阐释锚地大鹏湾3号锚地溢油风险模拟生

论文导读：andoil-spilldriftingmodeling,analysisonthebehioranddestinationofthespiltoilenteringthewater,andanalogcomputationoftheextensionrangeoftheseasurfacespiltoilslickandtheoiltransportationinthe3rdAnchorageinDapengBay,hasofferedsufficientscientificbasior
摘要：结合深圳大鹏湾某天然气码头建设项目的环境影响评价工作，展开了大鹏湾三号锚地突发性溢油的环境风险评价。通过采用溢油扩延和溢油漂移模型进行预测，对溢油进入水域后行为及归宿的分析，对海面溢油油膜的扩展范围和油滴在大鹏湾三号锚地的输移进行了模拟计算，为燃油码头突发性溢油事故的应急处理和决策提供了科学依据。
关键字：溢油，模拟，大鹏湾，3号锚地
中国分类号：X55 文献标识码：A 文章编号：
Abstract：Combining the environmental impact assesent (EIA) of a natural gas dock in Shenzhen Dapeng Bay, the EIA is carried out for the abrupt oil-spill of the 3rd Anchorage in Dapeng Bay. The prediction via oil-spill extension and oil-spill drifting modeling, analysis on the behior and destination of the spilt oil entering the water, and analog computation of the extension range of the sea surface spilt oil slick and the oil transportation in the 3rd Anchorage in Dapeng Bay, has offered sufficient scientific basis for the emergency response and policy-making for abrupt oil-spill of the fuel dock.
Keywords：oil-spill, simulation, Dapeng Bay, the 3rd Anchorage
1 引言
海上溢油是造成海洋环境污染损害的主要因素之一。大鹏湾是个半封闭海湾，位于我国经济发达地区——香港东北部以及深圳市的东南部，随着工业和地区经济发展，敷设海底油管，油轮频繁往来，使得大鹏湾海域存在船舶溢油的风险大大增加[2-3]。
从工程观点来看,一旦溢油事故发生,人们首先迫切要了解的是油层扩展有多快,将被油膜覆盖的海域有多大,以及在某一时间范围内油膜会扩展到何处等等一系列实际问题,这些信息对寻求控制和处理这类突发性环境危机的最佳对策至关重要。因此建立溢油扩散的数学模型,研究大鹏湾三号锚地溢油扩散的分布规律具有重要意义。
因此有必要建立模型对溢油的演变过程进行模拟,为及时有效的采取措施提供科学依据。许多学者对此进行了卓有成效的研究，赵云英等对溢油物理化学演变过程以及整个过程的特点进行了详细论述[4-5]；黄立文等利用武汉理工大学和舟山港务局联合进行投油试验观测结果建立了舟山海域溢油模型[6-7]；娄安刚等对胶州湾湾口两侧的潮位观测资料进行调和分析，建立了胶州湾内的预报潮流场,并对巴拿马籍“东方大使”号油轮溢油事故进行了数值模拟，为进一步解决胶州湾溢油问题提供了基础[8]。本文采用溢油模型进行预测，该模型分为溢油扩延和溢油漂移模型两部分。
2 数学模型

2.1 潮流模型

为了解项目所在区附近海域流场的时空变化，同时为海域环境影响预测提供流场，采用二维浅水潮波方程来模拟该海域流场。
控制方程
二维潮流基本方程包括连续方程和动量方程，即：

式中：为时间；为与静止海面重合的直角坐标系坐标；、分别为沿、方向的流速分量；为海底到静止海面的距离（静水深）；为自静止海面向上起算的海面起伏（水位）；为柯氏参数；为重力加速度；为水平涡动粘性系数；为谢才系数，，其中为曼宁糙率系数。
定解条件
边界条件
计算域与其它水域相通的开边界上有：
或：
计算水域与陆地交界的固边界上有：
上述各式中：为固边界法向；、和为已知值（实测或准实测或分析值）为流速矢量（）。
初始条件
式中：、和为初始时刻的已知值。
计算参数说明
计算范论文导读：油模型溢油在海面上的变化是极其复杂的，其中主要有动力学和非动力学过程。燃油进入水域后，在风、潮流等外界因素作用下漂移的同时也在迅速地扩延。针对可能发生事故漏油的典型类型，本文评价采用溢油模型进行预测，该模型分为溢油扩延模型和溢油漂移模型两部分。由于问题的复杂性，精确计算溢油漂移轨迹，全面地概括所有
围及网格：计算范围为大鹏湾的外边界从湾口向外延伸10km至三门岛与香港火石洲之间，长约31.5km；模型使用的计算网格为矩形网格，模型沿Y轴方向逆时针转28°，网格步长设置为30m，网格数为1280×摘自：毕业论文选题www.7ctime.com
1000。
计算地形：采用中国人民解放军海军司令部航海保证部2006年印制的红海湾1:60000海图地形对计算网格地形进行插值给定。而岸线则在参考该海图岸线的基础上根据现状，对填海岸线进行了修正。
时间步长：由于受计算网格步长及特征水深的限制，设定计算时间步长为30s。
其他参数：Manning系数取值随水深变化而变化，其值一般在0.028-0.057之间。
计算时段及水文资料：本报告选用中海石油基地集团北京分公司及广州三海海洋工程勘察设计中心在2008年5月20日00时00分～2008年6月19日23时50分的潮位和潮流观测数据来对大鹏湾进行水动力计算及验证。
边界条件：开边界由湾口潮位过程控制，分别选取湾口的实测水位对两条开边界进行线性插值给定。

2.2 溢油模型

溢油在海面上的变化是极其复杂的，其中主要有动力学和非动力学过程[9] 。燃油进入水域后，在风、潮流等外界因素作用下漂移的同时也在迅速地扩延。针对可能发生事故漏油的典型类型，本文评价采用溢油模型进行预测，该模型分为溢油扩延模型和溢油漂移模型两部分。
由于问题的复杂性，精确计算溢油漂移轨迹，全面地概括所有影响因素，是一个相当复杂的过程。因此，本次评价采用简化模型，用以计算油膜运动轨迹的趋势和宏观基本尺度。模型的基本假定：
a）整个油膜以质心点作迁移运动；
b）油膜质心的迁移速度计算只考虑潮流场和风场的作用；
c）质心迁移方向为离散的纵向，与之成垂直的方向为离散的横向。每一时刻的油膜扩延范围按前面所述方法计算。
因此，根据拉格朗日无质量标记点运动轨迹计算公式，油膜漂移任一时刻质心的速度为：
式中：为水面上空10m处的风速矢量；k为经验系数，通常可取0.02~0.05；为水流速度。
采用本简化模型，通过连续分时段的计算即可求出油膜漂移的轨迹及整个油膜扩延的范围。
a）风力条件
风场的变化相当复杂，不可能也没有必要针对不同的风向和风速条件下的溢油漂移轨迹进行预测。本次评价主要考虑如下风况：主导风风向下的平均风速，对主要敏感目标（大、小梅沙、平洲岛和南澳养殖区）的不利风向的平均风速，以及台风条件下的风速风向。具体情况见表1。
b）参数选择
类比邻近项目广东LNG的《广东LNG一期脱瓶颈工程环境报告书》中溢油模型的参数选择，考虑溢油受风速和潮流的影响。其中，油膜惯性扩展经验系数，k1 =2.28；油膜粘性扩展经验系数，k2 =2.90；油膜表面张力扩展经验系数，k3＝3.20。