مدلسازی عددی دو بعدی سرنوشت آلودگی نفتی در آب های ساحلی با استفاده از نرم افزار Telemac-2D

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد مهندسی عمران- سازه های هیدرولیکی، بخش مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهیدباهنرکرمان

2 بخش مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهیدباهنرکرمان

3 مهندسی عمران-سازه های هیدرولیکی، بخش مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهیدباهنرکرمان

10.22125/iwe.2020.120735

چکیده

در این تحقیق به منظور شبیه سازی حرکت لکه نفتی از روش عددی ترکیبی اولری-لاگرانژی استفاده شده است. معادلات حاکم بر پدیده با استفاده از مدل جریان دو بعدی افقی Telemac-2D حل شدند. در این مدل از روش اجزاء محدود برای گسسته­سازی معادلات حاکم بر جریان آب، استفاده می شود.در مرحله شبیه­سازی فرایند جابجایی، سرعت لکه نفتی که وابسته به سرعت جریان و سرعت باد است، توسط مدل انتقالی خالص محاسبه شد. سپس این سرعت در مدل احتمالاتی انتقال-انتشار با رویکرد لاگرانژی بکار رفته است. در نهایت موقعیت لکه نفتی در زمان­های مختلف تعیین شده است. لازم به ذکر است که در این مرحله با فرض آرام بودن آب­های ساحلی، از اثر امواج صرف نظر شده است. در مرحله شبیه­سازی فرایند های هواشناسی، ابتدا به منظور مدل­سازی پهن­رفت به عنوان مهمترین عامل از مدل Fay با فرض اثرگذار بودن نیروهای جاذبه و ویسکوزیته استفاده شد. در ادامه با محاسبه مساحت ذرات، معادله تبخیر حل گردید. نتایج نشان داد که معادله نهایی تبخیر به صورت تابعی از دمای نقطه جوش و نوع نفت می باشد.بر اساس مقایسه نتایج بدست آمده در این مطالعه، با نتایج Goeuryو همکاران، مدل دو بعدی حاضر درمساله تبخیر گازوئیل دارای RMSE=0.414 و در مساله انحلال RMSE=2.97 است که بیانگر دقت مناسب و قابل قبول این روش می باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Two dimensional numerical modeling of oil spill fate in coastal waters using Telemac-2D

نویسندگان [English]

  • Pooya Abousaidi 1
  • Mahnaz Ghaeini-Hessaroeyeh 2
  • Ehsan Fadaei-Kermani 3
1 M.Sc. Graduate, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, PO Box 76169-133, Kerman, Iran
2 Shahid Bahonar University of Kerman
3 Ph.D. Graduate, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman,
چکیده [English]

In this study, combined numerical Eulerian-Lagrangian method was used to simulate the movement of and assess the fate of oil spills. Momentum and continuity equations of two-dimensional horizontal flow and transport equations of oil pollution were obtained from Eulerian and Lagrangian methods and solved by a two-dimensional horizontal flow model, Telemac-2D. The finite element method was used for discretizing the governing equations.At the simulation stage of transport process, oil spill velocity which is depended on wind and current speed was computed from net transport model and then substituted into stochastic advection-diffusion model by Lagrangian approach. As a result, the location of the oil spill was provided at different times. It is necessary to point out that the effect of the waves was ignored based on the assumption that coastal currents were weak. At the simulation stage of weathering processes, Fay model was used to model spreading as the most important factor considering gravity and viscosity effects. Then, the surface area of the particles was calculated to solve the evaporation equation. Here, the final evaporation equation was described as a function of oil boiling point and its type. Comparison between results of the present study and Goeury et al. shows that Root Mean Square Error (RMSE) calculated for two-dimensional model in gasolineoil evaporation and dissolution problems are 0.414 and 2.97 respectively which is shown its reasonable accuracy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Oil pollution transport
  • Numerical Model
  • Euler-Lagrange method
  • fate of oil spill
ASCE Task Committee on Modeling of Oil Spills, 1996. State-of-the-art review of modeling transport and fate of oil spills. Journal of Hydraulic Engineering, 122(11): 594-609.
Boethling, R.S. and Mackay, D., 2000. Handbook of Property Estimation Methods for Chemicals: Environmental Health Sciences. CRC press.
De Dominicis, M., Falchetti, S., Trotta, F., Pinardi, N., Giacomelli, L., Napolitano, E., Fazioli, L., Sorgente, R., Haley Jr, P.J., Lermusiaux, P.F. and Martins, F., 2014. A relocatable ocean model in support of environmental emergencies. Ocean Dynamics, 64(5): 667-688.
De Padova, D., Mossa, M., Adamo, M., De Carolis, G. and Pasquariello, G., 2017. Synergistic use of an oil drift model and remote sensing observations for oil spill monitoring. Environmental Science and Pollution Research, 24(6): 5530-5543
Fay, J.A. 1969, “The Spread of Oil Slick on a Calm Sea”, Hoult, D.P.(Ed), Oil on the Sea. Plenum Press, New York, NY: 53-63.
Goeury, C., Hervouet, J.M., Baudin-Bizien, I. and Thouvenel, F., 2014. A Lagrangian/Eulerian oil spill model for continental waters. Journal of hydraulic Research, 52(1): 36-48.
Lavine, W., Jamal, M.H., Abd Wahab, A.K. and Kasiman, E.H., 2019. Effect of sea level rise on oil spill model drift using TELEMAC-2D. Journal of Water and Climate Change.
Mackay, D. and Matsugu, R.S., 1973. Evaporation rates of liquid hydrocarbon spills on land and water. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 51(4): 434-439.
Maslo, A., Panjan, J. and Žagar, D., 2014. Large-scale oil spill simulation using the lattice Boltzmann method, validation on the Lebanon oil spill case. Marine pollution bulletin, 84(1-2): 225-235.
Osamor, F.A. and Ahlert, R.C., 1978. Oil/water Separation: State-of-the-art (Vol. 1). Environmental Protection Agency, Office of Research and Development, Industrial Environmental Research Laboratory.
Simecek-Beatty, D., and Lehr, W. (2016) “Standard Handbook Oil Spill Environmental Forensics (Second Edition): 1015–1037.
Stiver, W. and Mackay, D., 1984. Evaporation rate of spills of hydrocarbons and petroleum mixtures. Environmental science & technology, 18(11): 834-840.
Tkalich, P. and Xiaobo, C., 2001, March. Accurate simulation of oil slicks. In International Oil Spill Conference (Vol. 2001, No. 2, pp. 1133-1137). American Petroleum Institute.
Whitman, W.G., 1923. The two-film theory of gas absorption. Chem. Metall. Eng., 29, pp.146-148.
Xu, J., Hao, Z., Wang, Y., Liu, J., Liu, G. and Zhang, Y., 2019, April. Modeling and numerical simulation of oil spill at different positions of blunt body. In 2019 3rd International Forum on Environment, Materials and Energy (IFEME 2019). Atlantis Press
Yu, F., Li, J., Cui, S., Zhao, Y., Feng, Q. and Chen, G., 2016. A hindcast method to simulate oil spill trajectories for the Bohai Sea, Northeast China. Ocean Engineering, 124: 363-370.
Zhang, B., Perrie, W., Li, X. and Pichel, W.G., 2011. Mapping sea surface oil slicks using RADARSAT‐2 quad‐polarization SAR image. Geophysical Research Letters, 38(10).