[发明专利]深水环境下海面溢油轨迹及其归宿的数值模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种深水环境下海面溢油轨迹及其归宿的数值模拟方法，属于海洋污染分析及防治技术领域。

背景技术

在海洋中，蕴含着丰富的油气资源、水产资源及药物资源等。海面溢油一旦发生，就会在海面上形成油膜。油膜不仅会阻碍大气与海水之间的氧气交换，减少阳光进入海水，同时也会附着在海洋生物的表面上，从而导致海洋生物因缺氧而死亡。海洋溢油污染具有影响海域范围广、持续时间长、对海洋生物和生态环境破坏大的特点。

关于海面溢油轨迹的数值模拟方法，主要有对流扩散方程法和油粒子模型法两种。由于前者在模拟长时间的溢油运动时，可能会产生数值扩散，因此其模拟的溢油轨迹与实际结果偏差较大。而油粒子模型在模拟溢油轨迹时分为两步，第一步是考虑在初期阶段，溢油在自身重力、表面张力及惯性力作用下的扩展过程；第二步是油粒子的漂移过程，这是模拟溢油轨迹的核心。在深水环境下，油粒子在表面波浪的作用下产生漂移运动。因此，水质点的运动是深水环境下模拟溢油轨迹的关键，而风场是影响水质点运动的关键因素之一。

在空气和水的环境下，油粒子除了做漂移运动外，同时还发生着蒸发、乳化、溶解及分散等过程，这些会引起油污物理化学性质的变化，如成份、密度、粘度。这属于溢油归宿的问题，通常采用实验测定法或者经验模型法来计算。

发明内容

发明目的：为了克服现有海面溢油轨迹及其归宿的数值模拟方法的不足，本发明提供了一种深水环境下海面溢油轨迹及其归宿的数值模拟方法。

技术方案：一种深水环境下海面溢油轨迹及其归宿的数值模拟方法，包括以下步骤：

1.设置海面、溢油及其环境参数，并计算溢油中所含油粒子总数；

溢油的参数为{t₀,t_end,T_o,ρ_o,μ_o,V_o,d_o,}，其中，t₀为模拟溢油的初始时间，t_end为模拟结束时间，T_o为溢油的温度，ρ_o为溢油的密度，μ_o为溢油的粘度，V_o为溢油的体积，d_o为油粒子的直径；海面参数为其中，U为海面上10m处的风速，为风区长度；水的参数{ρ_w,μ_w}，其中，ρ_w为水的密度，μ_w为水的粘度；

计算油粒子总数其中，floor(·)表示下取整，初始化油粒子的位置，Xi0=0,Yi0=0,Zi0=0,]]>i＝1,2,...,L。

2.根据海洋环境参数和海浪的色散关系，计算海面的频谱S(ω)，并对海面的频谱转换为波数谱S(k_m,k_n)；