福宁湾海域溢油扩散影响的数值模拟研究

应用非结构化网格形式的MIKE 21水动力模型及溢油模块建立福宁湾海域海工工程施工期溢油扩散的数学模型,对在静风、全年主导风及不利风等3种不同风况条件下,一个潮周期内包括涨憩、落急、落憩、涨急等4个典型潮时分别发生100 t燃料油持续泄露30 min的事故溢油工况进行溢油扩散数值模拟.分析显示,事故溢油在福宁湾海域的扩散过程主要受潮流和风的影响.计算结果给出了事故溢油发生后24 h内的影响范围及0. 05 mg/dm3油浓度(一类或二类水质标准)溢油最快到达福宁湾内主要敏感目标的时间,为海洋环境影响评价和溢油事故应急措施的制定提供了科学依据.     

不同风向作用下莱州湾水交换规律数模研究

为了解莱州湾在不同方向风作用下水动力和水交换状况,基于实测数据验证的海洋水动力模型Mike21FM对流场和余流场进行了数值模拟。水动力研究结果表明,风对莱州湾海流的影响不如余流明显。通过示踪剂输移扩散的水交换模型计算结果可知,不同风向对莱州湾不同海域水交换改善也不相同:E向风对东部海域水交换改善明显;N向风对西部海域水交换改善明显;W向风对整个莱州湾水交换能力改善最好;S向风对水交换能力改善最差。研究表明不但是污染源决定了污染物浓度的分布状况,水文气象条件也对污染物浓度分布有影响,应充分认识到不同水文气象条件对水体污染物分布的影响。     

铁山湾建港前后水体交换能力的数值模拟

铁山湾是北部湾东北部较大的海湾,水深条件好,可用岸线长。为研究铁山湾建港工程前后湾内的水体交换能力,文章建立了平面二维的水动力模型以及平面二维对流—扩散模型,率定后水动力学模型模拟结果与实测结果吻合良好。运用二维对流—扩散模型计算了湾内不同区域的水体半交换时间,模拟结果表明：铁山湾的水体交换能力较强,工程前水体半交换时间为129天,海域的水体交换能力主要受铁山湾潮汐作用的影响。铁山湾潮汐作用较强,潮差较大,且铁山湾口门开阔,这都为铁山湾的水体交换提供了良好的条件。工程后铁山湾水体半交换时间为142天,工程前后铁山湾水体半交换时间仅相差13天,说明工程方案对铁山湾水体交换能力无重大影响。     

珠江口及邻近海域潮汐环流数值模拟Ⅱ——河口水交换和物质输运分析

采用无结构网格三维有限体积海洋模式FVCOM所建立的珠江口及邻近海域的三维正压高分辨率数值模型,对珠江口水域的水交换和物质输运过程进行了研究。研究发现,只考虑潮汐作用时,珠江口内湾水交换能力很弱,海水滞留时间在90d以上;加入径流、风应力作用后内湾水交换能力变强,示踪物的滞留时间分布大体上在珠江口航道区以及河口西侧(靠近珠江口门处)较短,在河口东侧(远离珠江口门处)和西侧浅滩较长。在丰水期,西南风驱动下河口示踪物平均浓度最低,为0.34,滞留时间最短,自西向东由10d逐渐过渡为90d以上。对不同海域之间的水交换分析表明,珠江河口内4大口门以及伶仃洋海区、磨刀门海区水交换能力最强;深圳湾、大鹏湾、大亚湾与口门外陆架海域的水交换能力较弱。粒子追踪试验表明,珠江口内粒子在枯水期会进入黄茅海,在丰水期则可抵达大亚湾和大鹏湾。径流和风应力作用会不同程度加大珠江口海域不同口门处粒子位移,在枯水期粒子向西运动,洪奇门、磨刀门与鸡啼门处粒子位移最大,90d内可达285km;在丰水期粒子向东运动,横门处粒子位移最大,90d内可达190km,部分可至大亚湾和大鹏湾,且粒子运动呈螺旋状推进。     

徐圩港区邻近海域溢油模拟分析

利用MIKE21水动力模型对徐圩港区附近海域进行潮流数值模拟,并利用实测资料对模型计算的潮位、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。该潮流数学模型可以反映研究海域水动力特性,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、蒸发、乳化等过程,建立了徐圩港区邻近海域二维溢油扩散模型,模拟不同潮时情况下发生溢油,考虑不同风况(夏季常风向、冬季常风向和最不利风向),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:72 h内油膜最大扫海面积及漂移路程均出现在落潮期最不利风时溢油,分别为28.2 km2和25.8 km。在夏季常风和最不利风的落潮期发生溢油,油膜会经过口门飘向西北侧海域,对该区域生态环境会造成一定影响。     

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。     

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。     

胶州湾随机动力条件下的船舶溢油污染概率研究

海上船舶溢油,大多持续时间较短,事故发生后,溢油输移扩散受海洋水动力场和风场的影响很大.因此,研究溢油对海洋环境的影响,从概率统计的角度研究更具有实际意义.本文以船舶交通事故概率较高的胶州湾为研究海域,依据青岛港海域水上交通事故空间分布统计数据,在基于油粒子追踪法建立胶州湾溢油漂移扩散模型的基础上,考虑随机风场和流场的组合动力条件,统计溢油抵达岸线和敏感保护目标的概率.结果表明,事故高发区溢油,胶州湾岸线污染概率较大的为大港、黄岛油港、团岛至大麦岛联线,海洋保护目标中青岛文昌鱼海洋保护区和青岛海滨风景旅游休闲娱乐区受污染的概率较大,分别达到40%和50%.     

唐岛湾水动力交换与强化措施的数值研究

通过对唐岛湾海域水体进行二维水动力模拟分析,得出了唐岛湾内的潮流运动,并分析了在唐岛湾的东北通道开通前后唐岛湾内的潮位变化与水体运动变化过程,同时计算出了唐岛湾内的海水交换率及海水的半交换期。结果表明,在未开通东北通道时,唐岛湾内水体的单宽流量在涨急和落急时只有2.59 m~2·s~(-1)和2.07 m~2·s~(-1);当开通东北通道时,唐岛湾内的水体整体运动加强,特别是内部水体,唐岛湾内水体的单宽流量在涨急和落急时达到了3.14 m~2·s~(-1)和2.69 m~2·s~(-1),同时唐岛湾内的水体半交换周期也缩短了1.31d,有利于唐岛湾内水质的改善。     

舟山海域溢油行为与归宿

研究舟山海域溢油污染的问题,选用"油粒子"追踪模式,在潮流计算的基础上模拟了海上溢油动态.将海上溢油油膜离散为大量油粒子,每个油粒子代表一定油量,在表层海流和风的作用下漂移,而油膜的扩展则通过油粒子的随机走动来实现.本文以柴油为溢油油种,选择静风高潮时、低潮时和不利风向情况下的低潮时作为溢油初始时间,对溢油漂移路径及扫海范围进行了预测.     

胶州湾溢油污染研究

青岛港黄岛油区建成投产后,在扩大石油进出口量的同时,也使事故溢油污染概率增大,对胶州湾海水环境造成了威胁。从已经发生的油污染事件看,溢油多数是由于油船海损,其次是港口机具或储油设备损坏造成的。由于溢油多数是突然发生,在短时间内将大量石油泄漏海中,造成大面积海面或海滩油污染。溢油污染不但造成直接经济损失,而且油污染较长时间内难以清除干净,对海洋生态环境、沿岸旅游环境和社会环境都产生恶劣的影响,因此溢油污染危害早已引起青岛市有关部门的重视,先后开展了油污染监测和预报工作。本文根据胶州湾及邻近海域事故溢油污染预警、预报的需要,给出预报模型和典型天气下黄岛油区溢油行为和污染范围的预测,对有效地预防溢油污染和制定抢救、回收措拖及方案提供了重要依据。     

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。     

厦门湾海上溢油风险的评估与分析

本文使用数理统计与概率的相关知识，并且根据厦门湾近几年进出船舶的统计资料，估算了未来几年中厦门湾海域船舶突发性溢油事故发生的概率．结果表明，厦门湾未来几年的溢油发生概率为0．27次／a．然后运用数值模拟方法对假设的突发溢油事故中溢油的扩展进行预测分析并结合建立的欧拉潮流场对油膜的漂移路径进行研究，分别从高潮、低潮、涨急、落急四个时刻开始计算溢油路径，结果显示油膜影响范围可从海沧南部延伸至浯村屿东部，根据模拟结果可对突发溢油的风险进行评估．     

深海钢悬链立管触地点动力响应分析

研究深海钢悬链立管(SCR)在海洋环境载荷作用下的动力响应.利用非线性弹簧模拟立管与海床触地点的耦合模型,通过模态分析得到钢悬链立管的动力特性参数;时域动力响应分析获得不同工况下触地点及典型部位的位移、弯矩和应力时程.比较分析表明:浮体垂荡运动对触地点的应力状态影响较大,触地点附近存在钢悬链立管动力响应过程中的位移极值点和弯矩极值点.所提方法为触地点区域模拟分析提供了新思路,给出的分析结论对钢悬链立管设计有一定借鉴意义.     

Numerical Simulation of Water Exchange Characteristics of the Jiaozhou Bay Based on A Three-Dimensional Lagrangian Model

Based on theory of three-dimensional hydrodynamics,an Euler-Lagrangian particle model is established to study the transport and water exchange capability in the Jiaozhou Bay.The three-dimensional hydrodynamic model,driven by tide and wind,is used to study the effects of wetting and drying of eatuarine intertidal flats by the dry-wet grid technology based on the Estuarine,Coastal and Ocean Model (ECOM).The particle model includes the advection and the diffusion processes,of which the advection process is simulated with a certain method,and the diffusion process is simulated with the random walk method.The effect of the intertidal zone,the turbulent diffusion and the timescales of the water exchange are also discussed.The results show that a moving boundary model can simulate the transport process of the particle in the intertidal zone,where the particles are transported for a longer distance than that of the stationary result.Simulations with and without the turbulent random walk show that the effect of turbulent diffusion is very effective at spreading particles throughout the estuary and speeding up the particle movement.The spatial distribution of residence time is given to quantify the water exchange capability that has very important ramifications to water quality.The effect of wind on the water exchange is also examined and the southeasterly wind in summer tends to block the water exchange near the northeast coast,while the northerly wind in winter speeds up the transport process.These results indicate that the Lagrangian particle model is applicable and has a large potential to help understanding the water exchange capability in estuaries,which can also he useful to simulate the transport process of contaminant.     

Hindcast of the Argo merchant spill using the uri oil spill fates model

A comprehensive oilspill fates model, developed by Cornillon and Spaulding at the University of Rhode Island, has been employed to hindcast the well-studied Argo Merchant spill. Using data collected during the spill to define the environmental conditions and the oil composition, properties and release rates, the oil spill fates model was used to predict the spatial and temporal distribution of spilled oil from December 16 to 31, 1976. Comparison of model predictions to observations for spilled oil mass balance, surface trajectories and oiled surface area was in general quite good. Improved predictions require a better definition of the wind and tidally-forced circulation in the vicinity of the wreck site, a more soundly based theory for oil entrainment or dispersion into the water column and an oil spreading theory which more accurately addresses the complex behaviour of a weathering multicomponent petroleum hydrocarbon.     

Some dynamics of spilled oil in a fractured ice field in Buzzards Bay, Massachusetts

A spill of #2 fuel oil occurred 28 January 1977 in a dynamic ice field in BBuzzards Bay, Massachusetts. An oil budget study revealed that within four days after the spill occurred, approximately 60% of the oil was incorporated into the fractured ice zones and onto the ice surface. The movement of the oil (initially spilled under the ice) into the fracture zones appears to be the result of water current below the ice and buoyancy spreading mechanisms. Areas of fracture zones and leads provided a surface outlet for the less dense oil as it moved under the ice. When the leads closed, the oil was trapped into tools on top of the ice at the floe edges. The further spread of the oil onto the surface of the ice floes appears to have been caused by the wind.     

基于随机情景模拟的船舶溢油危害后果量化评价——以台湾海峡北部水域为例

为克服典型情景模拟法的缺陷,综合考虑船舶溢油发生的随机性、海洋水动力和风场的不确定性以及环境资源的敏感性,提出基于随机情景模拟的船舶溢油危害后果定量评价方法。通过随机情景模拟和网格化统计得到敏感区的溢油污染概率和最快到达时间,结合环境敏感指数和溢油量等参数计算综合溢油危害指数,并将其作为溢油危害后果定量评价指标。结果表明:台湾海峡北部水域不同季节发生船舶溢油的危害后果大小依次为夏季(27.8)秋季(25.5)春季(21.1)冬季(16.2),夏季溢油事故对牛山岛保护区的污染概率和危害后果相对最大(P=60%,Ck=41.2),达到较高级别;其他季节东甲列岛保护区的溢油污染概率和危害指数均为最高。随机情景模拟能够弥补事故情景,为评价船舶溢油危害后果风险提供一种新方法。