng)急管理提供技術(shù)思路和有益借鑒。

2 突發(fā)水污染事故應(yīng)急系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計

系統(tǒng)采用目前廣泛應(yīng)用的瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server)構(gòu)架設(shè)計。用戶通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器操作系統(tǒng)界面，系統(tǒng)內(nèi)部的模型運算和數(shù)據(jù)分析在服務(wù)器端進(jìn)行（圖1）。系統(tǒng)在服務(wù)器端的核心模塊包括：

（1）空間關(guān)系型中央數(shù)據(jù)庫：用于組織系統(tǒng)內(nèi)所有數(shù)據(jù)的地址、結(jié)構(gòu)和相關(guān)拓?fù)潢P(guān)系；

（2）化學(xué)品/溢油模型：用于突發(fā)水污染事故的化學(xué)品/油品的應(yīng)急演算；

（3）水動力模型：用于模擬生成化學(xué)品/溢油模型所需的水動力流場數(shù)據(jù)；

（4）地圖服務(wù)器：用于展現(xiàn)靜態(tài)圖層和網(wǎng)絡(luò)地圖；靜態(tài)圖層為操作人員在系統(tǒng)界面中制作的點、線、面圖層，網(wǎng)絡(luò)地圖取自國家地理信息公共服務(wù)平臺“天地圖”等網(wǎng)絡(luò)公開地圖。

（5）IIS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器：用于在網(wǎng)絡(luò)端發(fā)布系統(tǒng)平臺界面；

（6）數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器：提供發(fā)布動態(tài)空間地圖、模型結(jié)果、環(huán)境數(shù)據(jù)分析等數(shù)據(jù)在線可視化服務(wù)。

圖1 突發(fā)水污染事故應(yīng)急系統(tǒng)構(gòu)架

3 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

3.1 系統(tǒng)客戶端開發(fā)技術(shù)

系統(tǒng)客戶端是基于ArcGIS Viewer for Flex框架開發(fā)的。Flex Viewer是ESRI公司推出的基于WEB地理信息應(yīng)用系統(tǒng)的一種免費應(yīng)用程序框架。使用該框架可以通過簡單配置的方法快速搭建起一個基于ArcGIS Server的、以地圖為中心的富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（RIA）的原型。瀏覽器利用FLASH播放器來加載和運行FLASH文件，F(xiàn)LASH與服務(wù)器中的應(yīng)用程序接口（API）進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，從而啟動FLEX VIEWER的應(yīng)用程序。用戶可以通過操作瀏覽器中的各種窗口部件（WIDGETS）來配置系統(tǒng)文件，運行FLEX VIEWER，讀取數(shù)據(jù)庫中的各類信息，實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。

3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)采用開源數(shù)據(jù)庫POSTGRESQL，并用POSTGIS為數(shù)據(jù)庫提供空間地理數(shù)據(jù)支持。PostgreSQL是一款強大的開源軟件數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其覆蓋了 SQL-2/ SQL-92 和 SQL-3/SQL-99等多種數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)，包含了豐富的數(shù)據(jù)類型支持，其中有些數(shù)據(jù)類型連商業(yè)數(shù)據(jù)庫都不具備，如 IP 類型和幾何類型等。PostgreSQL是支持事務(wù)、子查詢、多版本并行控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)完整性檢查等特性的唯一一款開源軟件數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它采用經(jīng)典的 C/S （Client/Server）結(jié)構(gòu)，即一個客戶端對應(yīng)一個服務(wù)器端守護(hù)進(jìn)程的模式，這個守護(hù)進(jìn)程分析客戶端來的查詢請求，生成規(guī)劃樹，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索并最終把結(jié)果格式化輸出后返回給客戶端。不同的客戶端可以通過各類接口，如 ODBC、JDBC、Python、Perl、Tcl、C/C++和 ESQL 等進(jìn)行連接。PostgreSQL 對接口的支持非常豐富，幾乎支持所有類型的數(shù)據(jù)庫客戶端接口。PostGIS為對象—關(guān)系型數(shù)據(jù)庫PostgreSQL提供了存儲空間地理數(shù)據(jù)的支持，使PostgreSQL成為一個空間數(shù)據(jù)庫，能夠進(jìn)行空間數(shù)據(jù)管理、數(shù)量測量與幾何拓?fù)浞治觥?/p>

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)建立了12個模式（SCHEMA），在這些模式下，總共有132基本表格（table）及相應(yīng)的視圖（VIEWS）和功能（FUNCTIONS）組成了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的核心結(jié)構(gòu)。新添入的GIS圖層，底圖、溢油和化學(xué)品模型圖層都可作為新的表格分別在GIS模式、公共模式、及場景模式下儲存。

3.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)開發(fā)技術(shù)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是在微軟的DOTNET FRAMEWORK4 環(huán)境下用C#開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（WEB SERVICE）。基于XML技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是一種新的分布式計算模式，其松散耦合結(jié)構(gòu)、多平臺兼容和開放性編譯的特點使得它將成為下一代電子商務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。用戶可以跨平臺訪問服務(wù)，但考慮到網(wǎng)絡(luò)的安全性，平臺設(shè)計中的每個服務(wù)功能都需要用戶端在登錄成功后經(jīng)過驗證才能進(jìn)行訪問。系統(tǒng)中各類模型的模擬數(shù)據(jù)以NetCDF（Network Common Data Form）的形式儲存在服務(wù)端數(shù)據(jù)庫中[9-13]，用戶需要通過網(wǎng)絡(luò)界面訪問，經(jīng)過系統(tǒng)進(jìn)行過濾和分析才能下載或展示。系統(tǒng)支持對模型數(shù)據(jù)的查詢、讀取及儲存。數(shù)據(jù)分析結(jié)果及地圖的發(fā)布直接由服務(wù)器端的應(yīng)用程序轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的圖層和地圖。

3.4 水污染應(yīng)急模型開發(fā)技術(shù)

系統(tǒng)中可通過網(wǎng)絡(luò)平臺界面實現(xiàn)在線實時運算的水污染應(yīng)急模型是通過集成美國應(yīng)用科學(xué)咨詢有限公司（ASA）開發(fā)的溢油（OILMAP）和化學(xué)品溢漏模型（CHEMMAP）開發(fā)而成的。OILMAP和CHEMMAP在美國本土、中東以及歐洲等地區(qū)應(yīng)用廣泛，在溢油/?；凤L(fēng)險分析、應(yīng)急處置等方面具有較為強大功能。OILMAP的軌跡和歸宿計算模型用于快速、第一時間估計溢油的運動情況。它在物質(zhì)平衡的基礎(chǔ)上預(yù)測泄漏的油品在水體表面的運動軌跡?？梢杂媚Ｐ陀嬎闼查g或持續(xù)的溢油事件。溢油最初用一系列的溢油點表示，每個溢油點平均表示溢油總量的一部分。溢油點在風(fēng)和流的作用下結(jié)合隨機擾動分散進(jìn)行平流輸送。同時，油品會發(fā)生蒸發(fā)、擴散、進(jìn)入水體、乳化以及吸附到岸邊的現(xiàn)象。所有這些過程都將影響油品的物化狀態(tài)、環(huán)境分布以及歸宿[14-17]。CHEMMAP的設(shè)計原理和OILMAP類似，通過輸入相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)和泄漏化學(xué)品的物理化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，考慮化學(xué)品在水體中的蒸發(fā)、溶解、吸附、沉降和降解等過程，模擬其遷移轉(zhuǎn)化過程[18,19]。

3.5 水動力模型開發(fā)技術(shù)

由于錢塘江流量主要受富春江大壩人工控制，因此采用三維水動力模型與一維河網(wǎng)模型相結(jié)合的方式來模擬錢塘江流域的水動力流場。

采用三維水動力模式ECOMSED開發(fā)建立富春江大壩—杭州灣段的錢塘江干流三維水動力模型[20]。該模型的流場模擬結(jié)果將作為溢油模型和化學(xué)品模型計算油膜和化學(xué)品漂移軌跡所需的流場數(shù)據(jù)。ECOMSED是在普林斯頓海洋模式(POM)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的三維水動力和泥沙輸運模式。采用源代碼模式可以有效地進(jìn)行模式二次開發(fā)，便于實現(xiàn)計算結(jié)果的NetCDF格式自動轉(zhuǎn)換，便于錢塘江突發(fā)水污染事故應(yīng)急系統(tǒng)的整合和集成開發(fā)。

采用丹麥DHI公司開發(fā)的MIKE11一維河網(wǎng)水動力模式構(gòu)建新安江大壩—杭州灣段的錢塘江流域主要河流的一維河網(wǎng)模型[21]。該模型的流場結(jié)果同樣作為溢油模型和化學(xué)品模型計算油膜和化學(xué)品漂移軌跡所需的流場數(shù)據(jù)。采用一維河網(wǎng)模型可以實現(xiàn)對錢塘江流域干流和各支流的模擬覆蓋，并再現(xiàn)富春江大壩的人工調(diào)度對其上下游流速和水位的影響。由于MIKE11屬于商業(yè)軟件，代碼封閉，無法對其進(jìn)行二次開發(fā)，因此另行開發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接口程序，將MIKE11的計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為NetCDF格式的二維流場，供錢塘江突發(fā)水污染事故應(yīng)急系統(tǒng)調(diào)用。

4 錢塘江流域水動力模型構(gòu)建

突發(fā)水污染事故應(yīng)急系統(tǒng)要實現(xiàn)溢油和化學(xué)品溢漏的應(yīng)急模擬，需要導(dǎo)入事故發(fā)生水域的流場數(shù)據(jù)作為污染物漂移擴散的水動力條件。流場數(shù)據(jù)則需要依靠水動力模型來模擬提供。因此，高精度的水動力模型是實現(xiàn)應(yīng)急系統(tǒng)溢油和化學(xué)品溢漏高精度應(yīng)急模擬的基礎(chǔ)。

4.1 錢塘江干流三維水動力模型構(gòu)建

陸海交界、咸淡水混合的杭州灣河口，其動力機制非常復(fù)雜。該區(qū)域內(nèi)的水體運動受到地形岸線分布、上游徑流量、外海潮波、表面風(fēng)場、水體溫鹽梯度等多種因子的影響。水動力模型研究范圍包含錢塘江干流富春江大壩—杭州灣大范圍水體在內(nèi)。上游邊界設(shè)在富春江大壩，海域邊界在東經(jīng)121.7°、北緯30.1°～30.8°左右。模型水平網(wǎng)格數(shù)832×30，垂向分為5層，計算時間步長為10s，網(wǎng)格最大分辨率50～60m（圖2）。模型邊界涉及富春江大壩下泄流量邊界和外海開邊界。外海開邊界采用水位開邊界，通過16個分潮（M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1、MU2、NU2、T2、L2、2N2、J1、NO1和OO1）的調(diào)和常數(shù)來計算水位邊界。富春江大壩下泄流量采用實測流量數(shù)據(jù)。模型中啟用鹽度模擬模塊來反映斜壓力對流場的影響。鹽度邊界采用流入定常，流出無梯度的輻射邊界條件。上游邊界鹽度取0，外海邊界鹽度取觀測典型值。

圖2 錢塘江三維水動力模型網(wǎng)格設(shè)計

利用2011年6月和2014年5月的錢塘江干流各水文監(jiān)測點位的實測水位資料對模型進(jìn)行率定和驗證（圖3）。根據(jù)率定和驗證結(jié)果可知，錢塘江干流水位計算結(jié)果與實測值吻合較好，水位平均誤差小于5%。該水動力模擬結(jié)果能夠為后續(xù)溢油和化學(xué)品數(shù)值模擬提供較準(zhǔn)確的流場條件。

4.2 錢塘江流域一維河網(wǎng)水動力模型構(gòu)建

一維河網(wǎng)水動力模型概化了錢塘江水系的主要河流：蘭江、新安江、富春江、錢塘江等干流以及浦陽江、分水江等主要支流（圖4）。水系河網(wǎng)上游覆蓋至新安江水庫大壩，下游覆蓋至錢塘江河口，覆蓋干流河道長約210km。模型上游邊界以水文站流量（水位）作為河網(wǎng)模型上游入流邊界條件，下游以河口附近潮位站潮位數(shù)據(jù)作為河網(wǎng)模型下游水位邊界條件；區(qū)間其他匯入支流如壽昌江、大源溪、淥渚江等在模型中以點源形式考慮其匯流影響。模型中設(shè)置富春江大壩的運行調(diào)度規(guī)則，以此模擬大壩人工調(diào)度對河流水動力的影響過程。

圖3 測站2011年6月水位率定和2014年5月水位驗證圖（點為實測值，實線為計算值）

圖4 一維河網(wǎng)模型全區(qū)域概化河網(wǎng)圖

利用2011年6月模型區(qū)域內(nèi)河道的水位實測結(jié)果進(jìn)行模型驗證，水位的模擬和實測結(jié)果比較如圖5所示。

由模型驗證結(jié)果可知，水位的計算結(jié)果與實測值吻合較好，水位平均誤差小于5%。該水動力模擬結(jié)果同樣可為后續(xù)溢油和化學(xué)品數(shù)值模擬提供較準(zhǔn)確的流場條件。

4.3 錢塘江流域典型流場庫構(gòu)建

在錢塘江杭州段水動力模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，針對錢塘江水系的典型水文特征，設(shè)計模擬不同富春江大壩下泄流量情景的模擬方案進(jìn)行數(shù)值計算，并將模擬結(jié)果以NETCDF格式保存在典型流場數(shù)據(jù)庫中，以備G20峰會期間水生態(tài)安全評估時調(diào)用。模擬方案中富春江大壩下泄流量范圍設(shè)計在300m3/s～7 000m3/s范圍內(nèi)：300m3/s～1 000m3/s的方案，各方案按照100m3/s逐步增加下泄流量；1 000m3/s～7 000m3/s的方案，各方案按照500m3/s逐步增加下泄流量。由于模型分為干流三維模型和一維河網(wǎng)模型，水動力模擬方案也同樣分為干流水動力方案和一維河網(wǎng)水動力方案。

5 錢塘江流域歷史事故反演分析

利用開發(fā)構(gòu)建的錢塘江突發(fā)水污染事故應(yīng)急系統(tǒng)對錢塘江流域2014年5月發(fā)生的四氯乙烷泄漏事件進(jìn)行模擬反演，驗證系統(tǒng)在水污染事故中的模擬精度和可靠性。

5.1 事故概況及模型設(shè)置

2014年5月18日凌晨3時許，桐廬縣境內(nèi)發(fā)生化學(xué)品運輸車輛側(cè)翻事故。泄漏四氯乙烷約25.8t，經(jīng)應(yīng)急處置被攔截吸附17.8t，進(jìn)入事發(fā)地點附近溪溝8t左右，該溪溝距離富春江2km左右。事發(fā)后，桐廬縣有關(guān)部門對有四氯乙烷泄漏的溪溝兩端及下游水溝設(shè)置8道圍壩。由于圍壩無法完全封閉污染物泄漏，富春江干流受到污染物影響。四氯乙烷初始進(jìn)入富春江干流的時間為2014年5月18日凌晨5點左右，總量約1t；5月19日11點左右約0.5t四氯乙烷進(jìn)入富春江干流；5月20日6點左右約2t四氯乙烷進(jìn)入富春江干流。采用本次研究中構(gòu)建的三維錢塘江干流水動力模型為化學(xué)品泄漏模擬提供事發(fā)時段的高精度水動力數(shù)據(jù)，通過化學(xué)品泄漏模型對事故的后續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行反演和驗證。

5.2 事故模擬結(jié)果分析

圖6 事故實測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果比對圖

根據(jù)事故實測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果比對可知（圖6）：5月18日9～10點，污染團(tuán)抵達(dá)窄溪大橋。5月18日19～20點，污染團(tuán)抵達(dá)中埠大橋，5月19日0～1點，污染團(tuán)抵達(dá)富春江大橋，5月19日15～16點，污染團(tuán)抵達(dá)漁山和蕭山南片水廠，5月20日6～7點，污染團(tuán)抵達(dá)九溪水廠。從模擬和實測值比對結(jié)果可知，在5月20—21日，漁山、蕭山南片水廠和九溪水廠均出現(xiàn)污染團(tuán)隨漲潮流回溯的現(xiàn)象，這表明當(dāng)上游取水口確認(rèn)污染團(tuán)已經(jīng)過境后，下游取水口不能停止監(jiān)測，必須確保污染團(tuán)完全排出錢塘江后才可解除警報。通過對該次事故的驗證反演表明，本系統(tǒng)在突發(fā)水污染事故的應(yīng)急模擬中具有較高的精度和可靠性，可為錢塘江流域的突發(fā)水污染事故的應(yīng)急決策提供可靠的事故反演和事態(tài)推演等信息支持。

6 錢塘江流域典型水污染事故情景庫構(gòu)建

為了快速有效應(yīng)對G20峰會期間錢塘江流域可能發(fā)生的突發(fā)水污染事故，構(gòu)建典型突發(fā)水污染事故情景庫，本研究分別模擬峰會前后（2016年8月底至9月初）錢塘江沿線不同地點不同泄漏時刻發(fā)生不同類型化學(xué)品泄漏，進(jìn)入錢塘江干流的化學(xué)品在水體中的遷移轉(zhuǎn)化過程和對沿線各取水口的影響情況。一旦峰會期間發(fā)生突發(fā)水污染事故，即可利用該情景庫迅速查詢最為接近的情景案例，根據(jù)案例模擬結(jié)果對事故可能造成的影響在第一時間做出初步判斷，為應(yīng)急處置提供有力支撐。

6.1 模擬事故點及源強選取

常見的突發(fā)水污染事故主要有運輸?；返能囕v、船舶事故以及企業(yè)突發(fā)事故排放，前一類事故易發(fā)生在橋梁、碼頭等處，后一類事故泄漏危化品通常通過支流匯入錢塘江干流，因此選取錢塘江沿線主要橋梁、渡口和支流匯入口作為模擬事故點，共24個點位。由于大部分取水口位于富春江大壩以下，大壩上游發(fā)生的泄漏事故由于水動力條件、自身擴散、揮發(fā)和降解以及大壩阻隔等因素對下游取水口影響相對較小，因此重點模擬富春江大壩以下18個點位。

6.2 模擬化學(xué)品選取

危險化學(xué)品數(shù)量繁多，選取典型化學(xué)品進(jìn)行模擬既可以反映大部分化學(xué)品進(jìn)入錢塘江水體后遷移轉(zhuǎn)化過程，又可避免情景數(shù)據(jù)庫過于龐大繁雜。因此，研究中綜合考慮了錢塘江流域生產(chǎn)、使用、貯存和運輸?shù)闹饕；芬约皻v史突發(fā)水污染事故涉及的?；罚x取了溶解型化學(xué)品四氯乙烷、漂浮型化學(xué)品甲苯和不溶沉降型化學(xué)品1,2,4-三氯苯等作為事故情景庫主要模擬的化學(xué)品。四氯乙烷作為溶解型化學(xué)品，密度大于水，溶解性較強，揮發(fā)性較高；苯系物中的甲苯作為漂浮型化學(xué)品，其密度小于水，溶解性不強，揮發(fā)性較高；1,2,4-三氯苯作為不溶沉降型化學(xué)品，密度大于水，溶解性弱，不易揮發(fā)，進(jìn)入水體后基本分布于水中和沉積物上。

6.3 主要模擬條件及參數(shù)選取

模擬時間段根據(jù)G20峰會召開時間選擇了2016年8月底至9月初，具體模擬泄漏時刻則選取了該時間段內(nèi)的大潮漲憩、大潮落憩、大潮落急、小潮漲憩、小潮落憩、小潮落急等典型時刻；富春江大壩上游由于無明顯潮汐現(xiàn)象，因此模擬泄漏事故不區(qū)分潮時。水動力條件則根據(jù)一旦發(fā)生事故后富春江大壩可能的下泄流量條件，選擇 1 000m3/s、1 500m3/s 、2 000m3/s、3 000m3/s下泄流量條件下的水動力模擬文件。由于風(fēng)對大部分進(jìn)入水體的化學(xué)品遷移轉(zhuǎn)化過程影響較小，因此風(fēng)場參數(shù)選擇為無風(fēng)。模擬時長根據(jù)泄漏點位置及水動力條件并經(jīng)過初步試算后選擇7～13天。

6.4 模擬化學(xué)品毒性及閾值選取

四氯乙烷是有氯仿樣氣味的無色液體，不燃，有毒，具刺激性。地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—2002）中無四氯乙烷項目，美國EPA制定的四氯乙烷水環(huán)境目標(biāo)值（以對水生生態(tài)系統(tǒng)影響為依據(jù)）為97ppb，取該限值為四氯乙烷閾值。甲苯為無色澄清液體，屬低毒類，對皮膚、黏膜有刺激性，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用。在地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—2002）中甲苯限值為700ppb，取該限值作為甲苯閾值。1,2,4-三氯苯為無色或微黃色透明液體，有特殊氣味。對眼、上呼吸道、粘膜、皮膚有刺激作用。在地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—2002）中1,2,4-三氯苯限值為20ppb，取該限值作為1,2,4-三氯苯閾值。

6.5 構(gòu)建錢塘江流域典型水污染事故情景庫

對上述各模擬事故點各不同模擬條件下的情景案例逐個進(jìn)行計算，將污染物到達(dá)各取水口的時刻、各取水口水體中污染物超閾值時刻、持續(xù)超閾值時間和峰值濃度逐個進(jìn)行統(tǒng)計，形成錢塘江流域突發(fā)水環(huán)境事故應(yīng)急速查表，將情景案例及速查表統(tǒng)計信息設(shè)計成系統(tǒng)功能模塊，構(gòu)建成錢塘江流域典型水污染事故情景庫（圖 7）。

7 結(jié)論

針對錢塘江流域突發(fā)性水污染事故風(fēng)險，為實現(xiàn)應(yīng)急管理部門和應(yīng)急人員快速且較為準(zhǔn)確地掌握事故現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及對周邊環(huán)境的危害程度，為保障G20峰會期間錢塘江流域的飲用水源地安全，本研究以水動力模型、溢油和化學(xué)品泄漏模型為核心，采用空間關(guān)系型中央數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，基于網(wǎng)絡(luò)GIS技術(shù)研發(fā)了錢塘江突發(fā)水污染事故應(yīng)急系統(tǒng)，并通過對錢塘江流域歷史事故的反演，驗證了該系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和可靠性。鑒于錢塘江流域地形和人工構(gòu)筑物特點，研究中采用三維水動力模型與一維河網(wǎng)模型相結(jié)合的方式構(gòu)建了錢塘江流域水動力模擬體系。研究中針對錢塘江水系的典型水文特征和突發(fā)水污染事故特點，建立了典型流場庫和突發(fā)水污染事故情景庫，以此實現(xiàn)快速有效地應(yīng)對G20峰會期間錢塘江流域可能發(fā)生的突發(fā)水污染事故。該系統(tǒng)可為錢塘江流域的水環(huán)境應(yīng)急管理部門提供快速而準(zhǔn)確的事故反演和事態(tài)推演信息，為保障錢塘江流域飲用水源地安全提供有力的技術(shù)支持，并可為浙江及全國其他重要水體的應(yīng)急管理提供技術(shù)思路和有益借鑒。

圖7 系統(tǒng)中水污染事故情景庫示意圖