北方江河瞬时溢油污染扩散规律实验研究与数值模拟

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:koel
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松花江承担着流域水源地、航运、景观、泄洪等多项功能,如果发生突发性溢油事故,势必影响到水源地安全、沿岸生态环境以及人民的健康,因而保护松花江不受溢油污染显得十分的重要。本文以松花江某一典型河段为研究区域,建立了松花江二维溢油模拟模型,该模型的研制为松花江预警系统的建立提供了重要的依据。  通过溢油模拟实验测定丰、平、枯水期不同溢油量下油膜的长度,考察水流流速、溢油量、冰层表面粗糙度对油膜迁移扩散的影响。采用扩散参数公式计算了明水期溢油的扩散参数,最后按照相似比尺放大到实际河流中溢油的扩散参数,为后期数值模型建立提供参数依据。通过岸边吸附实验考查沙土、黏土、砾石三种材料对溢油的吸附效果,并采用测得的相应吸附率作为建模参数。  根据有限元法原理建立三角形计算网格,利用水质模型软件的水动力模块,构建了河流平面二维水动力模型。在水动力模型基础上引用“油粒子”模型,并以物理实验为率证手段建立了河流二维溢油模型。计算结果表明:河流溢油后油膜呈带状,油膜长度和中心位置随河道形势变化发展。水域溢油残留浓度随着时间和位置变化而不同。在丰、平、枯及冰封四个时期,油膜触岸时间均不相同。随着时间的延续,油膜沿河岸线累积污染,污染程度与流速和径流量有关。同时本研究还通过模型的计算考察了风场对溢油污染的影响,结果表明:风向对溢油污染范围影响不大,风力级别越大对溢油污染的范围影响越显著,油膜面积随着风力增强而变大。  为了将模型应用到松花江实际溢油事故中,本研究以松花江永兴村至兴国村江段为研究区域,以该江段背景资料为输入和率定数据,建立了松花江二维溢油预测模型。预测结果显示:事故9h后,油膜漂移扩散到哈尔滨市区河段,事故21h后,油膜离开哈尔滨市区河段,哈尔滨市区受污染历时12个小时,水域受污染范围为3.37~6.48km2,岸线污染范围为13.57~43.55km,污染极其严重,因此需要在溢油9h之内迅速采取控制措施。
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