油粒子模型在環境風險評估的應用

常越亞

摘要：為了有效防制長江航道整治施工中突發溢油環境風險，本文以新洲-九江河段航道整治工程為例，通過“油粒子”溢油模型，模擬不同氣象條件下，施工期發生45t柴油泄漏下油膜漂移軌跡，評估溢油事故的影響范圍和程度。為制定溢油污染預防措施及應急預案，提高航道施工期的環境風險應急管理能力，減少環境危害提供理論依據。

關鍵詞：長江航道整治;油離子模型;環境風險

中圖分類號：X820.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）10-000-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.004

Abstract：In order to effectively prevent and control emergency environmental risk of oil spill caused by the Yangtze channel regulation construction，the Xin Zhou ～ Jiu Jiang waterway is taken as an example in this paper. By oil particles model， the trajectory of oil film under different meteorological conditions is simulated when 45t fuel oil spill. During the construction， we evaluate the impact of oil spill range and degree. The purpose of this paper is to provide a scientific basis for making risk prevention measures and emergency plans， improving channel construction management capacity of environmental emergency risk， and reducing environmental harm.

Key words：The Yangtze channel regulation; Oil particle model; Environmental risk

根據中共中央政治局審議通過的《長江經濟帶發展規劃綱要》，可知加快長江水運發展已成為國家新戰略。而航道整治期可能發生船舶碰撞、擱淺等事故造成油品泄漏[1]，因此施工船舶溢油事故是長江航道整治工程中的環境風險。新洲-九江河段位于長江干線中游，武漢至安慶河段的中下段，上起葫蘆山，下迄九江港客運碼頭。涉及的環境保護目標為九江市第四水廠、柴桑區港口自來水廠等水廠取水口和長江江西段四大家魚、長江八里江段長吻鮠鯰國家級水產種質資源保護區。突發溢油事故對取水口和生態保護區存在潛在威脅，直接關系到周邊城鎮供水安全及生態、社會穩定。因此本文以新洲-九江河段航道整治工程為例，選用“油離子”溢油模型，根據典型水文特征，對不同氣象條件下某施工段發生溢油事故后的油膜漂移軌跡進行預測，評估環境保護目標風險，為航道整治工程環境管理提供理論依據。

1 溢油模型

1.1 溢油的物理與化學變化過程

油品泄漏進入水體后，會發生一系列復雜的物理化學過程，包括對流與擴散、蒸發、溶解、乳化乳膠、沉積等[2， 3]。

1.2 模型建立

“油粒子”模型是把溢油離散為大量的油粒子，每個油粒子代表一定的油量，油膜就是由這些油粒子組成的“云團”[4]。

1.2.1 輸移過程

油粒子的輸移包括擴展、漂移、擴散等過程，油粒子的組分在這些過程中不發生變化[5]。

1.2.3 計算網格

計算范圍選取上迄狗頭磯，下至九江長江大橋，模型全長約49km。縱向（水流方向）網格間距約15～100m，橫向（垂直水流方向）網格間距為10～40m，縱向布置490條網格線，橫向布置91條網格線，網格線基本保持正交，并在工程區域計算網格適當加密。

1.2.4 水文條件

河道糙率系數，河槽一般為0.018～0.023，灘地一般為0.025～0.035，選擇施工期江段累計頻率90%最大流量9600 m3/s，下邊界水位5.96 m。

1.3 參數確定

1.3.1 情景模擬參數確定

2 溢油事故預測及影響評價

2.1 主導風向

如圖1，徐家灣邊灘守護工程水域發生溢油事故時，溢油泄露點位于九江市第四水廠水源二級保護區，持續污染0.4h后油膜離開，第0.16h油膜到達九江市第四水廠水源一級保護區，持續污染0.75h后油膜離開;第0.3h油膜到達九江順風自來水廠取水口附近，持續污染0.5h后油膜離開;第0.45h油膜到達匯泉生物工程有限公司水廠取水口附近，持續污染0.7h后油膜離開;第0.6h油膜到達九江市第四水廠取水口附近，持續污染0.6h后油膜離開;此后油膜聚集在徐家灣邊灘5#守護工程附近，不再漂移。

2.2 不利風向

如圖2，徐家灣邊灘守護工程水域發生溢油事故時，溢油泄露點位于九江市第四水廠水源二級保護區，持續污染影響0.4h后油膜離開該保護區，第0.16h油膜到達九江市第四水廠水源一級保護區，持續污染0.75h后油膜離開該保護區;第0.2h油膜到達九江順風自來水廠取水口附近，持續污染0.5h后油膜離開該取水口;第0.3h油膜到達匯泉生物工程有限公司水廠取水口附近，持續污染0.7h后油膜離開該取水口;第0.4h油膜到達九江市第四水廠取水口附近，持續污染0.6h后油膜離開該取水口;第0.85h油膜到達王家堡村水廠取水口附近，持續污染0.8h后油膜離開該取水口;第1.4h油膜到達匯川水業有限公司取水口附近，持續污染0.6h后油膜離開該取水口;第1.55h油膜到達大樹村水廠取水口附近，持續污染0.65h后油膜離開該取水口;第1.7h油膜到達柴桑區港口自來水廠取水口附近，持續污染0.72h后油膜離開該取水口。