[发明专利]一种一二维耦合的河湖溢油事故模拟方法

说明书

本发明涉及一种一二维耦合的河湖溢油事故模拟方法，该方法包括如下步骤：(1)在河湖溢油事故发生处创建油粒子；(2)模拟油粒子的自身扩展、对流扩散和风化过程，获取油粒子在漂移过程中的属性变化和运动轨迹；(3)展示油粒子的属性变化和运动轨迹。与现有技术相比，本发明结合了油粒子模型和Fay公式的优点，实现了油粒子一维和二维耦合模拟，精简了风化过程，适用于河道突发溢油模拟，通过粒子系统展示渲染模拟结果，同时可模拟溢油应急处理措施，可为太湖流域溢油事故的应急处理提供技术支持。

技术领域

本发明涉及一种溢油事故模拟方法，尤其是涉及一种一二维耦合的河湖溢油事故模拟方法。

背景技术

太湖流域属于典型的平原河网地区，河道纵横交错，内河航道发达，多直接利用或穿过流域及区域骨干引排水河道，航道总里程达1.6万千米。由于通航条件较好，运输成本较低，水运在工业材料运输体系中一直占居着主导地位。与此同时，内河油污染事故也时有发生，如2003年黄埔江“8.5”溢油事故、2004年广州珠江后航道溢油事故等，因此对内河突发溢油事故的模拟十分重要。

溢油模型是以水为载体，对溢油在水体中的扩展、漂移、蒸发、分散、沉降、乳化、溶解、光氧化等过程进行模拟，从而获取溢油轨迹、归宿及其环境影响的模型。欧美等国从20世纪60年代就开始对海上溢油进行预测研究，建立了很多综合溢油模型，如ADIOS、OILMAP、OSIS、OSCAR、GNOME等，但大多数溢油模型主要针对海洋、口湾等开敞型水域开发，无法在狭长型的河流上直接应用。

太湖流域水量水质模型是进行水利计算分析和研究的重要工具，在太湖流域内达到了广泛的应用，该模型实现了水量、水质的耦合以及一维、二维及三维的耦合计算，水量模型每一步长的计算结果(水位、流量、流向等)都会向水质模型传递，可以为溢油模型提供水量输入。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种一二维耦合的河湖溢油事故模拟方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种一二维耦合的河湖溢油事故模拟方法，该方法包括如下步骤：

(1)在河湖溢油事故发生处创建油粒子；

(2)模拟油粒子的自身扩展、对流扩散和风化过程，获取油粒子在漂移过程中的属性变化和运动轨迹；

(3)展示油粒子的属性变化和运动轨迹。

步骤(2)模拟根据油粒子厚度确定油粒子的不同扩展阶段，进而获取不同扩展阶段的扩展系数。

油粒子厚度大于或等于E_1min为重力-惯性扩展阶段，油粒子厚度大于或等于E_2min为重力-粘性扩展阶段，油粒子厚度小于E_2min为表面张力-粘性扩展阶段，其中：

式中，γ_w为水的运动粘性系数，t_e为油粒子暴露时间，σ_n为净表面张力系数，σ_n＝σ_aw-σ_oa-σ_ow，σ_aw为空气与水的表面张力系数，σ_oa为油与空气的表面张力系数，σ_ow为油与水的表面张力系数，ρ_w为水的密度，sgoil为油的比重，g为重力加速度。

不同扩展阶段的扩展系数具体为：

重力-惯性扩展阶段：

重力-粘性扩展阶段：