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太浦河水源地沿线石油类污染特征与影响因素分析

来源:知实学术 分类:科技论文 发布时间:2021-01-13 浏览:

  摘要:通过聚类分析的方法分析太浦河水源地石油类污染时空分布特征,并对太浦河沿线加油站、码头固定污染源以及船舶流动污染源进行实地调查与监测,探讨固定源、流动源对石油类污染的影响.结果显示:金泽水库建库以来,2017年10月-2018年9月太浦河水源地太浦闸、平望大桥和黎里东大桥等9处监测点位石油类污染平均超标率达62.96%.空间上,太浦河中下游芦墟大桥、金泽水文站断面石油类浓度偏高:时间上,非汛期较汛期石油类污染影响更为明显.汾湖人湖口处加油站、码头影响较大,对干流石油类污染贡献度较高:船舶流动源主要集中在太浦河中下游段,且过境船只数量对干流石油类浓度具有显著影响.针对太浦河水源地石油类污染特征,从“监管预警应急”视角提出石油类污染风险防范对策建议.

  关键词:太浦河;水源地;石油类污染;影响因素

  中图分类号:X52

  文献标志码:A

  文章编号:1000-5641(2020)06-0144-10

  《新疆石油科技》栏目设置主要有钻井工程、采油工程、油井测试、井下作业、油田化学、油田基建、油气集输、炼油化工、实验检测、计算机信息技术、科学管理等方面的科技成果、学术论文。

  0引言

  石油在推动城市化、工业化发展过程中起到重要作用,但在使用过程中产生的石油类污染物,对生态环境、人体健康、渔业和旅游业等方面产生影响.太浦河地处长三角一体化示范区,是流域内重要的航运通道,但随着下游上海金泽水库的建成,石油类污染等跨界生态环境问题日益凸显.水源地风险源大致可以分为固定源、流动源和流域源三类,本文针對太浦河石油类跨界污染问题,通过聚类分析的方法对太浦河水源地石油类污染物时空分布特征进行研究,对太浦河沿线加油站、码头固定源以及船舶流动源开展调查,探讨太浦河水源地石油类污染的影响因素.并针对太浦河水源地石油类污染现状与特征,提出太浦河水源地风险防范对策,以提升水源地供水安全保障.

  1研究区域概况

  太浦河是太湖流域典型的跨界河流,连接上海、浙江和江苏,是流域内重要的泄洪与航运通道,同时也是下游上海、嘉兴地区重要的水源地.太浦河西启太湖,东至黄浦江,平望段与京杭大运河交汇,是流域内船舶进出上海的重要通道.在《太湖流域综合规划(2012-2030年)》中,太浦河被定位为流域内“清水走廊”,兼具航运、供水、泄洪等多重功能.太浦河上游吴江地区经济发达,且与京杭大运河相交,太浦河岸线开发利用程度高,为配套太浦河沿岸企业与船舶的贸易运输、加油站和码头等航运附加产业占据岸线.由于相关的环保设施薄弱,航运业及其相关附加产业的发展给太浦河水源地的供水安全带来了潜在的环境风险.历史上太浦河以及黄浦江上游地区已发生多次石油污染事件,但由于石油污染事件发生的随机性和不确定性,且对污染源管理有待加强,太浦河水源地石油类污染问题也愈发得到关注.在国家“长三角一体化战略”背景下,太浦河作为长三角生态绿色一体化发展示范区域内重要的生态廊道,其生态环境问题研究有助于太浦河流域协同发展.

  2材料与方法

  2.1干流水质监测

  干流水质监测时间为2017年10月-2018年9月,每月进行一次水质采样,采样点位如图1所示.共设置9个监测点位,其中太浦河干流设置有5个监测点位,依次为太浦闸下(S1)、平望大桥(S2)、黎里东大桥(S3)、芦墟大桥(S4)和金泽水文站(S5);金泽水库内设置有4个监测点位,依次为人库口(S6)、引水河入库桥(S7)、库中央栈桥(S8)和出水口(S9).

  2.2固定源监测

  加油站、码头等航运相关产业是石油类污染风险的主要来源之一.结合太浦河水源地石油类污染现状,进一步探讨石油类污染的原因,本文主要对加油站、码头等固定源和船舶流动源开展调查.根据2018年10月26日对太浦河干流两岸1km范围内12座加油站、5座码头周边水域进行的水质采样,展开监测调查,由东太湖向金泽水源地依次编号R1-R17,其中R4、R8、R9、R13和R14点位为码头,其余为加油站,空间分布情况如图2所示.

  2.3流动源监测

  太浦河干流船舶流动源监测点位如图3所示,考虑到监测点位的可达性、安全性以及监测点位的代表性,自上游至下游依次为梅堰大桥(T1)、汾湖大桥(T2)、东蔡大桥(T3),其中梅堰大桥(T1)位于太浦河上游、京杭大运河西侧,汾湖大桥(T2)位于太浦河中下游、京杭大运河东侧,东蔡大桥(T3)位于太浦河下游、金泽水库取水口附近,监测时间为2018年10月26日10:45至2018年10月27日10:45,共计24h,连续观测各点位过往船只数量以及航向.为深入探讨流动源与石油类污染之间的关系,于2018年10月26日11:00、13:00、15:00、17:00以及19:00每间隔2h进行地表水采样.

  2.4数据处理

  样品的采集、保存和分析依据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002),水样采集后自然沉降30min,取上层非沉淀部分进行分析,石油类浓度检测采用红外分光光度法(GB/T16488-1996)进行分析.石油类浓度检测委托上海市供水调度监测中心完成.

  3结果与讨论

  3.1太浦河石油类污染现状

  太浦河干流石油类浓度变化如图4a)所示,根据《地表水水环境质量标准》(GB3838-2002)以及《太湖流域综合规划(2010-2030年)》(国函[2010]39号),太浦河整体为苏浙沪调水保护区,水质保护要求为Ⅱ-Ⅲ类,水源地石油类物质的标准限值为0.05mg/L.太浦河沿线9处监测点位,2017年10月

  2018年9月间石油类超标率达到62.96%,其中金泽水库入水口(S6)最大超标率为44%.太浦闸下(S1)、平望大桥(S2)两个点位的石油类监测浓度满足水源地水质要求,表明东太湖来水中石油类浓度较低,对金泽水库影响较低.京杭大运河在平望大桥(S2)点位汇入太浦河,大量船只也随之汇入太浦河干流,可能导致石油类浓度上升.黎里东大桥(S3)、芦墟大桥(S4)、金泽水文站(S5)、水库取水口(S6)处于石油类浓度超标状态,且各点位的石油类物质平均浓度呈现逐渐升高的状态,其中水库取水口(S6)点位逐月监测数据均处于超标状态.黎里东大桥(S3)、芦墟大桥(S4)的石油类物质浓度波动较为明显.引水河入库桥(S7)、库中央栈桥(S8)、出水口(S9)点位的石油类浓度逐渐降低,但平均石油类浓度处于超标状态,表明太浦河水源地东太湖来水满足供水质量要求,沿程污染物的汇入,导致太浦河水源地石油类超标,并对水源地供水安全造成一定影响.

  太浦河沿线石油类物质时间变化趋势如图4b)所示,季节上大致呈现春季浓度较高,夏季浓度降低,秋、冬季升高的状态.时间上来看,2018年3月和2018年9月为春、夏季,各点位石油类污染物浓度波动较大,2017年10月至2018年2月为秋、冬季,水体中石油类浓度总体呈较为平稳状态,且有逐渐上升的趋势,2018年3月至2018年9月(春、夏季)石油类浓度呈现较为明显的下降趋势.

  3.2石油类污染物时空分布特征

  空间聚类结果如图5a)所示.太浦河沿线监测点位聚类为三类:①太浦闸(S1)、平望大桥(S2)、黎里东大桥(S3);②芦墟大桥(S4)、金泽水文站(S5);③库区取水口(S6)、引水河入库桥(S7)、库中央栈桥(S8)、金泽水库出水口(S9).类型一监测点位主要位于太浦河上中游地区,石油类污染物浓度较低,太浦闸东太湖来水中石油类污染物浓度较低,平望大桥监测点位于京杭大运河与太浦河交错处,受过往船只影响,石油类污染物浓度有所上升.类型二监测点位位于太浦河中下游段,受到京杭大运河一太浦河过境船只影响,石油类污染物浓度超标.类型三监测点位位于金泽水库内,水库取水口石油类污染物浓度较高,入库后浓度下降.

  时间聚类结果如图5b)所示,石油类污染物浓度聚类为两类:①2017年10月-2018年2月;②2018年3月-2018年9月.聚類结果大致与太浦河的汛期、非汛期相关,汛期航运数量相对较少,而非汛期石油类污染较汛期加剧,在水源地保护中应更关注非汛期石油类污染.

  3.3固定源对水源地石油类污染的影响

  太浦河是太湖流域重要的航运通道,平望段与京杭大运河相交,大量过境船只进入太浦河.太浦河岸线利用程度较高,两岸分布有加油站、码头和维修站等航运配套产业,码头、加油站的装卸作业存在溢油、漏油的风险,雨水对码头、加油站的面源冲刷以及其空间布局都会对流域石油类污染产生影响,目前,太浦河沿线加油站、码头相关的环保设施薄弱,给下游水源地供水安全带来影响.对太浦河沿线17处加油站和码头水域进行了采样分析,由东太湖向金泽水源地依次编号R1-R17,其中R4、R8、R9、R13和R14点位为码头,其余为加油站.

  太浦河沿线加油站、码头周边石油类污染物浓度变化如图6所示.R1-R4石油类污染物浓度逐渐升高,从R3到R4,由于京杭大运河的汇入,石油类污染物浓度上升幅度加大,以水源地石油类物质浓度要求0.05mg/L为评价标准,R4点位占标率为90.4%.R4-R8随着河流流动,石油类污染物浓度呈现缓慢下降的趋势.R9与R10点位浓度明显变高且超标,占标率分别为126.94%和128%.现场调查发现两处点位停泊的船只较多,且船只装卸活动较密集,周边工业企业分布较多,船只产生的废水对太浦河产生影响.R10-R17总体趋势为下降.R11-R14集中分布于汾湖出口处,石油类污染物浓度呈现小幅度上升,其中R14点位石油类污染物占标率为89.02%.R14-R17接近太浦河金泽水库处,石油类污染物浓度逐渐下降.整体来看,码头周边水域石油类污染物浓度高于加油站.R1-R17点位位于太浦河两岸岸线1000m范围内,除R1点位外均直接占据河流滨岸带空间.调查中发现沿线加油站、码头缺少环保、防污应急设施.此外,由于太浦河为跨界河流,涉及江浙沪两省一市,对沿线船舶、加油站以及码头的环境监管力度不足.

  加油站、码头空间聚类分析结果如图7所示,将结果分为三大类:第一类为低污染风险点位,分别为R1、R2、R3和R5点位,石油类浓度相较于其他点位浓度较低,主要分布在太浦河与京杭大运河交汇处上游;第二类为中等污染风险点位,分别为R4、R6、R7、R8、R11、R12、R13、R14、R15、R16和R17点位,R4紧邻京杭大运河与太浦河交汇处下游,其余点位主要位于太浦河中下游段;第三类为高污染风险点位,分别为R9和R10,位于汾湖人湖口处,石油类浓度相对较高,超过水源地环境质量要求,对水源地供水造成威胁.

  3.4流动源对水源地石油类污染的影响

  城市水源地流动风险源主要包括船舶与车辆,其中船舶是内河石油类污染的主要来源之一,也是城市水源地保护需要重点关注的污染源之一.太浦河各监测点位船舶单位时间过境数量如图8所示.梅堰大桥(T1)位于太浦河上游、京杭大运河西侧,过境船只较少,单位时间内最大船舶数量为0.27艘/h.汾湖大桥(T2)位于太浦河中下游,京杭大运河东侧.与梅堰大桥相比,由于京杭大运河船只汇入,汾湖大桥的过境船舶增多,单位时间内最大船舶数量为17.85艘/h.东蔡大桥(T3)位于太浦河下游,金泽水库出水口下游,过境船舶频次为18.12艘/h.太浦河上游段船舶流动源风险相对较低,京杭大运河汇入后,船舶数量增加,突发石油类污染风险也随之增大.

  同时对各监测点位于11:00、13:00、15:00、17:00和19:00采集的水样中石油类浓度进行监测,结果如图9a)所示,太浦河上游梅堰大桥处石油类浓度最低,在0.02mg/L附近上下波动,汾湖大桥和东蔡大桥的石油类浓度变化趋势基本一致,汾湖大桥石油类浓度略高于东蔡大桥,11:00~15:00石油类浓度逐渐下降,15:00~19:00浓度逐渐上升.11:00~13:00、13:00~15:00、15:00~17:00和17:00~19:00这4个时段各监测点位单位时间过境船舶数量如图9b)所示,汾湖大桥点位和东蔡大桥点位变化单位时间过境船只数量呈现逐渐上升的趋势,梅堰大桥点位单位时间过境船只数量低于汾湖大桥点位和东蔡大桥点位.

  将11:00~13:00、13:00~15:00、15:00~17:00和17:00~19:00各监测点位单位时间船舶数量进行统计,与相对应时段的水样石油类浓度进行相关性分析(见表1),结果表明过境船舶数量与断面石油类浓度具有显著正相关性,太浦河航运对水源地石油类污染产生影响.

  4太浦河石油类污染防范对策探讨

  4.1加强水源地船舶、加油站和码头的环境监管

  太浦河作为跨界水源地,同时兼具航运、泄洪等多项功能,岸线开发利用程度较高,应加强对太浦河沿线加油站、码头等固定源的监管工作,特别是位于汾湖入口处的高风险污染源,并按照《码头生产溢油应急预案》等要求对码头、加油站安装环保、防污应急设施,根据《太湖流域管理条例》对太浦河沿线违规建设的加油站、码头布局进行调整.执法部门应依照《船舶污染物排放标准》(GB3552-2018)等要求,对船舶污染排放、处理设备进行检查,对不合规的船舶予以处罚.推广船舶信息化建设,在船舶上安装GPS定位系统,实施动态监控,在太浦河主要断面建立航道视频监控系统,对进入水源保护区的船舶,特别是危化品运输船舶,加大监管力度.

  4.2构建石油类污染预警信息体系

  上海、浙江、江苏各区域应联合构建覆盖太浦河及其支流的环境监测网络,并搭建有效的信息共享平台,实现对太浦河统一的管理与保护.流域机构协同各利益相关方共同制定多方联动的石油类污染预警方案,并结合太浦河水源地石油类污染时空分布特征,着重关注太浦河非汛期以及芦墟大桥等点位突发船舶溢油事故的预警,在突发石油污染事件发生时,应及时向太湖流域管理局以及相关省市海事、环保、水务机构通报,及时做好应急工作.

  4.3建立石油类污染应急联动机制

  为快速有效地应对太浦河石油类污染突发环境事故,应建立以流域机构为主导的联合调度机制,通过增大太浦闸下泄流量,沿线支流闸门协同调度,预防突发石油类污染事件对水源地取水安全的影响.为防止石油类污染物质对水库供水安全产生影响,水库应在取水口处装备拦油网等设施以隔离石油类污染物,后续的处理工艺中也应加强对石油类污染物的关注.针对突发石油类污染事件,金泽水库应提前制定专项应急取水方案,在污染预警发出后,水库应提前做好蓄水准备,以保证供水.如图10所示.

  5结论与建议

  本文通过对太浦河水源地沿程水质聚类分析探讨石油类污染时空分布特征,并对太浦河加油站、码头固定源以及船舶流动源的环境影响分析,提出太浦河石油类污染防范对策.主要结论如下.

  (1)2017年10月-2018年9月间,太浦河沿程太浦闸(S1)、平望大桥(S2)、黎里东大桥(S3)等9处监测点位石油类浓度平均超标率达62.96%.流域源石油类污染对太浦河水源地影响较小,东太湖来水中石油类物质浓度较低,京杭大运河汇入后石油類浓度逐渐上升,从黎里东大桥起石油类浓度出现超标现象,入库后各监测点位均处于超标状态.空间上,太浦河石油类污染类型大致为三类:第一类位于太浦河上中游,因承接东太湖来水,石油类浓度相对较低;第二类位于太浦河中下游,受京杭大运河等支流来水的影响,石油类浓度处于超标状态;第三类为金泽水库内,处于超标状态,浓度略有降低.时间上,太浦河石油类污染类型大致为两类,且和太浦河汛期、非汛期时间相吻合,非汛期石油类浓度高于汛期.

  (2)太浦河干流固定污染源中,高污染风险点位主要位于汾湖人湖口处,石油类浓度最高,对太浦河干流水质影响最大;低污染风险点位主要分布在太浦河与京杭大运河交汇处上游;中等污染风险点位主要位于太浦河中下游段,且码头石油类污染贡献要高于加油站.

  太浦河流动风险源主要集中在中下游段,且过境船只数量对干流石油类浓度具有显著影响,太浦河上游、京杭大运河西侧过境船只量较少,单位时间过境船舶量为0.27艘/h.太浦河中下游段、京杭大运河东侧过境船舶量较大,单位时间过境船舶量最大为东蔡大桥,为18.12艘/h.

  (3)从“监管-预警-应急”的视角提出太浦河水源地石油类污染防范对策,源头应加强加油站、码头以及船舶等污染源的环境监管;过程中应加强流域机构与利益相关方的协作,推动流域水环境信息共享,提高太浦河水源地污染预警水平;末端应提升金泽水库应急防控功能以及流域水资源调度功能,保证太浦河水源地供水安全.

  (4)由于太浦河两岸支流众多,且金泽水库建成运营时间较短,相关资料数据积累有限,对支流来水水质变化过程以及支流沿线污染源分析有待进一步深化.受制于财力、人力因素,对太浦河沿线固定源调查、石油类浓度检测频次有局限,今后需要增加采样频次,深化固定源对太浦河石油类污染影响研究.

  

本文由知实学术网首发,一个权威专业的学术论文发表知识网。

文章名称:太浦河水源地沿线石油类污染特征与影响因素分析

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