平緩河道突發溢油事故應急監測及污染物擴散特征分析

宋興偉，李莉莉，紀喬木, 梁 宵，胡 玲

（1.江蘇省環境監測中心，江蘇 南京 210019; 2.淮安市華測檢測技術有限公司，江蘇 淮安 223001）

0 引言

近年來，隨著我國經濟的快速發展，對石油資源的需求量增加，石油運輸行業十分繁榮，因運力大、運費低廉，油品的船舶運輸一直是保障石油供應的重要途徑，原油運輸隨之而來的環境風險也在增加。目前我國原油的年存儲及生產總量接近5.22 億t，其中自產量約2.2 億t 左右( 2015 國家統計局數據)，對外依存度55% ～60%，而進口原油80%以上是依靠油輪運輸；同時，內貿原油中，原油船運輸的比例也比較大[1]。1973 ～2006年，我國沿海地區發生了2 600 余起運輸溢油事故，尤其自2005年以來，全國沿海和河流共發生了250 多起運輸溢油事故[2]。以江蘇為例，區域內河網密布、船舶運輸繁忙、地表水源地眾多，一旦發生油品泄露等極有可能威脅局地生態和區域飲用水源地供水安全[3-6]。 因此對油品泄漏后污染物的擴散研究一直是各界學者的關注熱點，喬皎等[7]詳細研究了內河河道中溢油基于油膜擴散的費伊模型和基于油粒子擴散模型的區別和適用范圍；齊慶輝等[8]研究了京杭運河揚州段的溢油擴散數值模擬方式并預測了突發溢油事故發生后的污染物擴散距離。 但文獻中鮮見基于實際突發溢油事故案例的污染物擴散特征研究的報道。 筆者以近期發生在蘇北平原地區順直河道的一起原油泄露事件為案例，系統分析了事故發生后石油類污染物監測濃度在時間、空間維度的擴散特征，并與EFDC 模型預測結果進行了對比分析，最終提出了類似突發環境事件發生后的應急處置和應急監測建議，以期為今后的應對工作提供參考。

1 事故背景

2019年5月，江蘇省北部某運河一原油運輸船發生泄漏，事發時運河流向由南向北，流速約2 ～3 km/h，事故發生地距下游最近水源地取水口約6 km。 事故發生后，船舶第一時間封堵了泄露閥門，各相關部門迅速行動，市、縣2 級監測部門先后抵達現場，展開應急處置和監測工作。事故區域環境概況見圖1。

圖1 事發區域位置概況模擬

2 事故應對

2.1 應急處置方案

事發后現場緊急采取了以下措施： 關閉下游支流閘口；將泄漏原油的船只進行駁載；迅速將泄漏原油的水面區域鋪設圍油欄進行圍擋；下游做好備用水源啟用準備；投放吸油氈并進行水面油污及漂浮物打撈；清拖肇事船舶至專用危化品船舶停泊區。

2.2 應急監測方案

監測點位：事發點上游、下游、下游水廠取水口及行政區域交界處布設監測斷面，監測方案要點見表1。

表1 事件主要監測點位、指標和頻次

監測項目：石油類、揮發酚和VOCs 等；

樣品采集： 河道中心采集水面下30 cm 處柱狀水樣；

監測儀器： 紫外可見分光光度計（北京普析通用）、HAPSITE ER 便攜式頂空氣質聯用儀 （美國INFICON）；

監測時間：2019年5月29日09：00 ～6月3日24：00。

3 污染團的遷移與擴散分析

3.1 污染物濃度時空變化特征分析

各斷面石油類質量濃度監測結果見表2。由表2可知，事發地及下游揮發酚和VOCs 均未檢出，事發地及下游一定距離石油類污染物超標嚴重，其中事故發生地附近水域中石油類質量濃度最高達到了0.79 mg/L，超標14.8 倍，之后隨著表面浮油打撈作業進行，不斷降低，但在24 h 后出現一個小幅上升的趨勢。經分析，泄露源切斷后石油排放特征可視為瞬時排放源，進入河流的油類污染物相互聚集形成聚集性油膜，或粘附在水體中固體懸浮物上，聚集形成團塊，其向下游擴散受水流、風速和人工設置的吸油氈等吸附材料影響，垂直梯度的溶解受原油成分和其溶解性能影響。 下游一定距離內的石油類濃度升高，表明在表面浮油打撈后，受石油類被河道構筑物和岸邊水草吸附的表面油污存在表面擴散和梯度溶解的過程。

表2 斷面石油類質量濃度監測值 mg·L-1

結合應急處置措施，石油類污染團時空分布變化趨勢見圖2，分析圖2 可發現事故導致排入水中的污染團主要聚集在上游1 km 至下游3 km 區域，且隨著時間推移質量濃度逐漸降低，并隨著水流向下游擴散，在事發78 h 后所有監測斷面的石油類質量濃度都穩定恢復至GB 3838—2002 《地表水環境質量標準》表1 中Ⅲ類標準（0.05 mg/L）以下。結果還發現，除去事發后短時間內事故點石油類質量濃度較高外，石油類污染物最高質量濃度出現在事發地24 h 后下游1 km 處，且在65 h 后下游3.5 km 處呈現明顯波動，表明污染團帶在時間上存在逐步消減趨勢，在空間上存在明顯的下移過程，事發后短時間內對下游水體的影響符合典型的表面浮油擴散規律[9]。從石油類污染峰值移動和消減規律上看，在封閉、平直河道內石油類污染物的消減主要依賴于人為處置措施而非水體自凈功能。

圖2 事發地附近區域石油類污染物質量濃度時空變化趨勢

3.2 石油類污染團擴散和消減特征分析

石油類是難溶于水的有機化學物質，擴散、遷移、蒸發、吸附、沉淀、生物降解是其質量濃度衰減的主要途徑[10]。 通過分析事發后不同時間沿程石油類質量濃度與距離的相關性，其峰值隨距離變化存在明顯的非線性特征。 根據石油類質量濃度與擴散距離的擬合結果分析見圖3。 由圖3 可知，事發后36 h內石油類的擴散和遷移呈明顯的指數衰減模式，表明此時污染團聚集在水體表面，其遷移和擴散主要受水流和風速等因素影響，逐漸向水體溶解并向下游擴散，前半程呈快速降低趨勢，隨著距離增加質量濃度逐漸趨于平緩。 事發后48 h 開始，事發區域表面浮油基本清理結束，零星浮油受岸邊水生植物、構筑物和人工投放吸附材料影響，擴散和遷移規律明顯不同于前半程，事發地附近質量濃度明顯降低，表明污染團存在向下遷移趨勢，但整體質量濃度水平在急速降低，污染團受水體表面張力作用將會顯著拉長，對一定區域內的影響過程和時間亦會顯著延長。 結果表明，人為采取有效處置措施后，石油類污染物的擴散和消減規律明顯有別于人為介入之前。

圖3 事發后不同時間石油類污染物質量濃度隨距離的衰減曲線

3.3 污染物實際擴散與模擬預測結果對比分析

目前，有眾多模型軟件可以對溢油發生后的污染物擴散進行模擬和預測[11]，其中EFDC 模型（Environmental Fluid Dynamics Computer Cod） 是美國環保署TMDL 模擬工具箱中的重要模擬軟件[12]，能高效整合多種邊界數據，模擬油膜的遷移軌跡，并最終在地理信息系統的圖層里以動畫形式實時展示溢油等污染物達下游環境保護區的時間、污染團帶的遷移時間以及濃度情況[13]。 經EFDC 模型模擬預測顯示，在順直河道、平緩流速條件下擴散范圍較大，事發后24 h 污染峰值前鋒會抵達下游8~9 km處，分布情況見圖4。

圖4 事發后24 h 污染物分布

污染物擴散將會對河道產生大面積的生態環境破壞，影響下游水源地的供水安全。 而監測結果顯示，事發后24 h 污染團峰值前鋒仍在下游3 km 內，且污染團向上游擴散至1 km 范圍，實際污染范圍較預測范圍縮小了44%~50%。 經分析，預測結果與實際監測結果之間差異主要有2 個方面原因：①河道是通航河道，來往船只導致了污染團向上游的擴散；②事發后應急處置單位在沿岸投放大量吸油氈，并設置3道圍油欄，第1 道設置在事故發生區域，第2 道設置在事發第下游1 km，第3 道設置在下游5 km 處，大大減少污染物向下游擴散的趨勢。 由此可見，事發后第一時間采取攔截、吸附、打撈、清污等措施及時、有效，可為今后類似事件有效應對提供參考。

4 結論及建議

此次事故發生在平原地區平直河道，下游分布有2 個縣的水源地，事故影響范圍較廣，應急監測共投入人員63 人、監測儀器11 臺、監測船28 艘次，有效監控了污染團帶的擴散、遷移和變化情況，為應急處置提供了技術支持。 通過分析此次事故應急監測工作和污染團帶的擴散特征，得到以下結論。

（1）河流溢油事故發生后第一時間采取攔截、吸附、打撈、清污等措施可有效控制污染團的擴散和遷移，減少和避免對下游敏感目標的影響和沖擊，有溢油風險的河道管理、海事和地方環境管理機構應常備相關的物資和處置隊伍，保障區域水環境安全。

（2）同時具備航運和飲用水源地功能的河流等水體發生突發溢油事故后，環境敏感點等監測斷面較多，同時平緩河道水流緩慢，對污染物的攜帶能力較弱，污染團帶長期滯留，導致應急監測持續時間較長，在確定采取必要處置措施后且不會對水源地造成沖擊時，應適當降低監測頻次。

（3）目前石油類監測按照HJ 970—2018《水質石油類的測定紫外分光光度法（試行）》進行采樣和分析，前處理復雜、方法自動化程度低，尚不能實現現場快速測定，耗時較長，在事件初期難以滿足高頻次排查監測需求，建議各類研發機構加大石油類污染物快速監測技術和儀器的研發力度，盡快實現石油類污染物的現場快速精準測定。