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。     

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。     

外海抛泥过程中悬浮泥沙扩散输移的数值模拟

建立了平面2D潮流和增量悬沙输移扩散的数学模型,通过非结构网格的有限单元法离散求解.应用该模型对苍南电厂港池和航道疏浚物抛泥过程中悬沙扩散输移模拟,模拟结果与工程施工过程的监测结果吻合较好,数字化的再现了抛泥过程中悬沙的输移扩散机理,为苍南电厂港池和外航道疏浚物倾倒区选划和环境影响评价提供了依据.     

Y型河流交汇区污染物扩散模拟研究

自然河流交汇常形成复杂的水流结构,使得交汇区污染物输移扩散规律难以明晰。文章通过建立平面二维自由表面流MIKE 21 FM模型,对中国西南某Y型河流交汇区的污染物进行数值模拟研究。当汇流比分别为0.50、0.67时,COD形成的污染带面积较汇流比为0.33时分别增加30.0%、93.8%,纵向浓度梯度降低1.8%、3.2%,横向浓度梯度增加1.1%、2.3%,交汇后未出现明显的COD均匀混合位置;NH3-N污染带较汇流比为0.33时分别增加4.4%、10.6%,纵向浓度梯度降低1.9%、3.3%,横向浓度梯度增加2.3%、3.3%,在汇流比为0.33、0.50、0.67时分别于1 820、1 960、2 050 m处均匀混合。结果显示,较大的汇流比会导致污染带分布变广、污染物纵向浓度梯度变小、纵向扩散距离变长,同时,汇流比的增加会增大污染物的横向浓度梯度变化,加剧污染物在交汇口的扩散趋势。     

潮汐河口区河汊与干流之间污染物输移过程模拟方法研究

利用一维圣维南水动力方程和二维浅水潮波方程模拟潮汐河口区河汊与干流之间水流衔接冲天 此基础上利用正交曲线坐标系下和直角坐标系下的二维对流扩散方程，并结合拉格郎日水团追踪法，模拟污染物在潮汐河口区河汊与干流之间的输移街接过程。最后论述此方法在珠江口虎门某工厂排污的预测中的应用。     

FPSO原油外输作业溢油风险评价系统研究

本文简要介绍了FPSO原油外输作业中溢油风险评价的方法,拟采用模糊综合评价方法,构建一套FPSO原油外输作业溢油风险评价系统。该系统可实现风险预报及风险措施建议的功能,有助于加强对FPSO外输作业中溢油风险分析和管理,为降低溢油风险、预防溢油事故提供基础支持。     

汕头港湾附近水域潮流特征和污染物扩散的数值计算 Ⅱ.汕头港湾附近水域污染物的扩散数值模拟

本文在对汕头港湾附近水域的潮流特征进行数值模拟并获得了潮流和余流场分布信息的基础上，通过特定排放源的数值模拟，研究了该水域污染扩散条件及输运规律。     

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。     

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.     

街道峡谷内不同车道污染物扩散的数值模拟

为掌握不同位置车道污染物的扩散规律,提出降低街道峡谷内居民与行人交通源暴露水平的可能途径,采用二维k-ε两方程模型和组分输运方程对典型结构双车道街谷内的流场与不同车道污染物的扩散进行模拟,模拟结果与风洞试验结果相符合. 研究发现:迎风车道的污染物更易于向街道峡谷外部扩散;不同位置车道的污染物均在背风侧堆积,可使两侧人行道暴露水平相差5倍. 街道峡谷底部污染物分布对车道位置较敏感,车道位置向街道峡谷中部靠拢,将使得背风建筑物底部及人行道的污染物浓度明显降低;迎风侧污染物浓度对车道位置不敏感,但当车道位置处于迎风侧次级旋涡内时,将导致迎风建筑物底部及人行道的污染物浓度近乎成倍增长. 将车道位于街道峡谷中部,优先采用道路两侧绿化,是增加行人舒适度和减少行人交通源暴露水平,并改善大楼低层住宅及底部出入口、临街商铺等人群活动区空气质量的可行途径之一.      

石油污染物在土壤中运移的数值模拟初探

针对大庆石油管理局宋芳屯油田开发建设的实际情况，分析了石油污染物在土壤中运移的规律，并建立了非饱和带污染物迁移和地下水运动模型。通过求有限元数值解，利用该模型对石油污染物在土壤中的迁移情况进行了模拟预测，结果显示了石油污染物可能对土壤造成污染的范围和影响程度。     

城市小区气象与污染扩散数值模式建立的研究

建立了一个城市小区尺度模式。该模式为三维非静力高分辨，取κ-ε湍流闭合方案。除考虑空气动力学作用外，引入了作为城市特征的街区建筑物布局及其高度、朝向和对短波辐射的遮蔽以及不同地表利用类型等特征影响，用强迫-恢复法计算地面温度，同时加入了污染物平流扩散方程。模式经专门布置的实测资料验证并用其模拟了北京一个小区中的气象条件和污染物扩散特征。结果表明：模式能够较合理的地反映由于建筑物遮蔽造成的温度差异以及不同下垫面上的温度变化；能够较好地模拟实际气象条件下的气象要素场特征和不同建筑物布局和土地利用类型的气象要素场特征，风场与观测比较一致；NOx浓度的模拟基本上反映了小区整体污染物浓度的变化趋势和特征，与观测值有一定的可比性；模式对不同城市小区可有良好的模拟能力。     

钱塘江感潮河段污染物迁移扩散数值分析

感潮河流由于受到潮汐的作用,污染物会因潮汐的涨落作用沿河道往复运动,影响用水安全.以高锰酸盐指数作为主要水环境指标,分析了钱塘江感潮河段上游富阳水文站监测到的持续高锰酸盐污染物输入情况下对下游河段的影响,旨在得到不同水期情况下之江站污染物出现的时间,作为取水安全预警指标参考.同时,基于潮流连续性方程、动量方程和污染物扩散方程,模拟计算了9种流况下污染物的迁移扩散过程.结果显示,径流处于平水月份时,之江站最早受到上游污染物影响,其次是枯季,最后是洪季,说明径流作用有利于污染物向下游迁移扩散.在大潮作用下,之江站一般最晚受到上游污染物影响,中潮次之,最早受到影响的是在小潮情况下.说明在感潮河段,由于受到下游潮流的影响,对污染物往下迁移有一个阻滞作用,且潮流越强阻滞作用越明显.本文构建的潮流水质模型可作为污染物在感潮河段迁移扩散机理研究的模型基础,对于制定降低污染物迁移扩散对地表水环境质量影响措施具有现实意义.     

海南岛地区大气输送和扩散特征的数值模拟

采用中尺度气象模式WRF及风场诊断模式CALMET,结合轨迹分析和拉格朗日随机游走模拟方法,分析了海南岛地区低层大气中尺度水平输送和扩散特性,并计算了各季平均大气扩散模态.结果表明,该区域大气污染物的扩散和输送主要受到大尺度背景环流、海陆风等局地环流及地形绕流等的影响.海陆风局地环流是沿海城市源排放的大气污染物向海南本岛输送和扩散的主要机制.北部城市海口的大气扩散对岛内影响最大,冬季平均影响范围可覆盖西北半部;春、秋季主要影响西北和北部区域;夏季对本岛的影响仅限于北部沿岸.南部城市三亚的大气扩散对岛内影响较小,秋季向西南海面的扩散对本岛几乎没有影响;冬、春季对三亚以西沿岸的影响有所增加;夏季扩散影响全面指向岛内,并因地形的作用而东、西向大角度扩展,影响海岛南部的大部分沿岸地区.西北部昌江的平均输送扩散方向与当地海岸线的走向基本一致,污染影响不易深入到岛内.其中,秋季扩散影响以偏西南方向为主,仅对昌江西南部分海岸有少量影响;冬、春季扩散形态类似但影响范围扩大到以东方市为代表的低山盆地地带;海岛西北部大部分沿海地带可受到昌江夏季扩散的影响,但平均扩散方向指向东北偏北的海面.     

Wind tunnel simulation of airflow and pollutant diffusion over complex terrain

A wind tunnel simulation of airflow and pollutant diffusion has been conducted for Mt. Tsukuba, a rather isolated mountain. the wind tunnel simulation was carried out in the Thermally Stratified Wind Tunnel of the National Research Institute for Pollution and Resources. The scale of the topographic model was 1/7500 for the horizontal and 1/5000 for the vertical. A nocturnal inversion was simulated in the wind tunnel by heating the airflow to 40°C and chilling the floor of the test section at 10°C. The wind tunnel free stream speed was 0.5 m s⁻¹. The airflow was found to be satisfactorily simulated in the wind tunnel.The upstream flow stagnation, the dividing streamline and the wake in the lee of the mountain were reproduced.     

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。     

Numerical simulation of the sedimentation of cylindrical pollutant particles in fluid

The sedimentation of cylindrical pollutant particles which fall through a fluid is investigated. Differing from previous research work,particle oscillation and effect of particle on the fluid are considered, and the torque exerted on a particle when viscous fluid flow around a particle is got through experiment and included in the numerical simulation. The computational results showed that the sedimentation velocities of particle increase slowly with the increase of particle aspect ratio 9. For disk-like particle, when the motion direction of particle is parallel to axis of particle, particle falls more slowly than the case of perpendicular to axis of particle; while for rod-like particle, it is inverse. For sedimentation of a crowd of high-frequency oscillating cylindrical particles with arbitrary initial orientation, both vertical velocity and horizontal velocity oscillate dramatically, the degree of oscillation of the former is stronger than the later. A crowd of particles fall more quickly than an isolated particle. Particles tend to strongly align in the direction of gravity. The computational results agreed well with the experimental ones and helpful for controlling of pollutant particles.     

城市立体交通系统中污染物传播特性数值模拟

构建了一个包含交通转盘、隧道、高架桥和下沉式公交站的立体交通几何模型,建立了该系统中流体流动与污染物传播的耦合数学模型,数值分析了环境风变化时,该系统中流体流动与气态污染物的传播规律.结果表明,环境风向的变化直接改变了公交站区域流体的流向途径,在公交站区域;北风时的平均污染物浓度是西风时的3.5倍,而在转盘中央区域,北风时平均污染物浓度是西风时的5倍.西风时,环境风速从0.5m/s增加到3.5m/s,东侧公交站区域的平均污染物浓度减少95.21%;交通隧道内,环境风速的增加使空气流通速度增加,污染物浓度迅速降低.     

Characterization of water-in-crude oil emulsions in oil spill response

The formation of water-in-crude oil emulsions occurs when crude oils are spired into sea. The water-in-crude oil emulsions significantly change the properties of the spilled crude oils and in turn influence the choices made relating to oil spill countermeasures. The water-in-crude oil emulsions were characterized using various techniques in this study. The environmental scanning dectron microscopy observation of water droplets in the emulsions is also presented. It is a powerful tool in emulsion observations.