10.3.3.1 水動力數學模型建立及計算
1）水動力數學模型
針對河道形態及水流特徵，採用水深平均的平面二維淺水數學模型，其基本方程為：
10.3.3-1）
（10.3.3-2）
（10.3.3-3）
式中： ξ為水位，即基面至水面的垂直距離；
h=ξ+h，h為基面下的水深；
u、v分別為x、y方向的垂線流速分量；
f為柯氏力係數，f=2ωsinφ；
φ為緯度，ω為地球自轉速度；
c為謝才係數，c=1/n(ξ+h)1/6，n為糙率係數；
ax、ay為渦動粘性係數。
2）定解條件
(1) 邊界條件
進口邊界：根據已知進口全斷面流量，給定入流單寬流量沿斷面的橫向分布。
出口邊界：給定出口斷面的水位。
岸邊界：岸邊界為非滑移邊界，給定其流速為零。
動邊界：本模型採用「凍結」法進行動邊界處理，即根據水位結點處河底高程來判斷該網格單元是否露出水面。若不露出，糙率取正常值；反之，更改單元的糙率（n取1010量級）。
同時為了不影響水流控制方程的求解，在露出水面的結點處需給定乙個薄水層，一般給定其厚度為0.5cm。模型計算網格見圖10.
3.3 -1。
圖10.3.3-1 瑞麗江模型計算網格劃分圖
（2） 初始條件
給定各網格點上的水位和流速。
3）不利條件下的計算結果及分析
根據不利情況下河槽平均流速為1.76m/s設計進口邊界處流量邊界條件：出口邊界以平均水位給出。計算得到的不利情況下的流場見圖10.3.3-2。
圖10.3.3-2 瑞麗江模型不利情況下流場圖
10.3.3.2 溢油事故源項分析
1）管道洩漏可能發生的原因
（1）第三方破壞
包括打孔盜油、非法作業和施工（對於河流，有可能為疏浚作業疏忽導致管道損壞）。
（2）不可抗力
如超出設計所依據資料範圍外的洪水、**等非人為因素破壞。
（3）機械失效
造成機械失效的可能情況是，在施工中，由於使用了質量不高的管材或者管材由於老化原因發生結構退化（磨損及裂紋），以及施工本身的質量問題。總體上，管道年代越久遠，發生機械失效的可能性越大。
（4）管道自身腐蝕穿孔
一般為執行年限較長，管道防腐或陰極保護失效等引起的。（建議本條不要寫在報告中，因為此種現象是多種因素導致的後果。若管道施工或實際情況均達到設計效果，發生的機率極低。）
（5）誤操作
包括系統故障和人為失誤，也包括缺乏充分的維護。
從因管道破裂造成油品外洩的粗略統計來看，由於近年來科技進步，新建管道材質、防腐以及施工質量大幅提公升，機械失效的機率降低；新技術的應用和管理水平提高，人為誤操作機率也大幅下降；自然災害雖偶有發生，但機率不高。造成管道破裂洩露的主要原因是第三方破壞，可佔到洩漏量的70%～80%以上。
2）溢油量估算
成品油管道常見洩漏源有兩種，一是小孔洩漏，即較小孔洞長時間持續洩漏，按照流速大小又可以分為大、中、小型洩漏，例如在成品油管道上打孔盜油；二是大面積洩漏，即較大孔洞在短時間內洩漏出大量物料，例如整條成品油管道折斷。成品油管道事故引起的油品洩漏主要有管道整體折斷和小孔洩漏兩種形式。
（1）小孔洩漏
根據工程可行性研究報告，輸油管直徑為dmm，設計壓力p0mpa,設計最大輸油能力為mt/a。為便於對突發性溢油事故進行控制，在管道穿越大中型河流的兩端均安裝了自動截止閥，一旦發生漏油事故，管內壓力減小，閥門可以在2分鐘內響應並完全關閉。
油品在管輸壓力豎直向上噴射，易向周圍擴散(見圖10.3.3-3)，此時可以忽略重力的影響。
圖10.3.3-3 石油類物質輸送管道小孔洩漏示意
則事故溢油量q1的估算公式為：
q1=t×a×v2=t×a×cv10.3.3-4)
a=π×（d1/2×10－3）2
cv=式中：q1—孔口溢位油品量m3；
a—漏油孔口面積，m2；
t—溢油時間，s；
v2—孔口油品流速，m/s；
v1—管道油品流速，m/s；
cv—孔口流量係數，可由歷史資料歸納和實驗測的，由於管道橫截面為圓形，且縱向邊界在無窮遠處，因此可以將洩漏孔處當作完善收縮處理，在完善收縮的情況下：cv=k×,流速係數k=0.97～0.
98，孔口完善收縮係數，則cv=0.60～0.62；
h—洩漏孔口處油品的壓力水頭，m；
d1—洩漏孔口直徑，m；
h、d1兩個引數與管道執行壓力、洩漏孔的位置及大小都有關，此次**考慮極端事故，因此取=p0，洩漏孔徑根據國內外常用洩漏孔徑經驗引數取值。
（2）管道整體折斷
可根據洩漏點相對於上、下游閥門的高差為正、零或負值分為3種情況。在管道發生折斷關閉上游閥門前，可採用管道輸送壓力計算洩漏速率（即小孔洩漏），關閉閥門後，主要考慮重力作用(不考慮虹吸的影響)引起的油品洩漏。如果洩漏點與閥門之間存在翻越點（高點），則應該根據翻越點與洩漏點的相對高差計算洩漏量。
q2＝π×（d/2×10－3）2×洩漏管段長10.3.3-5)
（3）管道總洩漏量
事故總溢油量q＝q1＋q210.3.3-6)
根據工程可行性研究報告，管徑採用φ813mm，設計最大輸量為2000×104t/a，管道穿越瑞麗江長度為870.5m。根據式(10.
3.3-4)～(10.3.
3-6)可得，最大溢位油品量為620.55m3。
10.3.3.3 溢油的物理與化學變化過程
1）輸移過程
油粒子的輸移包括了擴充套件、漂移、擴散等過程，這些過程的是油粒子位置發生變化的主要原因，而油粒子的組分在這些過程中不發生變化。
(1) 擴充套件運動
油膜的擴延，在初期階段的擴充套件起主導作用，而在最後階段是擴散起主導作用。雖然計算擴延範圍的公式很多，但由於影響因素複雜，許多公式都是簡化而得的，計算結果也有差異。在眾多的成果中，費伊(fay)公式是廣泛受到重視的只考慮油膜擴充套件作用的公式之一。
(2) 漂移運動
油粒子漂移的作用力是水流和風拽力，油粒子總漂移速度為：
式中：uw為江面以上10m處的風速；us為表面流速；α為風漂移係數，一般在0.03～0.05之間。
二維水動力模型計算的流速是沿水深方向平均值，而油粒子所計算流速是表面流速，因此本評價假設表面流速為平均流速值1.1-1.5倍。
二維水動力計算結果中的流速計算點位於各離散的網格點，而「油粒子」模型中絕大部分時間裡粒子不是正好處於這些點上，因此需要對流速值內插。
(3) 紊動擴散
假定水平擴散各向同性，乙個時間步長內方向上的可能擴散距離可表示為：
其中為-1～1之間的隨機數，為方向上的擴散係數。
2）風化工程
油粒子的風化包括蒸發、溶解和乳化等各項風化過程，在這些過程中油粒子的組成發生變化，但油粒子水平位置沒有變化。
(1) 蒸發
蒸發將使溢油量減小，同時改變溢油的密度和粘性等物理性質。依據reed(1989)提供的蒸發分數公式：
其中fv為蒸發量佔液體總量的分數，fvmax為最大蒸發分數，如果fvmax-fv≤0時取值0，t為時間，蒸發係數依據stiver和mackay（1985）的引數化公式：
其中,uw為江面以上10m處的風速，a為油膜面積，v0為溢油初始體積，為油膜厚度，t為時間。
(2) 乳化
溢油的乳化過程受風速、波浪、油的厚道、環境溫度、油風化程度等因素的影響，一般用含水率表示乳化程度。依據mackay(1980)和zagorski(1982)提供的含水率公式：
其中，fw為乳化物的含水率，c1＝2.1*10-6，uw為風速，家用燃料油c2＝0.25、**和重油c2＝0.7（reed，1989），t為時間。
(3) 溢油性質變化
隨著蒸發和乳化等變化過程的進行，殘留在水體中的溢油性質也不斷發生變化，主要表現為：
溢油體積的變化:
溢油密度變化:
其中：為乳化前油的初始密度，為水密度。
(4) 引數選取
根據溢油種類，確定模型輸入引數，見表10.3.3-1。
表 10.3.3-1 溢油模型引數選取
10.3.3.4 敏感河流溢油**分析
（1）水中石油類汙染情況
計算水中瞬時汙染物投放量時，參照實際汙染情況，設定石油類汙染物120秒內進入水體。溢油進入瑞麗江水體石油類汙染計算結果見表10.3.3-2。
表10.3.2-2 溢油進入瑞麗江後石油類汙染情況
（2）**結果分析
溢油事故油膜漂移影響範圍見圖10.3.3-4至10.
3.3-9所示。溢油進入瑞麗江後，未實施任何圍欄油措施的條件下，由於水流瀰散的作用，水面的油品將在洩漏發生後向下游遷移，隨著時間的推移水體中石油類汙染物濃度逐漸下降。
溢油2分鐘後汙染團基本形成，汙染團直徑約200m，此時水中汙染團中心的石油濃度約0.264mg/l，瞬時超標4.3倍(瑞麗江執行《地表水環境質量標準》(gb 3838-2002)中基本專案標準限值中ⅲ類標準，即石油類濃度≤0.
05mg/l）。
溢油後歷時約0.5小時，汙染團到達距洩漏點下游2.7km允井村，此時水中汙染團中心的石油類汙染物濃度為0.126mg/l,瞬時超標1.5倍。
溢油後0.5至2.61小時之間，汙染團進入瑞麗江中緬共用國境段，長度約12km，水中汙染團中心石油類濃度降至0.064mg/l，瞬時超標倍數降至0.28倍。
溢油後歷時約3.08小時，汙染團影響到下游18.7km，汙染團中心到達距洩漏點下游17.
2km處，在姐告大橋附近2.5km為中國河流段，接著進入緬甸，改稱為伊洛瓦底江，此時水中汙染團中心的石油類汙染物濃度為0.057mg/l，瞬時超標0.
14倍。
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