区域环境风险物质扩散及预测模拟研究——以清远市为例

杨泽涛，陈佳亮，张佳琳，张路路，叶 脉

(广东省环境科学研究院，广东 广州 510045)

1 概况

本文对清远市工业企业环境风险源展开研究，研究出现突然性的水环境污染事件概率及可能引起的后果。模拟英德某化工企业主要生产的氰化钠化学物质出现泄漏，直接排放到北江之中，分析对北江水质造成的污染。根据清远市各区县的企业环境风险排查及可能发生的大气环境事件情景分析，并选取英德市某玻璃企业为大气环境风险物质进行模拟，对企业可能发生大气污染物泄漏造成大气环境污染事件进行模拟及预测。

2 环境风险物质扩散及预测模型

2.1 一维对流扩散模型

假设此次研究过程中的污染物在进入水中之后，顺着水流的方向以较快的速度进行扩散，因此本次研究主要应检测污染物进入水体后浓度与时间之间的变化关系，从而以此来预测污染段的长度，通过比对本区与下游受体位置之间污染物浓度的关系来确定暴露系数。

2.2 风险扩散预测模型

本次研究主要应用多烟团模式来进行危险物质的泄露量预测，及其可能因此引起的危害。

3 水环境污染模拟

本文基于清远市典型工业企业风险源的梳理，选择英德某化工企业作为水环境污染物扩散的模拟对象，分析企业发生突发环境事件衍生的水污染物泄漏进入北江，进而对水质污染情况进行模拟。

3.1 模拟情景设定

英德某化工企业位于北江流域，其所属区域为中游段干流。据统计，其河流长度为173 km，河道的坡降为0.125‰。根据企业现有的资料分析可知，英德某化工企业所属的位置不在集中式饮用水水源地范围内。北江流域主要位于企业的东南方位，其废水排放口进入北江位置处上游7.5 km主要为沙口镇居民饮用水源地。结合企业现有的环评及环境应急预案资料可知，企业的环境风险物质分别为氰化钠、二甲苯、氯甲酸苯酯等。通过对环境风险物质的储存量与临界量比值、化学品的毒性物质性质以及对水质的环境污染影响后果等因素，最终选择氰化钠为模拟目标，模拟氰化钠泄漏后进入西江，对西江水质的污染影响情况。

3.2 模拟结论

通过将上述分析的基础数据导入EIAW1.1的一维瞬时对流扩散模块，最终模拟氰化钠泄漏进入到北江的污染物迁移扩散情况。在EIAW1.1中初步假定泄漏扩散的时间步长1200 s，假定的距离步长100 m。扩散模拟结果显示，环境风险物质氰化钠泄漏进入到北江后，初期形态与北江河水进行均匀混合，在泄漏扩散的1200 s时，距离为2610 m时氰化钠污染物的浓度达到293.2801 mg/L(最大浓度)，超出《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)三类水质标准(0.02 mg/L)。在泄漏扩散的4800 s时，距离为10110 m时氰化钠污染物的浓度为86.7300 mg/L，其环境污染影响范围大于10 km。英德某化工企业位于清远英德市，其北江境内的长度约98 km，扩散模拟结果显示，在泄漏扩散的43200 s时，氰化钠浓度为3.09 mg/L，均超出《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)三类水质标准，因此会造成对下流的区县流域的水质污染，影响到北江流域清城区范围。

4 大气环境污染模拟

根据清远市各区县的企业环境风险排查及可能发生的大气环境事件情景分析，选取英德市某玻璃企业为对象进行模型，采用《建设项目环境风险评价技术导则》(HJ 169—2018)中推荐的大气环境污染预测模型进行估算，企业的环境风险评估结果为较大等级(大气风险物质为液氨、氢气等，其中液氨的最大储存量50 t)。

4.1 模拟情景设定

参考《建设项目风险评价技术导则》可知，企业发生事故到应急处置完毕后，其化学品的泄漏时间选定为30 min，预测烟团扩散时间设定为30 min。经过查询英德市的气象数据资料，英德市的风向主要为偏南风，年平均风速1.7 m/s。本次选定的气象参数分别为：①D稳定度，风速1.7 m/s；②F稳定度，风速1.5 m/s；③D稳定度，风速3.0 m/s。在应用气体扩散模型确定泄漏毒气的影响范围时，综合查找氨的毒理性质等评价标准，将氨的评价标准定为毒性终点浓度-1、毒性终点浓度-2，其标准如表1所示。

表1 模拟情景的终点浓度标准

4.2 模拟结论

对大气环境中的风险物质扩散情况进行模拟计算，获得不同裂口面积下的泄露量和泄露速度，具体数据如表2所示。假设液氨在出现泄露之后，在较短时间内实现完全性蒸发，由此可模拟计算出不同裂缝面积下的蒸发速度，造成的扩散影响具体分析如下。

表2 液氨储罐裂口面积及泄漏量

对液氨储罐100%管径发生泄漏事故，在S，1.7 m/s，D气象条件下，发生泄漏事件后，液氨的最高浓度为144,192.9334 mg/m3，毒性终点浓度-1超标范围为797 m，毒性终点浓度-2超标范围为2297.3 m。在S，1.5 m/s，F气象条件下，发生泄漏事件后，液氨的最高浓度为155,345.6547 mg/m3，毒性终点浓度-1超标范围为1877.5 m，毒性终点浓度-2超标范围为2129.0 m。在S，3.0 m/s，F气象条件下，发生泄漏事件后，液氨的最高浓度为157,361.0229 mg/m3，毒性终点浓度-1超标范围为576.9 m，毒性终点浓度-2超标范围为1766.1 m。

对液氨储罐20%管径发生泄漏事故，在S，1.7 m/s，D气象条件下，发生泄漏事件后，液氨的最高浓度为5,773.9289 mg/m3，毒性终点浓度-1超标范围为122.8 m，毒性终点浓度-2超标范围为385.8 m。在S，1.5 m/s，F气象条件下，发生泄漏事件后，液氨的最高浓度为6,220.5182 mg/m3，毒性终点浓度-1超标范围为269.8 m，毒性终点浓度-2超标范围为875.0 m。在S，3.0 m/s，F气象条件下，发生泄漏事件后，液氨的最高浓度为6,301.2197 mg/m3，毒性终点浓度-1超标范围为83.7 m，毒性终点浓度-2超标范围为278.2 m(表3)。

表3 泄漏事故氨扩散预测结果表

5 结论与建议

环境风险物质氰化钠泄漏进入到北江后，初期形态与北江河水进行均匀混合，在泄漏扩散的43200 s时，氰化钠浓度为3.09 mg/L，会造成对下流区县流域的水质污染，影响到北江流域清城区范围。因此应当重点考虑北江上下游的水质环境污染，建立北江跨界联合应急防控体系，共同应对水环境污染事件。当区域内的工业企业发生大气环境风险物质泄漏的情况下，通常不会引起跨界的环境污染。因此，在发生区域性的大气环境污染事件情况下，应当重点疏散周边的人员，特别是在有毒有害气体扩散影响的范围，应及时做好受害人员的医疗救护工作。