湛江灣海域溢油漂移擴(kuò)散數(shù)值模擬研究

孫 琰，劉大召,3，許源興，李 卓，韓澤文

(1.廣東海洋大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，廣東 湛江 524088；2.中海油信息科技有限公司天津分公司，天津 300450；3.廣東省海洋遙感與信息技術(shù)工程技術(shù)中心，廣東 湛江 524088)

引 言

近年來隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，對(duì)能源的需求日益增長(zhǎng)，我國(guó)海域發(fā)生海洋溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加[1]。海上溢油事故不僅對(duì)近海海洋生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，而且會(huì)直接危害我國(guó)近海社會(huì)經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展[2]。

我國(guó)是世界最大的原油進(jìn)口國(guó)，湛江港作為中國(guó)大陸通往東南亞、歐美、非洲等國(guó)家和地區(qū)航程最短的天然深水良港與全國(guó)最大的陸岸原油專業(yè)化碼頭之一，近年來湛江灣海域原油儲(chǔ)運(yùn)船舶數(shù)量上升使得該海域發(fā)生溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)不斷加大[3]，此外湛江灣內(nèi)生態(tài)保護(hù)區(qū)與養(yǎng)殖區(qū)分布廣泛，溢油事故會(huì)對(duì)湛江灣內(nèi)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，因此有必要建立該海域的溢油數(shù)學(xué)模型進(jìn)行事故風(fēng)險(xiǎn)模擬與環(huán)境敏感區(qū)影響分析。對(duì)海上溢油的數(shù)值模擬預(yù)報(bào)研究開始于20世紀(jì)60年代[4]，經(jīng)歷了油膜擴(kuò)展理論、對(duì)流擴(kuò)散方法與油粒子法三個(gè)階段，其中由Johansen[5]與EIliot[6]提出的拉格朗日油粒子追蹤法目前在溢油模型中得到廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)學(xué)者采用數(shù)值模擬方式在長(zhǎng)江口[7]、膠州灣[8]、渤海灣[9]、江蘇濱海[10]、大亞灣[11]、北部灣[12]、福建東吾洋灣[13]、福寧灣[14]等典型區(qū)域做了大量關(guān)于溢油事故的預(yù)報(bào)研究工作，表明利用數(shù)學(xué)模型的方法對(duì)溢油事故模擬高效準(zhǔn)確，滿足防范和治理突發(fā)海洋污染事故的要求。

本研究采用Delft3D-FLOW水動(dòng)力模塊建立湛江灣潮流數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而與Delft3D-PART溢油模塊耦合對(duì)湛江灣內(nèi)溢油漂移擴(kuò)散進(jìn)行數(shù)值模擬，預(yù)測(cè)分析溢油的漂移擴(kuò)散、掃海面積、到達(dá)環(huán)境敏感區(qū)的時(shí)間、岸線吸附，為海洋環(huán)境保護(hù)與溢油事故應(yīng)急處理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 Delft3D-FLOW水動(dòng)力模型控制方程

Delft3D-FLOW是一個(gè)可用于河口、港灣以及海洋的水動(dòng)力數(shù)值模擬模塊，對(duì)于流場(chǎng)的模擬已經(jīng)被應(yīng)用于許多研究之中。采用Delft3D-FLOW模塊對(duì)湛江灣海域進(jìn)行水動(dòng)力環(huán)境模擬試驗(yàn)，經(jīng)過實(shí)測(cè)潮流數(shù)據(jù)驗(yàn)證后輸入溢油模塊作為溢油水動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)條件。Delft3D-FLOW水動(dòng)力模塊在Navier-Stokes方程的基礎(chǔ)上，基于靜水壓強(qiáng)假定和Boussinesq假定，采用循環(huán)隱式進(jìn)程ADI(Alternating Direction Implicit)法離散求解非線性淺水方程。在正交曲線坐標(biāo)系(ξ,η)下，沿水深積分的連續(xù)性方程為：

(1)

模型在ξ和η方向的動(dòng)量方程為：

(2)

(3)

式中，f為科氏力；ρ0為水的密度；Pξ和Pη為ξ和η方向水壓力梯度；Fξ和Fη為ξ和η方向紊動(dòng)量通量；Mξ和Mη為源(匯)項(xiàng)的動(dòng)量分量。

1.2 Delft3D-PART溢油控制方程

Delft3D-PART溢油模塊耦合FLOW模塊的計(jì)算結(jié)果，通過拉格朗日粒子追蹤法，將溢油分成若干個(gè)代表一定質(zhì)量的油粒子來模擬油膜在水中的輸移擴(kuò)散，此外模型也將油粒子的蒸發(fā)、乳化、岸線吸附等變化過程也納入計(jì)算。

1.2.1 油的溢出

根據(jù)Fay[15]的公式計(jì)算溢油泄漏半徑：

(4)

式中，k1和k2為Fay常數(shù)；V0為溢油體積；ρw為水體密度；ρ0為油的密度；g為重力加速度；VW為水體的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)。

1.2.2 漂移

漂移又稱溢油平流，是油膜在受到風(fēng)、表層平流的作用下產(chǎn)生的移動(dòng)，是溢油運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)移的主要因素之一。溢油由風(fēng)引起漂移過程，受當(dāng)?shù)仫L(fēng)向風(fēng)速以及偏轉(zhuǎn)因子與偏轉(zhuǎn)角的影響。漂移速度通常在當(dāng)?shù)仫L(fēng)速的 2.5～4.4%，風(fēng)對(duì)溢油的漂移影響關(guān)系為：

V=Cwd(Vw-Vf)

(5)

式中，Cwd為風(fēng)拖曳力系數(shù)；Vw為風(fēng)速；Vf為流速。

1.2.3 蒸發(fā)

蒸發(fā)是較輕的石油烴組分從液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)向大氣進(jìn)行質(zhì)量傳輸?shù)倪^程[16]。Delft3D-PART溢油模塊通過將溢油揮發(fā)組分的蒸發(fā)設(shè)為一階衰減過程來實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)過程，相應(yīng)的計(jì)算公式如下：

(6)

式中，F(xiàn)vol為揮發(fā)組分；Fv為溢油蒸發(fā)系數(shù)；K為蒸發(fā)速率常數(shù)，當(dāng)Fvol-Fv<0時(shí)，無蒸發(fā)。

1.2.4 乳化

乳化是溢油形成油包水和水包油的平衡過程，該過程是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過程，其將液體轉(zhuǎn)化為高粘度的半固體物質(zhì)[17]。乳化過程本身是比較快速的，實(shí)驗(yàn)室0.1—3 h內(nèi)就能完成乳化過程。Delft3D-PART模塊根據(jù)Mackay等[18]提出的算法計(jì)算乳化過程，相應(yīng)計(jì)算公式如下：

(7)

式中，F(xiàn)′wc為吸水率；Uw為風(fēng)速；Fwc為含水量；C1為乳化率取值 2×10-6；C2為最大含水量。

1.2.5 分散(夾帶)

浮油在水中的分散或夾帶是通過零階衰減來實(shí)現(xiàn)的，分散的速率與浮油濃度無關(guān)，只取決于耗散的波能與油品。分散速率相應(yīng)的計(jì)算公式由Delvigne[19-20]給出：

(8)

(9)

式中，Q為分散速率；Q(d)是直徑為d的液滴單位直徑的分散速率；C′′為夾帶常數(shù)，取決于油的種類；D為單位面積耗散的波能；Fwc為每個(gè)波周期破波數(shù)；N(d)為油粒度分布函數(shù)。

1.2.6 岸線吸附

油粒子在漂移到岸邊時(shí)會(huì)受岸線吸附作用不再進(jìn)入水體，模型計(jì)算時(shí)對(duì)每個(gè)油粒子設(shè)定一個(gè)0～1之間隨機(jī)數(shù)，當(dāng)油粒子靠岸且隨機(jī)數(shù)小于模型中給定的岸線吸附概率時(shí)，該油粒子將粘附在岸上或水底不再進(jìn)入計(jì)算，湛江灣內(nèi)岸線吸附概率選取為25%[21]。

1.3 水動(dòng)力模型網(wǎng)格與參數(shù)

基于Delft3D-FLOW模塊建立水動(dòng)力模型為Delft3D-PART溢油模塊提供水動(dòng)力基礎(chǔ)。模型計(jì)算域包括湛江灣與其近海水域約5.65×103km2，采用正交曲線網(wǎng)格劃分并在湛江灣內(nèi)重點(diǎn)關(guān)注水域進(jìn)行網(wǎng)格加密處理，整個(gè)計(jì)算域包含10246 個(gè)網(wǎng)格單元與6406 個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)格最大分辨率達(dá)到30 m。水深數(shù)據(jù)采用中國(guó)人民解放軍海軍海道測(cè)量局高精度電子海圖，外海開邊界采用俄勒岡州立大學(xué)中國(guó)海潮汐模型所提供的八個(gè)主要分潮(M2，S2，N2，K2，K1，O1，P1，Q1)調(diào)和常數(shù)。模型初始水位、流速設(shè)為0，計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)為60 s。模型的計(jì)算域網(wǎng)格劃分以及水下地形如圖1所示。

圖1 模型計(jì)算域網(wǎng)格和地形

1.4 溢油模塊參數(shù)及工況設(shè)置

作為中國(guó)十大港口之一的湛江港近年船舶密度逐年增大，其40 萬t級(jí)航道所在海域海況復(fù)雜，航線多且繁忙，另湛江灣航道深水區(qū)漲落潮流速大，船舶在航道航行過程中易受橫流作用偏離航道中心線，從而有船舶碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。本文模擬的溢油點(diǎn)選在船舶往來頻繁且船速較快的航道上，溢油點(diǎn)(21.09°N，110.44°E)的位置如圖2所示。中石化、中石油、中國(guó)航油集團(tuán)等在湛江建有中大型原油庫(kù)，湛江灣海域原油運(yùn)輸船舶數(shù)量多，故本次溢油模擬泄漏油品為密度890 kg/m3的原油，泄漏量為100 t，其中原油最大含水率為0.75，蒸發(fā)系數(shù)為0.1。在PART模塊中將溢油分為40000個(gè)油粒子，風(fēng)的拖曳力系數(shù)設(shè)為3 %[22]。

風(fēng)對(duì)油膜的轉(zhuǎn)移、蒸發(fā)、乳化等過程都有影響，湛江灣海域地屬季風(fēng)區(qū)，風(fēng)向與風(fēng)速隨季節(jié)變化明顯，根據(jù)湛江市多年氣象資料與環(huán)境敏感區(qū)位置(圖2)選取五種溢油發(fā)生時(shí)的風(fēng)況條件：靜風(fēng)；夏季常風(fēng)；冬季常風(fēng)；不利風(fēng)況1；不利風(fēng)況2，另選取兩種潮時(shí)(漲潮、落潮)作為泄漏發(fā)生時(shí)的潮流條件。以上兩種潮時(shí)，五種風(fēng)況組合為10 種典型工況，具體見表1。

圖2 溢油點(diǎn)、實(shí)測(cè)站點(diǎn)與環(huán)境敏感區(qū)位置

表1 溢油模擬情形組合

2 結(jié)果與討論

2.1 模型驗(yàn)證

為保證Delft3D-PART模塊對(duì)溢油漂移擴(kuò)散模擬的準(zhǔn)確性，對(duì)Delft3D-FLOW模塊水動(dòng)力結(jié)果進(jìn)行潮位、潮流驗(yàn)證，驗(yàn)證采用在一個(gè)全潮期間(2016年3月8日至3月16日)研究區(qū)內(nèi)L1—L3三個(gè)潮位站點(diǎn)，S1—S4四個(gè)潮流站點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(點(diǎn)位具體分布見圖2)與模型計(jì)算值相比較，篇幅限制本文具體僅列出L1、L2大、小潮的潮位驗(yàn)證(圖3)與大潮期間(2016年3月8日12時(shí)至3月9日12時(shí))S1、S2潮流驗(yàn)證(圖4)結(jié)果。通過比較得出大小潮期間最低潮位誤差小于10 cm，誤差小于10%；流速、流向計(jì)算值與實(shí)測(cè)值誤差在±12%以內(nèi)，能較好模擬出潮流運(yùn)動(dòng)特征，綜上所建立潮流數(shù)學(xué)模型能較準(zhǔn)確地反映湛江灣海域潮流環(huán)境情況，可以為耦合溢油模塊提供水動(dòng)力基礎(chǔ)。

圖3 (a) L1大潮潮位驗(yàn)證 (b) L2大潮潮位驗(yàn)證 (c) L1小潮潮位驗(yàn)證 (d) L2小潮潮位驗(yàn)證

圖4 大潮流速流向驗(yàn)證圖(S1、S2)

2.2 水動(dòng)力模擬結(jié)果分析

圖5為模型計(jì)算域的漲急流場(chǎng)與落急流場(chǎng)的分布圖，通過計(jì)算分析得出湛江灣及其近海海域?qū)儆诓灰?guī)則半日潮，漲、落潮方向大致與東海島、南三島東側(cè)岸線垂直，漲潮時(shí)來自外海的潮波通過模型開邊界進(jìn)入計(jì)算域，海水大致從東南向西北方向傳播，落潮時(shí)潮流沿原路返回，流向外海。

圖5 模型計(jì)算域漲急(左圖)與落急(右圖)流場(chǎng)分布

圖6為湛江灣內(nèi)漲潮與落潮時(shí)刻的流場(chǎng)分布圖，湛江灣內(nèi)海域海流受潮汐作用較為明顯，在湛江灣獨(dú)特狹長(zhǎng)地形影響下呈現(xiàn)明顯往復(fù)流特征，漲、落潮期間海水從湛江灣口航道匯入或流出，漲潮時(shí)海流從湛江灣口以及南三島北側(cè)水道匯入灣內(nèi)，海流在灣口到灣頂大致由東南向西北流，落潮時(shí)湛江灣內(nèi)北部水道與西側(cè)海流在東頭山島北側(cè)匯集后一并向東南流向?yàn)惩?；流速方面，灣口區(qū)域?yàn)榱魉俑咧祬^(qū)，其流速最大可達(dá)1.6 m/s，海流進(jìn)入灣內(nèi)后，過水?dāng)嗝嬖龃?，使得流速下降，但基本為航道深水區(qū)平均流速大于其它海域，淺灘、島嶼以及近岸地區(qū)流速較小，漲潮平均流速略大于落潮平均流速。

圖6 湛江灣內(nèi)漲急流場(chǎng)(左圖)與落急(右圖)流場(chǎng)分布

2.3 溢油擴(kuò)散影響預(yù)測(cè)

2.3.1 油膜24 h漂移擴(kuò)散

由于所模擬溢油事故是一個(gè)短時(shí)間內(nèi)發(fā)生溢油泄漏情形，為對(duì)突發(fā)溢油事故油膜高值區(qū)快速定位追蹤，對(duì)十種工況在24 h內(nèi)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理，根據(jù)《中國(guó)海上船舶溢油應(yīng)急計(jì)劃》中影響評(píng)價(jià)指標(biāo)，以輕度影響所對(duì)應(yīng)的油膜厚度(1 μm)為起算值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繪制油膜漂移擴(kuò)散分布圖，能直觀地反應(yīng)不同工況下溢油的運(yùn)動(dòng)軌跡與影響范圍。圖7、圖8為十種典型溢油工況情形下，油膜高值區(qū)在24 h內(nèi)漂移擴(kuò)散分布圖(油膜厚度單位：μm，油膜厚度繪制時(shí)間間隔：30 min)。

圖7 漲潮時(shí)發(fā)生溢油24 h內(nèi)油膜漂移擴(kuò)散分布

圖8 落潮時(shí)發(fā)生溢油24 h內(nèi)油膜漂移擴(kuò)散分布

通過圖7、圖8油膜漂移擴(kuò)散分布圖可以得出不同風(fēng)況、潮流條件都對(duì)油膜的漂移擴(kuò)散產(chǎn)生影響。

在漲潮時(shí)刻發(fā)生溢油，各種風(fēng)況下油膜都會(huì)隨著漲潮流向西北方向的灣內(nèi)漂移，這是由于事故剛發(fā)生后，油膜厚度集中、質(zhì)量較大且溢油事故發(fā)生在流速較大的航道深水區(qū)，此時(shí)油膜漂擴(kuò)散方向由潮流方向主導(dǎo)。漲潮-靜風(fēng)條件下(工況1)，油膜漂移擴(kuò)散只受潮流作用影響，油粒子隨著漲、落潮在灣內(nèi)振蕩，岸線吸附、夾帶、乳化作用較小，油粒子隨著漲、落潮在灣內(nèi)振蕩，此種情況下厚度大于1 μm的油膜分布影響范圍最廣。漲潮-夏季常風(fēng)條件下(工況2)，漲潮流方向與夏季常風(fēng)風(fēng)向相近，使得油膜3 h內(nèi)到達(dá)湛江近岸，油膜在湛江近岸海域受漲、落潮與夏季常風(fēng)(SE風(fēng))共同作用沿岸線方向振蕩，油粒子在此岸線受到大量吸附，此工況下溢油事故只對(duì)海濱公園保護(hù)區(qū)產(chǎn)生污染影響。漲潮-冬季常風(fēng)條件下(工況3)，事故發(fā)生后油膜向西北方向漂移擴(kuò)散至東頭山島西北側(cè)，4 h后跟隨落潮流沿東頭山島岸線向東南漂移，在此期間部分油粒子被東頭山島岸灘吸附，油膜漂移過東頭山島后在冬季常風(fēng)(N風(fēng))作用下繼續(xù)向南偏移漂移擴(kuò)散至東海島北岸工業(yè)與城鎮(zhèn)用海區(qū)。在第一種不利風(fēng)(SW風(fēng))影響下(工況4)，溢油事故發(fā)生后2.5 h油膜漂移擴(kuò)散至特呈島海洋保護(hù)區(qū)，由分布圖可知此時(shí)油膜厚度較大，部分油粒子被吸附在特呈島南岸，4 h后落潮使得潮流方向發(fā)生變化，在SW風(fēng)與落潮流共同作用下油膜向東經(jīng)過南三島養(yǎng)殖區(qū)后在第6 h漂移至南三島南側(cè)岸灘，對(duì)該處紅樹林保護(hù)區(qū)產(chǎn)生影響。在第二種不利風(fēng)(S風(fēng))作用下(工況5)，油粒子向上游水道漂移擴(kuò)散，發(fā)生溢油后2.5 h油粒子在特呈島海洋保護(hù)區(qū)西岸部分被吸附，5 h內(nèi)潮流方向與風(fēng)向相同，兩驅(qū)動(dòng)因素疊加使油膜轉(zhuǎn)移比靜風(fēng)時(shí)速度更快且對(duì)湛江海濱公園水域造成污染。

在落潮時(shí)發(fā)生溢油，各風(fēng)況油粒子在事故發(fā)生2 h內(nèi)都會(huì)隨著落潮流大致向東南方向漂移擴(kuò)散。落潮-靜風(fēng)條件下(工況6)，油膜在灣內(nèi)隨往復(fù)流振蕩，最遠(yuǎn)向東到達(dá)湛江灣口海域。落潮-夏季常風(fēng)條件下(工況7)油膜先隨落潮流向東南漂移至東海島北側(cè)工業(yè)城鎮(zhèn)用海區(qū)界線北側(cè)，隨后在漲潮流與夏季常風(fēng)(SE風(fēng))共同作用下，油膜漂移擴(kuò)散至湛江近岸，在此油粒子受到岸線吸附。在落潮-冬季常風(fēng)條件下(工況8)下油膜的漂移相較漲潮時(shí)刻溢油，溢油不再對(duì)東頭山島西北岸線產(chǎn)生影響，對(duì)東海島工業(yè)城鎮(zhèn)用海區(qū)東側(cè)岸線產(chǎn)生了污染影響。兩種不利風(fēng)況(工況9、工況10)條件下，油粒子在不利風(fēng)1(SW風(fēng))與不利風(fēng)2(S風(fēng))作用下向東漂移擴(kuò)散后向北到達(dá)南三島近岸，對(duì)南三島紅樹林保護(hù)區(qū)產(chǎn)生污染影響，而不利風(fēng)2(S風(fēng))工況下，油膜對(duì)紅樹林保護(hù)區(qū)與南三島養(yǎng)殖區(qū)都產(chǎn)生了不同程度的污染。

對(duì)各工況下溢油到達(dá)敏感區(qū)的時(shí)間做出統(tǒng)計(jì)如表2所示，可以得出溢油污染對(duì)南三島紅樹林保護(hù)區(qū)、南三島漁業(yè)養(yǎng)殖區(qū)、東海島工業(yè)與城鎮(zhèn)用海區(qū)、特呈島海洋保護(hù)區(qū)與湛江海濱公園等主要環(huán)境敏感區(qū)有污染影響，油膜最快到達(dá)各環(huán)境敏感區(qū)的時(shí)間分別為5，6，1.5，2.5，4 h，其中只有不利風(fēng)情況下會(huì)對(duì)南三島紅樹林保護(hù)區(qū)與南三島漁業(yè)養(yǎng)殖區(qū)產(chǎn)生影響，特呈島海洋保護(hù)區(qū)由于距離溢油點(diǎn)較近最易受到污染威脅，有6種工況下的溢油事故對(duì)其產(chǎn)生污染影響。

表2 事故發(fā)生24 h內(nèi)油膜到達(dá)敏感區(qū)時(shí)間

2.3.2 溢油掃海面積統(tǒng)計(jì)

溢油事故發(fā)生24 h內(nèi)各工況條件下油膜累積掃海面積變化統(tǒng)計(jì)如圖9，圖9(a)為漲潮時(shí)發(fā)生溢油的五種不同風(fēng)況累積掃海面積統(tǒng)計(jì)，圖9(b)為落潮時(shí)發(fā)生溢油的五種不同風(fēng)況累積掃海面積統(tǒng)計(jì)，分析得出溢油發(fā)生后油膜的掃海面積在一定時(shí)間內(nèi)隨時(shí)間增長(zhǎng)而擴(kuò)大，且在24h內(nèi)大于1um厚度油膜掃海面積達(dá)到最大。在漲潮時(shí)發(fā)生溢油，24 h后油膜掃海面積：靜風(fēng)>不利風(fēng)2>冬季常風(fēng)>不利風(fēng)1>夏季常風(fēng)；在落潮時(shí)發(fā)生溢油，24 h后油膜掃海面積：靜風(fēng)>夏季常風(fēng)>不利風(fēng)2>不利風(fēng)1>冬季常風(fēng)。十種工況中漲潮-靜風(fēng)工況的掃海面積最大，24 h后面積達(dá)到57.89 km2，漲潮夏季常風(fēng)工況掃海面積最小為9.06 km2。

圖9 各工況下油膜累計(jì)掃海面積(a:工況1～工況5；b:工況6～工況10)

溢油事故在同一潮時(shí)不同風(fēng)況下的油膜掃海面積變化不同(如圖9a)，這表明風(fēng)況對(duì)油膜的漂移擴(kuò)散有著重要影響；同一風(fēng)況條件下不同潮時(shí)發(fā)生事故也對(duì)油膜的掃海面積產(chǎn)生不同影響，如在夏季常風(fēng)條件下，落潮時(shí)發(fā)生溢油的累計(jì)掃海面積約為漲潮時(shí)發(fā)生溢油的六倍，漲潮與落潮時(shí)發(fā)生事故的油膜掃海面積變化趨勢(shì)存在較大差異，是由于事故發(fā)生后漲潮流帶動(dòng)油粒子加速到達(dá)岸邊，大量油粒子受岸線吸附作用不再轉(zhuǎn)移，最終溢油污染影響范圍變小，表明在湛江灣海域潮流場(chǎng)對(duì)油膜的轉(zhuǎn)移也存在一定影響。

2.3.3 岸線吸附分布

岸線吸附是溢油粘附于岸邊不再進(jìn)入水體的過程，粘附于岸灘的溢油對(duì)海岸生態(tài)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生破壞，為追溯溢油被岸線吸附部分，繪制漲、落潮時(shí)發(fā)生事故72 h后被岸線吸附的溢油分布圖(圖10、圖11)，漲潮時(shí)溢油影響岸線長(zhǎng)度：靜風(fēng)>冬常風(fēng)>夏常風(fēng)>不利風(fēng)2>不利風(fēng)1，落潮時(shí)溢油影響岸線長(zhǎng)度：靜風(fēng)>冬常風(fēng)>夏常風(fēng)>不利風(fēng)1>不利風(fēng)2。產(chǎn)生吸附的岸線與風(fēng)向有明顯相關(guān)性，靜風(fēng)時(shí)油膜在只受潮流作用下在灣內(nèi)振蕩，影響岸線范圍最大，在有風(fēng)情況下有油膜吸附的岸線相對(duì)較少，其中湛江灣頂岸線最容易受到溢油污染，有五種工況下的溢油會(huì)在此受到吸附。通過岸線吸附分布圖可進(jìn)一步明確溢油歸宿，對(duì)溢油事故的應(yīng)急處理與防范有指導(dǎo)意義。

圖10 漲潮時(shí)發(fā)生溢油72 h后岸線吸附分布 (單位：kg/m2)

圖11 落潮時(shí)發(fā)生溢油72 h后岸線吸附分布 (單位：kg/m2)

3 結(jié)論

基于Delft3D-FLOW模塊建立湛江灣海域水動(dòng)力模型，較好地反映了湛江灣海域流場(chǎng)特征，在此基礎(chǔ)上采用Delft3D-PART模塊耦合水動(dòng)力結(jié)果模擬湛江灣海域航道發(fā)生100 t原油泄漏的事故，通過數(shù)值模擬結(jié)果分析得到以下主要結(jié)論:

(1) 湛江灣海域溢油的漂移受多種因素的共同影響，發(fā)生溢油時(shí)的不同潮時(shí)、不同風(fēng)況都對(duì)溢油漂移軌跡、油膜掃海面積以及到環(huán)境達(dá)敏感區(qū)時(shí)間產(chǎn)生影響。靜風(fēng)時(shí)油膜漂移只受漲、落潮流影響，有風(fēng)時(shí)受潮流與不同風(fēng)況共同作用，其中油膜的長(zhǎng)期擴(kuò)散方向與風(fēng)向一致。

(2) 繪制十種不同工況下油膜24 漂移擴(kuò)散分布圖，直觀顯示對(duì)各區(qū)域污染影響的油膜厚度。分析得出溢油對(duì)南三島紅樹林保護(hù)區(qū)、南三島漁業(yè)養(yǎng)殖區(qū)、東海島工業(yè)與城鎮(zhèn)用海區(qū)、特呈島海洋保護(hù)區(qū)與湛江海濱公園等主要環(huán)境敏感區(qū)產(chǎn)生污染影響，油膜最快到達(dá)各敏感區(qū)的時(shí)間分別為5 h、6 h、1.5 h、2.5 h、4 h，其中南三島紅樹林保護(hù)區(qū)與漁業(yè)養(yǎng)殖區(qū)只有在不利風(fēng)況下會(huì)被溢油污染影響，特呈島海洋保護(hù)區(qū)最容易受污染。

(3) 對(duì)溢油掃海累積面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，靜風(fēng)條件下油膜只受潮流作用影響沿漲落潮方向在湛江灣內(nèi)振蕩，岸線與島嶼的吸附、夾帶、乳化等作用減小，使得靜風(fēng)條件下溢油影響范圍更廣，其中漲潮靜風(fēng)時(shí)溢油掃海面積最大，事故發(fā)生后24 h油膜累積掃海面積達(dá)到57.89 km2。

(4) 追溯溢油岸線吸附部分，繪制溢油岸灘吸附部分分布圖，得出靜風(fēng)狀況下產(chǎn)生吸附的岸線最多，且岸線吸附受與風(fēng)況呈明顯相關(guān)性，為岸線保護(hù)與事故防范提供依據(jù)。

綜上，本次模擬對(duì)湛江灣內(nèi)航道上潛在溢油事故風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)急處理有積極意義，為海洋環(huán)境影響評(píng)價(jià)與制定相應(yīng)的防護(hù)措施提供科學(xué)依據(jù)。