王國鋒，李 媛，譚艷斌，譚文津，胡麗珍

(1.江西省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究與規(guī)劃院，330039，南昌；2.核工業(yè)二七〇研究所，330200，南昌；3.安徽環(huán)境科技研究院股份有限公司，230071，合肥)

0 引言

南昌港總體規(guī)劃(修訂)中主要液體散貨泊位位于樵舍港區(qū)，營運期溢油事故將對贛江下游水質(zhì)造成影響[1]。為加強水生生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，保障生態(tài)安全[2]，降低突發(fā)溢油事故對水生生態(tài)環(huán)境的威脅[3-8]，本研究在區(qū)域典型水文特征及氣象條件下，選用MIKE[9]預(yù)測油膜的可能影響范圍[10-12]，為下游飲用水源取水口事故預(yù)警、應(yīng)急處置及相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案提供現(xiàn)實指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 樵舍港區(qū)概況

樵舍港區(qū)位于贛江西支左岸新建區(qū)樵舍鎮(zhèn)境內(nèi)，下設(shè)3個作業(yè)區(qū)，以散貨、液體散貨運輸為主。環(huán)境風險保護目標為下游15 km象山鎮(zhèn)水廠取水口(最大取水量為75 000 m3/d)。

1.2 歷史事故回顧

2004—2020年未發(fā)生船舶溢油污染事故或因交通事故引起的船舶溢油污染事件。

1.3 風險識別

可能發(fā)生的環(huán)境風險事故主要是碼頭操作事故及船舶在航行過程中的碰撞事故。

1.4 源項分析和風險強度

贛江中型碼頭千噸級貨船碰撞性溢油發(fā)生率約為20 a一遇。

1.4.1 貨油泄漏量預(yù)測

1)泄漏量預(yù)測。按MARPOL73/78公約附則Ⅰ第24條對油船假定泄油量的計算方法，側(cè)向破損計算參數(shù)取值表見表1。底部破損計算參數(shù)取值表詳見表2。

表1 側(cè)向破損計算參數(shù)取值表

表2 底部破損計算參數(shù)取值表

對于側(cè)向破損：Oc=ΣWi+ΣKiCi。

對于底部破損：Osi=1/3(ΣZiWi+ΣZiC)。

W為損壞導(dǎo)致破裂的一個邊艙容積(m3)。

對于SBT，W=0；

C為損壞導(dǎo)致破裂的一個中艙容積(m3)。

對于SBT，C=0；

Ki=1-bi/tc；當bi≥tc時；

Zi=1-hi/vs；當hi≥vs時。

bi為所考慮的邊船寬度(m)，在相應(yīng)于核定的夏季干弦水平面，自般側(cè)向船內(nèi)中心線垂直量??；hi為所考慮的雙層底最小高度；若無雙層底，則hi=0。

船舶在進出港時的最高航速為14.816 km/h，設(shè)定船舶發(fā)生事故時，最多破損不超過個1貨艙(裝載貨油約250 t)。經(jīng)計算，側(cè)向破損時最大可能溢油量約為188 t，底部破損最大可能溢油量為58 t。

2)最可能泄漏量預(yù)測。按《港口建設(shè)項目船舶污染環(huán)境風險評價專項技術(shù)導(dǎo)則(試用稿)》推薦方法預(yù)測，預(yù)測公式如下：

M=ΣOi×Pi(i=1,3,5)

其中：M為油船發(fā)生泄漏時導(dǎo)致貨油泄漏的最可能泄漏量，Oi為貨油艙的泄漏量，Pi為各油輪的年船舶數(shù)量占到樵舍港區(qū)的油船的年船舶總數(shù)的百分比(取40%)。

油船實載率為85%～95%，經(jīng)計算，到達港口的油船最可能發(fā)生的溢油量為95 t。

綜上所述，對于本港口船舶事故可能導(dǎo)致的貨油泄漏，預(yù)測最大可能泄漏量為188 t，最可能泄漏量為95 t。

1.4.2 操作性溢油量預(yù)測 按5 min關(guān)閉泵閥或糾正來確定溢油量。本港口設(shè)計為2 000噸級的油船泊位，每個碼頭設(shè)3根DN200的管道；汽油和柴油的最大卸船效率為3 400 m3/h。經(jīng)計算，本港區(qū)油船操作性溢油量為：汽油溢油量為167 t，柴油溢油量為116 t。

2 結(jié)果與討論

2.1 預(yù)測模型

采用MIKE預(yù)測油膜的擴散面積、運動軌跡、污染范圍[13-21]。

在每一時間步Δt中，用子區(qū)間δtk計算油滴的漂移位移：

V'=(4ET/δt)1/2，

ET為紊動擴散系數(shù)；δt為時間步長；Rn為均值為0，標準差為1的正態(tài)分布的隨機數(shù)；方向角θ'為均勻分布的隨機角，取值為0～π。

2.1.4 油膜的擴展 根據(jù)Fay的三階理論，油膜擴展停止時油膜的面積Af為：

Af=105?3/4

?為油膜體積，當油膜厚度減少到10-5?1/4m時，擴展停止。

2.1.5 河岸邊界條件 根據(jù)Torgrimson衰減公式計算每個時段Δt內(nèi)返回水中的油量Δ?b為：

Δ?b/?b=1-0.5Δt/λ

式中：?b為吸附在岸邊的總油量，λ為半衰期。

2.2 預(yù)測方案

2.2.1 水文條件 樵舍港區(qū)上游30 km處為外洲水文站，歷年洪水最大流量20 400 m3/s，歷年枯水最小流量172 m3/s，多年平均流量2 114 m3/s。河道中最大流速1.83 m/s，最小流速0.12 m/s，平均流速0.4 m/s。

2.2.2 氣象條件 根據(jù)南昌市多年的氣象統(tǒng)計資料，夏季主導(dǎo)風向為西南風或東南風，冬季主要風向是北風或西北風。夏季平均風速3.4 m/s，冬季平均風速4.6 m/s，多年最大風速21.7 m/s。

2.2.3 預(yù)測情景 采用MIKE對碼頭前沿操作性事故(樵舍港區(qū)劉家作業(yè)區(qū)液體散貨碼頭)以及船舶在航行過程中碰撞事故(船撞規(guī)劃G316跨江橋梁)進行模擬預(yù)測。

選取2期水文條件(枯水期和豐水期)，分別在常風向和最不利風況下進行預(yù)測，重點分析溢油事故對下游象山鎮(zhèn)水廠取水口的影響，溢油模擬情景設(shè)置見表3。溢油點位置見圖1。

圖1 溢油點位置示意圖

表3 溢油預(yù)測情景

2.3 預(yù)測結(jié)果

2.3.1 操作性溢油事故 樵舍港區(qū)劉家作業(yè)區(qū)豐水期、枯水期、常風向和最不利風向下，碼頭前沿操作性溢油事故油膜漂移擴散軌跡及溢油污染油膜影響范圍見圖2。

(a)豐水期、常風向(3.4 m/s、SE) (b)豐水期、最不利風況(21.7 m/s、S)

(a) 枯水期、常風向(4.6 m/s、NW)(b) 枯水期、最不利風況(21.7 m/s、S)

2.3.2 船舶碰撞溢油事故 樵舍港區(qū)劉家作業(yè)區(qū)豐水期、枯水期、常風向和最不利風向下，船舶碰撞(船撞規(guī)劃G316跨江橋梁)溢油事故油膜漂移擴散軌跡及溢油污染油膜影響范圍見圖3。

2.3.3 小結(jié) 碼頭前沿操作性溢油事故預(yù)測結(jié)果：豐水期在樵舍港區(qū)劉家作業(yè)區(qū)液散碼頭前沿發(fā)生溢油事故后，夏季定常風下4.8 h后油膜到達下游象山水廠取水口附近；最不利風況下4 h后油膜到達下游象山水廠取水口附近；枯水期在樵舍港區(qū)劉家作業(yè)區(qū)液散碼頭前沿發(fā)生溢油事故后，冬季定常風下15 h后油膜到達下游象山水廠取水口附近；最不利風況下13.5 h后油膜到達下游象山水廠取水口附近。

船舶碰撞溢油事故預(yù)測結(jié)果：豐水期在航道發(fā)生溢油事故后，夏季定常風下3.7 h后油膜到達下游象山水廠取水口附近；最不利風況下3 h后油膜到達下游象山水廠取水口附近；枯水期在航道發(fā)生溢油事故后，冬季定常風下14 h后油膜到達下游象山水廠取水口附近；最不利風況下12.4 h后油膜到達下游象山水廠取水口附近。

(a)豐水期、常風向(3.4 m/s、SE) (b)豐水期、最不利風況(21.7 m/s、S)

(a) 枯水期、常風向(4.6 m/s、NW)(b) 枯水期、最不利風況(21.7 m/s、S)

各個工況溢油污染油膜漂移到達下游取水口的時間見表4所示。

表4 溢油污染油膜達到下游取水口的時間

3 結(jié)論

豐水期溢油事故對下游取水口影響較大，一旦發(fā)生溢油事故，相關(guān)部門應(yīng)在3 h內(nèi)應(yīng)急相應(yīng)并啟用備用水源。管理部門應(yīng)加強通航管理，降低船舶交通事故發(fā)生的概率，同時應(yīng)制定應(yīng)急預(yù)案，準備必要的應(yīng)急物資，使溢油事故風險處于可接受的水平。