渤海湾海面溢油数值计算

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1、研究报告ΡΕΠΟΡΤΣ渤海湾海面溢油数值计算孙长青赵可胜郭耀同k中国海洋大学环境科学与工程学院青岛uyyssvl提要采用不规则三角形网格的分布杂交法o建立渤海湾潮流数值模型o在此基础上建立溢油飘移模型o计算在不同风场和潮流场的共同作用下o溢油飘移的输移轨迹!可能抵岸的时间!地点及残留量等∀关键词渤海湾o海面溢油o输移轨迹o数值计算中图分类号°zvtquo°zxu文献标识码文章编号tssspvs

2、ykussvlttpssyvpsx海面溢油的行为和归宿受油品特性和多种环境因素的支配o经历着飘移!扩展!蒸发!分散!乳化!溶解!光氧化!生物降解及其相互作用等诸多复杂过程∀溢

3、油的飘移是指其在风!表层和次表层流作用下的平移运动o实质上是溢油在风的切应力!表层及次表层流合成的环境动力作用下的拉格朗日飘移过程∀溢油的扩展过程决定着油在海表面的影响范围o油在静水中的扩展过程主要受重力!惯性阻力和粘性作用o在不同的扩展阶段驱动油膜扩展的作用力也不同∀溢油蒸发是溢油风化的主要过程o是溢油初期降解最重要和最快的过程∀其蒸发量受溢油面积!油蒸汽压和质量转换系数等影响∀环境条件k风速!温度等l是蒸发过程的控制因素∀分散!乳化!沉降及生物降解等过程o由于存在各种控制条件和多种渠道的降解过程o目前尚无可用于计算的成熟的研究成果o因此o在本计算中没有涉及∀图t

4、计算域与网格图t溢油飘移的计算ƒ¬ªqt≤²°³∏·¨§¤µ¨¤¤±§¦²°³∏·¨ªµ¬§¶本文采用不规则三角形网格的分布杂交法≈t o首先建立渤海湾潮流数值模型≈u o在此基础上进行第一作者}孙长青o出生于t

5、xz年o高级工程师o主要从事溢油飘移模型的计算o计算海域及网格见图t∀海洋环境及海洋环境影响评价等领域的研究工作∀电话}≈v tqt溢油飘移模型sxvupusvu

6、{vo∞p°¤¬¯}¶∏±·¼²∏¦q¨§∏q¦±油膜质心的运动速度uςuς≤nΑzΩktl收稿日期}ussvpsxptu~修回日期}ussvpszps

7、¤µ¬±¨≥¦¬¨±¦¨¶r∂²¯quz

8、o²qttrussvyv研究报告ΡΕΠΟΡΤΣ式中}uς为油膜质心运动速度;uς≤为潮流流速~海面温度}年平均温度tuqxxε∀zΩ为海面上方ts°处风速~Α为风因子o一般取为风场选取}表t给出{方位多年平均风速及最sqst∗sqsx∀大风速∀kkτnΤu油膜质心位置}ΣΣsnΘτsς§τ(u)sk表1平均风速及最大风速式中:Σs为溢油初始位置;τs为初始溢油时间;kΤαβ.1ΑϖεραγεωινδανδβιγεστωινδΣ为溢油后ϖτ时刻的油膜质心位置∀平均风速最大风速静止点源连续溢油的体积}风向k°r¶lk°r¶lν溢油阶段kτ[τ),ς(τ)ΕΘϖτ[tpΚ

9、(τpϕzqyutqzϕϕt∞zqvuuq

10、ϖτ)]kvl∞yq

11、uyqt停止溢油后kττ),ς(τ)ς[tpΚ(τpτ)]ϕϕϕ≥∞xqytzqt(w)≥xqztxqx式中:Θ为油的流量;τ为溢油持续时间;Κ为≥•yqytxqxϕ油体积衰减系数;ϕ为计算时间步长数;ϖτ为时间•xqztvq{•{quuvqx步长;ς为ττ时的油体积∀ϕϕ溢油的扩展:油膜除随风和潮流共同作用而飘移外,油膜还在溢油后不同阶段受重力!惯性力!粘u计算结果性力和表面张力的不同作用而扩展,油膜将扩展成椭圆状,椭圆的长轴在潮流和风海流的合成方向上∀uqt飘移路径及平均速率其短轴δ±和长轴δ¶分

12、别为}图u!图v分别为{方位风场平均风和最大风与t/vt/vt/w潮流场耦合条件下o溢油飘移路径示意图∀溢油漂δ±Χtςτ(x)t/vt/ww/vv/w移路径取决于风场和潮流场耦合后的合成流场o漂δ¶Χt(ς)τnΧuΩτ(y)移方向与合成流方向相同∀漂移速度为合成流的速式中:为(ΘºpΘs)/Θs;Θs和Θº为油和海水的密度~Ω为海面风速;τ为溢油经历时间;Χt,Χu度o表u给出{方位平均风和最大风条件下溢油飘为经验常数,一般取Χtt.z,Χus.sv∀移的平均速率∀溢油的蒸发¥:Γατkzl表2溢油飘移平均速率式中系数αΑsnΑtΤnΑuΩnΑvΗ和βΤαβ.2

13、ΑϖεραγεεξχυρσιονσπεεδοφτηεοιλσπιλλεδΒsnΒtΩnΒuΗ,说明系数α,β与油种!风速Ω平均速率k®°r«l风向k°r¶l!油膜厚度Ηk¦°l有关oα还与温度Τkεl有平均风时最大风时关~Γ为蒸发速率∀α,β均为经验系数,由实验得tquuuqzt出,其中:Αss.sst,Αts.ssx,Αus.stx,Αv∞tqsuuqxt∞sq

14、yuqz{s.stu,Βss.{

15、v,Βts.ssz,Βups.ssy∀≥∞sq

16、wtq

17、z据此可以计算不同时刻于不同地点发生溢油≥tqsttq{y时o油膜在潮流与不同风速和风向作用下的输移轨≥•tq