樂清灣溢油數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著全球性的石油開采和海上石油運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，海上溢油事故也越來越頻繁。溢油對海洋生態(tài)環(huán)境和污染區(qū)域的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成很大危害。我國海域近些年也發(fā)生了多起溢油事故。
　　樂清灣有豐富的濕地和灘涂資源，生物物種豐富。隨著樂清灣內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目增多，樂清灣內(nèi)航行的船舶增多，一旦發(fā)生溢油事故，會(huì)對樂清灣的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。為了控制石油泄漏事故的危害，促進(jìn)清理工作的順利進(jìn)行，需要了解油膜的運(yùn)動(dòng)路徑和擴(kuò)散范圍，除了開展海上溢油的監(jiān)測工作外，還要根

2、據(jù)溢油地區(qū)的流、風(fēng)等資料通過溢油模型預(yù)測油污的漂移軌跡。
　　從上世紀(jì)六十年代開始，溢油污染問題引起了科學(xué)界的重視。很多學(xué)者對這一問題進(jìn)行了深入研究，取得了許多研究成果。但是溢油的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和造成的污染的最終消亡過程相當(dāng)復(fù)雜，很難用一個(gè)模型或者公式進(jìn)行全面地概括，因此仍有不少研究工作有待開展。最初的溢油水上運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究主要是以靜水或恒定流條件下的半理論半經(jīng)驗(yàn)的溢油擴(kuò)展過程的研究，并建立了一些經(jīng)驗(yàn)公式。近幾十年來，人們提出了不少數(shù)學(xué)

3、物理模型用于模擬水上溢油的風(fēng)化和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
　　油在水中的行為和歸宿是一個(gè)非常復(fù)雜的過程。受到風(fēng)、浪、流等動(dòng)力因素、非動(dòng)力環(huán)境因素以及油品特性等多種因素的支配,包括在重力、表面張力、慣性力和粘性力作用下的物理擴(kuò)展,蒸發(fā)、溶解、乳化、光氧化和生物降解等風(fēng)化過程引起的化學(xué)變化,流場、風(fēng)場等動(dòng)力因素作用下的漂移運(yùn)動(dòng)以及包含在其中的隨機(jī)性?，F(xiàn)在已有許多溢油模型，包括溢油擴(kuò)展模型，油粒子模型和溢油風(fēng)化模型。
　　水動(dòng)力模型的發(fā)展為溢油

4、事故的數(shù)值模擬提供了良好的基礎(chǔ)，如ADCIRC二維水動(dòng)力模型，F(xiàn)VCOM三維水動(dòng)力模型，HYCOM三維水動(dòng)力模型。
　　為了快速應(yīng)對發(fā)生的溢油事故，本文選擇了界面友好，使用方便的二維溢油模型NOAA的GNOME(General NOAA Operational Modeling Environment)溢油模型進(jìn)行模擬。
　　首先用GNOME對2010年4月20日發(fā)生的美國墨西哥灣“深海地平線”溢油事故在2010年5月8日-

5、2010年5月11日這段時(shí)間的溢油軌跡進(jìn)行了模擬。模擬過程中，采用GOM HYCOM的輸出流場數(shù)據(jù)和NECP的GFSR( Climate Forecast System Reanalysis)風(fēng)場數(shù)據(jù)作為GNOME模型的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)。并將模擬結(jié)果與衛(wèi)星觀測資料進(jìn)行了對比驗(yàn)證，結(jié)果表明 GNOME模擬的溢油路徑與從衛(wèi)星應(yīng)急信息中心網(wǎng)站(Center for SatelliteBased Crisis Information)獲取的油污覆蓋衛(wèi)星

6、圖相符性良好，溢油漂移趨勢與觀測結(jié)果一致。并研究了流場的不確定性對溢油軌跡模擬結(jié)果的影響，考慮流場的不確定性，通過 GNOME最小遺憾法得到的溢油軌跡能夠更大程度上覆蓋衛(wèi)星觀測資料。
　　接下來本文用FVCOM（The Finite-Volume Coastal Ocean Model）數(shù)值模式模擬了樂清灣的水動(dòng)力場，并將模擬的潮流和潮位與實(shí)測資料進(jìn)行了驗(yàn)證，證明模擬結(jié)果良好。將模擬的潮流場作為驅(qū)動(dòng)場利用 GNOME模型模擬了樂清