钦州湾溢油数值模块及其应用

本文应用水动力模型及溢油模块对代表性风况下钦州湾金鼓江的溢油事故进行情景模拟,且水动力模型结果与实测潮位和实测潮流吻合较好。低潮时发生溢油,不同风况下油粒子在5.5-8.5h后漂到金鼓江上游养殖区。高潮时发生溢油,油粒子在不同风况下漂移轨迹差别较大,例如无风时油粒子在钦州湾颈和三墩外海附近往复运动,而南风3.3m/s工况下油粒子将最终影响大榄坪港区的东南端。另外,高风速下不利风向会缩减油膜抵达敏感区的时间,同时风速越大,蒸发越快。因此风场对溢油模型有重要意义,今后将在精细化WRF模型基础上优化溢油模型并构建溢油决策系统,为地方经济发展和海洋环境保护提供科技支撑。     

海州湾近岸物质输运规律研究

基于干湿网格的三维河口-陆架-海洋( ECOM3D) 模式,并结合物质平流-扩散方程,模拟了海州湾近岸海域潮流场和污染物输运浓度场.分析了在不同风向情况下海州湾近岸海域拉格朗日潮余流的分布特征,并且分析了污染物在不同风向下时空分布特征.分析结果表明:在WSW向风作用下,污染物有利于向外海扩散;在E向风和ESE向风作用下,污染物向近岸堆积.     

平潭近岸海域浮子漂移轨迹及其数值模拟

平潭近岸海域岸线曲折,周边岛礁众多,海底地形复杂,是福建省海难事故的高发区.本研究建立了平潭近岸海域海上目标物漂移轨迹的预测系统,该系统通过风场和流场的数值模型获取海面动力环境信息,采用拉格朗日算法实现对海上目标物漂移轨迹的预测追踪.其中海流模型采用ROMS（regional ocean modeling system）模型构建,模型水平方向上最高分辨率为100m,垂向上分为16层,并考虑干湿边界,以体现复杂海岸线和水深地形.通过验证分析,潮位、流速和流向的模拟平均绝对误差分别为0.20 m、0.12 m/s和26°.通过平潭近岸2个浮子实验,结果表明,浮子漂移过程中受潮流和局地地形的影响明显,对漂移模型在平潭近岸海域的适用性进行初步验证,浮子模拟轨迹与实际漂移过程基本吻合,模拟时段内最大偏差距离为2.8km,系统可以为平潭近岸海域海上突发事故应急决策提供参考.     

秦皇岛河流-海岸水动力和水质耦合模拟分析

基于MIKE FLOOD建立秦皇岛入海河流及其近岸海域一维、二维耦合河流-海岸水动力和水质模型,研究了秦皇岛海域和入海河流的水动力和污染物分布规律。结果表明:(1)海域潮流为半日潮,其中石河口南北支入海口流速变化过程差别较大,但水位变化过程基本一致;(2)整体上河流入海口化学需氧量(COD)与流速呈正相关关系;(3)COD在近岸海域的扩散方向与涨落潮潮流方向一致,各入海河口海域落潮流期间的COD高于涨潮流。如上结论为赤潮爆发机理和应急处置研究提供科学依据和技术支持。     

小清河入海污染物扩散特征及其对近岸工程建设的响应

河流入海污染物是近海污染物的主要来源之一。小清河是莱州湾西南部主要入海河流和污染物来源,近年来小清河口两侧近岸工程建设规模不断扩大,其对小清河入海污染物扩散的影响如何有待深入研究。采用MIKE21数值模型模拟了近岸工程建设对潮流场的影响及小清河入海污染物（无机氮、活性磷酸盐）的扩散特征,探讨了入海污染物扩散对近岸工程建设的响应。研究结果表明：小清河口两侧近岸工程的建设,导致小清河河口附近海域流速有所减小,减小值介于2～21 cm/s。河口两侧的堤坝、防波堤等工程阻挡了污染物向东南、西北方向扩散,使小清河入海污染物扩散范围有所减小,不利于污染物扩散,导致河口附近海域污染物浓度有所增加,从而加剧了小清河河口附近海域的水质污染。因此,近岸工程建设会造成工程附近海域的潮流减弱,削弱近海海域的污染物扩散能力。     

乐清湾北港区溢油轨迹的分形模拟

在验证良好的区域二维潮流数学模型基础上,建立采用“油粒子”方法的溢油模型,包含油膜的拓展、漂移和扩 散等过程。模型采用四阶龙格库塔法求解粒子的平流过程,采用分数布朗运动产生non-Fickian 扩散来模拟油膜拓延。在 此基础上,对乐清湾北港区溢油风险进行预测模拟,分析在潮流和风不同作用情况下油膜的漂移轨迹和对周围敏感区的影 响。     

波流耦合下保守污染物迁移扩散的模拟研究

基于三维潮流和谱波浪模型,以及输移扩散模型和拉格朗日粒子追踪模型,构建了波流耦合下保守污染物的迁移扩散模型。模型基于非结构化网格,对近岸复杂岸线有很好的拟合,可用于大范围波流耦合计算。运用所建的耦合模型研究了旅顺港内外的潮流变化、波生流场、保守污染物输移、粒子运动、以及新水道对湾内污染物迁移的影响,模拟的潮流场与实测数据吻合较好。结果表明:潮流会在湾内近湾口处形成一逆时针涡,波浪对湾内影响较小,但波生流会改变湾口流场分布;在湾内处于涡中的水体潮流自净能力较强,而湾中及湾底则较弱,SE向波浪会降低湾内水体的自净能力;新潮流通道的开挖,会显著改善水体的自净能力,尤其对湾底浅水区域作用明显。     

海口港新海港区配套用地施工溢油漂移扩散研究

填海造陆施工溢油问题是海洋工程环境影响评价内容之一,海口港新海港区配套用地位于琼州海峡澄迈湾东海岸。研究首先采用DELFT3D软件技术建立了工程海区水动力数学模型,在模拟验证成果与天然实测资料达到精度要求后,对琼州海峡及工程近区潮流特征进行了模拟分析。然后基于"拉格朗日"水流运动理论,建立了"油粒子"溢油漂移扩散模型。依据海洋工程环境影响评价技术导则要求,对海区夏季主导风、冬季主导风作用下和溢油点位置潮流东流、西流初始时刻组成的四工况进行溢油漂移扩散模拟,给出溢油扩散轨迹和扫海面积,为项目建设海洋环境影响评价及溢油事故应急治理提供了技术支撑。     

狭长海湾象山港三维污染物运移特征的数值模拟

为了探明污染物在狭长海湾象山港内的输运规律,在验证良好的三维潮流模型基础上,计算和分析了不同驱动因素下的余环流结构和污染物的三维运移特征。余流模拟结果表明该海域余流结构区域差异性明显,狭湾内夏季余流垂向分层明显,表、底余流方向相反,分界点约在0.4~0.5倍水深处;口门及以外海域主要以水平环流为主。进一步采用拉格朗日粒子追踪方法,模拟了示踪粒子在湾内的三维运移轨迹。通过对不同位置释放的污染物粒子运移轨迹进行比较分析,最后给出了模拟期间的污染物运移规律。研究结果可为排污口选址和海湾污染治理等提供科学依据。     

海上无动力船舶漂移轨迹模型及其在“桑吉”油轮漂移模拟中的应用

无动力或破损的船舶在海上自由漂移对海上的各项生产活动是一个巨大的危险。通过对海上漂浮的船舶进行受力分析,考虑船舶的外形特征及漂浮状态,建立了海上船舶漂移轨迹模型,对船舶海面以上与以下侧向投影面积之比(面积比)、风拖曳系数、流拖曳系数等参数均进行了敏感性分析,并针对2018年1月6日爆燃的"桑吉"油轮漂移轨迹开展了模拟应用。结果表明该模型针对不同类型海上船舶的漂移轨迹有一定合理的模拟能力,船舶面积比是准确模拟漂移轨迹的一个重要参数,同时,该模型对风拖曳系数、流拖曳系数较为敏感。针对"桑吉"油轮的模拟,科氏力的作用不可忽视,考虑科氏力作用后漂移轨迹的模拟效果得到了很好的改善。     

青岛港码头溢油风险分析研究

本文采用油粒子模式,在模拟潮流的基础上分别预测了青岛港溢油油膜在静风,冬、夏主频风和不利风向4种情况下的动态漂移过程.通过对油膜运动漂移过程的模拟,具体分析了溢油发生后对周边的敏感目标产生的影响,从而为应急计划的制定提供一定的导向作用.     

波浪作用下渤海湾近岸海域污染物的输移扩散规律

用物理模型实验和数学模型计算相结合的方法,研究了均匀缓坡岸滩上,规则波及不规则波浪作用下形成的沿岸流及其对岸边排放污染物输移扩散的影响。针对渤海湾的地形和主要波浪方向,研究了渤海湾主要排污口附近单纯波浪以及波浪、潮流共同作用下近岸海域内流动速度分布与相应污染物输移扩散规律。结果表明,在渤海湾近岸海域(一定范围内),污染物输移扩散受到波浪作用的影响,表现为平行岸线方向。波浪作用使得远离污染物排放口的滩涂受污染的影响增大。     

蓬莱19-3 油田事故溢油数值模拟

利用FVCOM(Finite-volume coastal ocean numerical model)数值模型和MM5风场预报模式,在对渤海海域水动力场进行数值模拟的基础上,基于"油粒子"的欧拉-拉格朗日跟踪法和随机走动原理,并考虑风对溢油油膜漂移扩散的直接作用,建立了海洋溢油油膜漂移轨迹和扩散的数值预测模型。利用建立的模型对2011年6月蓬莱19-3油田事故溢油进行了数值模拟,模拟结果与RADARSAT卫星遥感监测数据相吻合。研究结果表明:在渤海中部地区夏季事故溢油模拟预测中,风漂移因子取0.024最为合理,模型可用于渤海蓬莱19-3油田附近事故溢油轨迹和扩散的快速预报,从而为该区域的溢油事故应急响应提供科学依据。     

黄河口海域潮汐、潮流、余流、切变锋数值模拟

采用有限体积三维近岸海洋模型,建立无结构三角形网格,对当今地形下的黄河口海域进行高分辨率数值模拟,在成功模拟渤海潮汐潮流的情况下,重点研究了黄河口海域。当前黄河口附近海域潮汐为不规则半日潮,潮流为往复流,方向近似平行于岸界,潮致欧拉余流在岬角两侧存在成对的涡旋,涡旋的方向为南顺北逆,黄河径流对此涡旋有加强的作用。由于地形等复杂因素的影响,河口海域附近在涨落潮转换过程中存在内涨外落型和内落外涨型切变锋,其首先出现在浅水区域,然后向深水区域传播,1~2 h后消失,它的产生是由于近岸海域潮汐相位领先于外海海域潮汐相位。     

胶州湾潮余流和物质输送之间的关系

基于MIKE21的HD模型,通过模拟得到胶州湾的潮流场,胶州湾在涨急时最大流速1.04m/s,落急时最大流速约为0.96m/s。胶州湾余流总体较小,平均为0.03m/s左右。并在湾内不同位置释放自由粒子,以MIKE21的Particle tracking模型计算出其在潮流作用下的运移轨迹,结果表明粒子大多数运移到湾内近岸区域,少部分在湾口区域附近;在潮流场基础上计算了欧拉余流场,并和粒子运移结果进行对比,表明欧拉余流场在区域流向比较一致时可以表示粒子运动的趋势,为物质迁移、控制污染等方面提供了一定的参考借鉴意义。     

长江口宝钢码头溢油事故油膜漂移扩散数值模拟

溢油事故发生后, 油膜的漂移扩散会对周围水域和环境敏感目标造成污染。研究溢油事故后油膜漂移扩散, 可为溢油事故的处理提供理论指导。本文应用河口海岸三维水动力模式ECOM-si(semi-implicit estuarine, costal and ocean model), 耦合溢油漂移扩散模块, 模拟和分析长江口宝钢码头发生溢油事故后油膜的漂移扩散, 以及对环境敏感保护目标的影响。基于长江口崇明东滩气象站实测风速风向资料, 给出影响溢油漂移的主导风和不利风向。在冬季多年平均1月径流量11700m³·s^-1、主导风、3个不利风和潮汐作用下, 数值模拟并详细给出了宝钢码头溢油事故发生后油膜的平面分布、油膜到达和离开4个水库取水口和饮用水水源保护区以及其他环境敏感保护区的时间、持续影响时间和最大油膜厚度。长江口宝钢码头溢油事故发生后, 油膜随涨落潮流作上下游来回振荡, 径流使油膜向海输运, 风使油膜朝风向方向漂移。在主导风北风5.6m³·s^-1风速下, 油膜沿长江口南岸向下游漂移扩散, 小部分进入北槽南侧。在不利风向东南风4.0m³·s^-1风速下, 油膜西北方向漂移, 聚集于南支北岸, 受径流作用沿南支和北港的中北侧向下游输运。在不利风向西北风4.8m³·s^-1风速下, 西北风减轻了溢油事故点上游和北港、崇明东滩外侧敏感目标的影响, 加重了南港和南槽的环境敏感保护目标的影响。在不利风向西南风3.2m³·s^-1风速下, 大部分油膜在北港中北侧向下游漂移扩散, 小部分油膜聚集在北槽的中北侧。西南风减轻了溢油事故点上游和下游南港、南槽环境敏感目标受到的影响, 加重了对北港和崇明东滩外侧敏感目标的影响。不同风向作用下油膜的分布和对环境敏感保护目标影响显著不同, 风在油膜漂移扩散中起着十分重要的作用。     

黄河口海域潮汐、潮流、余流、切变锋数值模拟（英文）

采用有限体积三维近岸海洋模型,建立无结构三角形网格,对当今地形下的黄河口海域进行高分辨率数值模拟,在成功模拟渤海潮汐潮流的情况下,重点研究了黄河口海域。当前黄河口附近海域潮汐为不规则半日潮,潮流为往复流,方向近似平行于岸界,潮致欧拉余流在岬角两侧存在成对的涡旋,涡旋的方向为南顺北逆,黄河径流对此涡旋有加强的作用。由于地形等复杂因素的影响,河口海域附近在涨落潮转换过程中存在内涨外落型和内落外涨型切变锋,其首先出现在浅水区域,然后向深水区域传播,1~2 h后消失,它的产生是由于近岸海域潮汐相位领先于外海海域潮汐相位。     

渤海湾海岸带开发对近海水环境影响分析

应用水动力学、水质数学模型,以渤海湾海岸带的几种典型开发活动--围海造地、海水淡化和河口建闸为例,模拟分析海岸带开发活动对渤海湾近岸海域水环境的影响.研究沿海围垦造成的潮通量、近岸流场水动力条件和污染物输移的变化;分析海水淡化工程浓缩海水的排放,高盐度高浓缩污染物对局部生态环境的影响;分析河口建闸后蓄积的污水排放方式对河口及近岸海域造成的影响,大量污水一次性排放会增大河口及近岸海域污染面积和污染程度.     

秦皇岛主要入海河口水质分析与评价

根据2015年10月份开展的水质监测结果,采用综合污染指数、有机污染指数和富营养化指数对秦皇岛主要入海河口的水质状况进行分析评价。结果显示:秦皇岛市入海河口的首要污染物为DIN、DIP;大蒲河口、汤河口和新开河口的有机污染较为严重;大蒲河口、汤河口和洋河口处于重度富营养状态,其次为戴河口、新开河口和石河口。建议对入海污染物进行严格的总量控制,加强对港口、船舶的环境污染监管,从而进一步改善近岸海域的生态环境。     

NOAA的GNOME溢油模型在湄洲湾的应用

在湄洲湾试用GNOME溢油模型模拟溢油扩散．先用EFDC建立潮流场,并选用主导风形成常风场,一并输入GNOME建立起溢油模型,模拟涨、落潮过程叠加不同风况下敏感海域的溢油扩散．模拟结果：初始溢油量为100t,扩散到第6小时,8种不同条件下挥发油量都为7．7t,附岸和漂浮油量和为92．3t,其中漂浮油量为6．4～92．0t,相应附岸油量为85．9～0．3t;溢油扩散最大范围为1．3～30．0km。,90％置信区间为2．0～56．0km。,最大距离为1．2～14．6km;与前人模拟溢油扩散结果相比基本一致．经分析,溢油扩散主要受3个方面影响：（1）岸线走向：当岸线靠近油膜漂移的路线时,大量油膜附着在岸上,扩散范围较小;（2）风况与流场关系：如果两者方向一致,油膜会扩散较远;（3）风区长度：风区越长,油膜扩散范围越大．总之,建立GNOME溢油模型较好地模拟了溢油扩散趋势,对溢油应急响应具有参考作用．