DB21T 2426-2015 污染事故影響數(shù)值預測分析技術(shù)規(guī)程　　

ICS13.020.40Z01DB21DB21/T2426—2015污染事故影響數(shù)值預測分析技術(shù)規(guī)程ImpactAnalysisandPredictionTechniqueforpollutionaccidentbasedonthenumericalmodel術(shù)監(jiān)督局發(fā)布IDB21/T2426-2015本標準按照GB/T1.1-2009標準化工作導則起草。本標準由遼寧省海洋水產(chǎn)科學研究院提出。本標準由遼寧省海洋與漁業(yè)廳歸口。本標準主要起草單位：遼寧省海洋水產(chǎn)科學研究院。本標準主要起草人：王昆、王年斌、宋倫、吳金浩、馬志強、張玉鳳、宋永剛、田金、李楠、楊爽。本標準首次發(fā)布。1DB21/T2426-2015本標準規(guī)定了基于數(shù)值模型的污染事故影響預測分析技術(shù)規(guī)程的術(shù)語、操作程序與技術(shù)方法。本標準適用于遼寧省管轄海域的污染事故影響預測分析。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB3097海水水質(zhì)標準GB11607漁業(yè)水質(zhì)標準GB/T12763.2海洋調(diào)查規(guī)范第2部分：海洋水文觀測GB17378.4海洋監(jiān)測規(guī)范第4部分：海水分析3術(shù)語下列術(shù)語適用于本標準。3.1水動力數(shù)值模擬將水動力學的實際問題抽象成滿足其物理特征的典型偏微分方程組來描述的數(shù)學問題，并采用合適的離散方法對方程組進行數(shù)值求解的過程。3.2污染事故影響預測分析對特定海域已經(jīng)發(fā)生的污染事故進行后期影響的預測、評估與分析的過程。3.3污染物輸運模型在水動力學模擬的背景流場的基礎(chǔ)上，建立以特征污染物濃度為主要未知量的對流擴散模型，模擬預測污染物入海后的濃度場實時分布狀況。2DB21/T2426-20153.4參數(shù)率定利用已有歷史數(shù)據(jù)或補測的海流、潮位以及化學檢測分析濃度資料與模擬值進行比較，對數(shù)值模型中的參數(shù)進行調(diào)節(jié)確定的過程。3.5源強由事故引起的單位時間內(nèi)污染物的排放量。4方法與技術(shù)針對不同海洋功能區(qū)海水水質(zhì)標準GB3097與漁業(yè)水質(zhì)標準GB11607的要求，計算受事故影響的主要特征污染物濃度的超標范圍。4.1站位的布設(shè)原則1)站位布設(shè)應(yīng)均勻覆蓋事故影響的研究海域，所獲信息應(yīng)代表和反映海域的基本環(huán)境特征；2)尊重歷史，考慮歷史站位的延續(xù)性；3)充分考慮海域周邊的陸域環(huán)境特征和壓力，對受污染事故影響和人類活動影響顯著的區(qū)域需加密布設(shè)。4)充分考慮海域本身的環(huán)境特征和問題，如水動力環(huán)境特征、地形地貌特征等；5)關(guān)注沿海地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展需求，在開發(fā)熱點區(qū)、敏感區(qū)及鄰近海域布設(shè)監(jiān)測站位；6)以盡可能少的站位來獲取盡可能多的環(huán)境信息，但一般不得少于6個。4.2監(jiān)測指標與方法a)水動力要素：海流與水深,監(jiān)測方法按照GB/T12763.2規(guī)定執(zhí)行；b)水質(zhì)要素：營養(yǎng)鹽濃度、事故發(fā)生處特征污染物指標的濃度,檢測分析方法按照GB17378.4規(guī)定執(zhí)行。4.3監(jiān)測頻率和時間a)水動力要素：分四個季節(jié)，分別在大、小潮期每隔1h進行至少連續(xù)25h的準同步觀測在轉(zhuǎn)流時刻前后可每隔0.5h進行一次觀測；b)水質(zhì)要素：與水動力要素觀測同步采樣。4.4數(shù)值模型4.4.1水動力數(shù)值方程可采用笛卡爾坐標系下，不可壓縮流體的連續(xù)性方程和動量方程：3DB21/T2426-2015在水深方向上對連續(xù)性方程（1）進行積分得自由面方程：式中，h(x,y)為靜水深；t為時間；u、v、w分別為x、y、z方向的流速；η為水位；q為水體動壓值；f為柯氏力系數(shù)；γh、γv為水平和垂直向的紊動粘性系數(shù)，推薦采用k-ε雙方程紊流模型來確定。紊流動能輸運k方程：紊流特征量輸運ε方程：式中，k為紊動動能；ε為紊動耗散率；σk、σε分別為紊動動能k和紊動耗散率ε對應(yīng)的Prandtl數(shù)；C1ε、C2ε是經(jīng)驗系數(shù)；G為紊動產(chǎn)生項。4.4.1.1初始條件u(x,y,t0)=u0(x,y)；v(x,y,t0)=v0(x,y)；η(x,y,t0)=η0(x,y)其中，u0、v0、η0分別為初始流速和潮位，在海域流場計算中，初始條件與計算的最終結(jié)果無關(guān)。4.4.1.2邊界條件固壁邊界：給定法向流速為零的有滑移邊界。在外海開邊界處，給定潮位時間序列文件?？赏ㄟ^以下兩種途徑來獲得：1)利用潮汐表直接查表換算；2)利用潮汐調(diào)和分析的方法，即開邊界的水位為時間的調(diào)和函數(shù)：式中，潮汐調(diào)和常數(shù)振幅與遲角可根據(jù)實測數(shù)據(jù)利用最小二乘法求出。有河流入海的情況，需要考慮感潮河段的流量，以流量邊界的形式給出。4DB21/T2426-2015式中，gT是風應(yīng)力系數(shù)，ua、va分別為風速在x、y方向的分量。在底面（z=-h）處：式中，gB是底摩阻系數(shù)，根據(jù)湍流邊界層理論：式中，cn是謝才系數(shù)，由曼寧公式H1/6計算，H=h+η為總水深，n為糙率，其值可取范圍0.020~0.028。4.4.2污染物輸運模擬方程以水動力學方程模擬出的流場為背景，為了查清事故污染物的影響程度與范圍，利用對流擴散輸運模型進行數(shù)值模擬，三維對流擴散方程為：式中，C為濃度；M為源項；kh、kv分別為水平和垂直向的污染物擴散系數(shù)；ws為污染物的沉降速度，其值主要與海區(qū)及污染物的粒徑有關(guān)。4.4.2.1數(shù)值計算輸入條件入流邊界按實測給定。出流邊界：式中，un為邊界的法向流速。5DB21/T2426-2015T為表面處與C無關(guān)的物質(zhì)交換系數(shù)，若自由表面處沒有物質(zhì)交換，則αT=βT=0。在底面（z=-h）處：B為底面處與C無關(guān)的物質(zhì)交換系數(shù)，若底面處沒有物質(zhì)交換，則αB=βB=0。4.4.2.2源強的確定污染事故引起的主要排污口產(chǎn)生的點源源強根據(jù)排污口處特征污染物的濃度和排污量來確定，對于線源可概化成多個點源來進行等效計算。4.4.3網(wǎng)格劃分對于計算域比較規(guī)則，地形變化比較平緩的區(qū)域，宜采用結(jié)構(gòu)化四邊形網(wǎng)格進行劃分；對于邊界岸線變化復雜、地形坡道變化比較大的計算區(qū)域，宜采用非結(jié)構(gòu)化三角形網(wǎng)格對計算域進行劃分，能夠滿足盡量真實的刻畫計算域、與實際地形情況做到最大程度的吻合的要求；對于受事故影響較大的排污口位于灣頂及邊界附近，需要在邊界處對網(wǎng)格進行加密，提高精度和分辨細部也是主要靠網(wǎng)格的合理布置與加密來實現(xiàn)。4.4.4離散格式水動力學潮流場的水平和垂向數(shù)值模擬，推薦采用在垂向分層的空間交錯棱柱形網(wǎng)格的基礎(chǔ)上，采用有限差分與有限體積相結(jié)合的方法來離散求解。如果是河道、海灣以及淺海區(qū)域，可采用只分一層，即簡化成二維模型來求解。輸運方程的離散，采用半隱的一階迎風有限體積法離散，同時為了避免施加額外的穩(wěn)定性條件，這里采用子迭代方法在每個棱柱上對方程進行離散。4.4.5動邊界的模擬對于潮灘，水陸交界的位置隨著潮位的漲落時而淹沒時而干出，動邊界內(nèi)網(wǎng)格節(jié)點的干濕變化宜采用限制水深法來進行處理，這里限制水深取0.3m。4.4.6參數(shù)率定與模型驗證為了證明模型的準確性與穩(wěn)定性，需利用4.1~4.3的實測資料或已有歷史數(shù)據(jù)對模型進行驗證與參數(shù)率定。取計算穩(wěn)定后的典型潮時(如漲急、高潮、落急、低潮時)的潮位、海流或濃度的模擬值與實測值進行比較，獲得能滿足該海域?qū)嶋H物理特征的數(shù)值模型，用于后期的模擬與預報。6DB21/T2426-20154.5計算結(jié)果與分析通過上述模型的模擬計算，取濃度分布趨于穩(wěn)定時一個典型潮周期內(nèi)的的平衡濃度場，為了使結(jié)果表現(xiàn)更加地直觀化、具體化與形象化，利用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)或借助軟件中提供的后處理程序工具將潮位、潮流、擴散濃度場等模擬結(jié)果進行多時間步動畫演示，在說明了濃度場分布擴散趨勢與流場二者之間相互關(guān)系的同時，也進行了污染物輸運擴散路徑與范圍的預測分析，并附以相應(yīng)的圖表。4.6超標范圍確定根據(jù)遼寧省海洋功能區(qū)劃，對不同的海洋功能區(qū)，按GB3097、GB11607標準規(guī)定