海上溢油行為與歸宿數(shù)值模擬及其對(duì)環(huán)境的影響研究.pdf

1、本文簡(jiǎn)要介紹了海上石油污染的現(xiàn)狀及其危害，并對(duì)海上石油的行為與歸宿數(shù)值模型的基本理論與發(fā)展現(xiàn)狀做了詳細(xì)的綜述。 海上發(fā)生溢油以后，油膜在海面上一方面受重力、慣性力、表面張力和湍流的作用擴(kuò)散，同時(shí)又在風(fēng)和潮流作用下發(fā)生輸移。本文用標(biāo)識(shí)質(zhì)點(diǎn)近似溢油的運(yùn)動(dòng)，把整個(gè)溢油看成由大量小體積的油塊微團(tuán)組成，即將油膜分為大量的質(zhì)點(diǎn)，這些質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行彼此獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)，每一質(zhì)點(diǎn)代表一定的油量，油膜的遷移擴(kuò)展看作質(zhì)點(diǎn)群的遷移、擴(kuò)展。于是可以用溢油微團(tuán)(標(biāo)

2、識(shí)質(zhì)點(diǎn)粒子群)的隨機(jī)擴(kuò)散和平流來(lái)模擬。微團(tuán)群的隨機(jī)擴(kuò)散過(guò)程可以用蒙特卡羅方法模擬。也就是說(shuō)，溢油在海面上的擴(kuò)散過(guò)程可以看作是一個(gè)湍流的彌散過(guò)程，而湍流彌散過(guò)程的隨機(jī)性可用蒙特卡羅方法恰當(dāng)?shù)孛枋觥Ｓ偷恼舭l(fā)和乳化等風(fēng)化過(guò)程采用質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量損失來(lái)表征，油膜厚度分布通過(guò)一點(diǎn)面積內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)及其質(zhì)量計(jì)算出。模式考慮以下過(guò)程：在流、風(fēng)和湍流擴(kuò)散的作用下，海面油膜的水平輸移和擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)；油在水表面的揮發(fā)和乳化。 利用上述的基本原理和方法，在水動(dòng)力的

3、基礎(chǔ)上，建立海上溢油行為與歸宿數(shù)學(xué)模型。以2004年12月7日發(fā)生在珠江口海域的溢油事故為例，在對(duì)珠江口的水文地質(zhì)資料進(jìn)行較全面的收集和整理的基礎(chǔ)上，采用三維非線性潮波數(shù)值模式計(jì)算了南海中的三維正壓潮流的流場(chǎng)，作為溢油模式的流場(chǎng)輸入，并用3個(gè)測(cè)站資料對(duì)珠江口水動(dòng)力模型進(jìn)行了驗(yàn)證，其預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)相符合，可以用于溢油的預(yù)測(cè)。在水動(dòng)力的基礎(chǔ)上，建立珠江口海上溢油行為與歸宿數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)珠江口發(fā)生點(diǎn)源連續(xù)溢油后油膜在風(fēng)和海流的共同作用下漂移的

4、路徑、距離和油膜影響的海域范圍。通過(guò)溢油擴(kuò)散面積和其它輸入條件，預(yù)測(cè)溢油的殘留量及揮發(fā)速率。并分析了溢油對(duì)珠江口生態(tài)環(huán)境造成的影響。 考慮到溢油事故發(fā)生地點(diǎn)離自然保護(hù)區(qū)較近，泄漏的油船需被拖離至安全區(qū)域，本文分別模擬油輪被拖往東北、東、東南和南邊4個(gè)方向的油膜輸移擴(kuò)展的情況。結(jié)果表明在相同的環(huán)境條件下，油輪被拖往南向時(shí)油膜的掃海面積最小，即溢油的污染面積最小。 通過(guò)與實(shí)際觀測(cè)比較，模型預(yù)測(cè)的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際是符合的。本