突發(fā)事件泄漏石油類(lèi)污染物在水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展

韓龍喜，王晨芳，蔣安祺

(1.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098；2.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210098)

水體中的污染物按照其理化性質(zhì)可以分為可溶性污染物和難溶性污染物。難溶性污染物按密度大小又可分為飄浮性污染物(密度小于水)和沉降性污染物(密度大于水)。包括石油類(lèi)在內(nèi)的不可溶、飄浮性液體化學(xué)品在開(kāi)采、運(yùn)輸、裝卸過(guò)程中都存在泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，如2010年4月20日，在墨西哥灣深水地平線(xiàn)發(fā)生的鉆井平臺(tái)爆炸事件，雖采取了先以圍油欄攔截再以“可控方式”點(diǎn)燃等應(yīng)急方式處理，但事故產(chǎn)生的浮油帶長(zhǎng)達(dá)160 km，最寬處72 km，是美國(guó)歷史上最嚴(yán)重的漏油事故；2010年我國(guó)大連新港輸油管道爆炸，原油泄漏造成約50 km2海域受到污染[1]。此外，裝載化學(xué)品的船舶在航行中碰撞、液體化學(xué)品碼頭發(fā)生裝卸事故等造成化學(xué)品泄漏等突發(fā)性水污染事故也屢見(jiàn)報(bào)道[2-5]。

發(fā)生水體污染事故后，開(kāi)展應(yīng)急水質(zhì)預(yù)警工作，即在短時(shí)間內(nèi)對(duì)事故排放的污染物在天然水體中的空間分布特征及其時(shí)間演變過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，可為污染物的應(yīng)急處置給予技術(shù)保障。現(xiàn)有研究表明，影響污染物進(jìn)入天然水體后遷移轉(zhuǎn)化特征的兩大重要物理指標(biāo)是水溶性和密度，目前的水質(zhì)模擬預(yù)警理論技術(shù)大多針對(duì)可溶性污染物，而對(duì)于一些難溶于水的漂浮性石油類(lèi)污染物在水體中遷移轉(zhuǎn)化的物理機(jī)理及定量研究則相對(duì)不足[6]。

突發(fā)事件產(chǎn)生的漂浮性憎水有機(jī)物進(jìn)入水體后，由于密度小于水而漂浮于水面，在隨環(huán)境水體漂移運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，一方面由于表面張力的作用油膜不斷擴(kuò)展，另一方面油膜在水動(dòng)力作用下持續(xù)向下層水體擴(kuò)散從而造成下層水體的污染[7]。關(guān)于溢油風(fēng)險(xiǎn)水質(zhì)預(yù)報(bào)預(yù)警，除了關(guān)注表層油膜遷移過(guò)程外，通過(guò)油-水界面進(jìn)入下層水體污染物數(shù)量及下層水體污染物濃度垂向分布是水質(zhì)安全、生態(tài)系統(tǒng)安全預(yù)報(bào)預(yù)警所關(guān)注的不可或缺的技術(shù)參數(shù)。因此，如何計(jì)算污染物自水面向下層水體的釋放強(qiáng)度，是開(kāi)展突發(fā)事故狀態(tài)下水環(huán)境質(zhì)量預(yù)報(bào)、預(yù)警的重要前提，是影響水體水質(zhì)預(yù)報(bào)可信度的決定因子。目前，研究污染物進(jìn)入水體后的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律主要采用物理模型試驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型模擬這兩種方法。綜合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究成果，突發(fā)事件產(chǎn)生的石油類(lèi)污染物在環(huán)境水體中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程大致可概括為4個(gè)方面[8-9]：油膜自身在水體表層的遷移擴(kuò)展過(guò)程、油膜風(fēng)化過(guò)程、油膜污染物向下層水體的擴(kuò)散過(guò)程、環(huán)境水體中石油類(lèi)污染物的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程。

1 突發(fā)事件產(chǎn)生的石油類(lèi)污染物在環(huán)境水體中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程

1.1 油膜自身在水體表層的擴(kuò)展遷移過(guò)程

泄漏產(chǎn)生的大量石油類(lèi)污染物排入水體后，以一定厚度的油膜狀漂浮于水面，在沒(méi)有采取圍油等控制措施的情況下，油膜將在隨環(huán)境水體遷移的同時(shí)不斷擴(kuò)展。溢油在水體表層的擴(kuò)展過(guò)程早期主要通過(guò)油膜直徑描述，較少考慮風(fēng)化作用的影響。

Blocker[10]只考慮重力和溢油體積的影響，提出了油膜在重力作用下于水體表層擴(kuò)展遷移的圓形模型，從油膜質(zhì)量守恒出發(fā)，得出油膜直徑R的表達(dá)式：

(1)

式中：V0為油膜總體積；R0為初始油團(tuán)直徑；ρwater、ρoil分別為水、油密度；t為溢油發(fā)生的時(shí)間；kr為Blocker常數(shù)，隨油種類(lèi)而變化，一般取216 s-1。

Fay等[11]研究了慣性力、重力、黏性力、表面張力對(duì)油膜的影響，完善了油膜擴(kuò)展理論，并給出了油膜直徑變化的3個(gè)階段：①慣性力-重力的初始階段，該階段擴(kuò)散時(shí)間較短，一般在數(shù)十分鐘內(nèi)，重力是該階段的主要驅(qū)動(dòng)力;②重力-黏滯力平衡階段，該階段擴(kuò)散大約需1個(gè)到幾個(gè)小時(shí)，黏性力在該階段起主要作用;③黏性力-表面張力平衡階段，該階段擴(kuò)散大約需幾個(gè)小時(shí)到幾天時(shí)間，表面張力在該階段起重要作用。3個(gè)階段油膜擴(kuò)展尺度的計(jì)算公式分別為

r1(t)=c1(ΔgVt2)1/4

(2)

(3)

(4)

式中：r1(t)、r2(t)、r3(t)分別為3個(gè)階段油膜擴(kuò)展尺度；V為油膜體積；g為重力加速度；ρ為海水密度；ρ0為油膜密度；ν為運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù);σ為表面凈張力；σwa、σoa、σow分別為水-氣、油-氣和油-水之間的界面張力;c1、c2、c3分別為3個(gè)階段經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；t為時(shí)間。

對(duì)溢油量進(jìn)行估算時(shí)油膜厚度是關(guān)鍵參數(shù)之一。Mackay等[12]考慮了動(dòng)力作用和油膜厚度的因素，以及油膜擴(kuò)展初始呈薄片式擴(kuò)散，提出了UOT模型，在這個(gè)模型中，厚油膜的面積假定占總面積的大部分，但總量只占小部分，由此計(jì)算厚油膜和薄油膜的擴(kuò)展。對(duì)于連續(xù)溢油，Lehr等[13]研究油膜擴(kuò)展的橢圓模型，假定在風(fēng)力方向上，風(fēng)速的增加導(dǎo)致油膜的擴(kuò)展系數(shù)增加，而兩側(cè)的擴(kuò)展系數(shù)不變，但并未考慮擴(kuò)展過(guò)程中油膜厚度的變化以及潮流的影響。基于上述研究，牟林等[14]提出了溢油發(fā)生后一段時(shí)間的油膜分布平均厚度和擴(kuò)展半徑公式，以及點(diǎn)源連續(xù)擴(kuò)散的計(jì)算公式，假定油膜擴(kuò)展的過(guò)程中厚度保持均勻，并始終為圓筒形狀且呈二維方向，忽略風(fēng)的影響，假定溢油擴(kuò)展過(guò)程將位能轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻鎻埩宛萆⒛堋?/p>

隨著溢油擴(kuò)展模型逐步引入油膜各向異性的擴(kuò)散作用和風(fēng)的影響[12],以及油膜邊緣的消失過(guò)程[15]，并加入了風(fēng)化因素[16]，對(duì)溢油擴(kuò)展過(guò)程的理論研究進(jìn)一步得到了完善。

動(dòng)水環(huán)境下溢油在水體表面擴(kuò)展的同時(shí)，還隨著水體漂移。Webbl等[17]考慮各個(gè)因素如河流入海、潮流、地球自轉(zhuǎn)流以及風(fēng)生流對(duì)溢油漂移的影響，但忽略油膜自身擴(kuò)展的影響，建立了Navy模型，得出了溢油在環(huán)境水體中漂移的質(zhì)心位移公式。

(5)

其中

Dt=ueΔtei+ufΔtfi

式中：Δti為時(shí)段；ue、uf分別為平均退潮流流速和平均漲潮流流速；Δtei、Δtfi分別為退潮和漲潮在Δti中所占的時(shí)間；up為河流入流引起的表面流流速；ug為地球自轉(zhuǎn)引起的表面流流速，up與ug呈線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系；k2為風(fēng)漂流系數(shù)；u10為風(fēng)速。

Williams等[18]進(jìn)一步引入權(quán)重系數(shù)，同時(shí)將海洋的表面海流矢量與風(fēng)速矢量耦合，考慮了溢油蒸發(fā)和溶解引起的一階衰減，建立SEADOCK漂移模型，該模型考慮蒸發(fā)和溶解引起的一階衰減，在計(jì)算過(guò)程中假定油膜均勻分布且圍繞質(zhì)心，使用費(fèi)伊擴(kuò)展公式計(jì)算并將油膜的擴(kuò)展直徑作為其擴(kuò)展范圍，可以用于預(yù)測(cè)油膜在海流矢量與風(fēng)速矢量耦合作用下的漂移運(yùn)動(dòng)。

Williams等[18]計(jì)算得到在Δt時(shí)段油膜質(zhì)心的位移ΔRi，計(jì)算公式為

ΔRi=[k2(au10Ni+bu10Fi)+uci]

(6)

式中：u10Ni、u10Fi分別為Δt時(shí)段內(nèi)近海和外海的風(fēng)速矢量；k2為常數(shù)，一般取0.03；a、b分別為權(quán)重系數(shù)，(a+b=1.0)；uci為Δt時(shí)段內(nèi)表面海流矢量。

隨后，周群群等[19-20]對(duì)風(fēng)和海流引起的油膜漂移進(jìn)一步加入科氏力的影響，建立了Delawane模型。Stolzenbach等[21]重點(diǎn)考慮了風(fēng)生流對(duì)溢油漂移的影響，聯(lián)合求解風(fēng)模型與水動(dòng)力學(xué)模型，構(gòu)建了Coast Guard(II)模型預(yù)測(cè)油膜運(yùn)動(dòng)軌跡。Spaulding等[22]研究油膜漂移量時(shí)考慮風(fēng)動(dòng)力影響，定量得到油膜在水體表面漂移時(shí)偏移角約為0°～30°，漂移速度約為風(fēng)速大小的2%～4%。Reed等[23]對(duì)無(wú)破碎波條件下風(fēng)動(dòng)力、潮流對(duì)油膜共同作用的影響關(guān)系進(jìn)行了探討，得出結(jié)論：乳化油膜開(kāi)始漂移的速度為風(fēng)速的3.5%，隨著風(fēng)速逐漸變大，油膜將被分散于水中，主要作用力為優(yōu)勢(shì)潮流剪切力。而拉格朗日粒子追蹤模型則將溢油視為若干運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)，油粒子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分為擴(kuò)散過(guò)程和平流過(guò)程，模擬油粒子的平流過(guò)程使用確定性方法，模擬擴(kuò)散過(guò)程使用隨機(jī)運(yùn)動(dòng)模型[24-25]。有關(guān)溢油擴(kuò)展漂移的理論與模型研究主要都基于海洋環(huán)境，不受邊界條件的限制，且計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，需要考慮的參數(shù)和因素很多，如波浪擾動(dòng)對(duì)溢油擴(kuò)展遷移的影響，因此與工程實(shí)踐的應(yīng)用還有一段距離。

1.2 油膜的風(fēng)化過(guò)程

溢油在水面經(jīng)歷的風(fēng)化過(guò)程，分為物理變化和化學(xué)變化，包括蒸發(fā)、溶解、擴(kuò)散、沉降、氧化、乳化、生物降解等過(guò)程。其中，對(duì)于蒸發(fā)過(guò)程主要通過(guò)蒸發(fā)率定量描述單位油膜的蒸發(fā)速率,研究認(rèn)為其與油膜的厚度、環(huán)境溫度有關(guān)[26-27]。Fingas[28]從動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)在氣液相界面對(duì)十幾種油蒸發(fā)過(guò)程進(jìn)行研究，對(duì)乳化物的形態(tài)分布及影響其形成的影響因素進(jìn)行了分析，認(rèn)為多組分系統(tǒng)與純液體的蒸發(fā)過(guò)程不同，多組分的原油的蒸發(fā)損失量與時(shí)間呈對(duì)數(shù)關(guān)系，且通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件證明油的蒸發(fā)不是嚴(yán)格受邊界層控制，時(shí)間和溫度是影響油蒸發(fā)的重要因素。石油類(lèi)在水里的溶解過(guò)程中，溶解量相對(duì)于蒸發(fā)量很小，因此多數(shù)溢油預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)忽略石油類(lèi)溶解部分。石油類(lèi)的組成和海水環(huán)境決定石油類(lèi)溶解度,模擬其溶解方法或用準(zhǔn)組分法,與蒸發(fā)過(guò)程類(lèi)似，或同時(shí)考慮溶解與蒸發(fā)過(guò)程，或綜合考慮溶解和分散過(guò)程；楊慶霄等[29]對(duì)溫度、鹽度、pH值和腐殖酸存在對(duì)石油烴溶解度的影響情況及組分變化情況進(jìn)行了研究，并通過(guò)識(shí)別、累加組成石油類(lèi)的各類(lèi)烴的溶解量來(lái)預(yù)報(bào)油的溶解總量。另外，對(duì)環(huán)境水體中油膜的乳化過(guò)程[30]、光氧化過(guò)程[31]、生物降解過(guò)程[32-33]都分別有一定的研究。但目前對(duì)于乳化過(guò)程的研究偏重化學(xué)組分的影響及作用方式、乳化物穩(wěn)定性的化學(xué)因素等，而對(duì)于油水乳化混合的動(dòng)力學(xué)研究較少。溢油的光氧化過(guò)程是較為長(zhǎng)期且緩慢的過(guò)程，目前缺乏光氧化過(guò)程的定量研究。

1.3 油膜污染物向下層水體的擴(kuò)散過(guò)程

突發(fā)事件泄漏于水體表面的石油類(lèi)污染物形成一定厚度的油膜，伴隨著擴(kuò)展、遷移、蒸發(fā)、氧化、生物降解等物理化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程，石油類(lèi)污染物通過(guò)油-水界面以分子擴(kuò)散、紊動(dòng)擴(kuò)散方式進(jìn)入環(huán)境水體[34-35]。基于自然水體的水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)安全，石油類(lèi)污染物通過(guò)油-水界面進(jìn)入下層水體的數(shù)量及由此引發(fā)下層水體石油類(lèi)污染物濃度的空間分布與時(shí)間變化是水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)預(yù)警亟待解決的技術(shù)難題[36]。對(duì)此問(wèn)題的研究大致歸納為以下3個(gè)方面：①基于物理機(jī)理概念性模型的研究[37]，研究表明破碎波的作用為將部分油膜層離散形成油滴，油滴進(jìn)一步向水下擴(kuò)散是由于下層水流的紊動(dòng)作用[38]。將溢油在水體中的溶解量表示為海水中某烴類(lèi)化合物的油膜面積、油濃度梯度與油膜擴(kuò)散系數(shù)的乘積，但由于存在濃度梯度、擴(kuò)散系數(shù)難以確定的問(wèn)題，該模型難以實(shí)際應(yīng)用。趙文謙等[39]對(duì)大規(guī)模海洋溢油條件下石油類(lèi)污染物擴(kuò)散問(wèn)題建立了垂向擴(kuò)散微分方程，并給出了解析解，結(jié)果與實(shí)測(cè)資料吻合較好，但需要首先給出某一深度的油濃度作為定解問(wèn)題的邊界條件，難以在突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)水質(zhì)預(yù)報(bào)中得到實(shí)際應(yīng)用。②由于求解擴(kuò)散微分方程邊界條件或源項(xiàng)難以確定，為了定量模擬溢油對(duì)下游水質(zhì)的影響，相當(dāng)多的研究者對(duì)輸入油膜下層水體的污染源強(qiáng)(微分方程源項(xiàng))采用了類(lèi)比可溶性污染物的簡(jiǎn)化處理方法[40]，如劉冰等[41]類(lèi)比可溶性污染物建立石油類(lèi)一維對(duì)流擴(kuò)散模型模擬分析了管道溢油對(duì)河流斷面平均濃度的影響，潘紅磊等[42]類(lèi)比可溶性污染物建立垂向平均二維溢油水質(zhì)模型預(yù)測(cè)模擬了某采油廠(chǎng)事故狀態(tài)石油類(lèi)泄漏對(duì)某河石油類(lèi)垂線(xiàn)平均濃度場(chǎng)的影響。梁平等[43]通過(guò)對(duì)海面和海下的奧里油在恒定流情況下的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散進(jìn)行三維數(shù)值模擬，分析了假定(設(shè)定邊界濃度)情景下油濃度的垂向分布特征，仍然無(wú)法解決邊界濃度或油-水界面釋放通量的確定這一關(guān)鍵技術(shù)難題。③基于蒙特卡羅的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模擬方法，即基于歐拉-拉格朗日體系，認(rèn)為油滴質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是通過(guò)拉格朗日方法求得并疊加隨機(jī)游走位置遷移項(xiàng)，此位移采用與紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式確定。油粒子模型主要用來(lái)預(yù)測(cè)模擬油膜擴(kuò)展后期石油在水面的定量分布狀況，如馮桃輝等[44]以某航道整治工程為例，采用二維油粒子溢油模型，模擬不同氣象條件下燃油泄漏的油膜漂移軌跡、溢油事故的影響范圍、程度；胡旭等[45]建立了二維溢油數(shù)學(xué)模型，模擬了長(zhǎng)江宜昌江段溢油事故的影響范圍和程度。也有研究者采用三維油粒子模型模擬石油類(lèi)污染物在水體中的三維遷移擴(kuò)散過(guò)程，如黃娟等[46]結(jié)合油粒子模型與油膜擴(kuò)展模型，建立了渤海三維溢油模型，模擬油滴擴(kuò)展過(guò)程，但該類(lèi)方法面臨的主要難題仍然是如何確定油滴通過(guò)油-水界面以隨機(jī)游走方式進(jìn)入下層水體通量的邊界條件確定問(wèn)題。

1.4 水體中石油類(lèi)污染物的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程

溢油通過(guò)油水界面進(jìn)入下層的環(huán)境水體后，將隨水流運(yùn)動(dòng)，包括平流運(yùn)動(dòng)和湍流運(yùn)動(dòng)引起的粒子運(yùn)動(dòng)。一般采用拉格朗日法描述平流運(yùn)動(dòng)發(fā)生的平移，用隨機(jī)游走法模擬紊流產(chǎn)生的隨機(jī)位移，即模擬擴(kuò)散過(guò)程時(shí)采用隨機(jī)性方法。但石油類(lèi)污染物不同于一般的可溶性污染物，其密度小于水，因此垂向運(yùn)動(dòng)必須同時(shí)考慮油粒子在水體內(nèi)部隨水質(zhì)點(diǎn)的垂直運(yùn)動(dòng)及油滴本身浮力作用導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，根據(jù)油粒子直徑、油污密度、動(dòng)力黏性系數(shù)等計(jì)算油滴上升速度，考慮由此引起的垂向遷移。

武周虎等[47]在給定的邊界條件下,考慮油滴的上升速度、油的降解、垂向擴(kuò)散，通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo),給出了油滴在有限長(zhǎng)油膜下輸移擴(kuò)散方程在設(shè)定情景下的解析解。

文獻(xiàn)[48]采用統(tǒng)計(jì)分析方法考慮垂向擴(kuò)散，建立了三維油粒子對(duì)流擴(kuò)散模型；晁曉波等[49-50]采用泥沙作為吸附劑、柴油作為吸附質(zhì)，對(duì)石油在不同溫度、含沙量、鹽度條件下的吸附特性以及不同油種的吸附特性、吸附機(jī)理進(jìn)行了討論；黃廷林等[51]對(duì)石油類(lèi)污染物與河流懸移質(zhì)、推移質(zhì)和底泥的相互作用，河流的彌散作用對(duì)石油類(lèi)遷移的影響進(jìn)行綜合考慮，建立了一維多沙河流中石油類(lèi)污染物的吸附模型；夏星輝等[52]采用模擬實(shí)驗(yàn)研究黃河水體中的石油類(lèi)污染物的生物降解速率受到顆粒物的影響機(jī)制，發(fā)現(xiàn)泥沙的存在將影響石油類(lèi)污染物在固-液兩相的分配，也影響石油降解菌的增長(zhǎng)速率。

2 石油類(lèi)污染物的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程物理試驗(yàn)

相關(guān)研究表明，石油類(lèi)污染物的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程受環(huán)境條件如油的化學(xué)組成、溫度、鹽度、風(fēng)、水流、氧化還原環(huán)境、波浪、光照、懸浮物含量、微生物種群等諸因素的影響[53-57]。當(dāng)前，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室模擬是研究海上溢油風(fēng)化的主要方法。現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)通常分析事故溢油或人工溢油試驗(yàn)中油類(lèi)樣品的組成及變化，室內(nèi)溢油風(fēng)化試驗(yàn)裝置由于研究方便而更多地被使用。室內(nèi)試驗(yàn)裝置包括容器和水槽兩種，容器法操作簡(jiǎn)單，但模擬能力受限。水槽能更系統(tǒng)地綜合模擬、研究水上溢油遷移實(shí)際情況。Payne等[58]綜合研究蒸發(fā)、溶解、乳化、光氧化等過(guò)程，較早使用Prudhoe灣原油在波浪槽水動(dòng)力環(huán)境下進(jìn)行風(fēng)化實(shí)驗(yàn)；Riley等[59]利用波浪槽水動(dòng)力條件模擬惡劣天氣氣象的溢油風(fēng)化；楊慶霄等[60]在波浪槽水動(dòng)力條件下對(duì)若干原油的蒸發(fā)過(guò)程、蒸發(fā)特性及組分變化進(jìn)行了研究。相關(guān)試驗(yàn)采用風(fēng)扇造風(fēng)，設(shè)置可移動(dòng)的人工沙灘，研究不同類(lèi)型海岸線(xiàn)沉積物層中風(fēng)化油品的滲透，溢油在典型環(huán)境條件下的生態(tài)影響等。郭運(yùn)武等[61]利用研制的潮汐風(fēng)作用水槽試驗(yàn)系統(tǒng)，忽略蒸發(fā)、乳化、溶解等因素，開(kāi)展不同風(fēng)、水流組合情況下河道溢油在水面擴(kuò)展、漂移過(guò)程試驗(yàn)；邵志國(guó)[62]在實(shí)驗(yàn)室采用循環(huán)環(huán)形水槽模擬預(yù)測(cè)了突發(fā)溢油污染在北方低溫水域水體中油膜在水面風(fēng)化和遷移擴(kuò)散行為。

3 常用溢油模型

隨著近幾年溢油模型的發(fā)展以及溢油模型與3S技術(shù)的結(jié)合使用，用來(lái)描述溢油行為的油粒子模型逐漸得到廣泛應(yīng)用。表1列出了常用的溢油模型的具體情況。

4 結(jié) 語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，對(duì)水面溢油油膜自身的遷移、擴(kuò)展、轉(zhuǎn)化等過(guò)程的研究較多，但關(guān)于溢油表層油膜通過(guò)油-水界面向下層水體擴(kuò)散過(guò)程的動(dòng)力學(xué)機(jī)制研究則相對(duì)薄弱；溢油發(fā)生后石油類(lèi)污染物通過(guò)油水界面擴(kuò)散進(jìn)入下層水體的數(shù)量，是模擬預(yù)測(cè)油膜下水體石油類(lèi)污染物濃度分布的最為重要的、必不可少的輸入條件，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)這一擴(kuò)散過(guò)程的定量研究相對(duì)欠缺，成為溢油風(fēng)險(xiǎn)模擬預(yù)報(bào)理論方法發(fā)展的瓶頸，制約了溢油預(yù)測(cè)模擬方法的實(shí)際應(yīng)用，是溢油水質(zhì)預(yù)警預(yù)報(bào)有待解決的理論技術(shù)問(wèn)題。

表1 國(guó)內(nèi)外代表性溢油模型

對(duì)于溢油通過(guò)油-水界面向下層水體的擴(kuò)散過(guò)程的研究現(xiàn)狀總體可以概括為以下幾點(diǎn)：①溢油通過(guò)油水界面進(jìn)入下層水體是一個(gè)十分復(fù)雜的物理過(guò)程，影響因素可分為兩個(gè)方面：水動(dòng)力特征和溢油自身的物理屬性。而石油類(lèi)污染物的物理性質(zhì)(如密度、黏性等)差異較大，目前關(guān)于石油類(lèi)污染物物理屬性對(duì)油膜向下層水體擴(kuò)散強(qiáng)度的影響缺少系統(tǒng)、定量的研究。②水流流速、紊動(dòng)強(qiáng)度、波浪等水動(dòng)力特征是影響溢油向下層水體擴(kuò)散的重要因素，影響機(jī)制復(fù)雜，目前缺乏系統(tǒng)、深入的研究，特別是定量研究十分缺乏，因而造成溢油水質(zhì)模型邊界條件(或源項(xiàng))難以量化，從而制約了河流、海洋環(huán)境中水質(zhì)量化模擬理論技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展。③溢油發(fā)生后由于風(fēng)險(xiǎn)處置措施不一，油膜在動(dòng)水環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)方式也不一樣，如未采取防范措施，油膜隨水流運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)；采取圍油欄等防范措施情況下油膜所處平面位置則相對(duì)固定呈相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。動(dòng)水環(huán)境中油膜靜止、運(yùn)動(dòng)兩種不同狀態(tài)對(duì)石油類(lèi)污染物向下層水體的擴(kuò)散特征的影響機(jī)制研究缺失。④由于石油類(lèi)污染物在環(huán)境水體中運(yùn)動(dòng)過(guò)程的綜合影響因素復(fù)雜，石油種類(lèi)和成分多樣，目前對(duì)于運(yùn)動(dòng)過(guò)程的研究仍有許多不足，如忽略石油類(lèi)污染物的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、蒸發(fā)過(guò)程、分散過(guò)程、乳化過(guò)程等的相互影響，且缺少機(jī)理性的研究。