河道溢油污染事故二维数值模型研究

为了研究内河船舶事故溢油的运动规律,在二维水动力、风场模型基础上,分别采用油粒子模型理论,建立了适合内陆狭长型河道溢油事故模拟的二维数值模型。在假定工况条件下,将模型应用于长江、汉江武汉段典型溢油事故的模拟研究。模拟结果表明模型较好地反映了风场、流场、复杂地形条件等对河道溢油扩展和漂移运动的影响规律,模拟结果可为河道突发性溢油污染事故预报和应急处理提供技术支持。     

基于油粒子模型的闽江某码头溢油过程预测

溢油数模计算对于事故发生前的应急预案制定及事故后的影响程度分析预测和事故处理具有重要的指导意义。为研究闽江下游福州港某BP码头发生溢油后油膜运动规律及其对附近敏感目标的影响程度,该文采用油粒子模型,综合考虑油粒子的蒸发、溶解、乳化、物理沉淀、生物降解等风化过程,对溢油事故进行数值模拟。结果表明,该码头发生溢油事故后,溢油不会进入海洋,而是在溢油点附近作往复的漂移运动,各敏感目标附近的油粒子浓度随时间高低变化。数值模拟还确定了各敏感目标的最不利工况和可供采取应急措施的应急时间。     

河道型水库溢油费伊模型与油粒子模型的对比研究

针对河道型水库溢油模拟研究匮乏的现状,以龙溪口库区河道突发溢油事故的预测模拟为例,分别建立了传统费伊(FAY)模型及油粒子模型,力图探明这两种主流模型在求解狭长河段溢油扩散时的特性。研究结果表明:FAY模型侧重于油膜扩展阶段中油膜厚度的精细模拟,但在水文情势复杂的河道溢油模拟过程中没有有效考虑流场、风场、地形对油膜漂移、扩散的影响;油粒子MIKE21-OS模型则克服了上述不足,对于河道溢油的模拟具备一定精度。模拟结果可为龙溪口库区突发溢油事故的预测预警提供参考。     

“桑吉轮”碰撞事故溢油模拟研究

文章在三维水动力模型基础上使用了全新的"油粒子"方法进行溢油轨迹及归宿的模拟。搭建了包括水动力与溢油模拟的计算程序平台Hydroinfo,使用户可以在操作界面上更直观、方便地进行溢油模拟的工作。使用该平台对近期发生的"桑吉轮"溢油事故进行了预测。     

长江溢油事故中数值模型的研究与应用

为分析长江溢油事故中溢油输移扩散特征,在二维潮流模型的基础上,采用油粒子模型理论,建立适合溢油事故模拟的二维数值模型。针对水平扩散方式模拟油膜自身扩展存在的响应速度慢、溢油量未获响应的不足,提出了修正方案。在假定工况下,将模型应用于长江镇江—扬州段溢油事故模拟分析,结果表明模型能较好反映溢油在流场、风场、自身风化以及复杂地形条件影响下的平面迁移特征及溢油自身厚度变化特征,能合理预测溢油迁移对研究区中敏感对象的持续影响。研究方法可为长江溢油事故的应急处置及长江水环境保护提供有力的技术支持。     

内河溢油事故中不同油品油膜运动规律研究

为研究不同类型油品河道内突发溢油事故油膜运动扩散规律,以泰东河为例,建立了二维水动力溢油模型,模拟了不同组合条件下突发溢油事故的影响范围和程度。结果表明:轻质油与重质油在水面上的运动规律具有一定程度的一致性;轻质油扩展性强,污染范围更广,油膜浓度相对较低,并且可以依靠自然挥发来降低危害;重质油黏附性强,容易附着于两侧河岸、浅滩以及床底,会对生态环境造成长期影响;总体看来重质油溢油事故造成的危害更加严重和持久。     

洪泛区河网非恒定水沙数学模型的研究

鉴于江河流域中下游地区交错复杂的河网体系 ,本文建立了适应性强的复杂河网区非恒定水沙数学模型。模型中采用汊点分组方法求解水流方程组 ;选用了与实际情况较为吻合的汊点分沙求解方法 ,建立了分洪口门修正模式 ,采用适合于复杂流动状态下泥沙方程组的求解方法。同时为了提高模拟精度和扩展模拟功能 ,对河网中蓄水汊点和分蓄洪区的水流运动模拟等环节提出了合理可行的数值处理方法 ,并提出了河网水沙运动模拟中进一步需要研究的问题。最后把本文所建模型应用于汉江杜家台分蓄洪区的水沙运动模拟     

长江口枸杞岛附近海域溢油风险数值模拟

为制订长江口枸杞岛附近海域突发溢油事故的应急处理方案,利用实测地形数据建立了枸杞岛附近海域二维潮流数学模型,并根据实测资料对该潮流模型模拟的潮位、流速、流向进行了验证。验证结果表明,该潮流数学模型能较好地反映枸杞岛附近海域的潮流运动情况,可以作为MIKE21 SA溢油模块的水动力基础数据。基于欧拉-拉格朗日"油粒子"理论,综合考虑油膜扩散、漂移、风化等过程,应用MIKE21 SA模块建立了枸杞岛附近海域二维溢油扩散模型,并模拟了8种不同工况组合下的溢油油膜漂移路径和扫海面积。结果分析表明,潮流场、风场、溢油时刻对油膜的漂移轨迹和扫海面积都有影响,其中溢油时刻对油膜的漂移路径影响最大。     

平原河网地区水资源配置仿真模拟模型研究

从平原河网地区水资源配置要求出发,建立以平原产汇流模型、水资源配置模型和河网水流动力模型组成的平原河网地区水资源配置仿真模拟模型,以时甚至分为计算时段,达到仿真模拟平原产汇流、供排水、水体在河网中流动及各种水利工程的调度运行的目的。     

西控工程对望虞河西岸地区防洪的影响

为了评估西控工程对望虞河西岸地区造成的防洪影响,以望虞河西岸为研究区域并结合其水文特性,构建了适合于模拟平原河网地区产汇流过程的MIKE11水文水力模型并利用当地降雨、水位等实测资料进行了率定。通过模拟50年一遇设计暴雨情况下的不同工况,得到研究区域内水系各节点的水位等要素变化情况,并依此分析了西控工程对望虞河西岸地区造成的防洪影响。结果表明:西控工程运行后,研究区域内重要节点的最高水位抬升明显,部分地区有遭受洪水淹没的风险;MIKE11水文水力模型对于分析平原河网地区河流沿线闸控影响具有较高的应用价值。     

基于EFDC模型的感潮江段溢油事故风险预测

为了在溢油事故发生后能够立即采取有效措施控制和减轻油污染,降低事故危害,采用环境流体动力学模型(EFDC)对长江下游靖江段某码头进行溢油事故风险影响预测。通过EFDC准确地模拟出该江段的二维流场,在流场、风场以及复杂地形等综合条件下,采用拉格朗日质点追踪法计算油品入江后油膜漂移轨迹以及到达、离开下游保护区的时间。结果表明:油膜沿水流方向逐渐被拉伸,覆盖面积逐渐增大,且受长江地形条件影响;在感潮江段,潮流场对油膜漂移行为的影响占主导作用,同时风场也会影响油膜的漂移行为。受涨落潮的影响,油膜向下游来回震荡漂移;溢油事故发生时刻的流场不同,油膜往下游漂移的速度也不同,当溢油事故发生在落潮时,油膜往下游漂移速度更快;不利风向时风速越大,油膜往下游漂移的速度越快。     

海上溢油漂移扩散的数值模拟

该文基于三维自由水面垂向分层动网格的Euler-Lagrangian模式,采用VC方式(Vertex-Centered)的非结构化有限体积方法离散三维浅水方程,模拟渤海的潮汐水流运动过程。以此为水动力背景场,采用油、水分离的Lagrangian粒子追踪模型,对渤海海域发生的溢油漂移扩散问题进行模拟。其油品的蒸发、乳化和溶解等风化作用以引入综合衰减系数的方式考虑。模型对油膜的漂移路径、厚度和面积进行了实时模拟和预测,用多个测站的同步连续实测值对水动力模式进行了参数率定与模型验证,油膜输运扩散的计算结果也与相关报告数据进行了对比,均吻合良好,说明模型具有较高的可靠性与重现性。     

河道溢油污染事故三维解析解模型研究

该文针对河道突发溢油事故的环境风险评估需求,建立了河道溢油三维数学模型。与现有的河道溢油模型相比,该模型的改进在于:(1)不仅考虑了水面上油滴漂移和靠岸粘附作用,还考虑了垂向油滴扩散、上浮和河道底部边界对油滴粘附作用;(2)考虑了狭长和浅水型河道中边界反射作用对溢油浓度影响,包括水面、岸边和河底的边界反射效应;(3)能够在三维空间尺度上设定变化的溢油蒸发速率和生物降解速率等参数。模拟案例表明该模型能够依据上述功能有效模拟实际河道溢油问题,同时具有解析解便于管理人员应用。     

MATHEMATICAL MODELING OF OIL SPILL ON THE SEA AND APPLICATION OF THE MODELING IN DAYA BAY

Through the study of the theory of oil spill model, a mathematical modeling of oil spill on the sea is developed which with the consideration of spread, diffusion, drifting and attenuation of oil slick is influenced by evaporation and emulsification factors. A model that under the effect of ocean dynamic condition of tide, wind and wave, using Monte Carlo method to simulate the movement of oil slick is established. The modeling is applied to calculate and predict pollution range of oil spill at oil quay and oil ship in Daya Bay. The prediction results have basically shown the pollution situation by emergency of oil spill on the sea.     

河网对流输移问题的求解及应用

本文针对平原河网地区，河道纵横交错，水流流向顺逆不定、水流中输送的物质浓度属非稳态非均匀变化等特点，推导得到了适用于各种流动情况下，求解河网对流输移问题隐式差分方程的一套计算公式，及相应的河网计算方法，运用这一方法进行数值求解，不仅能反映上述各种特点，还具有所需的计算机内存少，计算速度快，易于掌握及应用方便等优点。     

感潮河道溢油扩展、漂移特性实验

溢油污染已逐渐成为内陆突发性水环境污染的主要问题之一。尤其在河口感潮河道，油污染问题日益突出。溢油污染因其对环境、生态、经济等的长期、巨大的破坏性影响，日益受到学术界的关注。然而以往的研究大都集中在海洋溢油方面，河道溢油研究因起步较晚，研究成果较少，考虑潮汐影响的则更少，且研究手段多以数值模拟为主，机理性实验研究较少。该文通过潮汐水槽模拟实验，观察并记录油膜在潮汐水流中、两个半日潮潮周期内的扩展、漂移情况，初步分析溢油油膜在潮汐水流中的扩展、漂移规律。实验结果表明：潮汐水流中，溢油油膜的扩展、输运过程主要受溢油自身理化性质和外界潮汐水流变化的影响。溢油入水后，首先经历重力扩展阶段，此阶段历时很短；然后经历剪切扩展阶段，此阶段历时长，油膜既受内部黏滞力影响，又受水流、风力引起的边界剪切力的影响，同时由于历时长，还受到潮流的输运影响。最后，当油膜很薄时，除受潮流的输运影响；还因受紊动水流及风浪的影响，在漂移过程中破碎或乳化。     

基于EFDC模型的长江下游码头溢油风险预测

为了更有效地预测溢油事故,建立了基于EFDC(environmental fluid dynamlics code)模型的长江下游南京段码头溢油事故影响的预测模型。研究结果表明:构建的二维水动力模型能够较为准确地反映研究区域风场、流场、复杂地形条件综合影响下长江溢油扩展和迁移运动的整体规律,油膜在研究区域降解较慢,溢油发生在落急时刻和西风风向时,油膜更早向下游扩散,对下游保护区的污染更严重。