海上溢油行为与归宿数值预测技术研究进展

近年来,庞大的能源需求促使了我国海上石油运输业和开采业的井喷式发展,也加剧了海上溢油事故的风险。一次严重的溢油事故往往会给海洋环境造成不可逆转的伤害,给经济带来无法估量的损失。因此,开展海上溢油行为与归宿数值预测技术研究是非常有必要的,能够为海上溢油应急响应提供技术支撑。本文综述了海上溢油行为与归宿数值预测技术的发展过程以及相关研究成果,包括溢油物理扩展模型、溢油漂移与扩散模型、溢油风化模型以及溢油预测模型系统,为未来海上溢油应急响应工作提供理论依据。     

基于遥感和GIS技术的墨西哥湾溢油动态分析

利用多时相的遥感影像数据和地理信息系统(GIS)的空间分析功能,对2010年发生在墨西哥湾的溢油事故进行了动态监测,并结合洋流等信息对溢油漂移趋势进行了预测。结果显示,至2010年5月1日溢油面积已达到4月25日的4倍,并且溢油漂移趋势受到洋流的作用,漂移方向与洋流方向一致。研究表明,至5月1日对溢油处理与漏油处封堵的努力效果甚微,油污面积有继续扩大趋势,油污漂移方向与洋流具有较强相关性。该研究验证了光学遥感图像可以很好地对溢油事故造成的溢油范围进行监测,结合GIS的空间分析功能和洋流等信息可对溢油面积和溢油漂移趋势进行监测与分析,从而为溢油控制与清理提供重要参考信息。     

海上冰区溢油后原油扩散与漂移研究

近年来,在世界及我国发生多次海上溢油事故,在处理海上溢油事故过程中,学习、总结、积累了一定的海上溢油应急处置技术和经验。但是对海上冰区溢油应急处置研究较少,而我国北方海域在冰区发生溢油事故的风险较高。冰区溢油的扩散与漂移和一般海上溢油有着众多不同之处,从而影响溢油的有效围控与回收。冰区溢油处于海面上的原油受水温的影响多为固态,扩散较为缓慢。溢油的漂移与冰区的特征有着重要关系。在浮冰区域,溢油会随浮冰一起漂移而不会与浮冰区域相分离,在大面积块状厚冰区域,溢油进入冰层下部后,扩散与漂移较为复杂,不利于溢油的围控与回收。     

大连海域溢油应急预报信息系统及其应用

在国外溢油应争信息系统基础上针对大连海域的特点研究开发了先进实用的“大连海域溢油模拟信息系统”，综合了三维溢油扩散模型、应急反应模型、以及电子海图、地理信息系统（GIS）、数据库等技术。不但能够快速准确地预测模拟并可视化显示海上溢油的漂移扩散、性质变化，还可以同时显示环境敏感区和应急人员设备分布等相关信息。经实际益油案例应用表明，系统的预测模拟结果与现场实验情况完全相符，可用效地提高对海上溢油污染事故的应急决策效率。     

水上事故溢油漂移轨迹预测模型研究与应用

近年来,国内外海上溢油事故频发,不仅造成巨额的经济损失,同时也对海洋及近岸海域生态系统造成了巨大危害,构建科学、可靠的海洋溢油模型对于溢油事故的处置应对、预警预报都具有十分重要的科学和现实意义。基于EFDC（Environmental Fluid Dynamic Code）、＂油粒子＂溢油轨迹和风化模型,构建了海上事故溢油漂移轨迹预测模型。通过对实际溢油事故的模拟对比证明,相对于基于对流扩散方程的传统溢油模型,＂油粒子＂算法更直观,模拟的油膜轨迹、形态更贴近实际过程。     

波流耦合作用下的海底管道溢油水下运动扩散规律研究

海流和海浪是水下溢油扩散的主要动力。基于数值模拟方法构建二维水槽模型分析了纯流、纯浪和波流耦合作用下原油从水底漂移扩散至水面的过程。结果表明波流耦合作用时溢油扩散具有纯流和纯浪影响下油粒子的运动特征,油粒子随水质点振荡的同时朝水流方向扩散。油粒子受水体的摩擦及掺混作用随其升高而变强,在油粒子上升到倾斜变化转折点时,溢油轨迹开始朝水流方向倾斜。另外,溢油量越大,引起的卷吸效应越显著,油粒子在横向和竖向上的扩散程度加剧。研究结果可为溢油事故应急处理提供参考依据。     

曹妃甸甸头海域溢油行为数值模拟研究

采用三角型网格系统结合有限体积法,建立河北省曹妃甸海域的潮流数值模型,潮位、潮流数值模拟结果与实测值符合良好,在近岸水动力场模拟结果基础上,耦合基于油粒子模式的海上溢油漂移扩散数值模型,对曹妃甸南部甸头航道交汇区域的船舶相撞溢油事故进行了数值模拟研究。研究中拟合了该区域风场与潮流涨落的不利效应的叠加,对该海域船舶相撞溢油事故各响应时间节点处油膜运动可能产生的最大漂移距离、扫海面积及运动趋势等进行了分析。     

珠江口区域海上溢油应急预报信息系统的开发研究

为了对《珠江口区域溢油应急计划》提供决策技术支持,针对珠江口海域的环境特点研究开发了“珠江口区域海上溢油应急预报信息系统”,综合有潮流快速预报模型、、三维溢油行为模型、溢油风化模型、溢油应急反应模型、以及电子海图、地理信息系统(GIS)、数据库等关键技术,数据库等关键技术,不但能够快速准确地预测模拟并可视化显示海上溢油的漂移扩散和性质变化过程,还可以同时显示环境敏感区和应急人．员设备分布等相关信息。经实际溢油案例应用表明,系统的数值模拟结果与现场实际情况符合较好,可有效地提高海上溢油污染事故的应急反应效率。     

海洋污染损害碳稳定性同位素比值差异性溯源分析实验技术——以船舶溢油污染事故为例

现行油指纹鉴别技术主要以溢油的化学组成及分布特征为依据进行溢油种类和油源鉴别。本文对于采集的来自不同油品及不同风化程度、沾污不同环境介质的样品,进行总组分的碳稳定性同位素比值（δ13C）测定,有针对性地分析具有时空关联性的样品测定结果的差异性,为溢油鉴别提供一种新的溯源技术方法,为海事主管机关开展海上船舶溢油污染事故调査处理提供多元化的证据支持。针对4种溢油风化实验样品、来自东海“桑吉”轮溢油事故、福建福清江阴港“正力洛杉矶”轮燃料油泄漏事故、福建平潭看澳锚地“鑫海盛168”轮燃料油泄漏事故的源项样品和现场污染样品,进行了总组分δ13C测定及其基于差异性分析的溯源技术研究。结果表明,不同油品的溢油风化样品δ13C随风化时间的增加而具有类似趋势的差异性变化,可用于说明相应油种的同源相关性;利用溢油事故船载货油和燃料油的δ13C差异性,能够鉴别事故海域采集溢油样品的种类;溢油事故船舶燃油舱油样和清污现场采集的溢油样品可用于与受污染环境介质采集油样的δ13C差异性溯源比对;通常环境条件下,同源相似度较高的差异性限值为两倍平行样分析误差。     

东海西湖凹陷区溢油行为数值模拟

研究东中国海中日共同开发区附近海域溢油污染的问题,在模拟水动力场的基础上模拟了海上溢油漂移扩散情况。在表层流场和风场的作用下漂移,而油膜的扩展则通过油粒子的随机走动来实现。本文以东海西湖凹陷原油为溢油油种,通过模拟分析不同季节和不同风况下的溢油事故,对溢油油膜的扫海范围进行了分析。     

海洋溢油风险分区方法及其应用

突发性海洋溢油污染事故日趋频繁,科学合理的海洋溢油风险分区可为预防和减少这类事故提供管理依据。本文基于海洋溢油风险系统研究和溢油污染事故机理分析,建立海洋溢油风险分区指标体系,提出海洋溢油风险量化模型,确定基于GIS的分区原则、分区单元、风险量化、风险分级等海洋溢油风险分区方法。以大连市近岸海域为例,应用分区方法将大连市近岸海域分为高风险区、中风险区和低风险区三类。     

感潮河网溢油归宿的数值模拟研究

基于拉格朗日油粒子模型、溢油风化模型以及三维水动力、泥沙和吸附质模型构建了溢油双层数学模型.模型不仅能够模拟油膜的运动轨迹、岸边吸附与冲刷、油品性质变化过程,而且通过耦合泥沙吸附及沉积动力学过程,能够更加客观地模拟溢油从水体向底泥环境的迁移过程,更全面地反映溢油在环境中的归宿.此外,本文以假设溢油事故为背景,模拟和分析了洪、枯季节条件下珠江广州段溢油事故对河网陆地边界、河网水质及底泥环境的影响.     

综合随机和典型情景模拟的海洋溢油事故污染危害预测评估研究

通过分析随机和典型情景模拟法的优点,构建综合这两种方法的海洋溢油事故污染危害预测评估流程和主要评估指数。以渤海辽东湾为研究区域,选取一处海洋石油平台作为潜在溢油地点,7个国家级海洋保护区作为污染受体,开展假设的海底输油管道溢油事故情景算例演示。在经验证的潮流场模拟数据和2012~2013年预报风场数据基础上,利用随机情景模拟来预测全年统计条件下溢油污染概率、危害后果等指数的空间分布,分析评估研究区域的整体污染危害风险;通过典型情景模拟来预测不利风向条件下溢油漂移轨迹与扩散范围、到达时间等指数,分析评估溢油对具体敏感目标的污染风险。应用表明,随机和典型情景模拟的结合能够提供更为全面、客观的溢油污染预测评估结果,有利于提高风险评估结论的科学性和制定有效的风险管理对策。     

河道溢油模型在三峡水质预警系统中的研究与应用

为使三峡水质预警系统有效模拟预测三峡溢油事故,建立了适应该系统的平面二维河道溢油模型。常见溢油模拟的做法是在溢油自身扩展阶段采用Fay模型、在溢油飘移阶段采取油粒子模型,而文章使用根据Fay模型进行扩展之后的油粒子模型,该模型可在溢油的自身扩展和漂移阶段同时使用。该模型结合了油粒子模型和Fay模型的长处,既解决Fay模型只能用于静止海面上的限制,又解决了油粒子模型不能模拟溢油自身扩展阶段的难题,特别适用于水域相对海洋狭小且形状复杂,水流也较复杂的河流溢油模拟。将其运用为三峡水质预警系统的溢油模拟模块,取得了较好的效果。     

海面溢油扩展,离散和迁移的组合模型

本文提出的海面溢油扩展、离散和迁移的组合模型是在溢油扩展、离散和海流、风力作用下建立的不平静海面油膜组合运动模型,同时考虑了油膜挥发和溶解损失以及油膜边缘的消失过程。利用欧拉-啦格朗日方法跟踪油膜若干边缘点的运动变化,从而预报整个油膜的行为轨迹。该模型可直接用于事故溢油预报,为溢油的围收治理提供依据,特别适用于与流场和风场数值计算模型配套,用来进行水域溢油污染风险区划研究。     

河流溢油封堵技术研究

河流水流湍急时,一旦溢油进入河流,将迅速随着水流漂移,如果不迅速对溢油进行封堵、拦截,溢油所造成的损害和污染的区域、面积将不断扩大,事故所造成的损失将加大。在开展河流溢油应急时,首先要考虑的是如何在第一时间对流入河流的油污进行有效控制,避免造成更大损失。     

水上溢油鉴别体系的研究

溢油鉴别是溢油事故调查处理的重要取证手段,文章介绍了国内外溢油鉴别体系及最新溢油鉴别方法研究情况,对国内主要鉴别方法的特点进行了对比.认为应把这些单一的、孤立的溢油鉴别技术和数据信息处理技术发展成系统的、快速的、能够实现计算机自动比对的、支持溢油应急决策的集成化技术.     

浅谈溢油模型的发展及其应用设想

在溢油模型模拟溢油扩散、漂移的轨迹及其归宿的基础上提出溢油反向运算既反推的发展设想，扩展其功能，增加其应用，形成完整的溢油模型，并将该溢油模型运用于海事管理工作中，为海事管理工作服务。     

基于IWIND-LR模型的河流突发性溢油事故模拟与应急响应分析

为在溢油事故发生后立即采取有效的应急管理措施,降低事故危害,利用IWIND-LR模型对我国西部某河流进行了突发性溢油事故模拟,通过设定不同的流量情景,对比分析了各种条件下的油膜迁移规律。结果表明:所建的预测模型能够对泄漏油品在河流中的迁移路径进行快速的模拟和预测;在分析油膜到达各拦截点所用时间的基础上,明确了各拦截点在应急抢险中的作用,并提出应急处理处置中围油栏布设与溢油回收技术。该研究可为河段突发管线溢油事故的应急管理工作提供一定的决策支持。     

突发水污染事故风险预测中数学模型的研究

为了预防和控制潜在的水环境风险,准确预测水体中污染物的迁移和扩散情况,采用溢油扩延计算模式、油膜漂移分析计算方法和可溶性危险化学品一维瞬时扩散模型预测突发性污染事故对水体造成的影响。并以江南某航道为例,模拟船舶在船闸碰撞后发生溢油扩散、可溶性危险化学品扩散,进而提出一些风险防范的建议。该预测模型预测水体中污染物的实时浓度,分析污染水团的轨迹变化,有广泛的应用价值。