基于观测和模型的风致漂移系数研究

在进行海上搜救目标漂移轨迹预测时,风致漂移系数的取值将影响预测的准确性.使用2011年5月南海部级联合搜救演习期间位于莺歌海海域模拟人和救生筏的现场漂移轨迹资料,结合风场和流场的数值模拟研究,对模拟人和救生筏的风致漂移系数进行了推导及检验.结果表明,模拟人和救生筏的风致漂移系数分别取0.017和0.065较为合适,该结论可为落水人员和救生筏的漂移预测提供参考.另外,首次借助了风场和流场数值模拟结果来推导风致漂移系数,可以有效弥补观测资料的不足.     

渤海海冰漂移过程的数值模拟和试验

建立了一个包含潮流作用的准定常海冰动力学模式，利用实测风资料和计算的潮流场对辽东湾中部的冰块漂移过程进行数值模拟，模拟的冰块漂移过程和实况基本一致。表明模式具有反映冰漂移过程动力特征的能力。通过对各动力因子的数值试验，说明引入潮流作用的必要性，并分析了各动力因子在冰漂移过程中的作用。     

渤海海水漂移过程的数值模拟和试验

建立了一个包含潮流作用的准定常海水动力学模式，利用实测风资料和计算的潮流场对辽东湾中部的冰块漂移过程进行数值模拟，模拟的冰块漂移过程和实况基本一致，表明模式具有反映冰漂移过程动力特征的能力，通过对各动力因子的数值试验，说明引入潮流作用的必要性，并分析了各动因在冰漂移过程中的作用。     

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.     

渤海海域溢油应急预测预警系统研究Ⅰ.海洋动力要素预测技术研究

采用“油粒子”模型,模拟溢油在海洋中的漂移扩散运动,将海流、波浪和风场的模拟结果作为溢油漂移计算的外强迫,来驱动溢油漂移模型,计算其漂移路径.把计算的溢油漂移结果与地理信息系统等平台相结合,建立了渤海海域应急预测预警系统.本文作为该系统研制中的一部分,主要介绍了海流数值计算模型、波浪数值计算模型、风场数值计算模型和溢油...     

海冰动力学过程的数值模拟

讨论了海冰动力学性质并阐述决定海冰漂移的动量平衡,冰脊和水道形成及确定冰应力与形变、强度之间关系的海冰流变学.提出了模拟海冰动力学过程的数值模式,模式中冰厚分布由开阔水、平整冰和堆积冰3种要素表示.在这3要素的预报方程中引入形变函数,采用一种参数化方法模拟冰脊和水道.为了表示冰内相互作用,将海冰作为一种非线性粘性可压缩物质,采用粘-塑性本构关系.本文还概述和讨论了模式中所采用的数值方法,应用此模式模拟了渤海、波罗的海的波的尼亚湾和拉布拉多海的冰漂移.渤海冰漂移模拟结果明显地显示出潮周期变化,还模拟了渤海的冰脊和水道,进行了海冰流变学参数的敏感性试验.并将此冰模式与大气模式和边界层模式联接,给出渤海海冰预报结果.     

董家口港溢油漂移数值模拟

采用油粒子模式,以原油为溢油油种,在模拟潮流的基础上分别预测了董家口30万t码头航道溢油油膜在静风、西北风和不利风向3种情况下的油膜动态漂移过程。对溢油油膜漂移路径及扫海范围的模拟,可为码头溢油应急计划的制定提供一定的导向作用。     

黄海浒苔漂移输运模式的建立与应用

本文利用NCEPGFS预报风场和中国近海高分辨率三维MASNUM海浪-潮流-环流耦合海洋数值预报系统的预报数据,建立黄海浒苔漂移输运模式,用于黄海浒苔溯源和漂移输运数值模拟研究。使用2009年5月份黄海表层漂流浮标数据和2012年MODIS卫星遥感浒苔漂移分布资料对所建立的漂移输运模式进行验证,结果表明所建立的模式能够有效的模拟出浒苔暴发区漂流浮标运动状况,并能够有效地模拟出2012年浒苔漂移输运过程。最后运用所建立的模式开展2008年和2010年浒苔漂移输运过程,模拟结果与文献报道的卫星观测结果一致。模拟结果表明,受海洋表层流影响两年浒苔特征显著不同:2010年浒苔影响海域明显小于2008年,且2010年浒苔主体没有大规模在青岛近岸堆积。     

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。     

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。     

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。     

黄河口湿地潜在溢油污染生态风险评估

黄河口有着我国典型的新生湿地生态系统,生态环境非常脆弱,极易受到陆源和海洋污染事故的影响。本文针对黄河口附近海上油田的开发和运输带来的潜在溢油风险,结合溢油污染概率模型以及河口的生态脆弱性,对黄河口湿地潜在溢油污染风险进行评估。在河口水动力模拟的基础上,采用随机情景模拟法选取300种风和潮流组合作为溢油模拟的强迫条件,分别模拟溢油后72 h和720 h的污染结果,并统计黄河口湿地受溢油污染影响的最大概率和最短时间,采用环境敏感指数表征湿地对溢油污染的敏感程度、危害后果指数量化表征其危害程度及风险矩阵量化风险高低。结果表明黄河口国家公园受潜在溢油污染概率较大,危害后果指数值为29,处于较高危害等级,属于中风险区;河口岸线受潜在溢油污染概率较小,危害后果指数值均小于1,溢油危害后果低,属于低风险区。     

浅海海底管线检测艇操纵性和运动仿真研究

研究了用于维护和检修中国渤海海域输油管道的浅海管道检测艇的操纵性和运动仿真,提出了浅海海底管道检测艇的水动力学方程。为了更好地了解在配置上与一般潜器不同的浅海海底管线检测艇的动力学性能,通过水动力系数分析,研究了浅海海底管线检测艇的操纵性。最后根据运动方程建立了仿真系统,并通过仿真试验结果验证了仿真试验平台的可行性和可靠性。     

渤海油田泡沫吞吐解堵技术研究与应用

稠油油藏由于储层胶结疏松,原油胶质、沥青质含量高,加上稠油中重质组分与细粉砂、泥质成分混在一起,往往在防砂管柱筛孔处形成堵塞,造成近井地带堵塞,影响了油井产能。常规的有机解堵或酸化增产措施很难解除这种复合堵塞,即使解堵后,效果也不理想。针对上述问题,提出了泡沫流体吞吐解堵技术,进行了室内实验和数值模拟计算。优选的高效清洗剂Po-Ca,在5%浓度时降黏率达到99.28%、对油砂的清洗效率达到94.6%,并通过在渤海油田一口稠油井首次成功应用后该井由停产井变为产量为28-30 m^3/d的高产井,取得了满意的效果。该技术为海洋稠油油藏低产低效井综合治理提供了一种新的技术手段,对渤海油田低产低效井的增产具有重要的意义。     

海上溢油油膜厚度实验室模拟和理论模型对比研究

溢油量是衡量溢油规模的关键指标,是处理溢油事故的重要依据。油膜厚度是确定溢油量的基本前提,是一个尚未解决的国际难题。实验室中模拟了不同阶段和不同环境条件下扩展油膜的厚度变化特征。结果表明,实验室模拟与理论模型分析具有基本一致的变化趋势,扩展速度与扩展时间成反比;温度是影响油膜厚度的重要因素,相同条件下,温度越高,油膜厚度越小;海水盐度会影响溢油扩展,但这种影响并未延伸到对油膜厚度的控制上。由于实验室模拟限定在平静海面条件下,并未考虑风和海流等扩展中不容忽视的因素,故与理论构建模型相比系数相差较大。通过对比分析,前期构建的理论模型更能准确地反映海洋溢油的实际情况,加之在实例验证中的较高准确性,该模型具有业务化实施和广泛推广的潜力。     

Research on Maneuverability and Simulation of Underwater Vehicles for Pipeline Detection and Maintenance

1 .IntroductionWiththe advent of underwater vehicle technology in the offshore industry, major survey and in-spectiontasks can be done at lower cost withfaster execution.Pipe inspection is of major interest inthat respect because thousands of meters of pi…     

Design of Mooring System for Oil Storage Vessels

The floating oil storage system has been proposed as a new facility for Strategic Petroleum Reserve (SPR) in China. Mooring is one of the key technologies to ensure the safety, reliability, and performance of the oil storage system. This paper describes the concept, analysis, design and reliability of the mooring system. For mooring system design of these oil vessels, analysis is essential of the behavior of the vessel in connection with mooring facilities of nonlinear resilience. A nonlinear mathematical model for analyzing a moored vessel is established and solved. Some results of numerical simulations are presented. Assessment of the safety regarding the mooring system in terms of failure probability is carried out. Another simulation model for calculating the failure probability of the mooring system is proposed. The design parameters that have an influence on the characteristics of the failure probability have been identified. The simulation results show that the mooring system has an annual reliab     

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.     

An analysis of the radar backscatter from oil-covered sea surfaces using moment method and Monte-Carlo simulation: preliminary results

An analysis of the radar backscattering from the ocean surface covered by oil spill is presented using a microwave scattering model and Monte-Carlo simulation. In the analysis, a one-dimensional rough sea surface is numerically generated with an ocean waveheight spectrum for a given wind velocity. A two-layered medium is then generated by adding a thin oil layer on the simulated rough sea surface. The electric fields backscattered from the sea surface with two-layered medium are computed with the method of moments (MoM), and the backscattering coefficients are statistically obtained with N independent samples for each oil-spilled surface using the Monte-Carlo technique for various conditions of surface roughness, oil-layer thickness, frequency, polarization and incidence angle. The numerical simulation results are compared with theoretical models for clean sea surfaces and SAR images of an oil-spilled sea surface caused by the Hebei (Hebei province, China) Spirit oil tanker in 2007. Further, conditions for better oil spill extraction are sought by the numerical simulation on the effects of wind speed and oil-layer thickness at different incidence angles on the backscattering coefficients.     

海上油田油轮外输系统优化分析

对海上油田油轮外输系统进行了分析 ,建立了系统优化的数学模型。选用模矢搜索法、单纯形算法和模拟退火算法三种优化方法进行了计算 ,得出在对某些非线性问题进行优化时 ,利用模拟退火算法和直接最优化方法 (如单纯形法 )相结合 ,既能保证得到全局最优解 ,又能减少计算时间。通过实例计算 ,得出油轮外输系统适用于离岸距离较远、产量较小的油田 ,其外输费用随离岸距离的增加变化非常小 ,但随油田产量的增加而增加较大