計算溢油表面張力-黏性力階段水面溢油濃度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及溢油事故石油類污染物濃度垂向分布問題，具體涉及一種計算溢油表 面張力-黏性力階段水面溢油濃度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，溢油事故頻發(fā)且規(guī)模較大，泄漏到水體的石油類污染物不僅會對社會經(jīng) 濟造成巨大損失，而且會對區(qū)域水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等帶來嚴重危害。The Spread of oil Slicks on a Calm Sea. Oil on the Sea. Plenum Press, New York, 1969:53-63. Fay. J. A?根 據(jù)油膜所受的主導驅(qū)動力和阻力的情況，將油膜擴散過程分為重力-慣性力階段、重力-黏 性力階段和表面張力-黏性力階段。當油膜處在表面張力-黏性力階段時，油膜不僅薄而 且已經(jīng)大部分發(fā)生溶解、乳化分散至水體，分散至水體的石油類污染物會對水體產(chǎn)生更大 的不利影響。目前，對于溢油事故的風險評價，國內(nèi)外學者常采用數(shù)學模型進行模擬，然而 模型模擬的重點主要為溢油迀移軌跡、分布范圍及油膜厚度等。
[0003] 然而，對于溢油濃度，特別是對于垂向溢油濃度的研宄相對缺乏。趙文謙，石油以 油滴形式向水下擴散的研宄[J].環(huán)境科學學報，1990, 10(2) :173-182.趙文謙，江洧，從油 滴的形成及其擴散機理出發(fā)，建立了油滴紊動擴散微分方程，提出了垂向溢油濃度沿水深 呈指數(shù)型減少的觀點，并給出了垂向溢油濃度分布公式：
[0004]
【主權(quán)項】
1.一種計算溢油表面張力-黏性力階段水面溢油濃度的方法，其特征在于：包括以下 步驟： 步驟1)考慮當溢油擴散處在表面張力-黏性力階段時，假設(shè)溢油全部發(fā)生溶解、乳化 且均勻分散至水體中；將基準點設(shè)置在水體表面；單位水柱中垂向平均濃度表示為：
式中，C,為平均溢油濃度，mg/L ; P。為油密度，kg/m 3;g為重力加速度；D為油膜厚度，mm ;H為水柱深度，m ; 步驟2)根據(jù)垂向溢油濃度分布公式積分求得單位面積水柱中的平均溢油濃度
z為計算點距水面距離，C(z)為計算點溢油濃度，Ctl為基準點溢油濃度；V為油滴在水 體中的上浮速度；隊為垂向紊動擴散系數(shù)，a為基準點距水面距離；
dz為積分變量沿垂向上微元； 步驟3)化簡式（2)、式（3)后得出基準點溢油濃度Ctl表達式為：
步驟4)油滴在水體中的上浮速度V :考慮到油滴顆粒與水體的相對運動較小，油滴在 水體中的上浮速度V可用下式計算得出：
其中，P w為水的密度，kg/m3;g為重力加速度；d為油滴顆粒直徑，m ; yw為水的粘性系 數(shù)，N ? S/m2; 步驟5)垂向紊動擴散系數(shù)Dz:作為溢油垂向擴散的一個重要參數(shù)，垂向紊動擴散系數(shù) 可根據(jù)下式計算得到：
式中a z為經(jīng)驗系數(shù)；h為水深，m ; 為模阻流速；1為水力坡度；u為平均流速，m/s ; C為謝才系數(shù)；R為水力半徑；n為糙率； 步驟6)油膜厚度D :采用二維水動力模型模擬水動力特征，采用油粒子模型模擬溢油 的迀移擴散，通過模型模擬得到經(jīng)一段時間迀移后的油膜厚度； 步驟7)將相應參數(shù)代入式（4)，求出水體表面即基準點溢油濃度Q1，再代回垂向溢油 濃度分布公式（1)即可得到不同水深處的溢油濃度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種計算溢油表面張力-黏性力階段水面溢油濃度的方法，基于垂向溢油濃度分布公式，將石油類污染物垂向溢油濃度分布公式沿水深方向積分得到濃度垂向分布平均值，考慮溢油最不利風險情況，建立垂向平均濃度與水面溢油濃度的響應關(guān)系，進一步得到基準點溢油濃度。據(jù)此，根據(jù)垂向溢油濃度分布公式，可進一步預測計算石油類污染物濃度的垂向分布特征，使垂向溢油濃度分布公式的應用成為可能，為飲用水水源地等敏感目標的水質(zhì)應急預警影響提供水質(zhì)污染特征參數(shù)。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104820784
【申請?zhí)枴緾N201510239308
【發(fā)明人】韓龍喜, 陳博, 王萬杰, 張茜
【申請人】河海大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月12日