Page 127 - 水利学报2021年第52卷第6期

动至太浦河与 4 条支流交汇形成的节点，随后一部分油粒子沿太浦河继续向下游运动，另一部分油粒
子沿支流 2 运动。此时，支流 1、支流 3 和支流 4 均为入流河道，太浦河及支流 2 为出流河道，两条河
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道的油粒子数量分别为 1683 个和 114 个，流量分别为 297.3 m /s 和 20.3 m /s。由此可见，出流河道油
粒子数量与其流量大小成正比，说明流向因子判断法能够以出流河道流量为权重，正确模拟油粒子
在河网水系的迁移和分配过程。
对于复杂河网水系，由于其河流宽度普遍比较狭窄，加之油膜在溢油初始阶段的机械扩展速度
较快，可以在溢油后的较短时间内沿河宽方向扩散均匀，因此，油粒子沿出流河道的漂移数量与出
流河道宽度成正比，即出流河道宽度越大，向该河道漂移的油粒子数量越多。此外，出流河道流速
大小也是影响油粒子漂移方向的关键因素，即出流河道流速越大，油粒子向该河道漂移的概率越
高。同时，河网地区各河道水深通常相差不大。因此，综合考虑油粒子流向概率与河宽、流速及水
深的关系，以出流河道流量为权重判断油粒子流向的方法是合理的。
目前，油粒子模型在河流溢油污染模拟中开展了一些应用研究 ［20］ ，取得了较好的预测效果，但
是在油粒子漂移方向判断上，其与现有应用于海洋、海岸等开敞水域的油粒子模型并无本质区别，
也是基于二维或三维水动力模型的流场预测结果，按照对流方程计算其漂移轨迹，仍然无法应用于
众多河流交汇形成的复杂河网水系，使油粒子模型的应用场景受到一定限制。本研究通过定义出流
河道流向因子及其判断区间，在流向概率与流量大小间建立联系，从实际预测效果来看，较好地解
决了一维河网水动力模型预测结果无法决定油粒子漂移方向的问题。
为了进一步分析自然风化过程对溢油漂移和归宿预测的影响，将不同典型时刻油粒子的空间分
布绘于图 3。如图所示，在溢油发生的初始阶段，由于各支流流向大部分为流入太浦河，因此，从 1
月 1 日 10∶00 到 1 月 5 日 00∶00，油粒子总体随水流沿太浦河向下游移动，部分溢油短时间进入支流，
最终又汇入太浦河，因此形成了两条溢油带，总长度约为 900 m（图 2（a）），在蒸发和河岸吸附等风化
因素的作用下，油粒子总质量减小为 854 g，相对于初始质量减少了 57%。随后，油粒子开始向周边
河网水系扩散，进入太浦河支流，影响范围逐渐扩大（图 2（b））。1 月 8 日 11∶00 溢油进入拦路港，此
时距事故发生 169 h，油粒子总质量为 528 g。1 月 9 日 13∶00 油粒子进入黄浦江，总质量进一步减至
398 g。最后，受上游径流和下游潮汐的双重影响，溢油沿黄浦江往复震荡并逐渐向下游入江口漂移。
除了自然风化过程，人为打捞措施也是影响油粒子漂移和扩散的重要因素，模型通过设置打捞
范围和打捞率，模拟围油栏、吸油毡、消油剂等溢油回收和消除措施。假设在溢油事故发生 24 h 后

（a）2000 年 1 月 4 日 10∶00 （b）2000 年 1 月 6 日 10∶00

（c）2000 年 1 月 8 日 11∶00 （d）2000 年 1 月 9 日 13∶00
图 3 典型时刻油粒子空间分布
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