一般来说,有大吨位船舶进出的水域都存在着大规模事故性溢油的风险。这种风险的概率大小与船舶运输密度、水域情况、气候条件以及技术管理水平等诸多因素有关。长江作为我国的第一大干流,在我国的社会经济发展过程中,起着非常重要的作用。随着长江水运的发展,建立长江上事故溢油的突发应急系统显得紧迫而必要。而利用数学模型模拟事故的发生和危害就是应急系统的核心组成部分。 根据溢油进入水体后行为与性状的变化特性,主要模拟两个变化过程:溢油发生初始阶段,油膜漂浮于水面,运用油膜扩延与漂移模型模拟出油膜的扩延范围和行踪轨迹;溢油发生后期,在强烈的水力条件、外界因素的干扰下,油膜破碎,形成含油污水并沿垂向扩散,运用水质模型模拟出油浓度的分布。 本文主要模拟长江常熟段煤码头前沿发生突发溢油事故,流场的计算采用二维非恒定流浅水方程组模拟,垂线平均流速的数值求解采用无结构网格的有限体积法,利用基于黎曼问题的Osher高性能数值通量格式来计算通过各单元边上的数值通量,从而模拟出水流过程。在溢油发生初期,扩展、漂移是其主要行为,在建立的流场基础上采用溢油组合运动模型模拟油膜的扩延范围和漂移踪迹;在溢油发生后期,采用二维对流—扩散方程模拟油浓度的分布。 本文首次对感潮江段发生突发溢油事故后,油膜在水面及向水下的扩散过程加以模拟,并分析了风场和流场的关系。这为长江等入海江河,尤其是受潮汐影响较大的浅水水体建立溢油动态数值模拟系统或突发性油污染事故的应急系统都具有重要的意义。