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。     

中文Windows环境下的海上溢油预报系统

本文以辽东湾为示范海区，建立了中文Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下的海上溢油预报系统。采用已经验证的环境动力和溢油行为模型，可提供海面油膜的位置和覆盖面积，水体中油的浓度分布以及溢油的比重、粘度、蒸发量、残留量、平均厚度等物化参数的实时预报信息，或用于溢油的环境风险评价。系统界面友好，输入方便，操作简单，反应快捷、后处理功能完备，并具有可扩充性。     

渤海溢油应急预报系统

本文建立的渤海溢油应急预报系统，采用目前比较成熟的环境动力和溢油行为模式，提供海面油膜的位置和覆盖面积，水体中油的浓度分布及溢油的比重，粘度，挥发量，残留量，平均厚度等物化参数的实时预报信息。适用于渤海海域的溢油应急报和环境风险评价。系统界面友好，操作简单，反应快捷，后处理功能完工具有可扩充性。     

海面原油的挥发

本文对于海面溢油的扩散及其挥发现象,进行了简易的模型试验研究。采用以前发表过的计算原理进行了挥发过程中的空气动力学的计算。文中对热动力学部分,即油的特性与油的风化过程,也进行了详细的的描述。将实验室数据与海洋现场实测数据进行比较后。证明该模型是成功的 同时也证明,在波浪的作用下,油与水的混合对溢油挥发的影响很小,可忽略不计,鉴于在实验室试验初始阶段,尚不能确定波浪与乳化作用对溢油挥发的影响程度,我们有目的地使油的扩散模型尽可能简化。本文给出了计算油膜边缘扩散速度的公式,并提出油膜临界厚度这一概念,小于这一厚度,油膜停止扩散。继而指明了影响溢油挥发的重要因素。本文还列举了溢油挥发的实例,并叙述了风速与温度对溢油挥发的影响。     

浙江金塘港海域溢油扩散数值模拟研究

本文针对浙江舟山澳洲活牛进境加工项目可能的溢油事故,预测分析溢油油膜的扩散漂移对周边海域的影响。首先采用MIKE21 HD模块建立了舟山海域二维潮位模型,在利用实测水文数据对模型验证的基础上,通过MIKE OS模块模拟溢油油膜的扩展、输移和风化过程,计算了在航道和靠泊平台发生溢油时不同工况下油膜的扩散输移过程。对比分析计算结果表明:油膜的扩散输移与油品泄漏地点、溢油发生时刻、流场特征以及风速风向相关;静风时,油膜运动由涨、落潮流主导,随水流流动扩散输移,24 h最大扫海面积为195.74 km2;夏季主导风向SE向风条件下,向杭州湾开敞水域输移,不受岸线和岛屿的阻挡,扩散范围更广,24 h最大扫海面积为209.71 km2;不利风向NW向风条件下,油膜在金塘岛南侧岸线和周边岛屿沿岸堆积,24 h最大扫海面积为131.99 km2。     

环境风险评价中溢油模式选择及实例分析

《建设项目环境风险评价技术导则》(HJ/T 169-2004)中,突发事故溢油的油膜计算采用P,C,Blokker公式,该模式假设油膜在无风的条件下呈圆形扩展,具有一定局限性。Fay理论揭示了油膜自身的扩展机制,但在实际应用中应考虑流场及风场对油膜扩散的影响,在风和流场的作用下油膜成椭圆形扩展,椭圆长轴在风和流场的合成方向上。建议在环境风险影响评价中采用Fay模式并考虑风速和流速影响,实例研究表明该模型操作性和可行性较好。     

渤海冰区溢油预报微机系统

本溢油预报微机系统针对渤海冰区。文中叙述了系统的结构，冰区溢油模拟方法及输入／输出的形式。除了溢油的时间、地点、溢油量等数据，用户还需输入风场条件和冰场初始条件。该具有特征；模拟瞬时或连续溢油源、动态图形输出显示油膜的分布及质心轨迹，界面友好、易于 、运算快速且有效、该系统可用于同事故发生时进行清除决策并对于可能溢油情形进行环境监评价。     

油品码头溢油事故环境影响评价探讨及实例分析

结合深圳大鹏湾某油库码头建设项目的环境影响评价工作,展开了海域突发性溢油的环境风险评价。通过对溢油进入水域后行为及归宿的分析,对海面溢油油膜的扩展范围和在围油栏作用下油膜下油滴的输移进行了模拟计算,为油品码头突发性溢油事故的应急处理和决策提供了科学依据。     

近岸溢油的全动力预测方法研究

常用的溢油预测方法有经验公式模式和全动力溢油漂移模式，以往工作中，全动力模式仅用于油膜未靠岸的情形。本文探讨了全动力溢油漂移数值模式在近岸溢油漂移预测中的应用，初步探讨了油膜靠岸后相应的边界处理方式的质量守恒控制方法。以渤海湾大港油田溢油为例。进行了数值试验，预测了油膜在风和海流共同作用下漂移的路径、距离和油膜影响的海域和海岸带范围。证明了油膜靠岸后全动力溢油漂移数值模式进行溢油漂移预测的可行性。     

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。     

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.     

河道溢油事故环境风险评价中若干关键问题探讨

河道溢油事故已成为内河道突发性水环境污染的主要问题之一,尤其水源地突发性污染事件日益增多,对社会、经济和河道生态环境造成严重的不良影响。新建的水上项目必须通过溢油风险评价来分析项目建设投产后对周边的环境影响,目前溢油风险评价尚无统一的方法,且风险分析不够深入。本文基于国内外经典的油膜动力学模型及统计学等理论,明确溢油事故环境风险评价中事故源强、事故概率、溢油油膜影响范围、风险应急时间以及水厂吸水口关闭时间等几个关键问题的分析方法,以期进一步提高河道溢油事故的环境风险评价水平。     

海上溢油扩散图像处理的非线性方法研究

针对海上溢油应急处理问题,本文主要对溢油的初级行为--扩散进行探讨.提出了采用溢油扩散图像来预测溢油扩散未来发展趋势的3步非线性处理过程,即图像边缘检测、面积计算和面积预测,对这一过程中应采用的方法进行了分析与比较.并以奥里油在静止海水中扩散为范例,在MATLAB环境下,利用非线性方法对扩散图像进行边缘监测,通过对梯度算子阀值的调整来计算完整的油膜覆盖面积,并将其计算结果进行BP神经网络预测.结果表明:采用Roberts边缘算子可以得到很好的边缘检测结果,采用BP神经网络获得的面积预测结果与实验结果吻合程度较好.     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

三维溢油动态预报模式

基于“油粒子”概述建立了模拟海上溢油行为的三维数值模型。模型运用确定性方法模拟平流过程，采用随机性方法模拟湍流扩散过程，“粒子扩散”方法避开了“平流－扩散”传统数值方法所导致的伪扩散效应，同时将油由于自身特性和扩展与受环境动力作用的被动扩展融为一体，较好地解决了油膜的扩散和破裂问题，通过模拟结果与卫星遥感监测资料的比较表明，模拟的溢油漂移方向误差不超过２０°，厚油区的分布面积与卫片资料基本一致。     

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。