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《基于GIS的海上溢油扩散和漂移的预测研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第28卷第3期大连海事大学学报V6」.28,No.32002年8月JournalofDalianMaritimeUniversityAug.,2002一一一:文章编号10067736(2002)03004104基于GIS的海上溢油扩散和漂移的预测研究‘‘,‘,2,,刘彦呈殷佩海林建国张静1.大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连n6(026;2.大连海事大学环境科学与工程学院,辽宁大连n6026).:针对海,、、、摘要上溢油应急处理问题建立海上溢油的漂移扩散扩展蒸发和乳化过程数学模型在短时间内计算预测溢油
2、轨迹,,,以及溢油影响的敏感区并在海上溢油应急反应地理信息系统平台上进行了动态模拟.为有效地做出溢油应急决策提供科学依据:海上溢油行为预测;溢油模拟;地理信息系统;溢油模型关键词:x55;TP391文献标识码:A中图分类号,做溢油应急决策时考虑上述4个主要的行为过O引言程,应可以满足实际的需要.海上溢油轨迹的分析与预测是海上溢油事故处理和决策的基础和依据.关于海上溢油的研究,1海上溢油扩散与漂移预测欧美等国家从20世纪60年代就开始对海上溢油对,于溢油应急反应来说可以认为溢油在海.,进行预测Fay研究
3、了平静海洋的溢油扩散模型洋中的行为主要表现为漂移、扩散、蒸发和乳化4,并创立了三阶段油膜扩展理论Fay认为扩展作个过程.本文采用目前国内外研究者较多使用的用主要受惯性力、重力、粘性力和表面张力的控油粒子概念在海上溢油应急反应GIS平台上模;W.T.Lehr,R.T.Fraga和M.S.Belen1952制()拟海上溢油的行为动态.,对Fay理论进行了修正得出油膜在海洋里的扩1·1油粒子模型[,],因而散不可能不受到风的作用其扩散不是圆形的而是椭圆形的,其主轴同风向一致川.scory油粒子模型就是把溢油
4、离散化为大量油粒,,(、、子每个油粒子代表一定的油量在表层海流的作1984)给出了溢油扩散漂移风作用等影响模“”、;式.国内外对溢油轨迹的预报基本上就是根据上用下漂移而油膜的扩展受到油粒子尺寸分布,述的理论和公式.剪切流和湍流过程的控制通过油粒子的随机运、“”,动来实现;油的蒸发消散过程则由油粒子的质当石油溢出进人海洋在环境动力因素和非,量损失来体现;油膜厚度分布则通过一定海面面环境动力因素以及油品本身特性的作用下主要.表现为漂移、扩散、蒸发和乳化4个过程.积内油粒子的个数、体积、质量来计算得到此、、
5、、*,外溢油在海水中还有溶解分散沉降生设油粒子的直径为d则其体积为物降解等行为.溢油的分散可以考虑到扩散过程=(峨.对于溢油应急反应系统中溢油轨迹的预报粤当中0,这些溢油来说行为可以作为次要因素来考虑在它所占油膜总体积的百分比为一一.:收稿日期20020526基金项目:交通部通达计划重点资助项目(950.40601)作者简介:刘彦呈(19一,,,,63)男辽宁鞍山人副教授主要从事船舶轮机污染控制技术和船舶电气工程的研究大连海事大学学报第28卷偏角约为15’.粤(峨O油滴的上浮速度是由于人水油滴在浮力的
6、作几,’兄晋(d)用下产生的.油滴的尺寸影响其上升速度,区分大,.n油滴和小油滴的临界直径为其中为油粒子总数由此定义每个油粒子的特2征体积为9.52v丁。d二(4)_,,。、·=V。寺产粤从fi(1)一’g、l一/—w其中,v。为溢油的初始体积.这样,每个油粒子就尸,v。式中为海水的运动粘性系数;尸为油的密度;代表溢油体积的一部分.产二为海水的密度.由,于模拟油滴的行为(如上浮和混合等)时,。,,,对于小油滴(d7、实情况.现场观测表明,油滴定律给出即尺寸在10一100拼m之间变化.在水体中的油滴u:、一gd{1一/(15·二)(5)(鱼)尺寸分布在此范围内按对数正态分布.尸二,。,1.2海上溢油的漂移运动对于大油滴(d)d)其上升速度由,Reynolds即油粒子模型是在乙t时间内将溢油运动过程定律给出,2,,。、分成两个主要的部分,即平流过程和扩散过程.用/s*’,^/召‘止戈1一万一)(6),丫万J二确定性方法模拟溢油(粒子云团)的平流过程用尸.随机走动法模拟扩散过程.13海上溢油的扩散过程,经过乙t(1)水
8、平扩展过程在已知前一步油粒子位置的前提下时间后,油粒子的空间位置可以表示为油粒子的随机走动导致油粒子云团的尺度和.,X:=X犷+(U犷U:“’“‘2形状随时间变化对于三维情况随机走动的距离x琴+1=x厂+乙x士}(2)可写为·a乙a=R6K乙txin乙t丫(7)其中向量犷代表第个粒子在时刻的空间位,、乙。a。xy,置;nX犷点的总速度包括式中为方向上的湍动扩散距离(代表向量研代表在山时刻,z;R一11;;’,艺或方向)为〔〕之间的均匀分布随机数漂移及油滴
