三峽庫(kù)區(qū)上游城市工業(yè)園區(qū)企業(yè)突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事故對(duì)入庫(kù)口水質(zhì)的影響模擬

高澤晉 ，張 洪

（1.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 環(huán)境水質(zhì)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.清華大學(xué) 新聞與傳播學(xué)院，北京 100084）

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶是中國(guó)經(jīng)濟(jì)密度最高、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟆?zhàn)略支撐作用最強(qiáng)的區(qū)域之一。2015年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶承載的總?cè)丝诤蛣?chuàng)造的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值均超過(guò)全國(guó)總量的40%[1]。工業(yè)園區(qū)作為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源消耗、污染物排放的重要主體，在創(chuàng)造巨大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也使人民健康和生態(tài)環(huán)境面臨著嚴(yán)重威脅。2014年，全國(guó)3起重大環(huán)境污染事件中，有2起發(fā)生在湖北省；16起較大環(huán)境事件中，有10起發(fā)生在長(zhǎng)江沿岸11省市[2]。目前，工業(yè)園區(qū)風(fēng)險(xiǎn)管理主要側(cè)重于風(fēng)險(xiǎn)爆發(fā)后的應(yīng)對(duì)和恢復(fù)，而對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估和預(yù)測(cè)工作相對(duì)缺乏。

長(zhǎng)江上游宜賓至瀘州段是三峽庫(kù)區(qū)重要的水源補(bǔ)給區(qū)，長(zhǎng)江水系兩大支流岷江和沱江在此匯入長(zhǎng)江干流。岷江和沱江流經(jīng)成都、樂(lè)山、簡(jiǎn)陽(yáng)、資陽(yáng)、內(nèi)江等城市，均是四川省工業(yè)集中之地[3]。作為工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要載體，工業(yè)園區(qū)在該區(qū)域內(nèi)形成了較大規(guī)模。調(diào)查表明，瀘州擁有工業(yè)園區(qū)13個(gè)，而宜賓市則有17個(gè)。工業(yè)園區(qū)企業(yè)集中、產(chǎn)業(yè)活動(dòng)強(qiáng)度大、資源通量高和污染密集，除了日常污染排放造成的環(huán)境污染問(wèn)題，更成為資源環(huán)境突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)爆發(fā)的潛在集中區(qū)域。

瀘州和宜賓及其上游城市工業(yè)園區(qū)企業(yè)密集化、大型化、復(fù)雜化，且緊鄰多個(gè)水系，一旦發(fā)生各種安全和環(huán)境事件，波及廣泛。上游城市工業(yè)園區(qū)內(nèi)會(huì)生產(chǎn)及儲(chǔ)存環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)，一旦出現(xiàn)突發(fā)事故，風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)將可能對(duì)入庫(kù)水質(zhì)產(chǎn)生影響[4]。為了更好地預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生所造成的連鎖性水質(zhì)影響的預(yù)測(cè)非常重要。本文以上游城市典型企業(yè)為研究對(duì)象，構(gòu)建相應(yīng)水質(zhì)模型，預(yù)測(cè)突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后，三峽入庫(kù)口的水質(zhì)變化規(guī)律，以期為庫(kù)區(qū)上游風(fēng)險(xiǎn)事故的管理和預(yù)防提供數(shù)據(jù)支撐。

1 工業(yè)園區(qū)概況

宜賓和瀘州市共有工業(yè)園區(qū)30家，企業(yè)數(shù)量為802個(gè)。其工業(yè)企業(yè)類(lèi)型主要是采礦和制造業(yè)，并以制造業(yè)為主，包括酒業(yè)制造、化學(xué)原料和化學(xué)品制造、造紙、非金屬礦物制品（建材）等。根據(jù)2015年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，廢水排放量7.837×107t，化學(xué)需氧量排放總量為20 176 t，氨氮排放量為484 t（表1）。其中，煤礦開(kāi)采和洗選行業(yè)是廢水排放的主要來(lái)源（接近30%），而酒、飲料和精制茶制造則是化學(xué)需氧量和氨氮排放量的主要貢獻(xiàn)行業(yè)，其行業(yè)貢獻(xiàn)率約占50%。

表1 瀘州和宜賓市主要行業(yè)污水和污染物排放統(tǒng)計(jì)Tab.1 The discharge of wastewater,chemical oxygen demand,and ammonia of industry in Luzhou and Yibin city

2 突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事故對(duì)入庫(kù)口水質(zhì)的影響模擬

2.1 瀘州及宜賓工業(yè)園區(qū)物料調(diào)查和風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)清單

通過(guò)入園調(diào)查和統(tǒng)計(jì)結(jié)合的方式，調(diào)查了兩市工業(yè)園區(qū)中主要原料及產(chǎn)品的物品種類(lèi)和儲(chǔ)量。從圖1可以看出，工業(yè)園區(qū)原材料如煤、礦石、糧食、無(wú)機(jī)化學(xué)品的投入量較大，而園區(qū)產(chǎn)品中，建筑材料占了絕大多數(shù)份額，兩市都超過(guò)了4×106t，此外，建筑用磚超過(guò)了10億塊。需要注意的是，兩市的無(wú)機(jī)化學(xué)品產(chǎn)量合計(jì)約為2×106t，有機(jī)化學(xué)品約為7×105t。這些原料和產(chǎn)品中的化學(xué)品的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、使用、運(yùn)輸過(guò)程中的突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，應(yīng)該引起廣泛關(guān)注。

圖1 瀘州（a1，a2）及宜賓（b1，b2）工業(yè)園區(qū)主要原料及產(chǎn)品種類(lèi)和儲(chǔ)量Fig.1 The raw materials and main products in the industry areas of Luzhou(a1 and a2)and Yibin City(b1 and b2)

進(jìn)一步調(diào)查上述原料和產(chǎn)品中的有機(jī)、無(wú)機(jī)化學(xué)品，并結(jié)合各類(lèi)化學(xué)物質(zhì)的水生生物毒性數(shù)據(jù)，確定了瀘州和宜賓工業(yè)園區(qū)主要風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)清單（表2），包括毒害有機(jī)物和重金屬兩大類(lèi)。其中，毒害有機(jī)物又包括單環(huán)芳烴、鹵代芳香族化合物、多環(huán)芳烴、酚類(lèi)等10類(lèi)45種化學(xué)物質(zhì)，重金屬則包含了鎘、鎳、鉛等8種元素。

表2 瀘州及宜賓工業(yè)園區(qū)風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)清單Table 2 The list of chemicals with high risk in the industry areas of Luzhou and Yibin City

（續(xù)表）

2.2 風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)傳輸模型構(gòu)建與求解

風(fēng)險(xiǎn)污染物水質(zhì)預(yù)測(cè)模型是對(duì)一般模型的簡(jiǎn)化[5]。該模型以河流上游污染源為起始點(diǎn)，只考慮下游某點(diǎn)E的污染物濃度僅受上游污染源A點(diǎn)的污染，而與A點(diǎn)及E點(diǎn)間區(qū)段排污無(wú)關(guān)。在突發(fā)污染狀況下，排入水中的污染物，在垂向和橫向混合均有較大差異，河水的水質(zhì)可以用三維水質(zhì)模型描述。在穩(wěn)態(tài)情況下，三維空間水質(zhì)數(shù)學(xué)模型的基本方程為：

式中，C為污染物濃度；x，y，z，分別為縱向、垂向、橫向坐標(biāo)；u，v，w，分別為河水縱向、垂向、橫向流速；Ex，Ey，Ez，分別為縱向、垂向、橫向擴(kuò)散系數(shù)；K為污染物衰減系數(shù)。

對(duì)于上述污染物遷移轉(zhuǎn)化基本方程，若僅考慮單一的瞬時(shí)排放源，不考慮泥沙夾帶效應(yīng)的損失；當(dāng)河道順直、水深變化不大時(shí)，垂向和橫向流速v，w接近于0；縱向擴(kuò)散與推流項(xiàng)相比甚小，可以忽略；由于時(shí)間較短，生物化學(xué)的自?xún)糇饔靡埠雎圆挥?jì)；則三維水質(zhì)模型的基本方程可簡(jiǎn)化為：

對(duì)簡(jiǎn)化模型求解，可得：

式中，C為污染物濃度；M為點(diǎn)源投放率；u為平均流速；y，z，分別為垂向和橫向坐標(biāo)；σy，σz，分別為形態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)離差，表達(dá)式為：σy=Ey，Ez分別為垂向和橫向擴(kuò)散系數(shù)，此處用無(wú)因次擴(kuò)散系數(shù)表達(dá)為y=Ey/hu*，z=Ez/hu*，u*——摩阻流速，其中I為水面比降，h為河段平均水深，g為重力加速度。

根據(jù)上述簡(jiǎn)化模型，對(duì)于突發(fā)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)事故，當(dāng)已知事故發(fā)生時(shí)的污染物排放量，匯入河段的流速、水深、比降，污染物在垂向和橫向擴(kuò)散系數(shù)，污染物的排放量，則可以求算下游河道中目標(biāo)點(diǎn)位的污染物濃度值。

2.3 突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事故產(chǎn)生對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)響應(yīng)預(yù)測(cè)

利用已建立的風(fēng)險(xiǎn)污染物水質(zhì)預(yù)測(cè)模型，結(jié)合三峽上游瀘州及宜賓兩市工業(yè)園區(qū)風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)調(diào)查，選取兩市工業(yè)園區(qū)7家企業(yè)（編號(hào)企業(yè)A～G）將其主要風(fēng)險(xiǎn)污染物儲(chǔ)量帶入污染物水質(zhì)預(yù)測(cè)模型模擬，獲得風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生后對(duì)下游三峽庫(kù)區(qū)入庫(kù)口水質(zhì)的影響，并以風(fēng)險(xiǎn)污染物入庫(kù)口水體濃度表示（表3）。

表3 高風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)事故水質(zhì)預(yù)測(cè)模型結(jié)果Tab.3 The modeling results of the water quality of potential risk accidents for some industry companies

模擬結(jié)果表明，三峽庫(kù)區(qū)上游沿江城市瀘州及宜賓兩市突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事故可能影響下游三峽入庫(kù)口水質(zhì)，但影響程度取決于風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)規(guī)模、種類(lèi)和匯入長(zhǎng)江的時(shí)間。總體而言，如果匯入時(shí)間超過(guò)8 h，入庫(kù)口處風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)的含量總體較低，但氨氮、苯和甲醇的濃度相對(duì)較高。需要指出的是，據(jù)實(shí)地調(diào)查，兩市工業(yè)園區(qū)企業(yè)均有應(yīng)急處理措施，在實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，在采取應(yīng)急措施的背景下，風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)匯入河流的時(shí)間將更長(zhǎng)，物質(zhì)量將更低，實(shí)際入庫(kù)口風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)將低于預(yù)測(cè)值。因此，總體而言，三峽庫(kù)區(qū)上游沿江城市發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事故預(yù)測(cè)對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)的整體影響較小。

3 結(jié)語(yǔ)

上游工業(yè)園區(qū)是區(qū)域突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的防控重點(diǎn)，從水污染突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)防范的角度，尤其應(yīng)該關(guān)注化工園區(qū)有機(jī)和無(wú)機(jī)化學(xué)品的風(fēng)險(xiǎn)防控。通過(guò)簡(jiǎn)單模型模擬分析，上游工業(yè)園區(qū)部分企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)若發(fā)生泄漏，建議盡量延長(zhǎng)其匯入長(zhǎng)江干流的時(shí)間，減弱對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)的影響。建議嚴(yán)格落實(shí)企業(yè)環(huán)境安全主體責(zé)任，實(shí)行環(huán)境應(yīng)急分級(jí)、動(dòng)態(tài)和全過(guò)程管理，并在流域尺度上，有必要盡快摸清長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶工業(yè)園區(qū)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，強(qiáng)化污染物在線監(jiān)測(cè)和環(huán)境應(yīng)急預(yù)警網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。