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。     

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。     

奥里油漂移扩散特性的实验及数值模拟研究

奥里油是我国目前大量进口的一种新型燃油,由大型油轮从委内瑞拉海运至中国湛江港口。文章以其在运输过程中可能发生的溢油事故为研究对象,对奥里油在水体中的漂移扩散过程进行了数值模拟以及相关实验。考虑到溢油扩散主要是受油品本身的性质(油类、油量、密度、黏度等)以及水流、风速的影响,文章尝试采用计算流体力学FLUENT软件中的VOF模型进行扩散模拟,以水槽溢油实验为模型建立基础,对三维无风速情况下进行气-油-水三相模拟,根据模拟得到的溢油扩散相图与实验所观察的溢油扩散轨迹比较可得出:FLUENT软件中的VOF模型能很好的模拟奥里油溢油扩散运动的情况,其结果与实验观察结果非常吻合。     

东吾洋关门渔港邻近海域溢油模拟分析

利用MIKE21 HD水动力模块对福建东吾洋附近海域进行潮流数值模拟,通过与实测资料对比,对模型计算的潮位、流速及流向进行验证。验证结果显示,数模结果与实测值吻合较好,该潮流数值模型可以反映当地水动力情况,并作为溢油模块的水动力基础数据。基于欧拉-拉格朗日“油粒子”理论,考虑油膜运动过程中扩散、漂移、风化等过程,建立了东吾洋关门渔港邻近海域二维溢油扩散模型,模拟不同潮时（涨憩、涨急、落憩及落急）发生溢油,考虑不同风况（静风、夏季盛行风及冬季盛行风）,分析不同情况下的溢油油膜漂移路径、漂移路程及扫海面积。结果表明,关门渔港附近溢油漂移扩散主要受潮流和风场影响,其中风场起主导作用。24 h内油膜最大扫海面积及漂移路程均出现在落憩静风时溢油,分别为6.66 km2及17.63 km。除落憩冬季风情况下溢油外,其余各情况溢油均在关门水道附近随潮流来回移动,最终到达东安岛西南侧弥勒湾内。     

深海溢油输移扩散模型研究

在对深海中泄漏的油气混合物在海洋环境中的输运过程及行为变化的分析基础上,建立三维深海溢油输移扩散模型。该模型采用拉格朗日积分法模拟溢油在近区的水下浮射扩散过程,应用粒子追踪法模拟油滴在水下远区的对流扩散以及油膜在海面的漂移扩散过程,并考虑了油气分离输移、气体溶解、天然气水合物形成与分解等复杂行为对溢油运动轨迹的影响。应用该模型数值模拟了两个大型深海溢油现场试验,结果显示溢油在水下环境中的时空分布模拟结果与现场监测数据符合较好,表明该模型具有较高的准确性和实用性,能够为深海溢油的防治管理提供理论与技术支持。     

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。     

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。     

油粒子体积对扩散的影响及油膜粒子化改进

在应用油粒子法模拟溢油运动时,特征油粒子在体积和油膜粒子化方法上可以有多种选择,文章就不同特征体积的油粒子对溢油面积的影响进行了分析和比较,结果显示,溢油量相同时,特征油粒子的体积每减小一倍,溢油扩散面积增加14%-25%,减小10倍时,达到31%-43%.针对溢油扩散面积计算不足的情况,已有学者提出用"两阶段"法进行...     

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。     

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。     

辅以纹理特征的HJ-CCD海上溢油信息提取 ——以PL19-3溢油为例

鉴于依赖光谱特征的传统溢油信息提取方法面临信息提取精度低的困境,提出采用光谱特征与纹理分析结合的方法应用于溢油监测.选择位于渤海的蓬莱19-3油田溢油事故为研究对象,基于覆盖溢油事故阶段的8景30m分辨率HJ-CCD数据,在溢油目标提取过程中,引入了方向性纹理特征分析,将主成分光谱降维、方向梯度边缘检测等技术相结合,形成了基于光谱与纹理特征的溢油信息提取技术.所述方法经8组数据检验后,用类间分歧度方法进行了对比评价.结果表明:将纹理分析方法应用于溢油信息提取,类间分歧度提高到1.9999,提高了油膜影响边界和油膜厚度分区识别能力.     

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.     

有冰海区中的溢油行为

在冰海区中的溢油事故直接污染海洋环境。本文介绍了国外对溢油在有冰海区中行为的研究。研究表明，与温水中有很大的不同在于，结冰海区溢油行为与冰的密集度、冰厚及冰的类型等有关。本文学介绍了国内第一个为海洋管理服务的渤海有冰海区溢油行为数值计算模拟。     

渤海海底管线溢油污染预测模型

鉴于目前的溢油模型主要是针对海面溢油的情况,本文提出了预测海底管道出现裂纹和腐蚀形成的小孔时发生溢油的模型.预测在海底管线上某一位置处的蠕孔漏油后,油的浓度超过某一规定浓度的范围,海面上形成油膜的起始位置,估计油膜是否能到达海岸线,以及被风浪携带到海岸线上的原油量.本文还给出了一个基于渤海自然状况及原油性质的算例.结果表明,该模型可以为海底管线上蠕孔溢油的污染情况预测提供参考.     

浓度层析荧光光谱局部匹配溢油鉴别技术

溢油事故的频繁发生对海洋环境造成极大的影响,建立一种快速、准确、经济的现场溢油检测技术及时对事故作出响应有着重要的意义.针对海洋环境中溢油样品浓度和油源都未知的情况,对于溢油可疑样本,获取其浓度参量同步荧光光谱(concentration-synchronous-matrix fluorescence,CSMF),通过在浓度维度上进行插值处理获取的样品的CSMF浓度层析荧光光谱.而对于肇事溢油样品,无需进行脱水浓缩等预处理,只需取现场样本逐级稀释获取小浓度范围内的CSMF局部谱图,并将之与可疑油样大浓度范围内的CSMF浓度层析荧光光谱进行曲面匹配,利用最小二乘法确定最佳匹配光谱,最佳匹配的可疑油样即满足最近油种符合度,而对应的浓度即为待测样本的初始浓度值.对原油样品集交叉检验的结果,样品的识别准确度为92%.该油种鉴别方法快速,准确,并可以同时实现油种鉴别和单位体积内溢油含量的定量.     

海域移动源溢油污染事件寻源搜索方法研究

本文建立了基于水动力学模型潮流场模拟、风场数据及其求逆耦合的海域溢油污染事件寻源搜索数学模型。以海域水动力学模型模拟溢油油膜发现时刻前该海域的潮流场,并建立潮流场数据库;收集并建立溢油油膜发现时刻前该海域风场数据库;建立风、流场逆向耦合的溢油寻源搜索数学模型,并通过与研究海域电子海图的幕景叠置,反向递推搜索海域溢油污染事件源。以广西防城港海域溢油污染事件为例,验证方法的有效性:文中建立的溢油寻源搜索方法数学模型,以水动力学模型数值模拟、风场数据及其求逆耦合为基础,保证了方法的可靠性;同时采用保持原油膜包络范围的方式又为海域溢油污染事件进一步的精确定位提供合理的搜索空间。     

基于可分离性指数的溢油图像定量分析

鉴于许多溢油监测技术都缺少量化指标,为了评价溢油监测方法,提出一种基于数学统计模型的评价指数——可分离性指数SI,通过对TM影像的处理,验证了利用油膜光谱曲线确定溢油监测通道的可行性,评价了几种图像增强的方法,得出高斯拉伸与直方图均衡化增强处理较佳,并经过反复试验建立数学描述性评价指标。结果证明该指数能够有效评价溢油监测方法。