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黄浦江和长江河口溢油事故对水源地影响的三维数值模拟

陈士谦  
【摘要】:上海市人口密集,经济发达,需要大量优质原水。2010年前上海的用水主要取自黄浦江,水量不足,水质较差,已成为典型的水质性缺水城市。要从根本上解决上海的用水难题,必须从长江河口取水。长江河口水量充沛水质总体良好,目前位于长江口南支边滩的陈行水库、长兴岛西北侧江心沙洲青草沙水库的供水,已经大大缓解了上海供水紧张的局面。再加上正在兴建的东风西沙水库,上海市目前水源地格局已发生巨大变化,原水供应重心从黄浦江转移到长江河口。上海市水源地全部位于黄金水道,来往船只众多,溢油事故时有发生,为了保证取水口水质安全,研究溢油对上海市水源地的影响非常重要。 本文基于改进后的ECOM-si三维数值模式,依据油粒子追踪技术,考虑油粒子的随机扩散、蒸发和入水,建立了一套三维溢油输运扩散模型。溢油输运扩散模型建立后,分别应用于黄浦江和长江口,模拟在冬夏季多年平均的径流、潮汐、风、温度等条件下,溢油事故对黄浦江松浦原水厂取水口、长江河口陈行水库、青草沙水库和东风西沙水库的开始影响时刻、持续时间及最大油膜厚度,同时提供油膜扩散面积、厚度以及水下各层浓度等关键数据,并对得到的结果进行分析讨论。主要结论为: 黄浦江大潮期间奉浦大桥桥墩处溢油100t,油膜最快4小时能到达上游松浦原水厂取水口。夏季取水口附近油膜厚度及油膜影响时间远远大于冬季,这主要是风的作用。在较大径流的持续作用下,经过完整的潮周期后,油膜主体向下游输运,冬季距离大于夏季。冬季温度较低,蒸发百分比小于夏季。 长江河口苏通大桥桥墩处溢油100t,油膜到达下游取水口时间夏季大潮时最早,冬季小潮时最晚。夏季长江径流量远大于冬季,径流是造成冬夏季油膜输运差异的决定因素。在风的作用下,东风西沙水库取水口油膜厚度夏季大于冬季,而陈行水库取水口油膜厚度冬季大于夏季。由于小潮期间单宽余通量大于大潮,经过完整的潮周期后,油膜向下游输运的距离小潮大于大潮。冬季溢油入水率高于夏季,油滴入水后主要集中于表层。大潮期间垂向混合较强,油滴浓度等值线入水较深,小潮期间由于垂向混合较弱,表层油滴浓度较高。 模型计算结果定量给出了溢油事故发生后油膜输运扩散过程,揭示了不同潮型、径流量、风况及温度对油膜输运、扩散、蒸发和入水的影响,符合动力学解释,对黄浦江和长江河口水库的安全运行具有科学和技术指导作用。


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