感潮河流溢油事故的数值模拟的研究-以黄浦江为例.pdfVIP

ANDENVIRONMENTV01．182008 中国人口·资源与环境 2008年第18卷 专刊 CHINAPOPULATION，RESOURCES 感潮河流溢油事故的数值模拟研究一以黄浦江为例 李飞鹏 尹秋晓 张海平 陈玲 (同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室。上海，200092) 摘要黄浦江溢油事故频繁发生。造成了巨大的经济损失和环境影响。当前国内外对海上或港口的溢油模型研究的 较多．对河流的数值模拟鲜见报道。本文在河流浅水二维水动力模拟的基础上，建,-rT黄浦江溢油事故的模拟模型， 对溢油在河流中的运移、风化及蒸发等行为进行了模拟研究。通过物理模型实验及对黄浦江”8．5”溢油事故进行模 拟重演。对模型的可靠性进行了验证。 关键词黄浦江；溢油；模型：水动力 随着石油加工及石油运输的迅猛发展，船舶碰撞、输油 恒控制方程组，即将三维流动的控制方程沿水深积分，并取 管泄露及企业事故等带来的溢油事故也屡见报道。据统计， 水深平均值14】。 从1974年到2004年，全球船舶溢油事故达9266起，其中超采用隐式交替方向技术对所得质量及动量方程进行离散， 然后采用追赶法求解。对各个微分项和重要的系数均采用中 过700吨的事故就有442起吐这些溢油事故不仅对经济与环 境的可持续发展带来了巨大的影响，甚至对水源地构成了直 心差分格式，防止了离散过程中可能发生的质量、动量及能 接的威胁。因此，加快河流溢油应急反应机制的研究迫在眉 量失真，泰勒级数展开的截断误差可达到二至三阶的精度。 睫。 初始条件采用“热启动”方式，利用已获得的比较合理的模 溢油数值模型能够预测溢油在漂移过程中的行为状态及 拟区域水动力状况，其优点是能够使得后续计算比较快的达 归宿，为应急决策评估提供依据，是应急决策中的重要组成 到稳定，提高计算效率【51。 部分嘲。然而，大多数文献针对内陆河流的溢油数值模拟研究 1．2边界条件 不多，与当今频繁的河流溢油事故极不相称[3】’而且其中多数 模型的边界条件主要有自由表面风、河流底床、岸壁、水 针对溢油的一种或几种行为进行模拟。针对这种情况。本文 边界及移动边界等。 以黄浦江为例，提供了一种感潮河流溢油事故的数值模拟方 (1)自由表面边界条件主要是自由表面风对水面的剪切 法，并通过物理模型实验及实例进行了验证，验证了模型的 应力。 可靠性，以期对河流溢油事故的应急反应及清污工作提供决 (2)底床边界条件考虑底床摩擦应力。 策支持。 (3)固壁边界采用岸壁法，取法向速度为O。 (4)水边界采用流速过程，即按照边界网格线的方向，求 黄浦江水动力数值模拟 得流速分量1．1和v，然后纳入计算过程。 (5)模拟区域内边滩随着潮涨潮落而时隐时现的现象具 1．1基本方程及初始条件 有移动边界的特点，可采用干湿点判别法进行处理。即在模 黄浦江是一条感潮河流，河道狭长弯曲，流速快，与海 拟中，当潮位下降出现露滩时，则在计算中去除相应的网格I 洋的流场特征具有很大的不同，具备浅水流动的基本特征。 当潮位上升淹没后，则添加相应的网格。为提高模型计算的 不少学者建立了浅水流动的二维河流流场模型，能够模拟出 稳定性，一般从干到深的临界水深值应略大于从湿到干的临 较为精确的结果。对黄浦江而言，其水平尺度远大于垂直尺 界水深值。 度，水深、流速等水力参数沿垂直方向的变化较之沿水平方 向的变化要小