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朱丽：突发性水污染事故对饮用水源的影响及应急机制研究 中文摘要 随着社会经济的不断发展，近年来我国不断发生重大水源地突发性污染事故， 给环境、人民群众的生命健康和财产造成了严重的损害。针对城市饮用水源地的 突发性污染事故的研究已成为我国水环境保护领域内研究的一个热点。 本文以饮用水源地突发性污染事故为研究对象，在国内外近年来在环境风险 评价、水质预警模型以及事故应急机制等方面的研究成果的基础上，研究了水源 地突发性污染事故发生时对饮用水源的影响及应急机制。主要研究内容有以下几 个方面： ( 1 ) 从环境风险评价的角度，研究了城市饮用水源地危险源辨识及事故源项 分析方法，并用指数法建立了突发性水污染事故污染危害程度分级体系。 ( 2 ) 建立了城市饮用水源地突发性污染事故的水质预警模型。采用沿水深平 均的平面二维水质模型对突发性水质污染事故进行了风险预警，分别考虑了瞬时 源和连续源在无边界限制和有边界限制下的情况，得出了不同情况下的污染物二 维扩散规律。并运用工程软件m a t l a b 实现事故发生时的污水团实时状态模拟。 并实例计算了水源地发生污染事故时取水口受事故危害影响的时间及危害终止的 时间。 ( 3 ) 提出了城市饮用水源地突发性污染事故发生时的应急机制，包括应急组 织体制、应急响应机制、应急监测、应急处理、应急备用水源和应急保障体制等。 关键词：饮用水源地；突发性污染事故；水质模型；m a t l a b ；应急机制 扬州大学硕士论文 a b s t r a c t w i t ht 1 1 es o c i o e c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，t h ea b r u p tw a t e rq u a l i 哆p o l l u t i o na c c i d e n t s h a v eb r o k e no u t 行e q u e n t l yi nt h e 嘶n k i n gw a t e rs o u r c ea r e a s ，t h ea c c i d e m sh a v ec a u s e d s e r i o u sd 锄a g eo fp e o p l e sh e a l t ha n dp r o p e r t y t h es t u d yi nt e m l so ft h ea 曲r u p t a c c i d e n t si nm ed r i n k i n gw a t e rs o u r c ea r e a sh a sb e c o m eah o tr e s e a r c hi nt h ef i e l do f e n v i r o m n e n t a lp r o t e c t i o n f o c u s i n go nt h ea b r u p ta c c i d e n t si 1 1m ed r i n k i n gw a t e rs o u r c ea r e a s ， t 1 i sp 印e r s u m m e du pb o t hd o m e s t i ca n df o r e i g nr e g a r d i n ge n v i r o 衄e n t a lr i s ka s s e s s m e n t 、w a t e r q u a l i t ) rm o d e la n de m e 唱e n c ym e c h a j l i s m ，b a s e do nt h i sf o c u st h i sp a p e rh a ss t u d i e dt h e i n n u e n c eo fa b r u p tw a t e rq u a l i t ) ，p o l l u t i o na c c i d e n t sa 1 1 dr e s p o n s em e c h 枷s m t h e m a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dc o n c l u s i o nc a nb es 呦a r i z e da l st h ef o l l o w i n g ： ( 1 ) i nt e n n so f t h ee n v i r o n m e n t a jr i s ka s s e s s m e n t ，t 1 1 er i s ks o u r c e so ft h ea b r u p t w a t e rq u a l i t ) ，p o l l u t i o na c c i d e n t sa r ei d e n t i f i e da n dt h es o u r c et e m l sf o rt h ea b r u p tw a t e r q u a l i t yp o l l u t i o na c c i d e n t sa r ea n a l y z e d ( 2 ) a c c o r d i n gt 0t h ea b o v e m e n t i o n e d 咖d y ， t h ee a r l yw a l i n gm o d e lf o rt h e a b r u p tw a t e rq u a l 时p o l l u t i o na c c i d e n t s a u r ee s 切b l i s h e d i nm i sp a p e r ， t h em o - d i m e n s i o n 宙w 缸e rq u a l i 哆m o d e la r eu s e di f lt l l e a b m p tw a t e rq u a l i 够p o l l u t i o n a c c i d e n t s ，t 1 1 ed i f f u s i o no ft h ed i f f e r e n tp o l l u 切n t sa r ec a l c u l a t e d a n dt l l e n ，t h e e n g i n e e r i n gs o 胁a r e m a t l a bi su s e dt os i m u l a t et h ea c c i d e n t so f r e a l - t i m es t a t u s ( 3 ) f r o mt h ef o l l o 诵n ga s p e c t so fe m e r g e n c yo 唱a n i z a t i o ns y s t e m 、e m e r g e n c y r e s p o n s em e c h a n i s m 、 e m e r g e n c ym o n i t o n g 、e m e r g e n c yt r e a t m e mm e c h a l l i s m 、 e m e 唱e n c yb a c k - u ps e c u r i 够s y s t e ma 1 1 de m e r g e n c yg u a r a n t e es y s t e m ，m i sp a p e rs e t su p a 1 1e m e 曙e n c ym e c h a n i s ms y s t e mf o rt h ea b r u p tw a t e rq u a l 毋p o l l u t i o na c c i d e n t s k e yw o r d s ：d r i n h n gw a t e rs o u r c ea r e a ；a b m p tp o l l u t i o na c c i d e n t ；w a t e fq u a l i 够 m o d e l ；m a r l a b ；e m e 略e n c ym e c h a n i s m 朱1 j f i ：突发性水污染事故对饮j - j 水源的影响及应急机制研究 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：爿l 啊 签字日期：阳o c i 年6 月i 箩日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。 本人授权扬州大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学 技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 学雠文储躲昝确导师躲坼毫 签字日期：j 川年6 月i s 日 签字日期：矿气年6 月( g 日 i l ( 本页为学位论文末页。如论文为密件可不授权，但论文原创必须声明。) 朱丽：突发性水污染事故对饮用水源的影响及应急机制研究 1 绪论 1 1 研究的背景及意义 1 1 1 研究的背景 水是生命之源，地球上所有生命都离不开水，饮用水源条件的优劣决定了经 济社会的发展方式，直接关乎人类生存与社会发展。清洁、安全的饮用水源是一 个城市发展的基础保障，因此，保障饮用水的安全是国家稳定的基础，也是国家 的政治需要。但是随着工业化程度的不断提高和改造自然能力的不断增强，近几 年来，人类对河流、湖泊、水库、港湾等的污染日趋严重，我国突发性水环境污 染事故也频繁发生，给环境、人民群众的生命、健康和财产造成了严重的损害。 在众多的突发性环境污染事故中，水环境污染事故更是严重威胁着饮用水源 的安全，直接影响到人民饮水安全。如2 0 0 4 年四川沱江氨氮泄露事件，2 0 0 5 年广 东北江镉污染事件，以及2 0 0 5 年1 1 月发生的吉化集团双苯厂污染松花江事件， 以及2 0 0 7 年6 月发生的无锡太湖水污染事件。这些非传统的突发性供水安全事件 有着突然性、不可预见性的特点，常常使供水企业猝不及防，缺乏应急处置手段 和应急供水保障措施，往往只能中断供水。这一系列重大水污染事件给沿岸城乡 居民生产生活用水造成了严重的困难，严重干扰了社会秩序，造成了重大的经济 损失，敲响了安全饮水供应的警钟。 近年来频发的水源地突发性污染事故暴露了安全供水存在的问题。一是缺乏 科学的事故影响研究，不能从理论上准确把握事故发生时对饮用水源的影响，包 括事故级别的判定、取水口的关闭与开放时间等；二是缺乏有效的应急处理和协 调机制，它包括突发事件的预防、突发事件的预警预报、对突发事件的现场应急 处理、安全供水应急方案、应急指挥系统等。 国外一些发达国家都制定了较为完善的突发性水环境污染事故的应急预防、 控制、消减措施。相反，我国应对水源地突发性污染事故的研究还相对落后，还 未引起足够的重视，此方面的研究还比较欠缺。非传统的突发性水环境污染事故， 扬州大学硕士论文 看似偶然，实际上存在着必然性，针对这些可能之中的必然，如果有一套保障措 施，事故发生时，及时启动应急预案，就会从容地应对危机，将损失减少至最低。 1 1 2 研究的意义 城市饮用水源地是为城市提供清洁和充足水源的生态环境基础，直接关系到 城市供水安全和城市经济社会系统的正常运行。如何应对和处理突发性水污染事 故，已经成为一个十分敏感而又急需解决的问题，本论文的研究具有重要的理论 意义及应用价值，主要体现在： ( 1 ) 理论意义 目前对于水源地突发性污染事故的风险评价，在理论体系上基本沿用了传统 的风险评价体系，突出事前的预测评价，即在风险事故发生前对事故的概率和后 果进行风险预测。本论文结合饮用水源的敏感性特点，重点研究了突发性水污染 事故危害影响程度的级别判定和有毒有害物质在水体中的迁移扩散规律，并着重 预测突发性污染物对取水口的影响，如到达时间、浓度、历时等，具有重要的科 学理论意义。 ( 2 ) 应用价值 面对r 益严峻的突发性水源污染形势，“针对性风险评价体系”的构建和“应 急评估方法”的改善，己经成为水源地突发性污染事故风险评价中两个十分突出 的问题【1 1 。针对饮用水源地突发性污染事故的自身特点，构建水源地突发性污染风 险评价体系，提高应急风险评估的能力，不仅是健全饮用水源地突发性污染事故 应急机制的一个重要环节，同时也是对整个饮用水源地环境管理体系的一个系统 性完善。 鉴于近年来暴露的安全供水存在的问题，加强水环境污染事故对饮用水安全 的影响及应对措施的研究已经刻不容缓。本论文研究的成果能够提高企业和政府 防范和处置突发性水环境污染事故的能力。为政府部门提高应急监测和处置能力、 最大限度地保障饮用水安全及生态环境安全、维护社会稳定和科学的安排经济发 展布局、应对突发性水环境污染事故的处置、控制、消减环境影响提供科学依据。 朱丽：突发性水污染事故对饮用水源的影响及应急机制研究 1 2 国内外相关研究综述 1 2 1 突发性水污染事故的风险评价研究 突发性水污染事故同时具备了风险事件的两大基本要素：瞬时突发性( 概率 事件) 和后果严重性( 影响损失) ，是典型的风险事件【2 1 。因此，对突发性水污染 事故的风险评价除了要对发生可能性评价外，还要对发生后产生的后果进行评价， 常用的评价方法有定性评价法、矩阵评价法、指数评价法、模糊评价法、概率评 价法等1 2 】。 ( 1 ) 国外研究概况 国外对突发性水污染事故的风险研究很长一段时期内多集中在海域突发性污 染事故的风险分析和评估上。s t e v e nd e m e r s o n 和j o l l l ln a d e a u 【3 】分析了海域移动 源及沿海岸固定源的风险状况，重点研究了突发性溢油污染事故对海岸生态环境 的影响；n i k o l a o sp ：v e n t i k o s 和h 撕l a o sn p s a r a f i t s l 4 】在国际海洋组织的安全评价体 系中，对事件决策网络法( e d n ) 进行了评述和分析，认为该方法能够准确的评 估溢油事件对海洋生态的影响；d e b o 讪f r e n c hm c c a y 【5 j 在自然资源损害评估 ( n i m a ) 模型的基础上开发了一种新模型溢油影响模型应用包( s i m a p ) ， 可以将其应用于各种溢油事故的自然生态资源损失评估中，具有普遍的适用性。 对于风险评价指标的研究，l j e 出n s 【6 j 提出对历史数据中，几个信息量记录丰 富的突发性事故进行深度分析，从中找出所有潜在可能发生的事故都可能具有的 相似信息指标，以其中某几次典型的溢油事故为标准，对所有可能发生的事故进 行生态和商业损失评估，得到相对的损失评估值，从而达到对事故造成的损失程 度进行评估的目的；a s as c o t t 【7 1 提出了“环境事故指数”法，该方法主要针对事故 突发性化学污染，先将决定事故影响后果的各因素进行分级，再运用评价模型， 对由事故引起的地表水环境、土壤环境以及地下水的影响后果进行识别和半定量 分级，以达到风险评估的目的。 ( 2 ) 国内研究概况 虽然国内的相关研究起步较晚，但目前关于突发性水污染事故风险评价理论 4扬州大学硕士论文 体系的研究已越来越受到重视。 任福安、殷佩海等【8 】对海上溢油事故的危害性等级划分方法作了研究，提出了 在综合分析可能导致溢油事故的所有因素的基础上，采用模糊神经网络技术确定 各影响因素的权重，并运用模糊综合评价的方法来评定溢油事故的等级与危害程 度，为海上溢油事故的应急处理奠定了良好的理论基础。 对于非海域的研究，刘国东等人【9 】探讨了交通污染事故对河流水质影响的风险 评价方法并将其应用于实际工程；徐峰和石剑荣【l o 】在水体扩散模型的基础上，推 导出了一套适用于评估突发性水环境污染事故危害后果的定量估算公式，该公式 能够用于危险源鉴别、特征等浓度线确定、事故特征危害区与危害期估算等方面。 曾光明【对河流突发性与非突发性水环境风险分析进行了比较研究，指出在不同 的时问段内及不同的河流断面，两类风险的大小有显著的差别。胡二邦等【1 2 】对河 流突发性污染事故的风险评价理论作了一定的梳理和归纳，提出了包含危害识别、 事故频率和后果估算、风险计算以及风险减缓四个阶段的风险评价体系；郑文瑞、 王新代等【1 3 】将模糊综合评价法和马尔代夫链法同时运用到河流水质污染状况的风 险评价中；汪立忠、陈j 下夫等 1 4 】从风险管理的角度综述了国内外突发性污染事件 研究进展，提出应对包括突发性水污染在内的突发性环境污染事件进行风险管理， 制定有针对性的风险管理体系和有组织的风险管理计划。 1 2 2 突发性水污染事故水质预警模型研究 污染物进入水体后，在迁移扩散过程中受到水流、水温、物理、化学、生物、 气候等因素的影响，导致水体物理、化学、生物等方面的性质发生变化，从而引 起污染物的稀释和降解。水质模型就是指根据物质守恒原理用数学的预言和方 法描述水体中水质组分所发生的物理、化学、生物和生态学等方面的变化、内在 规律和相互关系的数学模型【l6 1 。 自1 9 2 5 年斯特里特菲尔普斯( s t r e e t e r - p h e l p s ) 第一次建立水质模型以来，国 际上对水质模型的开发与研究可分为三个发展阶段【1 7 五0 1 。 第一阶段( 1 9 2 5 1 9 8 0 年) ：这个阶段研究的主体主要是水体水质本身，模型 朱丽：突发性水污染事故对饮用水源的影响及应急机制研究 注重分析水质内部组分之间的规律关系，主要研究受生活和工业点源严重污染的 河流系统，输入的污染负荷仅强调点源。与水动力传输一样，底泥耗氧和藻类光 合及呼吸作用都是作为外部输入，而面源污染仅仅作为背景符合。 图1 1水质模型研究的第一阶段 该阶段的发展又可分为如下四个阶段2 0 1 。 a ( 1 9 2 5 1 9 6 5 年) ：开发了比较简单的生物化学需氧量( b o d ) 和溶解氧( d 0 ) 的双线性系统模型，对河流和河口的水质问题采用了一维计算方法进行模拟。 b ( 1 9 6 5 1 9 7 0 年) ：除继续研究发展b o d d o 模型的多维参数估值问题外，将 水质模型扩展为六个线性系统模型。研究的水质问题进一步发展到湖泊及海湾的 水质问题，模拟方法从一维发展到二维。 c ( 1 9 7 0 1 9 7 5 年) ：研究发展了相互作用的非线性系统模型，涉及营养物质 氮、磷的循环系统，浮游植物和浮游动物系统，以及生物生长率同这些营养物质、 阳光、温度的关系，浮游植物与浮游动物生长率之间的关系。其相互作用都是非 线性的，一般只能用数值法求解，空间上用一维和二维方法进行模拟计算。 d ( 1 9 7 5 1 9 8 0 年) ：除继续研究第三阶段的食物链问题外，还发展了多种相 互作用系统，涉及到与有毒物质的相互作用。空间尺度发展到了三维，某些模型 中状态变量的数目已大大增加。 第二阶段( 1 9 8 0 1 9 9 5 年) ：这一阶段模型有如下的发展： a 在状态变量( 水质组分) 数量上的增长； 6扬州大学硕士论文 b 在多维模型系统中纳入了水动力模型； c 将底泥等作用纳入了模型内部； d 与流域模型进行连接以使面污染源能被连入初始输入。 在这一阶段，由于能对流域内面源进行控制，从而使管理决策更加完善；由 于将底泥的影响作为模型内部相互作用的过程处理，从而在不同的输入条件下使 底泥通量能随之改变；而且由于水质模型的约束更多了，预测的主观性大大减少 了。 图1 2水质模型研究的第二阶段 第三阶段( 1 9 9 5 年至今) ：随着发达国家加强了对面源污染的控制，面源污染 减少了，而大气中污染物质沉降的输入，如有机化合物、重金属和氮化合物等对 河流水质的影响日趋重要。虽然营养物和有毒化学物质由于沉降直接进入水体表 面已经包含在模型框架内，但是，大气的沉降负荷不仅直接落在水体表面，也落 在流域内，再通过流域转移到水体，这已成为同益重要的污染负荷要素。从管理 的发展要求看，增加这个过程需要建立大气污染模型，即对一个给定的大气流域 ( 控制区) 能将动态或静态的大气沉降连接到一个给定的水流域。所以，在模型 发展的第三阶段，增加了大气污染模型，能够像对沉降到水体中的大气污染负荷 直接进行评估一样，对来自流域的负荷进行评估。 广i1 朱丽：突发性水污染事故对饮用水源的影响及应急机制研究 7 大气污染源( 动态或静态)点污染源 1 r 大气污染模型 r 流域水质模型 - l 一 一 l i 水体水质模型开放的边界( 如海岸) j tt 底泥模型水动力模型喜萋挲藿萎耋 接，并考虑了 所饲佩戤行采 源 流域污染源 图1 3水质模型研究的第三阶段 水质模型可以从不同的观察角度进行分类，一般可按以下几方面来划分2 0 1 。 a 按描述水质变化的空间分布特性，水质模型可分为零维、一维、二维、三 维模型。 b 按水质随时间变化的特性划分，水质模型可分为稳态模型和动态模型。 c 按模型模拟水质组分的数目划分，水质模型可以分为单一组分和多重组分 模型。 d 按水质模型解的数学特性划分，水质模型可分为确定性模型和随机性模型。 e 按反应动力学的性质划分，水质模型可分为纯迁移模型、纯反应模型、迁 移和反应模型以及生态模型。 下面分别介绍国内外在水质预警模型方面的研究概况。 ( 1 ) 国外研究概况 在国外，早在2 0 世纪7 0 年代，水质预警系统就得到了广泛重视，其中莱茵 河流域水污染预警系统以及多瑙河流域水污染预警系统在区域污染的控制中都发 广l；l 8扬州大学硕士论文 挥了重要作用2 1 之2 1 。目前，国外河流水质预警模型的研究已较为成熟，以美国为 代表，一般通用的水质模型有印第安纳州卫生部的s t r e e t e r - p h e l p s 溶解氧模型，俄 勒冈州加拿大水产研究部内陆中心的营养物参数预算模型，纽约州美国环境保护 局一i i 区的河网模型( s n s i m ) 和河口模型( e s 0 0 1 ) ，华盛顿特区美国环境保护 局的自动性水质模型( a u t o q u a l ) 和河口生态模型( e c o m o d ) ，美国国家环 境保护局提出的多参数综合水质模型( w a s p ) ，新泽西州水科学公司的简化河流 模型( s s m ) 及简化河口模型( s e m ) ，德克萨斯州德克萨斯水开发部的溶解氧衰 减模型( d o s a g i ) 和河流水质模型( q u a l i ) ，加利福利亚水资源工程咨询 公司的河流水质模型( q u a l i i ) 等【2 3 之6 1 。 s t r e e t e r - p h e l p s 模型【2 0 2 7 2 引是美国的两位工程师s t r e e t e r 和p h e l p s 于1 9 2 5 年提 出的，该模型是在以下两个假设下推导出的b o d d o 水质模型：1 、河流中b o d 的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应；2 、水体中溶解氧的减少只是由于b o d 降 解引起的，其减少速率与b o d 降解速率相同；而河流中溶解氧的来源则是大气复 氧，复氧速率与氧亏成j 下比。该模型最初被应用于城市排水工程的设计和简单水 体自净作用的研究。s p 模型的基本方程为【2 0 】 材丝：d 磐一即 出出2 1 ( 卜1 ) “警= 唾；瑙蝎心一c ) 式中：i - x 处河水b o d 浓度，m g l ； c x 处河水溶解氧的浓度，m g l ； c 。河水在某温度时的饱和溶解氧浓度，m g l ； x 离排污口处( x = 0 ) 的河水流动距离，m ； u 河水平均流速，m s ： k 。b o d 衰减系数，d ； k ：河水复氧系数，d ； 卜河流离散系数，m 2 s 。 图卜4 显示了s p 模型求得的b o d 和d o 沿程变化情况。 朱丽：突发性水污染事故对饮用水源的影响及应急机制研究 9 图1 4s p 模型的基本解图示 w a s p 模型【2 9 。3 2 1 是美国环境保护局提出的一个综合水质模型系统，能够用于不 同环境污染决策系统中分析和预测由于自然和人为污染造成的各种水质状况，可 以模拟水文动力学、河流一维不稳定流、湖泊和河口三维不稳定流、常规污染物 和有毒污染物在水中的迁移转化规律。目前的最新版本是w a s p 7 ，它具有两个独 立的计算机子程序：d q h y d ( 水力学计算程序) 和w a s p ( 水质分析模拟程序) 。 w a s p 常用模型如下： 昙( 彳c ) = 昙卜4 c + e 彳篆) + 么慨蝇) 棚r ( 1 - 2 ) 式中：s i 点源和面源负荷，m l d ； s b 边界负荷，m l d ； s k 总动力转化系数，正值为源，负值为汇。 q u a l 模型【2 9 3 3 。剐是美国加利福利亚水资源工程咨询公司开发的一个具有多 种用途的一维河流水质模型，它研究的水质组分包括d o 、b o d 、水温、藻类、氨 氮、亚硝酸氮、硝酸氮、可溶性磷、大肠杆菌以及任选的一种可降解物质和三种 不可降解物质。该模型能够研究由于藻类生长和呼吸过程引起的溶解氧日变化， 还能被用于研究污染物的瞬时排放对水质的影响，如有关污染源的事故性排放或 周期性排放等对水质的影响。最早的q u a l 模型是1 9 7 0 年推出的q u a l i 水质 l o扬州大学硕士论文 综合模型，1 9 7 3 年开发出q u a l - i i 模型，后经多次修订，相继推出了q u a l 2 e 、 q u a l 2 e u n c a s ，直至目前的最新版本q u a l 2 k 。q u a l 模型的基本方程为： a c 西 a 卜篆) 一望丝丝! 上l 彳，反4 ，缸彳，缸 式中：a x _ x 位置的河流横截面积，m 2 ； ( 1 3 ) u 断面平均流速，毗； d 。纵向离散系数，m 2 s ； x 小河段的间距，l ； s 。源和汇的物质负荷，m g l d 。 q u a s a r 模型【3 9 4 1 1 是由英国w 1 1 i t e h e a d 建立的贝德福郡乌斯河水质模型发展 而来的，该模型用含参数的一维质量守恒微分方程来描述枝状河流动态传质过程， 可模拟的水质组分包括d o 、b o d 、硝氮、氨氮、p h 值、水温和任一种守恒物质。 该模型属于水质控制数学模型，其研究的目的是建立污染物排放量与河流水质问 的关系。q u a s a r 模型的基本方程为： 箜：望坚二竺j + c( 1 4 ) 8 tl ， 式中：c 组分浓度，m g 几； c 组分流入浓度，m g l ； q 组分流入量，m 3 ； v 单元水的体积，m 3 ； c 组分的内部转化，m g l 。 m i l 江模型【1 7 ，4 2 4 5 1 是丹麦水动力研究所开发的，最早的m i i 1i 是一维动态 模型，能用于模拟河网、河口、滩涂等多种地区的水质状况，研究的变量包括水 温、细菌、氮、磷、d o 、b o d 、藻类、水生动物、岩屑、底泥、金属以及用户自 定义的物质。该模型能处理许多不同类型的水动力条件，被广泛应用于世界上许 多地区，如研究长江中部地区的洪水预报等。此后，在m i i 江1i 模型的基础上， 朱丽：突发性水污染事故对饮用水源的影响及应急机制研究 1 1 d h i 又开发了二维m i k e 2i 和三维m i k e 3i 模型。m i k e 模型基本方程如下： 黟见窘叫鲁“p 酢s 卅喝5 ， 以警一“罢也，皿心 式中：c 、l 、c 。分别为横断面d o 和b o d 浓度及当时水温下饱和溶解 氧浓度，m g 几； d 。纵向离散系数，m 2 s ； k l 、k 2 分别为生化耗氧系数和河水复氧系数，s ； s r 由水生生物光合作用、呼吸作用和河床底泥耗氧等引起的d 0 增减率，m g l s ； l a 当地径流或吸着有机物的底泥重新悬浮引起的b o d 增减率， m l s 。 ( 2 ) 国内研究概况 我国在水质预警模型方面也做了不少研究，并把地理信息系统( g i s ) 与水质 模型有机结合，把人工神经网络( 舢州) 技术应用于水环境预测及评价方面，大 大推动了水质预警模型的研究进展。 河海大学开发了河网水量、水质统一的h w q n o w 模型4 6 1 ，该模型不仅反映了 感潮河网的水流、水质复杂多变的特点，而且反映了感潮河网水体受各种因素影 响下的水量、水质变化规律，尤其反映了感潮河网水体分别处于好氧、缺氧、厌 氧状态下的各水质组分问相互制约、相互影响的变化规律。h w q n o w 模型的水质基 本方程为： 型+ 型：旦一d ，笙 + 彳堕+ 堕 ( 1 - 6 ) 西苏苏i。叙j比出 式中：c 通用水质组分浓度的变量； d 。纵向离散系数： a 、q 一过水断面面积和流量； s 外外部源项。 扬州大学硕士论文 南京水利科学研究院河港所针对长 i ：口开发了c j k 3 d 模型1 叫，可以实现对 i ： 河水体的二维和三维东质模拟。 d 曾坛叠t 屯田”户回声阜尘专_ 一1j h q o p l 瓣：* r 渊嚣麓，圃湍；霹爿 l 羞黧：兰：hi 慧i 而二吕嘉嚣黼擐。= c 胤版投所有c ) l p 枷7 汁l * 暮标( 4 3 2 ”4 i 图l - 5c j l ( 3 d 数值模拟系统 赵棣华教授应用有限体秘法及黎曼近似解建矗r s f v m w o 一2 d ( 平面二二维水流 水质) 模型h ”，可以实现对江河水体的二维水质模拟，并将模型运用于长江江苏 段主要地区区域供水规划中。上海水利设计研究院开发了s w e d 砒模型【钾j 可以 实现对江河水体的维和三维水质模拟。周建康等瞪“采用人工神经网络方法利用 m a t l a b 软件直接求解浓度场，省去了编程的麻烦，侯国祥口”开发的水污染紧急 事故模拟模型可以追踪模拟水污染事故发生后直到污染状况达到稳定的水污染状 况。于长江和孟宪林等降2 l 利用 ：程软件m a t l a b 实现了松花江哈尔滨段污水团的 实时状态模拟。郭永彬、王焰新等i ”懈o u a l 2 k 模型用于汉江中下游的承质模拟 朱丽：突发性水污染事故对饮用水源的影响及应急机制研究 1 3 与预测。杨家宽、肖波等【5 4 1 将w a s p 5 模型运用于汉江襄樊段的水质模拟，都取得 了较为满意的结果。 在应用方面，我国已经在广西桂江、汉江、黄河、长江三峡库首等建成了水 质预警系统。重庆市环境科学研究院和重庆大学针对嘉陵江重庆段干流和城区江 段分别开发了一维和二维水质数学模型【2 3 1 。上海市科委组织的对苏州河综合整治 工程中，通过对w a s p 模型进行二次开发，使得苏州河水系水质模型的研究达到 了一个前所未有的理论深度【2 3 】。 1 2 3 突发性水污染事故应急机制研究 近年来，随着突发性水污染事故的频繁发生和后果影响的不断升级，人们对 建立和完善相关应急机制的呼声越来越高，逐渐引起了职能部门和研究机构对这 一问题的重视。 ( 1 ) 国外研究概况 美国是较早认识到城市饮用水源地突发性污染危害并迅速开展相关应急管理 研究和实践的国家，“9 1 1 ”事件以后，恐怖袭击也成了饮用水源的威胁之一，美 国因此将饮用水源地突发污染事故应急管理上升到了反恐的高度，美国国家环保 局于2 0 0 3 年1 2 月发布了关于饮用水污染威胁和事故的应急反应导则【5 5 5 6 1 。 欧洲多瑙河流域的德国、奥地利、捷克等9 个国家的相关研究机构和政府部 门，专门针对多瑙河的突发性污染事故( 主要是船舶溢油泄漏事故和工业事故性 排放) ，设计了“多瑙河突发性事故应急预警系统 【5 7 】，该系统自运行以来经过 不断的更新和改进，已具有快速的信息传递能力、较为完备的危险物质数据库、 较为准确的污染物影响模拟水准，已成为多瑙河突发性污染事故风险评价和应急 管理的主要工具。 莱茵河流域的应急管理始于1 9 世纪中叶，当时主要是针对航运而设立航运管 理机构【2 2 】，1 9 8 6 年1 1 月的莱茵河突发性水污染事故之后，沿河的奥地利、德国、 法国等9 个国家联合开发了针对莱茵河突发性水污染事故的计算机决策支持系统 模型【4 7 1 ，该模型可在事故发生后立即预测整条河流的污染物浓度等，己成为莱茵 1 4扬州大学硕士论文 河流域应急管理的主要工具。 j 锄e sp d o b b i n s 等【5 8 1 对航运船舶突发性污染事故的应急机制进行了决策支持 系统的开发，建议通过一些先进的通讯、定位、监测、模拟技术，对管理区域实 行数据库管理，实施快速应急救援，对敏感区域重点考虑和保护，并以密西西比 河下游某河段为研究区域，对其进行了案例模拟。c s t o p h e r 【5 9 】对饮用水源地的主 要威胁因素、解决方案以及突发性污染事故的应急机制等问题进行了系统的研究。 ( 2 ) 国内研究概况 在国内，于凤存，方国华等【6 0 l 在分析了水源地安全性的基础上，构建了包括 应急处理系统、法律法规体系、预警系统、动态监测、联动机制和应急预案等方 面的水源地突发性水污染事故应急决策系统。陈蓓青和谭德宝等【6 l 】利用g i s 可视 化技术、分布式数据库技术、网络技术构建了“三峡水库突发性水污染事件应急 系统。阮仁良等【6 2 】论述了城市水源地突发性污染事故应急研究的主要内容，并以 上海市黄浦江上游水源地为例，探讨了突发性水污染事故应急体系的建立。吴小 刚，尹定轩等【6 3 】指出了我国当前突发性水污染事故防范和应急机制的建立工作中 存在的一些缺陷，并针对性地提出如何加快防范突发性水污染事故以及建立相关 应急机制的进程的若干措施，包括了事故的隐患调查、脆弱性评价、水质预报、 动态监测以及应急组织机构等方面。王霞，叶振国等畔1 以扬州市区为例，针对城 市饮用水源地的固定风险源和不定风险源，提出了相应的应急处理措施，有效地 预防了突发性水污染事故对扬州市区饮用水源地的影响。 此外，国内一部分学者【6 5 击刀对突发性船舶溢油、有毒化学品泄漏、公路事故 等造成的水污染事件进行了综述性评价和应急监测研究。在突发性水污染事故的 应急监测方面，崔大为【6 8 j 针对四种不同的情况下的突发性污染水污染事件，提出 了相应的监测思路，并通过举例对应急监测中的监测点位布控程序和技术进行探 讨，以求在最短的时间内查明污染源。宋笑飞【6 9 】指出了环境应急监测在环境应急 体系中的作用，剖析了我国环境应急监测机构、编制、机制、装备等方面存在的 问题，并提出了强化环境应急监测的对策建议，具有一定的现实意义和针对性。 朱丽：突发性水污染事故对饮用水源的影响及应急机制研究 1 5 1 2 4 存在的问题 目前，虽然国内外许多学者对突发性水污染事故作了大量的研究工作，但是 仍存在如下几个方面的问题。 ( 1 ) 目前与突发性水污染事故相关的风险评价理论研究还没有能够充分展 开，尤其对事故级别的判定都是以经验为主的人为判定，缺少必要的理论支持。 若能建立起一个合理的事故危害影响分级体系，则在事故发生后就能快速而准确 的判断出事故级别，从而采取不同级别的应急响应机制，可为突发性水污染事故 的应急处置工作提供强有力的理论支持。 ( 2 ) 在水质预警模型研究方面，虽然国际上已经有很多成熟的水质模型软件， 但是这些模型输入参数多，分析工作量大，对于瞬时发生的污染事故风险预测有 较大难度。因此，若能在河流污染物迁移转化基本方程的基础上，通过合理的假 设和适当的简化，推导出一个适合于点源瞬时排放到较大河流( 主要为饮用水源) 的二维河流水质模型，并推导出适用的模型公式，通过该模型可以预测各断面的 实时质量浓度，分析污染水团的实时状态，则可以为饮用水源地突发性污染事故 的预警预测及应急处理提供理论依据。 ( 3 ) 长期以来，对饮用水源地突发性污染事故的研究多集中在污染源本身及 整个饮用水源保护区域，专门针对水源地取水口的事故影响研究相对薄弱，周强、 陆雍森【7 0 1 曾在城市水源地取水口选址的风险评价中，专门对取水口的环境风险进 行对比分析研究，这对国内的取水口风险研究起到了一定的启示作用，但近些年 的研究进展却略显缓慢，水源地突发性污染事故对取水口的影响研究有待进一步 深入。 ( 4 ) 在突发性水环境污染事故应急机制的研究上也存在不少问题，如应急机 制不健全、应急系统组织机构间协调性差、应急监测技术不够成熟、信息获取与 发布不及时等问题。 1 6扬州大学硕士论文 1 3 本论文主要研究内容及技术路线 1 3 1 主要研究内容 本文主要研究内容包括以下几个方面： ( 1 ) 突发性水污染事故影响分级系统的研究。在对饮用水源地突发性污染事 故特点进行分析的基础上，从环境风险评价的角度对城市饮用水源地危险源辨识 及事故源项分析方法进行研究，并进行突发性水污染事故危害影响分级系统的研 究。 ( 2 ) 突发性水污染事故对城市饮用水源地的影响研究。采用二维水质模型对 水源地突发性污染事故进行风险预警预测；并运用工程软件m a t l a b 实现事故发 生时的污水团实时状态模拟。 ( 3 ) 突发性水污染事故的应急机制研究。在研究了突发性水污染事故对饮用 水源的影响的基础上，分别从应急组织、应急响应、应急处理和应急保障等方面 进行了水源地突发性污染事故应急机制的研究。 1 3 2 研究的技术路线 本文研究的技术路线见图1 6 。 朱丽：突发性水污染事故对饮用水源的影响及应急机制研究 1 7 绪论 儿 水源地突发性污染事故影响分级 l 事故概速危险源辨识与源项分析事故分级 jl 1 、， 饮用水源地突发性污染事故风险预测及恢 上 模型确定参数确定模型的解m a t l a b 实现 u l 饮用水源地突发性污染事故应急机制研 、l 应应应应 急急急急 组响处保 织应理障 体机技体 制制术制 u 结论与展望 图1 6本文研究技术路线图 1 8扬州大学硕士论文 1 3 3 本论文创新点 本论文的创新点在于科学的分析突发性水环境污染事故对饮用水源的潜在影 响，以及发生事故后控制和减少对饮用水源危害的对策措施。创新点之一是基于 指数评价法建立了水源地突发性污染事故影响分级系统，创新点之二是科学的计 算了水源地取水口受事故危害的时间，从而提出了突发性事故影响城市供水时间 的确定方法。 朱丽：突发性水污染事故对饮用水源的影响及应急机制研究 1 9 2 水源地突发性污染事故影响分级研究 水源地突发性污染事故危险源辨识与源项分析是进行事故影响研究的基础工 作。本章依据水源地突发性污染事故的特征，确定了事故危险源辨识及源项分析 的方法和主要内容，并在此基础上提出了基于指数法的事故影响分级系统的建立 方法，为水源地突发性事故影响及应急处置提供了必要的理论支持。 2 1 水源地突发性污染事故概述 根据中华人民共和国水污染防治法中的定义【7 l 】，水污染是指水体因某种 物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影 响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境、造成水质恶化的现象。 进入水体的污染物可以分为两大类：持久性污染物和非持久性污染物。持久 性污染物是指随着水体的扩散作用而不断向周围扩散而降低其初始浓度，但在水 体中不能或很难由于物理、化学作用而分解的污染物，如重金属、很多高分子有 机化合物等。非持久性污染物是指不仅会随着水体的扩散作用而降低浓度，而且 还会因自身的分解等而加速自身浓度下降的污染物。 饮用水源地突发性水污染事故就是指在规定的水源保护区域或邻近水域范围 内，由于突发性的污染物质泄漏、排放，造成水源地水质瞬间严重恶化，并对取 水口产生严重威胁的污染事故【2 1 。对大多数的城市饮用水源地而言，突发性水污染 事故的潜在危险源主要有以下几种。 表2 1城市饮用水源地主要潜在危险源 序号 城市水源地潜在危险源 l j ：业污染源 2 污水处理厂 3危险品仓库 4 装卸码头，航运、陆运移动源 5农业污染源 6 桥梁交通事故 2 0扬州大学硕士论文 7 潮汛和水灾引起的人面积1 卜点源污染 8 恐怖主义与人为投毒 饮用水源地突发性污染事故主要具有以下特征【7 2 】： ( 1 ) 爆发的突然性：发生突然，来势凶猛，在短时间内往往难以得到控制。 ( 2 ) 结果的危害性：突发性的瞬间污染排放，破坏性大，影响一定区域内人 群的正常生活和生产秩序。由一些重大危险源造成的事故严重危及环境，而且会 造成人员伤亡和社会财产的损失。 ( 3 ) 污染的流域性：水体被污染后污水团多呈条带状，线路长，危害容易被 放大。一切与该流域水体发生联系的环境因素都可能受到影响。 ( 4 ) 处理的艰巨性：由于发生突然，危害强度大，监测、处理和处置比一般 水污染事故更为艰巨和复杂，难度更大。 ( 5 ) 影响的长期性：重大的、突发性水污染事故对被污染地区的环境和自然 生态造成严重污染和破坏，对人体健康可能存在长期影响，需要长期整治和恢复， 有时造成的损失是不可估量的。 2 2 危险源辨识与源项分析 2 2 1 危险源辨识 突发性水污染事故危险源指可能导致水环境污染事故的危险源，以及生产、 贮存、经营、使用、运输危险物质或产生、收集、利用、处置危险废物的场所、 设备和装置。 对城市饮用水源地进行突发性水污染事故危险源辨识的目的就是确定饮用水 源地潜在的危险因素和危险源类型，并对可能发生的事故后果进行评价分析，以 便在事故发生时能够及时采取控制措施。 针对城市饮用水源地危险源辨识的方法主要有如下两种。 1 、现场调查法 通过对饮用水源地的现场调查，可发现潜在的危险源。在确定了饮用水源地 朱丽：突发性水污染事故对饮用水源的影响及应急机制研究