华中师范大学
本科生课程论文
论文题目突发性水污染事故预警应急系统研究完成时间二○一三年十一月至十二月
课程名称自然资源学
任课老师袁绪英
院（系）城市与环境科学学院
专业资源环境与城乡规划管理
年级 2012级
突发性水污染事故预警应急系统研究
【摘要】突发性水污染事故具有不确定性、危害紧急性、需快速有效响应性等特点，其有可能在短时间内迅速影响供水系统，导致停水事件，并经由蔓延、转化、耦合等机理严重影响到城市生态系统，进而引发复杂的社会问题，从而成为影响饮用水源地安全的首要威胁因素。
【关键词】突发性事故；水污染事故；预警应急；系统；
近年来,我国接连发生多起重大突发性水污染事故,不仅造成了巨大的经济损失,而且造成了社会的不安定和生态环境的严重破坏。突发性水污染事故已经成为我国用水安全和水环境质量的一个潜在威胁,因此建立起突发性水污染事故预警应急系统是十分必要的。
温家宝总理在2005年3月的全国人大会议上提出要“让人民群众喝上干净的水、呼吸清新的空气”，而突发性水污染事故可能严重威胁人类生命和健康，造成重大的经济损失和破坏生态环境,。因此有必要建立起有效、联动的预警应急系统。
1、突发性水污染事故分类
突发性水污染事故主要是由水，陆交通事故，企业排放和管道泄漏等造成的，一般具有不确定性，突发性，扩散性，危险性等明显特征。有瞬时突发性和后果严重性，都会造成不同的生态破坏，社会经济和人体健康的损失影响。
突发性水污染事故按照污染物的性质可以分为：1）、剧毒农药和有毒有害化学物质泄漏事故，如DDT、乐果、氰化钾等；2）、溢油事故, 如油车泄漏、油船触礁等；3
）、非正常大量排放废水事故, 如化工厂废水、矿业废水等；4）、放射性污染事故, 如放射性废料渗出。
按照事故发生的水域可分为河流污染、湖泊污染、水库污染、河口污染、海洋污染等突发性事故;
按发生的范围可分为整个水域(如整个水库)和局部水域(如河道岸边)突发性水污染事故。
2、突发性水污染事故特点
1、不确定性：(1)发生时间和地点的不确定性。引发突发性水污染事故的直接原因可能是水上交通事故、企业违规或事故排污、公路交通事故、管道破裂等造成的, 这些事件发生时间和点的不确定性, 决定了突发性水污染事故的不确定性。( 2 )事故水域性质的不确定性。水域可以分为河流、水库、湖泊、河口、海洋和地下水等类型, 还有洪水、潮汐、风浪
等瞬时水文变化。(3)污染源的不确定性。事故释放的污染物类型、数量、危害方式和环境破坏能力的不确定性。而污染源的这些数据对于应急救援而言是极为重要的,也是水污染事故模拟的基本参数。(4)危害的不确定性。同等规模和程度的水污染事故, 造成的污染危害是千差万别的, 如污染事故发生地点距离城市水源地很近, 城市供水就会中断, 其后果将是灾难性的。
2、流域性：河流具有流域属性决定了水污染事故同样具有流域性。水体被污染后呈条带状, 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水体污染的影响, 如河流两侧的植被、饮用河水的动物、从河流引水的工农业水用户、流域内地下水与地表水交换导致地下水污染等。
3、处理的艰巨性和影响的长期性：突发性水污染事故处理涉及因素较多, 且事发突
然, 危害强度大, 必须快速、及时、有效地处理, 这对应急监测、应急措施要求更高、难度更大。污染事故得到控制后, 对当地的环境和自然生态造成严重的破坏, 甚至对人体健康造成长期的影响, 需要长期的整治和恢复。
4、应急主体不明确：由于污染物随流输移, 造成事故现场的不断变化, 在输移扩散的过程还可能因为各种水力因素的作用产生脱离, 出现多个污染区域。这直接造成了应急主体不明确, 例如污染事故发生在两个地区交界的地方, 按照快速响应的原则, 就近的基层组织或企业应快速组织起来处理事故, 但由于协调权力在上一级组织, 经过若干次的通报、请示、指示程序, 可能已经错过最佳的处理时间。
3、突发性水污染事故主要风险源
交通运输：在原辅料或产品的运输途中，由于各种意外原因，引起汽车碰撞翻车、船只碰撞沉落等，造成液体泄漏、固体散落，引发水污染事故。
生产储存：一方面在生产过程中，若涉及到有毒有害物质或危险化学品，由于潜在危险的操作部件多，如果存在管理不善、人员安全生产意识薄弱、设备老化等因素，极易引起火灾、爆炸、泄漏，进而污染水环境。另一方面，在储存过程中，如果安全管理不严格，某些具易燃、易爆或强腐蚀性物质相互接触会引起火灾、爆炸事故，或未经批准擅自把有毒有害危险品储存于不具备储存化学危险品的条件的仓库而引起的泄漏污染事故。
非正常排污：主要包括厂矿废水、污水未经处理超标排放，通过暗道非法排放，或在设备停机或部分设备检修时进行排放，或是设备或环保设施未达到设计规定指标运行时排污，或各种意外泄漏等非正常排放。
自然和其它：自然因素引起的污染事故是指不利气象、海况条件引起船舶碰撞、触礁的污染事故；特大暴雨导致水土流失或泥石流，大量泥沙涌入水库，致使水库出水水质急剧恶化的污染事故；咸潮入侵；海洋赤潮灾害事故等。其它原因还包括施工事故等。
1987-2009的23年来交通运输、生产储存、非正常排污造成的突发性水污染事件分别占14.6%、14.6%、41.6％，合计为70.8%；自然和其它原因造成的污染事件则占29.2%。交通运输所占比例近年来逐渐下降，非正常排污所占比例逐渐升高，且非正常排污是1996年以来各研究时段内发生率最高的风险源。这说明近年来生产储存、交通事故、非正常排污是广东省突发水污染事件的主要风险源。另外，非正常排污这项风险源无论数量还是比例都呈上升趋势。
4、突发性水污染事故主要的理论基础
当前，对于突发性水污染事故的主要研究理论有物质迁移扩散理论、系统动力学理论和水动力学等。
5、突发性水污染事故主要的研究方法
建立流体动力学模型：污染物扩散控制方程，污染物扩散衰减方程。应用数值模拟技术：数值模拟技术的应用为污染后水质的快速分析和处理处置提供形象直观的决策支持工具，如：水平对流扩散模型，水质模型，三维污染物传输数值模型，水流动力模型，动力学模型，动态数值模拟，水流数学模型，二维不稳定流动和传输模型，Delft3D
数值模拟：模型验证，污染物扩散模拟。
将一维河流水质系统动力学模型用于水质模拟，建立了系统动力学SD和GIS关联的概念框架，并基于组件式GIS和SD模型开发了水污染事故水质模拟实验系统。SD模型在时间尺度上模拟系统的动态行为时有效的，但却很难描述和模拟系统的空间要素及其状态，模拟结果仅仅通过图表等简单的形式表现，可视化程度低，GIS能够有效地管理，查询，表达，分析和处理静态的与地理空间分布有关的信息，但却难以描述和模拟具有时间概念的复杂的
动态行为及其过程，不能展示空间对象的动态特征。考虑到SD在描述时间过程方面的优势及其具有的有限的时空模拟能力，以及GIS具有的空间建模能力但对时态模拟的不足，将二者关联起来，即GIS能够增强SD模拟数据的空间可视化能力，并揭示隐藏的空间关系；同时，SD模型可以扩展GIS的空间分析关系，实现系统的动态模拟及趋势预测。SD和GIS 的关联包括数据关联和语义关联两方面。数据关联：数据和信息在SD和GIS之间的双向流通和交换基于动态数据交换，通过Excel实现。语义关联：将统一数据，变量在SD和GIS 中的不同表现形式进行关联和对照，通过在GIS中进行计算域的空间离散以及在SD中用数据的形式表现状态变量来实现。
以水动力模拟软件EFDC和水质模拟软件WASP的联用，耦合了地理信息系统GIS 建立了突发性水污染事故预警应急系统，EFDC基于三维水动力方程，能量守恒方程，将模拟得到的事故影响区的范围与GIS的敏感目标图层叠加分析，得到影响区域范围内的敏感目标，从而向其发布警情预报。
6、突发性水污染事故预警应急机制
预警机制：突发性水污染的预警机制主要包括危险源辨识和风险评价。突发性水污染事故的危险源主要有运动源、固定源和面源；风险评价是对危险出现可能性的评价。突发性水污染事故的风险评价包括危险源风险评价和事故发生后环境因素对其发展影响的风险评价。危险源风险评价方法有模糊评价法、概率评价法、指数评价法等。环境因素风险评价, 主要是评价水文、河道地形和河流控制性等要素对污染事故发展的影响。
应急机制：水污染事故多数是上游发生而下游发现, 应急救援的最初响应者不明确, 控制污染源与应急救援相对独立, 应急救援应以“确定源头、集中指挥、发动基层、快速响应和流域协同控制”为原则。应急救援工作的主要任务是人员救护、应急监测、应急处理、信息发布、调查事故等。
应急组织机构：突发性水污染事故的应急工作需要强有力的应急组织机构负责执行, 其组成详见图
制定应急预案：为了在发生突发性水污染事故时能及时、有效地开展应急救援工作, 控制污染源, 抢救受害人员, 指导应急人员开展工作和消除事故后果, 应制定详细、科学、可行的应急预案。应急预案应包括组织机构及其职责、危险辨识、风险评价、通告程序、应急能力和资源、信息公开、事故恢复、培训与演练、应急预案维护等内容。
应急分级：由于水污染事故的事故主体和应急主体相对脱离, 事故应急分级可综合事故地点、应急主体、事故性质分为预警级, 现场级和流域级。
(1)预警级。若污染事故发生地点与水体有一定的距离, 或者污染事故发生在水库岸边, 但污染物质尚未进入水体或仅小部分进入水体且危害程度不大。
(2)现场级。若污染物质已经部分进入水体或整体进入水体, 且危害程度较大, 当班负责人应立即通知企业主管领导, 召集事故评估小组, 可借助污染物扩散软件, 对污染事故做出判断。
(3)流域级。若污染物质是极剧毒物质, 数量较大且已经进入水体并扩散, 当班负责人应立即通知企业领导和政府主管部门, 共同召集事故评估小组, 借助污染物扩散软件, 对污染事故做出判断。
应急监测：应急监测的目标是采用快捷、有效的应急监测布控技术, 迅速、准确地查明污染的来源、种类、程度、范围, 为控制污染蔓延, 采取应急处理措施提供正确的信息和依据。由于突发性水污染事故的不确定性, 可能未知污染物、污染源、污染范围、污染程度, 应急监测需要制定各种监测方案应对各种情况。
应急处理方法：发性水污染事故的应急处理方法[ 3 ]有人工(工程)处理法、化学处理法等。人工处理法是将污染物(如燃油、未破损包装的有毒物质)清理及打捞出水或进行拦污隔离等, 必要时可采用修筑丁坝、导流堤、拦河坝、围堰等工程措施, 改变原来的主流方向和流场, 防止污染向外扩散。化学处理法是在污染区域抛洒化学药剂, 减轻和净化污染水域。常见的化学处理方法是根据污染物的化学性质确定, 酸性物质用碱性物质来中和, 如硝酸、硫酸用氢氧化钠处理, 氰化物用漂白粉、次氯酸钠处理等; 碱性物质用酸性物质来中和; 利用氧化还原反应, 如用硫化钠处理六价铬, 还有就是利用絮凝剂、分散剂、消油剂等加速沉降、分解防止污染物扩散。
7、突发性水污染事故防治思路
1、加强三方协作：三方协作是指突发性水污染源主体、污染受体以及污染控制者这三方进行协作。三方不是彼此独立运行的三方，污染控制者与突发性水污染源主体是监管和被监管的关系，污染控制者与污染受体应及时保持信息交流和技术交换，突发性水污染源主体
对污染受体应持高度责任感与保护态度。通过三方的协作，可以最大限度的降低突发性水污染事故发生的概率。
2、完善法律保障体系：完善相关法律体系是突发性水污染防治的重要保障。应加大对突发性水污染事故法律责任的追究力度，进一步完善突发性水污染事故责任界定及经济赔偿相关法律，促使突发性水污染源单位加强自身管理，在危险化学品的生产储运上严格执行安全生产措施。
3、强化应急管理机制:突发性水污染事故一旦发生，其应急工作将涉及环保、水利、安监等多个部门，还可能产生跨行政区域的影响。因此，突发性水污染事故应急管理机制的强化应包括建立应急管理机构，制定应急管理制度和实施多部门联动应急机制。
4、提高应急处理技术：鉴于其不可预测性，水源地突发性污染事件防治需要有基于计算机的快速评估、预警预报技术；鉴于其需快速响应性和危害严重性，水源地突发性污染事件的防治需要有效的水污染治理修复技术，以确定针对不同污染物需投加药剂的种类和数量；鉴于突发性水污染事故的治理的实时性，水源地水质应急监测能力还要进一步提高，从而为防治工作的进行提供实时数据。
5、强化环保监管力度：目前，广东省的环保监管力度已经很大，对非法排污的打击也很严厉。然而非正常排污在广东省突发性水污染事故各项风险源中所占比例仍为41.6%。因此，相关部门还需进一步强化环保监管力度，充分发挥环保法律法规的威慑力，体现其环保监管的辅助作用，使得企业偷排污染物的行为逐步降低。
结论
将SD应用于水污染事故的水质模拟，构建一维水质模拟的SD模型具有可行性;并通过建立SD和GIS的数据关联和语义关联，能够展现水污染事故中污染物在时间及空间上的动态变化趋势；通过组件式GIS和SD的嵌入式软件开发包实现SD和GIS的集成，能够模拟复杂系统的基于时间和空间的动态变化过程，为水污染事故应急方案的优选提供科学，可行的依据。
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