平缓河道突发溢油事故应急监测及污染物扩散特征分析

宋兴伟，李莉莉，纪乔木, 梁 宵，胡 玲

（1.江苏省环境监测中心，江苏 南京 210019; 2.淮安市华测检测技术有限公司，江苏 淮安 223001）

0 引言

近年来，随着我国经济的快速发展，对石油资源的需求量增加，石油运输行业十分繁荣，因运力大、运费低廉，油品的船舶运输一直是保障石油供应的重要途径，原油运输随之而来的环境风险也在增加。目前我国原油的年存储及生产总量接近5.22 亿t，其中自产量约2.2 亿t 左右( 2015 国家统计局数据)，对外依存度55% ～60%，而进口原油80%以上是依靠油轮运输；同时，内贸原油中，原油船运输的比例也比较大[1]。1973 ～2006年，我国沿海地区发生了2 600 余起运输溢油事故，尤其自2005年以来，全国沿海和河流共发生了250 多起运输溢油事故[2]。以江苏为例，区域内河网密布、船舶运输繁忙、地表水源地众多，一旦发生油品泄露等极有可能威胁局地生态和区域饮用水源地供水安全[3-6]。 因此对油品泄漏后污染物的扩散研究一直是各界学者的关注热点，乔皎等[7]详细研究了内河河道中溢油基于油膜扩散的费伊模型和基于油粒子扩散模型的区别和适用范围；齐庆辉等[8]研究了京杭运河扬州段的溢油扩散数值模拟方式并预测了突发溢油事故发生后的污染物扩散距离。 但文献中鲜见基于实际突发溢油事故案例的污染物扩散特征研究的报道。 笔者以近期发生在苏北平原地区顺直河道的一起原油泄露事件为案例，系统分析了事故发生后石油类污染物监测浓度在时间、空间维度的扩散特征，并与EFDC 模型预测结果进行了对比分析，最终提出了类似突发环境事件发生后的应急处置和应急监测建议，以期为今后的应对工作提供参考。

1 事故背景

2019年5月，江苏省北部某运河一原油运输船发生泄漏，事发时运河流向由南向北，流速约2 ～3 km/h，事故发生地距下游最近水源地取水口约6 km。 事故发生后，船舶第一时间封堵了泄露阀门，各相关部门迅速行动，市、县2 级监测部门先后抵达现场，展开应急处置和监测工作。事故区域环境概况见图1。

图1 事发区域位置概况模拟

2 事故应对

2.1 应急处置方案

事发后现场紧急采取了以下措施： 关闭下游支流闸口；将泄漏原油的船只进行驳载；迅速将泄漏原油的水面区域铺设围油栏进行围挡；下游做好备用水源启用准备；投放吸油毡并进行水面油污及漂浮物打捞；清拖肇事船舶至专用危化品船舶停泊区。

2.2 应急监测方案

监测点位：事发点上游、下游、下游水厂取水口及行政区域交界处布设监测断面，监测方案要点见表1。

表1 事件主要监测点位、指标和频次

监测项目：石油类、挥发酚和VOCs 等；

样品采集： 河道中心采集水面下30 cm 处柱状水样；

监测仪器： 紫外可见分光光度计（北京普析通用）、HAPSITE ER 便携式顶空气质联用仪 （美国INFICON）；

监测时间：2019年5月29日09：00 ～6月3日24：00。

3 污染团的迁移与扩散分析

3.1 污染物浓度时空变化特征分析

各断面石油类质量浓度监测结果见表2。由表2可知，事发地及下游挥发酚和VOCs 均未检出，事发地及下游一定距离石油类污染物超标严重，其中事故发生地附近水域中石油类质量浓度最高达到了0.79 mg/L，超标14.8 倍，之后随着表面浮油打捞作业进行，不断降低，但在24 h 后出现一个小幅上升的趋势。经分析，泄露源切断后石油排放特征可视为瞬时排放源，进入河流的油类污染物相互聚集形成聚集性油膜，或粘附在水体中固体悬浮物上，聚集形成团块，其向下游扩散受水流、风速和人工设置的吸油毡等吸附材料影响，垂直梯度的溶解受原油成分和其溶解性能影响。 下游一定距离内的石油类浓度升高，表明在表面浮油打捞后，受石油类被河道构筑物和岸边水草吸附的表面油污存在表面扩散和梯度溶解的过程。

表2 断面石油类质量浓度监测值 mg·L-1

结合应急处置措施，石油类污染团时空分布变化趋势见图2，分析图2 可发现事故导致排入水中的污染团主要聚集在上游1 km 至下游3 km 区域，且随着时间推移质量浓度逐渐降低，并随着水流向下游扩散，在事发78 h 后所有监测断面的石油类质量浓度都稳定恢复至GB 3838—2002 《地表水环境质量标准》表1 中Ⅲ类标准（0.05 mg/L）以下。结果还发现，除去事发后短时间内事故点石油类质量浓度较高外，石油类污染物最高质量浓度出现在事发地24 h 后下游1 km 处，且在65 h 后下游3.5 km 处呈现明显波动，表明污染团带在时间上存在逐步消减趋势，在空间上存在明显的下移过程，事发后短时间内对下游水体的影响符合典型的表面浮油扩散规律[9]。从石油类污染峰值移动和消减规律上看，在封闭、平直河道内石油类污染物的消减主要依赖于人为处置措施而非水体自净功能。

图2 事发地附近区域石油类污染物质量浓度时空变化趋势

3.2 石油类污染团扩散和消减特征分析

石油类是难溶于水的有机化学物质，扩散、迁移、蒸发、吸附、沉淀、生物降解是其质量浓度衰减的主要途径[10]。 通过分析事发后不同时间沿程石油类质量浓度与距离的相关性，其峰值随距离变化存在明显的非线性特征。 根据石油类质量浓度与扩散距离的拟合结果分析见图3。 由图3 可知，事发后36 h内石油类的扩散和迁移呈明显的指数衰减模式，表明此时污染团聚集在水体表面，其迁移和扩散主要受水流和风速等因素影响，逐渐向水体溶解并向下游扩散，前半程呈快速降低趋势，随着距离增加质量浓度逐渐趋于平缓。 事发后48 h 开始，事发区域表面浮油基本清理结束，零星浮油受岸边水生植物、构筑物和人工投放吸附材料影响，扩散和迁移规律明显不同于前半程，事发地附近质量浓度明显降低，表明污染团存在向下迁移趋势，但整体质量浓度水平在急速降低，污染团受水体表面张力作用将会显著拉长，对一定区域内的影响过程和时间亦会显著延长。 结果表明，人为采取有效处置措施后，石油类污染物的扩散和消减规律明显有别于人为介入之前。

图3 事发后不同时间石油类污染物质量浓度随距离的衰减曲线

3.3 污染物实际扩散与模拟预测结果对比分析

目前，有众多模型软件可以对溢油发生后的污染物扩散进行模拟和预测[11]，其中EFDC 模型（Environmental Fluid Dynamics Computer Cod） 是美国环保署TMDL 模拟工具箱中的重要模拟软件[12]，能高效整合多种边界数据，模拟油膜的迁移轨迹，并最终在地理信息系统的图层里以动画形式实时展示溢油等污染物达下游环境保护区的时间、污染团带的迁移时间以及浓度情况[13]。 经EFDC 模型模拟预测显示，在顺直河道、平缓流速条件下扩散范围较大，事发后24 h 污染峰值前锋会抵达下游8~9 km处，分布情况见图4。

图4 事发后24 h 污染物分布

污染物扩散将会对河道产生大面积的生态环境破坏，影响下游水源地的供水安全。 而监测结果显示，事发后24 h 污染团峰值前锋仍在下游3 km 内，且污染团向上游扩散至1 km 范围，实际污染范围较预测范围缩小了44%~50%。 经分析，预测结果与实际监测结果之间差异主要有2 个方面原因：①河道是通航河道，来往船只导致了污染团向上游的扩散；②事发后应急处置单位在沿岸投放大量吸油毡，并设置3道围油栏，第1 道设置在事故发生区域，第2 道设置在事发第下游1 km，第3 道设置在下游5 km 处，大大减少污染物向下游扩散的趋势。 由此可见，事发后第一时间采取拦截、吸附、打捞、清污等措施及时、有效，可为今后类似事件有效应对提供参考。

4 结论及建议

此次事故发生在平原地区平直河道，下游分布有2 个县的水源地，事故影响范围较广，应急监测共投入人员63 人、监测仪器11 台、监测船28 艘次，有效监控了污染团带的扩散、迁移和变化情况，为应急处置提供了技术支持。 通过分析此次事故应急监测工作和污染团带的扩散特征，得到以下结论。

（1）河流溢油事故发生后第一时间采取拦截、吸附、打捞、清污等措施可有效控制污染团的扩散和迁移，减少和避免对下游敏感目标的影响和冲击，有溢油风险的河道管理、海事和地方环境管理机构应常备相关的物资和处置队伍，保障区域水环境安全。

（2）同时具备航运和饮用水源地功能的河流等水体发生突发溢油事故后，环境敏感点等监测断面较多，同时平缓河道水流缓慢，对污染物的携带能力较弱，污染团带长期滞留，导致应急监测持续时间较长，在确定采取必要处置措施后且不会对水源地造成冲击时，应适当降低监测频次。

（3）目前石油类监测按照HJ 970—2018《水质石油类的测定紫外分光光度法（试行）》进行采样和分析，前处理复杂、方法自动化程度低，尚不能实现现场快速测定，耗时较长，在事件初期难以满足高频次排查监测需求，建议各类研发机构加大石油类污染物快速监测技术和仪器的研发力度，尽快实现石油类污染物的现场快速精准测定。