浅海平台油气火灾事故模拟评估应用

全球海洋油气开发重特大火灾事故频发,油气生产安全面临严峻挑战,以我国浅海某中心平台组为研究对象,对可能发生的三相分离器喷射火火灾、管线交叉处喷射火火灾、生产平台池火火灾以及储罐平台池火火灾,采用FDS软件建立该平台组的火灾动力学模型,对油气泄漏后火灾的发展态势、火场温度、热辐射强度、设备温度以及不同火灾工况的对比分析,研究火灾发生后对人员伤害,以及平台上油气管线、分离器、油气储罐、平台栈桥等重要设备安全性的影响,并提出操作人员和重要设备的安全距离。针对火灾事故风险控制提出建议措施,对海上火灾风险分析未来研究方向进行阐述。     

海洋石油开发水下原油泄漏应急收集与暂存环保技术研究

概述了我国海洋石油勘探开发现状,结合国内外典型海上漏油事故,分析了海洋石油勘探开发海底输油管网、水下井口等设备设施损坏造成重大经济损失和环境污染的风险。根据胜利油田浅海石油开发的实际需要,设计了水下原油泄漏应急收集与暂存系统,通过实验模拟和分析,实现了水下柔性收集罩收集漏油,利用软体储罐暂存原油,有效防止原油随海流扩散造成环境污染。     

湿地公园对局地气候舒适性影响的数值试验

为探索湿地公园对局地气候舒适性的影响,利用WRF数值模式,对重庆市梁平区待建湿地公园的位置与面积规划进行敏感性试验。结合当地主导风向和实际项目需求,设计了不建设湿地公园、湿地公园占地分别达10 km²、15 km²和20 km²等面积敏感性试验,以及湿地公园位于保护区西南部、东北部和分为南北两部分等建设位置敏感性试验。通过对比不同试验方案下垫面修改前后模拟结果的2 m气温、湿度等气象要素并计算热气候指标,认为湿地公园建设面积约15 km²、且将湿地分为两部分但东北部面积较大时,对当地的局地气候舒适性有较好改善。对风场的分析表明,这可能是因该规划方案能产生新的风道所致,因此也说明湿地公园的规划应当将局地风环境状况作为重要的参考指标。     

基于替代模型的地下水DNAPLs污染源反演识别

应用基于核极限学习机替代模型的模拟-优化理论和方法研究解决了地下水DNAPLs污染源及含水层参数的同步反演识别问题.结果表明：1）核极限学习机替代模型对模拟模型有较高的逼近精度,能够识别并模仿模拟模型的输入-输出关系,绝大部分相对误差小于5%,平均相对误差仅有2.98%;2）以替代模型代替模拟模型,大幅度地减小了模拟-优化过程的计算负荷,将反演识别时间由传统方法的83天减少到3小时,并能够保持较高的计算精度;3）应用基于模拟退火的粒子群优化算法求解优化模型,能够以较快的速度搜寻到全局最优,同时避免搜索过程陷于局部极小解.     

天津地区污染天气分析中垂直扩散指标构建及运用

基于255 m气象塔风、温和PM_(2.5)质量浓度数据获取天津地区大气稳定度特征,利用中尺度大气化学模式构建垂直扩散指数β和φ,开展天津地区污染天气预报中垂直扩散分析方法的研究,以期提高天津地区重污染天气预报预警准确率.结果表明,综合运用大气稳定度、基于边界层平均PM_(2.5)质量浓度与近地面PM_(2.5)质量浓度比值构建的垂直扩散指数β,基于数值模式chemdiag功能(以CO为示踪物)构建的垂直扩散指数φ,可以在污染天气预报中较好的进行大气污染物垂直扩散能力分析.当07:00~08:00和18:00~20:00大气稳定度为D及以上时,相比大气稳定为C及以下时,出现重污染天气的概率成10倍的增加;使用垂直扩散指数β和风速双重指标判断重污染天气,比单一的风速指标判断准确率提升67%;垂直扩散指数φ与近地面PM_(2.5)质量浓度相关系数达到0.8,当垂直扩散指数φ小于0.52时,重污染天气概率75%,可识别59%的重污染天气.     

地下水环境影响评价中污染物运移模拟软件的适宜性评估

目前国内外已发展了一系列成熟的地下水污染物运移模拟软件,但是软件功能各异,易造成使用者的选择困扰.为满足HJ 610—2016《环境影响评价技术导则地下水环境》（简称“《导则》”）中关于环境影响预测工作精细化的要求,对国内外常用饱和带和包气带污染物运移模拟软件的适宜性进行了评估.首先,针对三款常用饱和带污染物运移模拟软件BIOSCREEN、AT123D和MT3D,基于理想算例对比4组水动力条件设置下的计算结果,分析软件的适宜性;其次,针对《导则》中暂未给出的包气带污染物运移模拟软件,以FEMWATER为例探讨了包气带阻滞作用对于地下水环境影响评价的重要性.结果表明:①BIOSCREEN由于忽略了分子扩散作用,当Pe（Peclet数）为0.25×10-3时,其预测的污染源下游10 m处污染物浓度为AT123D和MT3D计算值的1.8倍,存在高估污染风险的可能.②相比污染源直接设置于潜水面的情景,污染物从距潜水面11 m的地表泄露,经过包气带后污染源强降低了24%,下游85 m处污染物浓度达到0.1 mg/L的时间延迟了390 d.③当地下水流速较慢,分子扩散作用相比对流作用占优势时,适用MT3D开展数值模拟或者采用AT123D进行解析预测;当对流作用占优势且水文地质条件接近解析解假设时,可利用BIOSCREEN粗估污染风险.研究显示,包气带污染物运移模拟软件有助于合理地预测污染物在地下水环境中的运移转化行为,从而更准确地估计污染源强和判定地下水环境污染风险.      

WRF-Fluent耦合模式的构建及其对城市大气扩散的精细化模拟

为了准确刻画城市环境中的复杂建筑结构对大气运动和污染物输送及扩散过程的影响,结合中尺度模式WRF和微尺度模式Fluent构建了单向耦合的WRF-Fluent模式,并将其应用于榆中县城区高架源排放情景下大气扩散的模拟研究.基于城市气象/示踪外场试验期间获取的气象数据对WRF模式的模拟性能进行验证,发现WRF能够为Fluent提供比较准确的随时间变化的气象驱动场.在此基础上,将榆中县城区三维几何模型嵌入到WRF-Fluent中,对城区内的流场及污染烟羽的时空演变过程进行精细化模拟,并将模拟结果与实测示踪物浓度数据进行比对.结果显示,WRF-Fluent模式可以很好地描述城区内的复杂三维风场结构以及污染烟羽随时间的动态变化特征,而且模拟的地面和城市冠层顶浓度最大值基本位于观测值的0.3~3倍之内,这表明构建的WRF-Fluent模式具有较好的模拟性能,可作为一种有效的工具应用于实际城市规划和空气质量改善以及环境风险评估等方面的研究.     

基于数据挖掘算法和数值模拟技术的大气污染减排效果评估

近年来,京津冀地区采取了大量污染减排措施进行大气污染治理,如何客观评估减排效果是目前大气环境领域的研究难点.为准确评估大气污染过程的减排效果,本文利用北京地区常规气象资料、国控站PM_(2.5)浓度资料,遴选了北京地区2018年3月11—14日和2013年3月14—17日两次空气污染过程,计算了大气容量系数、静稳指数,并利用KNN数据挖掘算法和WRF-Chem模式,对比分析了有无减排条件下的PM_(2.5)日均浓度.结果表明:两次空气污染过程的天气形势和局地气象条件较相似,就大气热力和动力的垂直结构来看,2018年空气污染过程比2013年空气污染过程的大气稳定性更强、边界层高度更低、环境容量更小,但PM_(2.5)峰值浓度却显著下降,平均浓度明显降低,PM_(2.5)小时浓度的增长趋势相对平缓,重污染持续时间缩短.KNN数据挖掘算法减排评估结果显示,该方法能够较好地预测PM_(2.5)日均浓度的变化趋势,2018年3月11—14日,在减排和不减排情景下PM_(2.5)日均值分别为171和229μg·m~(-3),减排使得污染过程PM_(2.5)平均浓度下降了25.3%.数值模拟结果与KNN数据分析结论吻合,进一步验证了减排措施的有效性.综合看来,2018年空气污染过程中PM_(2.5)浓度相比历史相似气象条件下的污染过程显著降低,这是长期大力度减排效果的体现.     

三峡库区典型林分土壤呼吸及其组分对模拟酸雨的响应

为研究酸雨对森林土壤呼吸的影响,于2016年1月～2017年4月在重庆缙云山三峡库区针阔混交林内选取3块样地,设置了断根与不断根两组处理,每组处理设置pH为4. 5(对照)、4. 0、3. 25和2. 5共4个梯度的模拟酸雨处理.试验观测模拟酸雨下土壤总呼吸与异养呼吸变化特征及土壤温度、土壤湿度,同时采集土样,研究土壤pH、碳氮比及细根生物量对土壤呼吸的影响.结果表明,土壤总呼吸与异养呼吸均表现出了季节变异趋势.不断根样方的CK、T4. 0、T3. 25和T2. 5处理的年均土壤呼吸速率分别为1. 89、1. 88、1. 75和1. 74μmol·(m~2·s)~(-1),断根样方的RCCK、RCT4. 0、RCT3. 25和RCT2. 5处理的年均土壤呼吸速率分别为1. 37、1. 32、1. 19和1. 08μmol·(m~2·s)~(-1).季度平均土壤总呼吸与异养呼吸在2016年7月前差异不显著(P 0. 05),2016年10月后差异均显著(P 0. 01)并呈现对照 pH4. 0 pH3. 25 pH2. 5. 2016年的累积土壤呼吸量T4. 0、T3. 25和T2. 5处理相比对照分别降低3. 89%、9. 64%和11. 24%,RCT4. 0、RCT3. 25和RCT2. 5处理相比对照分别降低6. 79%、13. 23%和25. 56%.与对照相比,模拟酸雨处理降低了异养呼吸占比,降低程度随着酸雨pH增加而加强,说明了酸雨对于异养呼吸的抑制超过了自养呼吸.模拟酸雨处理虽然增加了土壤呼吸的温度敏感性,但是对土壤温度与湿度无显著影响(P 0. 05); 2016年10月之后相比对照模拟酸雨处理显著增加了土壤碳氮比、降低了细根生物量.土壤呼吸与细根生物量有显著正相关关系,与土壤碳氮比有显著的负相关关系.土壤温度与水分对模拟酸雨下土壤呼吸的差异贡献不大,细根生物量与碳氮比是酸雨处理下呼吸差异的主要影响因素.     

综合生态安全格局构建与城市扩张模拟的城市增长边界划定——以天水市规划区（2015—2030年）为例

传统的城市增长边界划定方法,一般仅考虑生态安全格局,并未考虑在现有客观条件下的城市扩张趋势,划定结果具有一定的主观性;或仅对城市的扩张进行模拟,忽略了城市的生态安全问题。针对上述问题,论文通过耦合城市综合生态安全格局与基于CA_Markov模型的城市扩张模拟结果,提出了一种新的城市增长边界划定方法:首先,合理选取因子构建研究区的综合生态安全格局,利用禁建区对综合生态安全格局的结果进行修正,获得研究区的刚性增长边界;其次,合理选取城市扩张驱动因子,通过CA_Markov模型预测城市扩张边界;最后,综合考虑刚性增长边界、模拟获得的城市扩张边界及近期城市拓展方案等,获得最终的城市增长边界。并以天水市规划区（2015—2030）为案例,对方法的科学性进行了说明。结果表明,论文划定的城市增长边界内总面积370.56 km²,占规划区总面积的7.7%。此方法能够有效解决城市增长与生态保护之间的矛盾,对河谷型城市等建设用地匮乏、生态环境脆弱城市的增长边界划定具有良好的应用价值,也可为其他类型城市的城市增长边界划定提供参考。