基于MIKE21的海洋溢油数值模拟在长江口区域的应用-上海市水文总站.docVIP

基于MIKE21的海洋溢油数值模拟在长江口区域的应用 殷健，李丕学，何金林 （上海市水文总站 上海 200232） 摘要：本文介绍了溢油数值模拟的基本原理，利用MIKE21建立长江口杭州湾溢油模型，针对518溢油事故进行后评估，并通过6种不同工况的模拟研究溢油扩散的影响因子，讨论长江口区航道内船舶溢油事故对长江口青草沙水源地的潜在影响。 关键词：长江口；二维数值模拟；溢油模型；油粒子 Application of ocean oil spills numerical simulation based on MIKE21 model in the Yangtze Estuary LI Pi-xue1, HE Jin-lin1, YIN Jian1， （1.Shanghai Hydrology Administration, Shanghai 200232, China） Abstract：This paper introduces the basic principles of the oil spills simulation. Building the Yangtze Estuary Oil Model using MIKE21, we studied the situation of the 518 oil spill accident, and the influencing factors of the oil diffusion in the sea in six cases. In the end, we discussed potential impact of oil spill accidents in Yangtze Estuary on Qing Cao Sha water source area. Keywords：the Yangtze Estuary; two-dimensional numerical simulation; oil spills model; oil particle 引言 据统计，每年全球平均发生千吨级以上的溢油事故4.4起，百吨级溢油事故近百起(王长海，2000)，我国则年均发生500起海洋溢油事故。导致海洋溢油事故的最主要原因是海上运输，每年因航运产生的石油泄露达160至200万吨(陈莎，2008)。近年来部分沿海地区的海水含油量已超标2至8倍(岳文浩 等，2008)，海洋石油污染形势十分严峻。 溢油的风险概率与水域状况、天气条件、船只密度、航道管理等因素相关。溢油事故发生后，需要迅速、准确地预测溢油的变化趋势，为科学、有效的决策提供依据。 溢油的数值模拟指基于先期计算的溢油水域流场，结合实地实时的溢油品种、溢油量、风、浪、盐度、水温、气温等因素，预测溢油在迁移与风化过程中的状态、组分、性质的改变以及最终归宿，为应急决策的制定、清除手段的选择和溢油损害的评估提供科学依据。 长江口区域的溢油风险 长江口地处长江东西运输通道与海上南北运输通道的交汇点，是上海港及长江干线的通海咽喉，在内陆航运及海路航运中占据重要地位，是我国通航密度最高的水域之一，年货运吞吐量超过7亿吨，日年均船舶量达2300多艘，高峰时期更可达6000多艘(陈莎，2008)，并以大型船舶为主，发生溢油事故的潜在风险较大。 同时长江口也是上海最重要的水源地-青草沙水库所在地，区域内有崇明东滩鸟类自然保护区、中华鲟自然保护区、九段沙湿地自然保护区等全国重要的生态保护区，研究本区域船舶溢油对溢油应急处置具有重要的现实意义。本文主要讨论长江口区航道内船舶溢油事故对长江口青草沙水源地的潜在影响。 长江口水动力数学模型 建立高效稳定、精确可靠的水动力数学模型是进行海洋溢油行为与归宿数值模拟的重要前提。MIKE21HD包括了广泛的水力现象，可有效模拟由于各种作用力而产生的水位及水流变化，进而为溢油模拟模型MIKE21SA提供可靠的水动力计算基础。本模型区域包括长江口、杭州湾以及邻近海区；采用非结构网格；模型计算时间步长为30 s，网格节点26121个，单元数47174个，计算时采用高阶求解格式(图1)。 模型边界条件分别对应径流、潮汐、海表面风应力及床底摩擦应力。模型主要参数包括床面阻力系数、紊动粘性系数、引潮势等，其中床面阻力系数反映水流与床面相互作用过程中床面边界的形态及粗糙程度对水流阻力的综合影响(许婷，2010)，采用实测资料反推获得；紊动粘性系数的选择对岸线变化复杂且有回流产生的岸段十分关键，采用经验公式获取。 图1 模型计算区域及水深分布 选取徐六泾、白茆、高桥、小衢山、大戢山等站点率定模型潮位；选择徐六泾、东风西沙、北港、连兴港、中浚等位置率定模型潮流，水动力模型的率定验证结果表明模型能