A review on submarine oil and gas leakage in near field: droplets and plume

The 2010 Deepwater Horizon spill remains the largest catastrophic release of oil and gas into the deep sea. The irrupted oil and gas substantially impact a marine ecosystem, cause human injury, and have high societal opinions. Therefore, understanding the transport and dispersion of subsurface hydrocarbon provides an imperative substratum for the practical assessment and response of marine oil spill accidents. In this review, we summarize the major advances since the Deepwater Horizon accident, with emphasis on the observation and modeling of the droplet and the formation and dynamics of the plume. Additional complexity including more than the investigation of gas-saturated oil at high-pressure and the effect of Earth’s rotation on near field plume is also outlined. We end with a few outlooks on key priorities for more precisely estimations on future oil spills.

     

卡鲁塞尔氧化沟水力学特性的大涡模拟

本文基于大涡模拟中的Smagorinsky-Lilly模型,对Carrousel氧化沟模型进行了水力学特性模拟,并研究了沟内流速和涡量分布规律.速度与压力耦合求解使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法,采用VOF(Volume of fluid)方法追踪自由液面.模拟结果表明,回流现象主要出现在上中层混合液中,逆流现象主要出现于上层混合液中;转轮与转刷的推流作用是造成水面变化剧烈的原因;距转轮与转刷较近的区域、转速较快的转轮与转刷区域及直道段转刷下游水面较高一侧中上层区域的涡量较大.根据实验验证,本次模拟结果和实验值吻合度较好,Smagorinsky-Lilly模型可以准确模拟氧化沟水力学特性.     

不同土地利用方式下的地表径流磷输出及其季节性分布特征

在太湖流域利用为期3年的田间试验研究了不同土地利用方式下的土壤侵蚀和径流磷流失特征.结果表明,径流量和土壤侵蚀量都是竹园<板栗园<蔬菜地<玉米-油菜轮作.旱耕地上玉米-油菜轮作和蔬菜种植条件下磷的主要流失途径为泥沙搬运,磷的年均流失量分别为2.67kg.hm-2和2.79kg.hm-2,而竹园和板栗园则分别只有0.28kg.hm-2和0.66kg.hm-2.土壤侵蚀和磷流失主要发生在6~8月降雨集中分布的梅雨和台风季节.旱地上板栗园与玉米-油菜轮作2种利用方式的经济收益接近,但前者土壤侵蚀和磷流失量分别只有后者的6.7%和24.7%,在太湖地区种植板栗是值得鼓励的土地利用方式.稻田水旱(水稻-油菜)轮作条件下,磷主要随农田排水流失,降雨时间和施肥等农事活动的间隔长短在很大程度上决定了磷的年流失量,3次最大的流失事件中磷的流失量可达到全年磷流失的70%以上.稻田水旱轮作方式磷的年均流失量为0.93kg.hm-2,分别只有旱地玉米-油菜轮作和蔬菜地的34.8%和33.3%.因此,根据不同土地利用方式下磷输出量的差异及其季节分布特征合理调整土地利用格局,并在暴雨集中期尽量减少施肥和翻耕等农事活动,可以降低农田生态系统磷的输出.     

长江中下游三大湖泊滩地资源的基本特征及其开发利用

本文重点论述了洞庭湖、鄱阳湖和太湖滩地的发育程度及其差异的原因;根据长期的水文观测资料,分析并列表说明了滩地的水情特点及植被概况。在此基础上,从宏观角度提出了对三湖滩地资源开发与整治的对策。     

有机农药对土壤的污染及生物修复技术研究

农药的大量使用污染了大气、水体及生态系统。有机农药以直接施用、拌种、喷撒、随降水落入等方式进入土壤。农药在土壤中会以吸附、扩散稀释和降解等几种方式发生转化,并改变土壤结构、对土壤中生物的生存及酶的活性产生影响。生物修复技术可以通过动植物、微生物及根际环境对农药污染的降解来治理土壤中的农药,是治理农药污染的一种推荐方法。     

基于CMAQ源同化反演方法的京津冀局地污染源动态变化特征模拟研究

利用"Nudging"源同化技术反演了京津冀地区2014年1、3、7、11月SO_2、NO_x的局地动态污染源,并分析其排放源强、特征及地理分布,对比其与初始源的差异,同时检验了反演源的模拟效果.结果表明,SO_2、NO_x污染源存在明显的季节变化,冬季或采暖期排放强度最大.由唐山、北京、天津、廊坊、保定、石家庄、邢台、邯郸构成东北-西南走向的带状污染物高排放区,最高排放中心主要集中在太行山、燕山山前区域,且排放具有典型的"城市化"特征,即各个城市市区及附近强度最大,周边郊县稍弱.与初始源模拟结果相比,采用反演源更能反映出污染物的时空变化特征,模拟值与实测值较接近,而且对于重污染过程亦具有较好的模拟效果.     

芳香族化合物在XAD-4上吸附机理的研究

通过批量吸附实验考查了7种芳香族化合物在XAD-4上的吸附热力学行为.结果表明,在实验条件下,Freundlich方程能很好地拟合这7种化合物在XAD-4上的等温吸附数据,且都为优惠吸附,吸附能力均随着温度的升高而降低.结合7种化合物的分子结构描述符和Freundlich方程的吸附平衡常数,建立了QSPR模型,较高的可决系数R2(0.991)、去一法交互检验可决系数R2CV(0.985)和外部预测集交互检验系数Q2ext(0.994)表明,该模型具有较高的稳定性能和预测能力.模型结果表明,水杨酸等7种芳香族化合物在XAD-4上的Freundlich吸附平衡常数与溶质疏水性能呈正比关系,与温度、溶质分子极性和溶质分子的氢键酸度常数呈反比关系.     

MBR处理工艺的发展与应用

MBR处理技术目前发展的新工艺有：改良式序列间歇反应器（MSBR）、MBR与氧化沟结合工艺、MBR与高效生物反应器相结合（MHCR）等。MBR技术推广应用的关键是解决膜污染问题和降低膜成本。MBR技术已经在水处理领域应用,和常规水处理工艺相比,MBR工艺具有处理效果好、出水水质稳定,设备简单、占地空间省等优势,对于发展城市污水回用具有重要意义。     

低碳背景下河北省机动车污染防治对策研究

通过对河北省机动车污染防治现状进行分析,论述了河北省机动车防治存在黄标车淘汰难、环保检验和环保标志核发工作滞后、新能源机动车所占比例低等问题。进一步提出了严把年检关、提高机动车污染排放成本、运用先进的实时监测技术、建立机动车管理综合平台、大力发展公共交通等防治措施。     

P(AM-DMDAAC-VAM)共聚物的合成及其絮凝性能

以丙烯酰胺(AM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、乙酸乙烯酯(VAM)为单体,采用水溶液自由基胶束共聚合法合成了疏水缔合阳离子型共聚物P(AM-DMDAAC-VAM),并对其进行了红外光谱和核磁共振氢谱表征。实验结果表明:在P(AM-DMDAAC-VAM)加入量为14 mg/L、絮凝温度为30~60℃、硅藻土悬浊液pH为8~11时,P(AM-DMDAAC-VAM)对硅藻土悬浊液的絮凝效果最好,上清液透光率高达97.5%。