危險(xiǎn)化學(xué)品海上漂移擴(kuò)散數(shù)值模擬研究綜述

郭凱旋

（國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081）

1 引言

隨著我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，臨海工業(yè)及港口物流規(guī)模不斷增加，海上危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸需求量越來(lái)越大，危險(xiǎn)品的種類和數(shù)量也逐年增加。截至2018年12月31日，我國(guó)沿海省際運(yùn)輸化學(xué)品船（含油品和化學(xué)品兩用船，下同）共計(jì)288艘、112.9萬(wàn)載重噸，同比增加16艘、6.72萬(wàn)載重噸，增幅6.33%[1]；全國(guó)萬(wàn)噸級(jí)及以上泊位中，專業(yè)化液體化工泊位217個(gè)，比上年增加12個(gè)[2]。

自1990年以來(lái)我國(guó)發(fā)生了多起海上危化品泄漏事故：1997年，Blue Sky No.2散化船在杭州以東200 km洋面沉沒(méi)，船上載有的988 t酞酸二辛酯泄漏入海；2001年，韓國(guó)籍散化船“大勇”輪在長(zhǎng)江口外海域和香港散貨船“大望”輪相撞，造成630 t苯乙烯泄漏，給海洋生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重?fù)p害；2011年，渤海蓬萊19-3油田發(fā)生溢油事故，造成油田周邊及其西北部面積約6 200 km2的海域海水污染(超第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))，其中870 km2海水受到嚴(yán)重污染(超第四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))；2012年，韓國(guó)籍化學(xué)品船“雅典娜”輪在廣東汕尾海域沉沒(méi)，船上7 000 t濃硫酸及140 t燃料油發(fā)生泄漏；2018年，巴拿馬籍油船“桑吉”輪與香港散裝貨船“長(zhǎng)峰水晶”輪在長(zhǎng)江口東約160 n mile處發(fā)生碰撞事故，“桑吉”輪爆燃沉沒(méi)，船上的十多萬(wàn)噸凝析油和大量燃油發(fā)生泄漏，據(jù)國(guó)家海洋局的消息，沉海區(qū)域有長(zhǎng)約12 km，寬約9 km的油污帶，面積約58 km2，嚴(yán)重影響了東海海洋生態(tài)環(huán)境；2018年，寧波舟山“天桐1號(hào)”油輪靠泊泉港東港石化公司碼頭擬接運(yùn)工業(yè)用裂解碳九，由于操作員違規(guī)操作，造成69.1 t碳九泄漏，雖通過(guò)吸油氈回收了約40 t泄漏物，但是剩余的大部分泄漏入海，給當(dāng)?shù)睾Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境及海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖造成影響。

海上危化品泄漏事故與其他海洋環(huán)境污染事故相比具有突發(fā)性強(qiáng)、影響范圍廣、影響時(shí)間長(zhǎng)和泄漏后變化復(fù)雜等特點(diǎn)[3]。突發(fā)性強(qiáng)表現(xiàn)為海上危化品泄漏大部分都是在沒(méi)有任何前兆的情況下突然發(fā)生的，瞬間排放大量的污染物，給海洋環(huán)境造成巨大影響。影響范圍廣表現(xiàn)為少量的危化品發(fā)生泄漏，其產(chǎn)生的影響范圍將非常巨大，例如1 t氯的泄漏能夠影響4.8 km2的范圍[3]。影響時(shí)間長(zhǎng)表現(xiàn)為危化品泄漏對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響不僅僅發(fā)生在泄漏時(shí)，部分危化品對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的污染極難消除，例如福島核泄漏事故污染物CS-137的半衰期長(zhǎng)達(dá)30.07 a[4]。泄漏后變化復(fù)雜表現(xiàn)為危化品種類繁多且多樣的行為方式造成危化品泄漏入海后物理和化學(xué)形態(tài)變化十分復(fù)雜。

海上危化品泄漏事故中溢油事故最為頻繁，因此英、美等發(fā)達(dá)國(guó)家很早就開(kāi)展了海上溢油事故相關(guān)理論研究，并通過(guò)大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，建立了眾多預(yù)測(cè)模型[5-8]。與溢油相比，其他類型的海上危化品泄漏漂移擴(kuò)散數(shù)值模擬研究相對(duì)較少[9-12]。本文將對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外海上危化品泄漏在海洋水體環(huán)境中漂移擴(kuò)散數(shù)值模擬方面的研究進(jìn)行整理、分類和介紹。

2 危化品泄漏數(shù)值模擬水動(dòng)力模式

水動(dòng)力數(shù)值模擬是研究海上危化品泄漏漂移擴(kuò)散的基礎(chǔ)。三維模型由于能夠全面而立體地反映實(shí)際河口海岸和近海環(huán)境中海水的運(yùn)動(dòng)狀況和基本規(guī)律，因此在海洋水動(dòng)力數(shù)值模擬研究中得到了廣泛研究和應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展以及數(shù)值模擬技術(shù)的不斷完善，目前三維模型已經(jīng)成為水動(dòng)力數(shù)值模擬的主要發(fā)展方向[13-14]，其中研究應(yīng)用較多的模型有POM（Princeton Ocean Model)、FVCOM（Finite-Volume Coastal Ocean Model）和ROMS（Regional Ocean Modeling System）。

2.1 POM

POM是由美國(guó)普林斯頓大學(xué)的Blumberg和Mellor于1977年建立起來(lái)的一個(gè)三維斜壓原始方程數(shù)值海洋模式[15-17]。POM采用的蛙跳有限差分格式使得模式具有很高的垂向分辨率[18-20]。POM采用時(shí)間分裂算法，模式的外模方程是二維的，內(nèi)模方程是三維的，內(nèi)外模分離技術(shù)比完全三維計(jì)算節(jié)省很大計(jì)算量[18-20]。POM在水平方向采用正交曲線網(wǎng)格，變量空間配置使用“Arakawac C”網(wǎng)格，能更好地?cái)M合岸線邊界，減少“鋸齒”效應(yīng)；在垂向上采用σ坐標(biāo)變換，可體現(xiàn)不規(guī)則海底地形的變化特點(diǎn)；通過(guò)干濕網(wǎng)格動(dòng)邊界技術(shù)，不僅能很好地處理復(fù)雜地形水域的模擬問(wèn)題，而且可更好地解決三維水動(dòng)力環(huán)境中大量淺灘的“干出”與“淹沒(méi)”等難點(diǎn)問(wèn)題[15，19-20]。于海亮[18]以POM為基礎(chǔ)并基于Lagrange粒子追蹤方法開(kāi)發(fā)了模擬海上溢油的三維輸運(yùn)模型，成功模擬了渤海海域1990年的一次溢油事故。李連峰[19]在POM模式的基礎(chǔ)上建立了三維海上類油型化學(xué)品及沉降型化學(xué)品輸運(yùn)模型，該模型采用Langevin方程與Fokker-Planck方程相結(jié)合來(lái)模擬油粒子的輸運(yùn)過(guò)程，有效地解決了具有隨機(jī)性的粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程。通過(guò)在寧波-舟山港海域的應(yīng)用和模擬案例的計(jì)算校驗(yàn)，該模型顯示出良好的效果。

2.2 FVCOM

FVCOM是由陳長(zhǎng)勝（美國(guó)麻州大學(xué)海洋科技學(xué)院）于2000年成功建立的一套三維、有限體積、自由表面和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的海洋環(huán)流與生態(tài)數(shù)值模型[20-24]。FVCOM在水平方向上采用非結(jié)構(gòu)化三角形網(wǎng)格，能夠更精確地?cái)M合復(fù)雜曲率的岸界。FVCOM借鑒了許多POM模型的優(yōu)點(diǎn)，例如：垂直方向采用σ坐標(biāo)用于擬合復(fù)雜的海底地形；使用干濕網(wǎng)格判別法處理近岸灘涂演變問(wèn)題；采用模式分裂法求解方程大大提高計(jì)算效率[22，25]。國(guó)內(nèi)學(xué)者藏士文[22]、徐國(guó)懷[25]在模擬海上危化品泄漏漂移擴(kuò)散的研究中分別采用FVCOM建立了渤海和寧波-舟山海域的水動(dòng)力模型，將實(shí)際觀測(cè)資料與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)潮位、流速和流向的模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)情況吻合性較高、趨勢(shì)一致且誤差范圍較小。

2.3 ROMS

ROMS是一個(gè)三維自由表面非線性原始方程近海區(qū)域模式，是在垂向靜壓近似和Boussinesq假定下求解自由表面下Reynolds平均的Navier-Stokes方程[14，26-28]。ROMS水平方向采用正交曲線網(wǎng)格,垂直方向采用σ坐標(biāo)系統(tǒng)[14，27]。為了提高計(jì)算效率節(jié)約計(jì)算時(shí)間，ROMS使用經(jīng)過(guò)正壓（快）和斜壓（慢）模式之間的特殊處理和耦合的分離顯式時(shí)間步方案求解動(dòng)量流體靜力原始方程[28-29]。ROMS包含非線性計(jì)算內(nèi)核算法等多種算法，并有MY-2.5混合參數(shù)方案等多種垂直混合參數(shù)化方案供選擇[28-30]。由于ROMS具有集合預(yù)報(bào)功能，可與多種海洋及氣象模式進(jìn)行耦合使用，因此，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于近海海洋環(huán)流、海洋生態(tài)環(huán)境以及海冰等領(lǐng)域的模擬研究[27，29]。崔可夫[14]基于ROMS模式建立了渤海灣三維潮流模型，數(shù)值模擬結(jié)果在水位、流速和流向方面均與實(shí)際觀測(cè)資料吻合良好，為渤海灣水體交換和污染物遷移擴(kuò)散研究提供了可靠的水動(dòng)力參數(shù)。陳超[27]運(yùn)用ROMS模型，對(duì)大連灣危化品輸運(yùn)過(guò)程進(jìn)行精細(xì)化模擬，模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)值吻合較好。

3 海上危化品漂移擴(kuò)散數(shù)值模型

在海洋水動(dòng)力數(shù)值模式基礎(chǔ)上，通過(guò)引入危化品運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散方程，發(fā)展形成了適用于不同危化品類型的海上危化品漂移擴(kuò)散預(yù)測(cè)數(shù)值模型。海上危險(xiǎn)化學(xué)品一旦發(fā)生泄漏，危化品將在海流和風(fēng)的作用下進(jìn)行平流、擴(kuò)散、揮發(fā)、溶解和沉降（或上升）等理化過(guò)程[31]。海上危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏后在海中的輸移和擴(kuò)散模式主要受兩方面影響。一方面是外部環(huán)境，如地理環(huán)境、水文因素、氣象因素和其他因素[16]。危化品在海流和風(fēng)的影響下將進(jìn)行平流擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散：平流擴(kuò)散指海水的整體運(yùn)動(dòng)引起污染物有規(guī)律的平移；湍流擴(kuò)散指因風(fēng)和潮流引起的隨機(jī)無(wú)序的流體運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只能通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)方法加以描述。擴(kuò)散類型由海流類型決定,并受潮流、風(fēng)生環(huán)流、密度流以及水深和岸線狀況等諸多因素制約[32-33]。在海洋這樣一個(gè)大環(huán)境中,污染物一旦泄漏，不僅是單一的平流擴(kuò)散或湍流擴(kuò)散，而是兩種擴(kuò)散形式同時(shí)作用于污染擴(kuò)散的整個(gè)過(guò)程，只不過(guò)作用的程度不同[33]。另一方面是化學(xué)品的主要物理化學(xué)性質(zhì)，其中最主要的3個(gè)因素是溶解度、揮發(fā)性和密度。溶解度是決定危化品擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形式的主要因素，是對(duì)其他性質(zhì)進(jìn)行分析的前提；揮發(fā)性決定了危化品入海后是否以蒸氣形式向空氣中擴(kuò)散，危化品的揮發(fā)性用20℃飽和蒸氣壓衡量，通常以3 kPa作為揮發(fā)與不揮發(fā)的界限；密度（與水的相對(duì)密度）則決定危化品入海后是在水面運(yùn)動(dòng)還是進(jìn)入水體甚至沉降至海底[34]。根據(jù)危化品泄漏入海后的運(yùn)動(dòng)形式，我們將海上危化品分為溶解擴(kuò)散型、海面漂移型、沉降型和揮發(fā)型4種類型。

3.1 溶解擴(kuò)散型

溶解擴(kuò)散型危化品溶于海水，并在海水中以三維形式進(jìn)行擴(kuò)散。對(duì)于溶解型危化品在海水中的遷移擴(kuò)散研究，目前主要從數(shù)值優(yōu)化求解污染物對(duì)流擴(kuò)散方程這一方向來(lái)解決。國(guó)內(nèi)外研究求解對(duì)流擴(kuò)散方程的數(shù)值方法大致可分兩類：一類是歐拉法，將研究海域的空間點(diǎn)作為研究對(duì)象，利用解析解的方法或者數(shù)值求解的方法，求解危化品在該海域的連續(xù)性方程、運(yùn)動(dòng)方程和輸運(yùn)方程，從而得出危化品濃度隨時(shí)間的變化特征；另一類是拉格朗日法，該方法將研究海域中的危化品概化為具有一定數(shù)量和質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)顆粒，追蹤每個(gè)質(zhì)點(diǎn)粒子在研究海域流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，得到每個(gè)時(shí)刻和每個(gè)質(zhì)點(diǎn)顆粒所處的空間位置[35]。

對(duì)流擴(kuò)散方程為：

式中：C為危化品濃度；ux、uy和uz分別為X、Y和Z方向的流速；Dx、Dy和Dz分別為X、Y和Z方向的擴(kuò)散系數(shù)；S0為危化品的源和匯。

在水平運(yùn)動(dòng)尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于垂向尺度和危化品垂向混合比較均勻時(shí)，為求解方便往往忽略垂向濃度變化，將對(duì)流擴(kuò)散方程簡(jiǎn)化為二維模型，以此提高計(jì)算效率。杜海濤[33]在對(duì)大連灣溶解、輕質(zhì)和保守液體化學(xué)品溢漏后歸宿行為的研究中使用了簡(jiǎn)化后的二維模型，得出的模擬結(jié)果符合大連灣實(shí)際情況。伴隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，越來(lái)越多的學(xué)者使用三維模型進(jìn)行研究，于海亮[15]在研究海上液體危化品泄漏三維污染擴(kuò)散的過(guò)程中建立了σ坐標(biāo)系下的溶解型危化品三維輸運(yùn)模型，并對(duì)模型中的對(duì)流項(xiàng)分別采用中心差分和一階Smolarkiewicz迎風(fēng)格式離散進(jìn)行優(yōu)化求解，結(jié)果表明一階Smolarkiewicz迎風(fēng)格式和改進(jìn)的二維有限體積法相比中心差分格式具有一定的優(yōu)勢(shì)。

3.2 海面漂移型（類油型）

海面漂移型危化品不溶于海水，在海面主要以二維形式漂移擴(kuò)散。人們對(duì)于這類危化品的研究主要集中在海上溢油，因此海面漂移型又可簡(jiǎn)稱“類油型”。海上溢油的漂移擴(kuò)展過(guò)程主要分慣性力擴(kuò)展、粘性力擴(kuò)展和表面張力擴(kuò)展3個(gè)階段進(jìn)行研究，早期具有代表性的是Fay公式[15-16，36-37]。

慣性力擴(kuò)展階段：

粘性力擴(kuò)展階段：

表面張力擴(kuò)展階段：

式中：D為油膜擴(kuò)散直徑（單位：m）；g為重力加速度（單位：m/s2）；V為溢油總體積（單位：m3）；t為從泄漏開(kāi)始計(jì)算的時(shí)間（單位：s）；β=1-ρ0/ρw，ρ0和ρw分別為危化品密度和海水密度（單位：103kg/m3）；Vw為海水運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)（單位：m2/s）；δ為擴(kuò)展系數(shù)；K1、K2和K3分別為3個(gè)階段的比例系數(shù)。

泄漏后的油品在海水中形成油膜并在海水運(yùn)動(dòng)的作用下產(chǎn)生漂移，同時(shí)油膜擴(kuò)散范圍逐漸擴(kuò)大,油膜漂移距離的長(zhǎng)短通常用油膜等效圓中心位移來(lái)判斷[15]。其位移s為：

Fay理論及其修正模型對(duì)于在開(kāi)闊海域瞬時(shí)泄漏情況下的類油型污染物模擬取得了很好的結(jié)果，適合類油型危化品在泄漏初期階段的模擬預(yù)測(cè)[38]。連續(xù)泄漏油膜在距離泄漏源一定距離后，側(cè)向擴(kuò)散起主導(dǎo)作用，而對(duì)于水下泄漏，浮力的作用至關(guān)重要，由于Fay模式忽略這些作用，所以它并不適用于連續(xù)泄漏和水下泄漏的模擬[39]。

Johanseen等[39-43]提出的“油粒子”模型是當(dāng)今世界主流的溢油模式。該模型把溢油分散成有限個(gè)油粒子來(lái)模擬實(shí)際溢油的漂移擴(kuò)散過(guò)程。“油粒子”模型不僅解決了溢油在重力擴(kuò)展停止后的擴(kuò)散現(xiàn)象，還實(shí)現(xiàn)了海上油膜破碎分離現(xiàn)象的模擬，對(duì)溢油在海洋環(huán)境中受到的海洋動(dòng)力因素的影響模擬得更加準(zhǔn)確[42-44]。國(guó)內(nèi)學(xué)者Yang等[45]基于國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心自主研發(fā)的溢油預(yù)報(bào)模型，采用Lagrange追蹤法模擬油粒子的三維時(shí)空運(yùn)動(dòng)，建立了渤海灣三維溢油預(yù)報(bào)模型，較好地重現(xiàn)了2011年6—8月渤海蓬萊19-3溢油事故的發(fā)展過(guò)程。Li等[46]基于“油粒子”模型重現(xiàn)了“桑吉”輪事故溢油的漂移擴(kuò)散過(guò)程，模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)相吻合。雖然“油粒子”模型代表了當(dāng)今溢油模擬的方向，但是其缺點(diǎn)也很明顯：所需的模擬粒子數(shù)過(guò)于龐大，導(dǎo)致計(jì)算量非常大；忽略了溢油自身的重力擴(kuò)展作用。黃娟等[47]和劉偉峰等[43]研究發(fā)現(xiàn)在溢油大規(guī)模泄漏初期，由于油膜面積在短時(shí)間內(nèi)急劇擴(kuò)大，溢油自身的擴(kuò)展效應(yīng)顯著大于湍流擴(kuò)散效應(yīng)，如果僅通過(guò)水平擴(kuò)散的方式來(lái)模擬油膜擴(kuò)展過(guò)程，將導(dǎo)致“油粒子”擴(kuò)散速度響應(yīng)過(guò)慢，不能真實(shí)反映溢油量對(duì)擴(kuò)散面積的影響。

3.3 沉降型

沉降型化學(xué)品主要指密度比海水大且不溶或微溶的化學(xué)品，入水后分散成小液滴在浪、潮和流的作用下隨水體運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)形式基本可分為擴(kuò)散和漂移、沉降、沉積和再懸浮[16，48-49]。

海洋水動(dòng)力要素是影響危化品在海水中擴(kuò)散和漂移過(guò)程的主要因素。擴(kuò)散是指危化品泄漏入海后由于濃度差和湍流等物理因素而形成污染物向整個(gè)水體遷移的混合過(guò)程；漂移指泄漏入海的危化品在風(fēng)、表層和次表層流以及波浪作用下的拉格朗日漂移過(guò)程，漂移運(yùn)動(dòng)主要由平流條件決定[16，48]。陳協(xié)明[48]在研究化學(xué)品的溢漏擴(kuò)散模式時(shí)指出，沉降型化學(xué)品在海面上的漂移主要受風(fēng)的切應(yīng)力、表層/次表層流和余流（波生余流和潮余流）控制。

沉降過(guò)程一般可以分為3個(gè)階段：沉降射底、觸底和底浪的傳播[16]。危化品入水后發(fā)生破碎并迅速下降，形成了充分成長(zhǎng)的高速射流。在這一過(guò)程中，周圍海水與危化品發(fā)生混合，沉降射流的體積不斷擴(kuò)大；沉降射流觸底時(shí)將形成以碰撞點(diǎn)為中心向四周擴(kuò)展的高密度底浪；開(kāi)始時(shí)底浪的傳播速度很快，隨著傳播距離的增加，底浪的厚度和傳播速度迅速減少，底浪中攜帶的危化品迅速下降并沉積[16，48]。

危化品沉降到海底后會(huì)形成沉積，在流與浪產(chǎn)生的剪切力的共同作用下，沉積的危化品會(huì)發(fā)生再懸浮，并回到水體中重新進(jìn)行擴(kuò)散、漂移和沉降過(guò)程[16，48-49]。沉積物的再懸浮過(guò)程十分復(fù)雜，目前還沒(méi)有成熟的預(yù)測(cè)方法，國(guó)外學(xué)者M(jìn)cNeil等[50-52]使用水槽裝置模擬水體底泥的再懸浮過(guò)程，國(guó)內(nèi)學(xué)者陳協(xié)明[48]和李連峰[19]使用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)（沉積物的5%）計(jì)算再懸浮通量。

3.4 易揮發(fā)型

根據(jù)揮發(fā)性危化品泄漏后混合氣云與環(huán)境大氣的密度差異，將混合氣云分為浮性氣云（密度比空氣小）、中性氣云（密度與空氣相近）和重質(zhì)氣云（密度比空氣大）3類。研究學(xué)者往往將浮性氣云和中性氣云歸為一類進(jìn)行研究[53]，簡(jiǎn)稱為“非重氣云”。非重氣云團(tuán)擴(kuò)散模型中最具代表性的是高斯（Gauss）模型，其理論基礎(chǔ)是湍流擴(kuò)散梯度輸送理論，忽略重力對(duì)氣體擴(kuò)散的影響，認(rèn)為擴(kuò)散主要由空氣的湍流決定，污染物在擴(kuò)散截面的濃度呈正太分布，擴(kuò)散系數(shù)K為常數(shù)[5，54]。高斯模型由于所需參數(shù)少、運(yùn)算量小和計(jì)算快捷等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于小尺度的污染物模擬。重氣云團(tuán)的擴(kuò)散比中性和浮性氣云復(fù)雜的多，主要經(jīng)歷閃蒸和空氣夾帶、密度差作用下的重量沉降、重力沉降的地表作用和被動(dòng)擴(kuò)散4個(gè)階段[54]。重氣云團(tuán)的擴(kuò)散研究不僅要考慮氣體重力因素還要考慮重氣云流動(dòng)擴(kuò)散阻力等因素的影響。孫莉等[6]通過(guò)收集大量重氣云擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以分析整理，解析出能較好反應(yīng)重氣云瞬時(shí)和連續(xù)釋放規(guī)律的方程式，并成功建立了唯象模型（BM模型）。BM模型是最簡(jiǎn)單的根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷的重氣云擴(kuò)散模型，可以根據(jù)重氣云擴(kuò)散曲線圖和方程式快速得出相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散數(shù)據(jù)，因此被廣泛應(yīng)用。

計(jì)算機(jī)仿真模擬是研究易揮發(fā)型危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏擴(kuò)散的又一熱點(diǎn)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)仿真模型考慮的因素較多，模擬時(shí)間較長(zhǎng)，因此預(yù)測(cè)精確度很高。此類模型最具代表性的就是CFD（Computational Fluid Dynamics）和ALOHA（Areal Locations Of Hazardous Atmospheres）[55]。CFD具有可視化能強(qiáng)和計(jì)算方法成熟等特點(diǎn)[43],在實(shí)際中被廣泛應(yīng)用。Ikealumba等[56]在應(yīng)用CFD研究海上液化天然氣的泄漏擴(kuò)散規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，海洋波動(dòng)帶來(lái)的不穩(wěn)定性比風(fēng)場(chǎng)更容易促進(jìn)液化天然氣的擴(kuò)散。ALOHA模型包含兩種不同的擴(kuò)散模型：高斯模型和重氣云模型，能根據(jù)危化品理化性質(zhì)和泄漏量等參數(shù)自動(dòng)選擇擴(kuò)散模型。ALOHA不僅能夠模擬揮發(fā)型危化品的擴(kuò)散過(guò)程，還能模擬危化品源強(qiáng)的變化規(guī)律及擴(kuò)散區(qū)域的濃度變化規(guī)律[5]。王志憲[5]在應(yīng)用ALOHA模型分析液氯泄漏災(zāi)害的影響因素時(shí)指出，ALOHA對(duì)氣體危化品泄漏后的擴(kuò)散范圍和危險(xiǎn)濃度閾值的估算預(yù)測(cè)具有較高的準(zhǔn)確度。

4 總結(jié)與展望

本文簡(jiǎn)要概述了前人關(guān)于海上危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏擴(kuò)散數(shù)值模擬方面的研究成果，并將危化品分為漂浮型、溶解型、沉降型和揮發(fā)型4大類，分別介紹其泄漏后在海洋環(huán)境中的擴(kuò)散形式及歸宿特點(diǎn)；通過(guò)最廣泛的數(shù)值模型闡述其理論方法，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)和特性進(jìn)行討論。

將危化品劃分為4種類型是一種十分理想的狀態(tài)。數(shù)值模型中只考慮了最主要的擴(kuò)散形式，忽略了次要擴(kuò)散過(guò)程，因此可以將復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)化為單一的運(yùn)動(dòng)形式，雖然大大減小了計(jì)算工作量，但也會(huì)嚴(yán)重影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。現(xiàn)實(shí)生活中危化品種類繁多，泄漏到海洋環(huán)境中的擴(kuò)散過(guò)程可能會(huì)同時(shí)發(fā)生揮發(fā)、溶解、沉降和漂浮等復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。為了更真實(shí)地模擬海上危化品泄漏擴(kuò)散的實(shí)際情況，未來(lái)應(yīng)將危化品的泄漏擴(kuò)散過(guò)程作為一個(gè)整體，同時(shí)考慮沉降、溶解和揮發(fā)等運(yùn)動(dòng)過(guò)程，構(gòu)建相互耦合的數(shù)值模型。