欽州灣海上溢油擴(kuò)散數(shù)值模擬*

牙韓爭(zhēng)，李誼純，董德信

(廣西科學(xué)院 廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧　530007)

欽州灣海上溢油擴(kuò)散數(shù)值模擬*

牙韓爭(zhēng)，李誼純，董德信

(廣西科學(xué)院 廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530007)

摘要：【目的】研究欽州灣海上溢油擴(kuò)散特征及其影響因素。【方法】在對(duì)欽州灣水動(dòng)力進(jìn)行數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，利用MIKE 21/3 SA溢油分析模塊，對(duì)其海上溢油擴(kuò)散進(jìn)行數(shù)值模擬?！窘Y(jié)果】常風(fēng)況條件下，漲潮時(shí)刻發(fā)生溢油，溢油先向茅尾海方向漂移，待落潮后退出茅尾海；計(jì)算時(shí)段內(nèi)，溢油向茅尾海方向及欽州灣外灣方向漂移的最遠(yuǎn)距離分別約為17.51 km和10.73 km，掃海面積約為71.83 km2。落潮時(shí)刻發(fā)生溢油，溢油則先向欽州灣外灣漂移，待漲潮后轉(zhuǎn)向欽州灣灣頸方向；計(jì)算時(shí)段內(nèi)，油膜向欽州灣外灣方向漂移最遠(yuǎn)距離約17.96 km，油污掃海面積約為50.72 km2。【結(jié)論】欽州灣溢油漂移擴(kuò)散特征與溢油發(fā)生時(shí)刻及風(fēng)作用密切相關(guān)，溢油時(shí)刻及風(fēng)作用對(duì)欽州灣溢油漂移擴(kuò)散的影響不容忽視。

關(guān)鍵詞：欽州灣海上溢油數(shù)值模擬

0引言

【研究意義】石油對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸業(yè)具有不可代替的作用。隨著海上運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，沿海港口發(fā)生溢油事故的可能性不斷增加[1]。石油中含有烴類(lèi)有毒有害物質(zhì)，流入海洋，會(huì)對(duì)海洋環(huán)境造成嚴(yán)重影響，破壞海洋生態(tài)環(huán)境，危害海洋生態(tài)系統(tǒng)，因此，開(kāi)展海上溢油數(shù)值模擬研究，科學(xué)預(yù)測(cè)海上溢油擴(kuò)散特征，對(duì)海上溢油防范、擴(kuò)散控制、應(yīng)急處理、減少溢油對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響具有重大意義。而欽州灣是我國(guó)西南出?？诘闹匾ǖ??！爸袊?guó)-東盟”貿(mào)易合作的加強(qiáng)以及廣西經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，欽州灣一帶船舶運(yùn)輸業(yè)更為繁忙，使得欽州灣海域發(fā)生溢油事故的可能性大為提高，而欽州灣是一個(gè)半封閉式海灣，水交換能力差，周邊又擁有著豐富的海洋資源，有多種典型生態(tài)系統(tǒng)，溢油事故一旦發(fā)生，極有可能對(duì)海洋生態(tài)、環(huán)境造成極大的影響?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】自20世紀(jì)60年代，有國(guó)外學(xué)者開(kāi)始對(duì)海上溢油進(jìn)行研究，F(xiàn)ay[2]對(duì)油膜擴(kuò)散做出解釋?zhuān)岢鼋?jīng)典的三階理論，認(rèn)為油膜的擴(kuò)展主要受慣性力、重力、粘性力和表面張力控制，并將溢油擴(kuò)展分為慣性力擴(kuò)展階段、粘性力擴(kuò)展階段和表面張力擴(kuò)展3個(gè)階段。Blokker等[3]建立單組份的溢油風(fēng)化模型，但其未考慮油性質(zhì)隨時(shí)間的變化，故計(jì)算結(jié)果不能很好反應(yīng)溢油變化的真實(shí)情況。Mackay等[4]將風(fēng)速和溢油量加入模型中，建立了考慮風(fēng)速和溢油量的蒸發(fā)經(jīng)驗(yàn)公式，該理論已成為溢油風(fēng)化研究的基礎(chǔ)。Harrison等[5]提出計(jì)算多組分油的蒸發(fā)公式，使得溢油風(fēng)化計(jì)算更接近于實(shí)際。Lehr等[6]在Fay的理論基礎(chǔ)上對(duì)溢油擴(kuò)展進(jìn)行改進(jìn)，在油膜的擴(kuò)展中考慮風(fēng)作用。Johansen等[7]基于lagrange追蹤法，改進(jìn)了“油粒子”模型，該模型可直觀地反應(yīng)油膜在風(fēng)、波浪等作用下破碎、分離的實(shí)際情況。Zhang等[8]考慮油膜的輸運(yùn)和風(fēng)化過(guò)程，建立一種海上溢油行為的預(yù)報(bào)模式。張存智等[9]建立三維溢油動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)模型，并將其成功應(yīng)用于渤海灣溢油數(shù)值模擬。楊紅等[10]基于拉格朗日粒子追蹤法及自由走動(dòng)理論建立長(zhǎng)江口溢油模型對(duì)南港水道溢油進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果較好地反應(yīng)了溢油在長(zhǎng)江口南港水道的擴(kuò)散情況。另外，黃娟等[11]、李懷明等[12]、陳義中等[13]學(xué)者也進(jìn)行過(guò)類(lèi)似的研究。對(duì)于多種數(shù)值模型，目前應(yīng)用較為廣泛的有美國(guó)研究所(Applied science Associates,ASA)研發(fā)的OILMAP模型、MARKREED建立的OSCAR模型[14]，以及丹麥水利研究所(DHI)研究開(kāi)發(fā)的MIKE 21 OS/SA溢油系列模型。【本研究切入點(diǎn)】欽州灣海域的溢油擴(kuò)散特征未曾有報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用DHI研發(fā)的MIKE 21/3 SA溢油分析模塊，建立欽州灣海上溢油模型，對(duì)欽州灣海上溢油漂移擴(kuò)散進(jìn)行計(jì)算分析，探索欽州灣海上溢油漂移擴(kuò)散特征及其影響因素，為欽州灣海上溢油事故防范、溢油事件應(yīng)急處理、海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)等提供科學(xué)依據(jù)。

1水動(dòng)力條件數(shù)值模擬

水動(dòng)力條件數(shù)值模擬是溢油漂移擴(kuò)散預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，其計(jì)算結(jié)果可為溢油擴(kuò)散預(yù)測(cè)模型提供潮流項(xiàng)數(shù)據(jù)。本文采用DHI開(kāi)發(fā)的MIKE 21 HD模塊對(duì)海域水動(dòng)力條件進(jìn)行計(jì)算。

1.1模型控制方程

MIKE 21 HD水動(dòng)力模型控制方程包括一個(gè)連續(xù)方程及兩個(gè)動(dòng)量方程。

連續(xù)方程：

(1)

X方向動(dòng)量方程：

(2)

Y方向動(dòng)量方程：

(3)

式中：ζ為水位；h為水深；H=h+ζ；p、g分別為x、y方向的單寬流量；C為謝才系數(shù)，與曼寧系數(shù)的關(guān)系為C=n-1/h1/6；g為重力加速度，f為風(fēng)摩擦系數(shù)；V、Vx、Vy分別為風(fēng)速及其在x、y方向的分量；Ω為科氏力系數(shù)；ρw為水的密度；x、y為距離；t為時(shí)間； u、v分別為流速在x、y方向的分量。τxx、τxy、τyy分別為各方向剪切應(yīng)力。

1.2定解條件

1.3計(jì)算區(qū)域的確定及網(wǎng)格劃分

欽州灣海域岸線曲折，島嶼眾多，地形變化大，潮波運(yùn)動(dòng)受地形控制明顯，要準(zhǔn)確模擬海域內(nèi)潮波傳播過(guò)程，需建立足夠大的計(jì)算區(qū)域，因此，本次模型計(jì)算區(qū)域西邊界取至企沙鎮(zhèn)，東邊界取至中三墩，南邊界取至欽州灣外灣，北邊界取至整個(gè)茅尾海，模型東西方向長(zhǎng)約38 km，南北方向長(zhǎng)約47 km，總面積約820 km2，計(jì)算區(qū)域地形圖如圖1所示。采用適應(yīng)性較好的不規(guī)則結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行劃分，并就復(fù)雜的島嶼和岸線進(jìn)行局部加密，以保證計(jì)算精度。計(jì)算網(wǎng)格共包涵10 280個(gè)節(jié)點(diǎn)、19 389個(gè)單元，最小邊長(zhǎng)為50 m，最大水深約21 m。

圖1欽州灣水下地形及潮流要素驗(yàn)證點(diǎn)位

Fig.1Schematic diagram of underwater topography of Qinzhou Bay and positions of model validation point

1.4計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證

為驗(yàn)證水動(dòng)力模型的可靠性，采用2012年5月(小潮)及2012年6月(大潮)實(shí)測(cè)水文資料對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，包括2個(gè)潮位驗(yàn)證點(diǎn)及3個(gè)潮流驗(yàn)證點(diǎn)，各潮流要素驗(yàn)證點(diǎn)點(diǎn)位如圖1所示，其中犀牛腳、龍門(mén)為潮位驗(yàn)證點(diǎn)，V1～V3為潮流驗(yàn)證點(diǎn)。各點(diǎn)位潮流要素驗(yàn)證結(jié)果如圖2～5所示，由于篇幅有限，這里只列舉部分點(diǎn)位的結(jié)果驗(yàn)證。

圖2犀牛腳潮位驗(yàn)證圖(大潮)

Fig.2Verification of tidal level in Xiniujiao(spring tide)

圖3龍門(mén)潮位驗(yàn)證圖(大潮)

Fig.3Verification of tidal level in Longmen(spring tide)

圖4V1站流速驗(yàn)證(大潮)

Fig.4Verification of current velocity in V1(spring tide)

圖5V1站流向驗(yàn)證(大潮)

Fig.5Verification of current direction in V1(spring tide)

由圖2～5可知，各潮位驗(yàn)證點(diǎn)潮位計(jì)算值與實(shí)測(cè)值有一定的偏差，但相差不大，最大潮差不超過(guò)0.3 m，龍門(mén)及犀牛腳兩站潮位過(guò)程與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果幾乎一致，沒(méi)有太大的差別。V1站潮流計(jì)算值高潮位變化過(guò)程稍有偏差，個(gè)別時(shí)段流速計(jì)算值比實(shí)測(cè)值略小，但流速和流向的變化過(guò)程與實(shí)測(cè)值基本吻合。總體上，模型計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合良好，位相、量值及過(guò)程線與實(shí)際情況基本一致，可以用于溢油擴(kuò)散數(shù)值模擬的計(jì)算研究。

2溢油輸移擴(kuò)散模型的建立

溢油進(jìn)入海洋水體后，在自身重力及海洋水體物理化學(xué)的作用下，同時(shí)發(fā)生擴(kuò)展、漂移、擴(kuò)散、蒸發(fā)、乳化、溶解等風(fēng)化過(guò)程。本文采用DHI研發(fā)的MIKE 21/3 SA溢油分析模塊建立欽州灣海上溢油模型，對(duì)欽州灣海洋溢油進(jìn)行預(yù)測(cè)。MIKE 21/3 SA模塊基于拉格朗日理論，采用“油粒子”方法，可模擬溢油在水體中漂移、擴(kuò)散、蒸發(fā)、乳化、溶解等多種過(guò)程。

2.1擴(kuò)展

油粒子擴(kuò)展是重力、慣性力、粘性力和表面張力等共同作用的結(jié)果。根據(jù)修正的Fay重力-粘力公式，油膜擴(kuò)散計(jì)算式為

(4)

2.2漂移

油粒子漂移是潮流運(yùn)動(dòng)及風(fēng)拽力共同作用的結(jié)果，其漂移速度與潮流流速及風(fēng)速有關(guān)。油粒子漂移速度可用以下權(quán)重公式計(jì)算：

Uoil=Vs+CwindUwind。

(5)

式中，Uwind為水面以上10 m處的風(fēng)速，Cwind為風(fēng)漂移系數(shù)，一般取值在0.03～0.04，Vs為表面流速度。

2.3擴(kuò)散

油粒子擴(kuò)散與水流紊動(dòng)有關(guān)，根據(jù)隨機(jī)擴(kuò)散理論，假設(shè)各方向擴(kuò)散具有同一性，一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)“油粒子”在a方向的擴(kuò)散距離可表示為

(6)

式中，Da為時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)溢油在a方向上的擴(kuò)散距離，R為-1～1的隨機(jī)數(shù)，Ca為a方向上的擴(kuò)散系數(shù)，Δt為時(shí)間步長(zhǎng)。

2.4蒸發(fā)

油膜蒸發(fā)速率與氣溫、水溫、溢油面積、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射和油膜厚度等因素有關(guān)，可用以下公式表示：

(7)

2.5乳化

溢油在經(jīng)歷一定時(shí)間的漂移擴(kuò)散后，油膜厚度變小，水流紊動(dòng)作用對(duì)油膜的影響逐漸增大。在水流紊動(dòng)下，部分油膜被紊動(dòng)力能量撕裂成油滴，形成水包油的粒子，從而形成一種油水相交乳化物。油膜乳化可用油膜含水率來(lái)表示，其計(jì)算式為

(8)

其中，KB=1/YWF，YW為乳化物的含水量，KA為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，取值約為4.5×10-6，YWF為油膜最終含水率。

2.6溶解

溢油的溶解主要發(fā)生在低碳輕質(zhì)油組分，溶解量通常很小，其溶解率用下式表示：

(9)

3欽州灣海上溢油擴(kuò)散預(yù)測(cè)

3.1溢油工況設(shè)計(jì)及參數(shù)選取

據(jù)《船舶油污染事故等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，溢油事故溢油量大于10 t時(shí)，稱(chēng)之為重大溢油事故。參照近年來(lái)各地溢油事故溢油量，本次研究溢油源強(qiáng)取為10 t，并假設(shè)1 h內(nèi)全部溢出。溢油點(diǎn)選擇欽州港航道附近，這與溢油事故通常發(fā)生于港口航道等航運(yùn)較繁忙區(qū)域的特點(diǎn)相適應(yīng)。大潮期間，水動(dòng)力能力相對(duì)較強(qiáng)，溢油擴(kuò)散影響的范圍較廣，因此，本次溢油時(shí)刻選擇大潮時(shí)期，包括漲潮時(shí)和落潮時(shí)兩個(gè)時(shí)刻。根據(jù)欽州龍門(mén)氣象站資料，欽州灣年平均風(fēng)速不超過(guò)5.0 m/ s，最大風(fēng)速達(dá)28.0 m/s，常風(fēng)向?yàn)镹向風(fēng)，頻率為26%，其次為南風(fēng)，頻率為7%，綜合考慮，本次計(jì)算風(fēng)況選擇N、W、S、E 4個(gè)風(fēng)向，風(fēng)速取為5 m/s，另選一個(gè)靜風(fēng)情況。溢油模型各參數(shù)參照文獻(xiàn)[15]，油源密度取0.94×103kg/m3，縱向擴(kuò)散系數(shù)取0.25 m/s2，橫向擴(kuò)散系數(shù)取0.1 m/s2。模擬時(shí)段設(shè)為24 h，并假定油膜最終擴(kuò)展厚度為0.01 mm[16]。各溢油計(jì)算工況及參數(shù)如表1所示，根據(jù)上述模型及參數(shù)，對(duì)欽州灣海上溢油漂移擴(kuò)散進(jìn)行模擬。

表1事故模擬情景條件

Table 1Simulated scenes of accidents

事故情形Accidentcase環(huán)境條件Environmentalcondition溢油量10tOilquantity10t風(fēng)向:N、W、S、E、靜風(fēng)Winddirection:N、W、S、E、staticwind油源密度Oildensity:0.94×103kg/m3風(fēng)速Windspeed:5m/s溢油位置:欽州港附近Oilspilledlocation:NearQinzhouPort氣溫Airtemperature:20℃溢油時(shí)刻:大潮(漲潮、落潮)Oilspilledtime:Springtide(Floodtide、Ebbtide)水溫Watertemperature:25℃溢油時(shí)間Oilspilledperiod:1h縱向擴(kuò)散系數(shù)Longitudinaldispersioncoefficient:0.25m/s2最終擴(kuò)展厚度Extendedthick-ness:0.01mm橫向擴(kuò)散系數(shù)Transversedis-persioncoefficient:0.10m/s2

3.2結(jié)果與分析

3.2.1溢油漂移擴(kuò)散特征

為分析欽州灣海上溢油擴(kuò)散特征，在常風(fēng)向情況下，對(duì)欽州灣海上溢油進(jìn)行預(yù)測(cè)。圖6a為漲潮時(shí)刻發(fā)生溢油24 h溢油掃海范圍圖，可知，當(dāng)漲潮時(shí)刻發(fā)生溢油時(shí)，溢油先向茅尾海方向移動(dòng)，由欽州灣灣頸進(jìn)入茅尾海中部，待落潮時(shí)退出茅尾海直至欽州灣外灣，受溢油影響的區(qū)域主要為欽州灣灣頸至茅尾海中部以及欽州灣外灣中部一帶海域，以及灣頸中部部分島嶼岸線。在潮流及油膜自身重力的作用下，油膜發(fā)生位置上變化的同時(shí)不斷擴(kuò)散，造成油膜面積的擴(kuò)大。表2為常風(fēng)向條件下各計(jì)算時(shí)刻溢油擴(kuò)散計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表，可知，漲潮時(shí)刻發(fā)生溢油時(shí)，24 h溢油擴(kuò)散面積約為9.80 km2，掃海面積則可達(dá)71.83 km2。整個(gè)計(jì)算時(shí)段，溢油向茅尾海方向漂移的距離約為17.51 km，而向欽州灣外灣方向漂移的距離約為10.73 km。

圖6常風(fēng)向條件下24 h溢油掃海范圍

Fig.6Sea swept area of spilled oil under N dominant wind conditions within 24 h

圖6b為落潮時(shí)刻發(fā)生溢油時(shí)24 h溢油掃海范圍，由圖6b可知，當(dāng)落潮時(shí)刻發(fā)生溢油時(shí)，溢油先向欽州灣外灣方向移動(dòng)，等漲潮后返回至欽州港附近海域，受溢油影響區(qū)域主要為欽州灣外灣中部深水航道處。影響區(qū)域主要為深水航道附近，其原因可能與航道處水動(dòng)力條件好，潮流流速大，有利于物質(zhì)的輸運(yùn)有關(guān)。由表2可知，落潮時(shí)刻發(fā)生溢油時(shí)，24 h油污擴(kuò)散面積及掃海面積分別約為10.09 km2和50.72 km2，油膜最遠(yuǎn)漂移距離約17.96 km，方向?yàn)闅J州灣外灣方向。相比較漲潮時(shí)刻，溢油落潮時(shí)大部分時(shí)刻擴(kuò)散面積稍大，但掃海面積卻較小，其原因在于落潮時(shí)溢油漂移距離相對(duì)較短，從而造成掃海面積較小。

3.2.2溢油時(shí)刻對(duì)溢油漂移擴(kuò)散的影響

圖7為靜風(fēng)條件下不同時(shí)刻發(fā)生溢油時(shí)油污漂移軌跡，由圖7可知，當(dāng)漲潮時(shí)刻發(fā)生溢油時(shí)，溢油將隨著潮流向西北偏北方向移動(dòng)，由欽州灣灣頸中部進(jìn)入茅尾海；而當(dāng)溢油發(fā)生在落潮時(shí)刻時(shí)，溢油則向欽州灣外灣方向移動(dòng)。溢油漂移軌跡的不同，也造成了溢油擴(kuò)散程度及掃海范圍的差異，由表2可知，當(dāng)漲潮時(shí)刻發(fā)生溢油時(shí)，24 h油污擴(kuò)散面積及掃海面積分別為9.80 km2和71.83 km2，而落潮時(shí)刻發(fā)生溢油時(shí)，這兩個(gè)值分別為10.09 km2和50.72 km2，有明顯的差異。由于不同溢油時(shí)刻下海域水動(dòng)力環(huán)境有一定的差異，因此，其漂移路徑及擴(kuò)散程度也不同，其擴(kuò)散結(jié)果也必將不同。說(shuō)明溢油時(shí)刻對(duì)油膜運(yùn)動(dòng)過(guò)程有顯著的影響，溢油漂移擴(kuò)散結(jié)果與溢油時(shí)刻有密切的關(guān)系。

圖7不同溢油時(shí)刻下溢油漂移擴(kuò)散軌跡

Fig.7Drift track of spilled oil under different time

3.2.3風(fēng)況對(duì)溢油漂移擴(kuò)散的影響

對(duì)不同風(fēng)況下漲潮時(shí)刻發(fā)生的溢油擴(kuò)散特征進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3所示。由表3可知，風(fēng)作用對(duì)欽州灣溢油漂移擴(kuò)散有顯著的影響，不同風(fēng)況作用下的溢油擴(kuò)散效果有明顯的區(qū)別。以靜風(fēng)時(shí)及N風(fēng)時(shí)為例，靜風(fēng)作用下，24 h油污擴(kuò)散面、掃海面積分別為4.15 km2和27.04 km2，而N向風(fēng)存在時(shí)，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)值分別為9.80 km2和71.83 km2，差異明顯。相比較靜風(fēng)時(shí)，N風(fēng)作用下，溢油擴(kuò)散面積及掃海面積更大，其原因在于：N風(fēng)作用下，溢油在24小時(shí)內(nèi)先后進(jìn)入茅尾海和欽州灣的中部，漂移所經(jīng)過(guò)的海域水動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)，潮流對(duì)溢油擴(kuò)散的推動(dòng)作用明顯；同時(shí)，風(fēng)力的作用也使得溢油向欽州灣外灣方向漂移距離明顯增加，從而造成N風(fēng)作用下溢油擴(kuò)散面積及掃海面積相對(duì)較大的特點(diǎn)。

表2常風(fēng)向條件下不同時(shí)刻溢油擴(kuò)散面積及掃海面積統(tǒng)計(jì)

Table 2Statistical results of diffusion area and sweeping area at different time under dominant wind condition

溢油時(shí)刻O(píng)ilspilltime擴(kuò)散面積(km2)Diffusionarea(km2)掃海面積(km2)Sweepingarea(km2)最遠(yuǎn)漂移距離(km)Farthestdriftdistance(km)6h12h18h24h6h12h18h24h茅尾海方向MaoweiSea欽州灣外灣方向OuterQinzhouBay漲潮Floodtide2.933.9010.879.808.2721.4269.7871.8317.5110.73落潮Ebbtide3.434.737.6510.0911.1819.2833.5950.720.0017.96

表3不同風(fēng)況條件不同時(shí)刻溢油擴(kuò)散面積及掃海面積統(tǒng)計(jì)

Table 3Statistical results of diffusion area and sweeping area at different time under different wind conditions

風(fēng)況Windregime擴(kuò)散面積(km2)Diffusionarea(km2)掃海面積(km2)Sweepingarea(km2)最遠(yuǎn)漂移距離(km)Farthestdriftdistance(km)6h12h18h24h6h12h18h24h茅尾海方向MaoweiSea欽州灣外灣方向OuterQinzhouBay靜風(fēng)Staticwind2.462.744.274.157.8414.2422.0827.0416.436.61N風(fēng)Nwind2.933.9010.879.808.2721.4269.7871.8317.5110.73E風(fēng)Ewind4.113.971.652.8911.1620.9527.3339.8219.036.74S風(fēng)Swind2.291.912.214.436.6612.6217.0922.1415.676.01W風(fēng)Wwind1.901.152.254.125.9810.8515.4319.8014.987.04

由圖8可知，不同風(fēng)況下，溢油影響區(qū)域有明顯的區(qū)別。除W風(fēng)外，其它各向風(fēng)作用下的溢油均進(jìn)入了茅尾海，S風(fēng)作用下，溢油傾向于進(jìn)入茅尾海東部，而N風(fēng)和E風(fēng)作用時(shí)分別進(jìn)入茅尾海中部及西部。W風(fēng)作用下，溢油則直接漂向欽州港一帶岸線，基本沒(méi)有進(jìn)入茅尾海。由于風(fēng)對(duì)溢油的影響主要在于風(fēng)應(yīng)力對(duì)溢油漂移速度項(xiàng)的貢獻(xiàn)，故風(fēng)應(yīng)力的存在會(huì)增大或減小溢油在水體中的漂移速度，從而影響溢油漂移擴(kuò)散的整個(gè)過(guò)程，風(fēng)作用對(duì)溢油漂移擴(kuò)散的影響不容忽視。

圖8不同風(fēng)況下漲潮時(shí)24 h內(nèi)溢油掃海范圍

Fig.8Sea swept area of spilled oil under different wind conditions within 24 h

4結(jié)論

本文利用MIKE 21 HD模塊建立欽州灣海域水動(dòng)力模型對(duì)欽州灣海域潮流特性進(jìn)行模擬，并在此基礎(chǔ)上利用MIKE 21/3 SA溢油分析模塊，分析欽州灣海上溢油漂移擴(kuò)散的特點(diǎn)及其影響因素，結(jié)果表明1)漲潮時(shí)發(fā)生溢油，溢油先向茅尾海方向漂移，待落潮后退出茅尾海；而落潮時(shí)刻發(fā)生溢油，溢油則先向欽州灣外灣漂移，待漲潮后轉(zhuǎn)向欽州灣灣頸方向。2)漲潮時(shí)發(fā)生溢油，24 h內(nèi)溢油擴(kuò)散面積及掃海面積分別約為9.80 km2和71.83 km2，溢油向茅尾海方向及欽州灣外灣方向漂移的最遠(yuǎn)距離分別約為17.51 km和10.73 km；而落潮時(shí)刻發(fā)生溢油，24 h內(nèi)油污擴(kuò)散面積及掃海面積分別約為10.09 km2和50.72 km2，油膜向欽州灣外灣方向漂移最遠(yuǎn)距離約17.96 km。3)油污擴(kuò)散面積、掃海范圍及遷移路徑與溢油發(fā)生時(shí)刻、風(fēng)況密切相關(guān)，不同溢油時(shí)刻及風(fēng)況下，其油污擴(kuò)散面積、掃海范圍、遷移路徑有明顯的差異，溢油時(shí)刻及風(fēng)作用對(duì)溢油漂移擴(kuò)散的影響不容忽視。

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(責(zé)任編輯：尹闖)

Numerical Simulation of Oil Spill in the Qinzhou Bay

YA Hanzheng，LI Yichun， DONG Dexin

(Guangxi Key Laboratory of Marine Environmental Science，Guangxi Academy of Sciences，Nanning，Guangxi，530007，China)

Abstract:【Objective】The drift-diffusion feature and its affecting factors of oil spill in Qinzhou Bay were studied.【Methods】The diffusion characteristics of oil spill in the Qinzhou Bay areas was simulated by MIKE 21/3 SA oil spill model based on the hydrodynamic simulation results.【Results】The oil contamination was drifted towards Maowei Sea at first,and then move out Maowei Sea in ebbing tide when oil spill occurred in flood tide.The farthest drift distance of oil contamination towards Maowei Sea and outer Qinzhou Bay was about 17.51 km and 10.73 km,respectively,and the sweeping area of oil spill was about 71.83 km2 within calculation interval.When oil spill occurred in ebb tide ,the oil stain was drifted towards outer Qinzhou Bay and reversed towards the neck area of Qinzhou Bay in tide rising.In this case,the farthest drift distance of oil contamination towards outer Qinzhou Bay was about 17.96 km,and the sweeping area of oil spill was about 59.72 km2.【Conclusion】The drift-diffusion feature of oil spill in the Qinzhou Bay is closely related to the occurring time and the wind conditions,which cannot be ignored in the oil spill influence evaluation in Qinzhou Bay.

Key words:Qinzhou Bay,marine oil spill,numerical simulation

收稿日期：2016-03-11

作者簡(jiǎn)介：牙韓爭(zhēng)(1988-)，男，碩士，主要從事河口海岸物質(zhì)輸運(yùn)研究。

中圖分類(lèi)號(hào)：X55

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-9164(2016)02-0156-07

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41576024)，廣西科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(12YJ25HY08,10YJ25HY03)和廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(GXKLHY14-01)資助。

廣西科學(xué)Guangxi Sciences 2016,23(2):156～162

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間：2016-05-12

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先數(shù)字出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/45.1206.G3.20160512.0944.006.html