横沙深水新港突发溢油对长江口水源地影响和对策研究
徐健++夏雪瑾++冯文静++李琦
摘 要：本文探讨建立了长江口水源地突发水污染事故模拟模型，开展了新横沙成陆开发和深水新港建设条件下多情景的突发水污染事故模拟，分析了横沙深水新港突发溢油对长江口水源地的影响，并针对长江口水源地应对突发水污染事故提出对策建议。
关键词：横沙；长江口；水源地；溢油；对策
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2016）12-0058-03
新横沙位于横沙岛以东、长江口北港和北槽之间，该区域拥有独特的区位、岸线、航道、滩涂和泥沙资源优势，是上海新一轮开发重点关注区域。新横沙距离青草沙、东风西沙和陈行水源地较近，其中青草沙水源地位于南北港分汊口、长兴岛西北侧，是上海市最大的饮用水水源地，供水人口已达到1300万。研究新横沙成陆开发和深水新港建设对长江口水源地影响，提出应对突发水污染事故的对策措施，对保障上海供水安全具有重要意义。
1 长江口水源地布局
长江口分布有青草沙水库、东风西沙水库和陈行水库3大饮用水水源地，长江口水源地现状格局见图1。
青草沙水源地（水库）位于长江口江心，南北港分流口下方，由长兴岛西侧的中央沙和北侧的青草沙以及北小泓、东北小泓等滩涂和水域构成，水库库容4.35亿m3，建设总面积约70km2，工程设计总规模719万m3/d，在咸潮期最长可确保68天连续供水。陈行水源地（水库）位于长江口南支南岸宝山罗泾镇，西接宝钢水库，东邻罗泾港区。水源地由2座取水泵站、一座调蓄水库和两个输水泵站组成。取水泵站规模分别为160万m3/d和 430万m3/d，调蓄水库库容约960万m3，输水泵站规模分别为40万m3/d和 166万m3/d。水库面积约133.6万m2，设计最高水位7.25m，最低水位0.50m，常水位5.50m，经过扩容改造后陈行水库有效库容为950万m3。东风西沙水库工程位于长江口南支上段，崇明岛西南侧。上口与白茆沙北水道相接，下游出口与庙港口门相邻。水库由东风西沙与崇明岛之间的夹泓形成，库体呈狭长型，上宽下窄，呈西北—东南轴向，库体面积约3.74km2，近期水库最小调蓄库容为478.5万m3，远期水库最小调蓄库容为890.2万m3。工程设计近期供水规模21.5万m3/d，远期供水规模40万m3/d，配套输水泵站规模40万m3/d。
2 建立长江口水源地突发水污染事故模拟模型
为建立基于Web-GIS的长江口水源地突发污染预警系统平台，在收集、调查、整合利用长江口地形、工况、气象、水文等数据信息的基础上，研发了气象、海洋、水文、环境等实时数据与三维水动力模型的数据交换接口，建立了长江口杭州湾三维水动力模型。通过引进消化吸收美国ASA开发的溢油OilMap专业模型软件系统，研究了OilMap模型的原理机理、基本方程和数值计算方法，以及水动力模型与OilMap模型无缝链接的数据交换接口，建立了长江口水源地突发污染预警模型。
2.1 长江口水动力模型
利用开源三维水动力与输沙模型-ECOMSED，建立长江口杭州湾大范围海域三维流场自动预报模型，为溢油模型和化学品模型提供流场条件，实现流场计算与NetCDF格式转换的无缝耦合，便于突发污染预警系统的集成开发。
水动力模型研究范围包含长江口杭州湾大范围水体，长江上游边界取在江阴，海域东边界为东经123°，南边界在北纬29°30'，北边界在江苏吕四港以北北纬32°15'，如图2所示。网格数146×131，垂向分为6层，计算时间步长为10s。
2.2 溢油模型
溢油事故的模拟预测应用美国应用科学协会（ASA）开发的OilMap模型，该模型在美国本土、中东以及欧洲等地区得以广泛应用，在溢油风险分析、应急处置等方面已有较为深入的应用。OilMap模型包括油膜轨迹计算模块、概率计算模块等，如图3所示。用户可以通过选择预测、溯源两种模式，分别对油品溢漏轨迹进行进行预测、追溯模拟。
OilMap模型中溢油最初用一系列的溢油点表示，每个溢油点平均表示溢油总量的一部分。通过溢油点模拟溢油在风场和流场的作用下，伴随随机扰动分散作用的平流输送。同时，可模拟油品所发生蒸发、扩散、进入水体、乳化以及吸附到岸边的情况。OilMap模型可快速模拟围油栏使用的效果，为溢油事件的应急处置提供决策支撑。
3 横沙深水新港突发溢油对长江口水源地影响
根据横沙深水新港建设对长江口水源地风险识别结果，分析LNG装卸码头和石油储备库等固定源和船舶事故移动源引发的突发溢油事故对长江口水源地的影响。采用长江口水源地突发水污染事故模拟模型，开展横沙深水新港突发溢油事故的案例多情景模拟计算分析。
3.1 方案设计
（1）固定源。根据横沙深水新港平面布置方案和功能定位，假定在横沙深水新港出口处发生突发溢油事故，位置示意图见图4。在方案选取时，分别考虑涨潮期和落潮期，风场考虑采用全球预报系统原预报风场、假定恒定不利常态风场（5.5m/s）和假定恒定不利风向风场（10m/s）时发生溢油事故模拟，共设置6个方案，详见表1。
（2）移动源。以2016年7月13日，实际发生的长江常熟附近水域溢油为例，进行实际风速和流场条件下的模拟，横沙深水新港移动源突发溢油事故方案见表2。
3.2 横沙深水新港突发溢油对长江口水源地影响分析
在方案一假定情况下，溢油上溯5.8km后转向往北进入江苏海域。在方案二假定情况下，溢油上溯5.9km后转向往北进入江苏海域。在方案三假定情况下，溢油上溯7.4km后往北进入江苏海域，最终吸附在江苏南通岸边。在方案四假定情况下，溢油先是随着落潮流往外海方向，并继续往东北方向迁移扩散。在方案五假定情况下，溢油先是随着落潮流往外海方向，并受潮流和风场的共同影响在崇明东部海域往东北方向迁移扩散。在方案六假定情况下，溢油先是随着落潮流往外海方向，并受潮流和风场的共同影响，逐渐向江蘇海域迁移扩散。在假定的留个方案情况下，横沙深水新港突发溢油未对长江口水源地造成影响。方案一～方案六溢油轨迹线见图5。
方案七713常熟溢油事故发生后，溢油沿着南支进入南港，之后进入南槽和北槽，部分被吸附在长江南岸、九段沙、横沙岛等岸边，对陈行水库、九段沙湿地等影响较大。溢油轨迹线见图6。
根据横沙深水新港突发溢油对长江口水源地影响初步分析结果，在汛期横沙深水新港固定源突发溢油未对长江口水源地造成影响。713常熟溢油事故，对陈行水库、九段沙湿地等敏感区域产生影响。随着横沙深水新港的建设和上海市航运中心的不断发展，船舶通行量将进一步增长，长江口水源地周边船舶事故引起的移动源环境风险将随之加大。
4 长江口水源地应对突发水污染事故的对策措施
4.1 加强船舶航运安全管理，防止突发性水污染事故发生
一是分类分级修订船舶及其设施、设备的相关环保标准，依法强制报废超过使用年限的船舶。二是加强船舶污染处理系统建设。对航行于我国水域的国际航线船舶，要实施压载水交换或安装压载水灭活处理系统。三是实施危化品水上适运性评估制度。四是推动长江危险化学品运输企业转型升级，严格航运市场准入管理。五是加强航运警示标建设和通航安全管理，进一步优化航道航线。
4.2 更加注重主动防范风险，发挥工程性措施防控水质效益
一是加强长江口水源地取水口设置防油拦污设施建设。为了提高长江口水源地安全取水和避污引清能力，有必要在取水口及岸边水闸引水口周围一定区域设置防拦油污设施，有效防止水上漂浮物或油污进入水库取水蓄水系统。二是加强输水口泵站安装应急处理装置建设。借鉴国内外应急处置突发性水污染事件的净水效果和成功经验，在输水口泵站安装粉末活性炭投加装置，可有效缓解突发性水污染事件的污染影响和原水中典型致嗅味物质含量的上升。
4.3 更加注重应急能力建设，完善水源地安全应急保障体系
一是着力健全应急组织体系，提高组织保障能力。按照“谁主管，谁负责”原则，各自承担相关工作。要加强应急抢险物资装备的储备、补充、更新、维护保养，以满足突发事件应急抢险需要。保障政府资金投入支持，加强通信技术与信息技术融合应用。二是着力完善应急处置预案，提高应急响应能力。为提高长江口水源地风险防范能力、供水保障能力和应急处置能力，针对水源地易遭受突发水污染事故水质安全风险，以健全完善长江口水源地突发水污染事件应对工作机制，不断完善适用于长江口水源地突发事件的应急处置预案。
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上海市科学技术委员会科研计划项目“新横沙成陆开发和深水新港建设可行性关键技术研究”（15DZ1202400）、上海市海洋局科研专项“长江口杭州湾水域纳污能力及限制排污总量研究”（沪海科2014-01）项目资助。
