油品泄漏对地表水环境影响（模型计算）

10.3.3 油品泄漏对地表水环境的影响 10.3.3.1 水动力数学模型建立及计算 1）水动力数学模型

针对河道形态及水流特征，采用水深平均的平面二维浅水数学模型，其基本方程为：

???(Hu)?(Hv)???0 ?t?x?y (10.3.3-1）

2?u?u?ugu(u2?v2)1?u?v?fv??t?x?yHC2?v?v?vgv(u2?v2)1?u?v?fu??t?x?yHC2??2u?2u???（10.3.3-2） ?g?Ax??2??0 2???x??x?y???2v?2v???（10.3.3-3） ?g?Ay??2??0 2???y??x?y?2式中： ξ为水位，即基面至水面的垂直距离；

H=ξ+h，h为基面下的水深；

u、v分别为x、y方向的垂线流速分量； f为柯氏力系数，f=2ωsinφ；

φ为纬度，ω为地球自转速度；

C为谢才系数，C=1/n(ξ+h)1/6，n为糙率系数； Ax、Ay为涡动粘性系数。

2）定解条件

(1) 边界条件

进口边界：根据已知进口全断面流量，给定入流单宽流量沿断面的横向分布。

出口边界：给定出口断面的水位。

岸边界：岸边界为非滑移边界，给定其流速为零。

动边界：本模型采用“冻结”法进行动边界处理，即根据水位结点处河底高程来判断该网格单元是否露出水面。若不露出，糙率取正常值；反之，更改单元的糙率（n取1010量级）。同时为了不影响水流

控制方程的求解，在露出水面的结点处需给定一个薄水层，一般给定其厚度为0.5cm。模型计算网格见图10.3.3 -1。

图10.3.3-1 瑞丽江模型计算网格划分图

（2） 初始条件

给定各网格点上的水位和流速。 3）不利条件下的计算结果及分析

根据不利情况下河槽平均流速为1.76m/s设计进口边界处流量边界条件：出口边界以平均水位给出。计算得到的不利情况下的流场见图10.3.3-2。

图10.3.3-2 瑞丽江模型不利情况下流场图

10.3.3.2 溢油事故源项分析 1）管道泄漏可能发生的原因 （1）第三方破坏

包括打孔盗油、非法作业和施工（对于河流，有可能为疏浚作业疏忽导致管道损坏）。 （2）不可抗力

如超出设计所依据数据范围外的洪水、地震等非人为因素破坏。 （3）机械失效

造成机械失效的可能情况是，在施工中，由于使用了质量不高的管材或者管材由于老化原因发生结构退化（磨损及裂纹），以及施工本身的质量问题。总体上，管道年代越久远，发生机械失效的可能性越大。

（4）管道自身腐蚀穿孔

一般为运行年限较长，管道防腐或阴极保护失效等引起的。（建议本条不要写在报告中，因为此种现象是多种因素导致的后果。若管道施工或实际情况均达到设计效果，发生的几率极低。） （5）误操作

包括系统故障和人为失误，也包括缺乏充分的维护。

从因管道破裂造成油品外泄的粗略统计来看，由于近年来科技进步，新建管道材质、防腐以及施工质量大幅提升，机械失效的机率降低；新技术的应用和管理水平提高，人为误操作机率也大幅下降；自然灾害虽偶有发生，但机率不高。造成管道破裂泄露的主要原因是第三方破坏，可占到泄漏量的70%～80%以上。 2）溢油量估算

成品油管道常见泄漏源有两种，一是小孔泄漏，即较小孔洞长时

间持续泄漏，按照流速大小又可以分为大、中、小型泄漏，例如在成品油管道上打孔盗油；二是大面积泄漏，即较大孔洞在短时间内泄漏出大量物料，例如整条成品油管道折断。成品油管道事故引起的油品泄漏主要有管道整体折断和小孔泄漏两种形式。 （1）小孔泄漏

根据工程可行性研究报告，输油管直径为Dmm，设计压力P0MPa,设计最大输油能力为Mt/a。为便于对突发性溢油事故进行控制，在管道穿越大中型河流的两端均安装了自动截止阀，一旦发生漏油事故，管内压力减小，阀门可以在2分钟内响应并完全关闭。

油品在管输压力竖直向上喷射，易向周围扩散(见图10.3.3-3)，此时可以忽略重力的影响。

图10.3.3-3 石油类物质输送管道小孔泄漏示意

则事故溢油量Q1的估算公式为：

Q1=t×A×v2=t×A×Cv2gH3

A=π×（D1/2×10－ ）2

(10.3.3-4)

?PV12H??

?g2gCv=

11??2

式中：Q1—孔口溢出油品量m3；

A—漏油孔口面积，m2； t—溢油时间，s； v2—孔口油品流速，m/s； v1—管道油品流速，m/s；

Cv—孔口流量系数，可由历史数据归纳和实验测的，由于管道横截面为圆形，且纵向边界在无穷远处，因此可以将泄漏孔处当作完善收缩处理，在完善收缩的情况下：Cv=k×?2,流速系数k=0.97～0.98，孔口完善收缩系数?2?1?1?0.063，则Cv=0.60～0.62；2Cv

H—泄漏孔口处油品的压力水头，m； D1—泄漏孔口直径，m；

H、D1两个参数与管道运行压力、泄漏孔的位置及大小都有关，此次预测考虑极端事故，因此取?P=P0，泄漏孔径根据国内外常用泄漏孔径经验参数取值。 （2）管道整体折断

可根据泄漏点相对于上、下游阀门的高差为正、零或负值分为3种情况。在管道发生折断关闭上游阀门前，可采用管道输送压力计算泄漏速率（即小孔泄漏），关闭阀门后，主要考虑重力作用(不考虑虹吸的影响)引起的油品泄漏。如果泄漏点与阀门之间存在翻越点（高点），则应该根据翻越点与泄漏点的相对高差计算泄漏量。

Q2＝π×（D/2×10－3）2×泄漏管段长 (10.3.3-5) （3）管道总泄漏量

事故总溢油量Q＝Q1＋Q2 (10.3.3-6)