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。     

渤海溢油三维漂移数值模拟研究

国家海洋局北海预报中心于2011年开发了渤海三维溢油模型,该模型在分析国内外溢油模型现状的基础上,借鉴当今流行的数值模拟方法,使用油粒子模型与油膜扩展模型相结合的方式,用拉格朗日方法追踪每个带有一定油量的油粒子的轨迹,针对每一个油粒子则使用油膜扩展理论计算其油膜扩展过程。该模型可实现对溢油油污上升及水平输运过程、海表面油污浓度的预报,通过三组理想试验和2012年的海上溢油实验数据,对模型的各项功能、稳定性及模型精度进行了对比验证,结果较好,模型可实现对渤海海域海底或水下发生溢油的数值模拟。该模型解决了以往二维溢油模型在模拟钻井平台及海底输油管道泄漏等溢油事故方面的不足,可更好地为溢油灾害对海洋环境影响的估计提供有效参考信息。     

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。     

静水和动水环境中水下溢油浮射流初步实验及数值模拟

为深入研究井喷和管道破损等海底事故后溢油在水下环境中的输移扩散过程，文章利用自制的组合式环形水槽（周长9.7 m、宽0.45 m、深1 m），以阿曼原油与消油剂混合物和淡水（含示踪剂）为模拟污染物，初步开展静水和动水环境中海底溢油浮射流的物理模拟实验，并应用基于拉格朗日积分方法的水下溢油浮射流模型进行数值模拟比较分析。研究结果表明:静水环境中，水下溢油浮射流主要沿喷口的垂直中心线向水面输移扩散；非均匀流动水环境中，横流速度越大，浮射流输移轨迹的弯曲程度越明显；数值模拟的浮射流轨迹总体上与实验观测结果符合较好；研究结果可为今后相关物理实验和数值模型的改进研究提供有益参考。     

海洋溢油模型及其应用研究进展

根据滥油模型的数学计算理论不同,溢油模型主要有两个类型,欧拉-拉格朗日理论模型和蒙持卡罗方法模型。欧拉-拉格朗日理论模型主要包括:全动力轨迹模型和溢油归宿模型。溢油归宿模型又包括溢油扩展、扩散模型和风化模型。风化模型包括蒸发、溶解、乳化、光氧化、生物降解等过程。蒙持卡罗方法模型在欧拉-拉格朗日理论模型基础上增加了溢油扩散随机数的计算,应用随机数来计算油膜三维扩展尺度。该模型是对欧拉-拉格朗日理论模型的补充和完善。目前国内以及日本、美国、新加坡等国学者们分别在海湾,海峡等(?)了溢油组合模型。但由于他们的研究重点不同,模型没有得到全面的应用。溢油模型的前景相对可观,其与溢油应急反应专家系统的结合使得我们可以根据应急系统做出相应的应急计划,并通过模拟来对溢油损害索赔进行定量。     

水下溢油数值模拟研究

基于Lagrange积分法和Lagrange粒子追踪法建立了一个水下溢油数值模型。该溢油模型由两个子模型组成:羽流动力模型和对流扩散模型,其中羽流动力模型用以模拟溢油的喷发阶段和浮力羽流阶段;对流扩散模型用以模拟溢油的对流扩散阶段。通过数值实验,结合实验室水槽实验和水下溢油现场实验的观测资料进行模型验证。实验结果表明,模拟结果与观测资料一致性较好,从而验证了本文溢油模型的合理性和准确性;羽流动力模型为对流扩散模型提供源,海流、海水的垂向密度结构和油滴的直径分布是影响溢油在对流扩散阶段运动和分布的主要因素。     

东海“桑吉”轮事故溢油污染的长期预测

“桑吉”轮事故溢出的凝析油和燃料油对漂油途经海域的海洋生态会产生长期灾害性影响。对溢油污染水体的漂移轨迹和污染程度及范围的预测可为海洋环境保护及污染评估提供重要基础信息。基于国家海洋局第一海洋研究所研发的海洋环境业务化预报系统，本研究较精确预测了“桑吉”轮事故发生后至沉船位置的漂移轨迹；继而利用拉格朗日粒子追踪法预测了撞船后60天内的油粒子漂流轨迹。结果表明，沉船点附近的溢油主要向东北方向输运，大部分油粒子进入西边界强流黑潮并在黑潮带动下迅速进入黑潮延伸体海域。基于预报系统2009-2017年历史表层海流资料，对溢油影响程度和范围进行了风险概率分析，结果显示受溢油影响最大的区域为沉船点东北方向海域。     

长江口深水航道内溢油轨迹的数值模拟

耦合海洋和溢油模型,建立起1个适用于长江口深水航道内溢油轨迹预报模型。海洋模型考虑了深水航道中导堤丁坝的影响,能够较好地模拟深水航道内流场,使物理场更加可信;溢油模型采用前国际上常用的随机游走和拉格朗日油粒子追踪法,预测油粒子的漂移扩散轨迹和扫海面积。研究表明:在深水航道中段发生的溢油事故,油粒子的漂移分布和扫海面积受导堤丁坝和流场的共同影响,涨急时刻溢油24h后油粒子的分布和扫海主要分布在导堤丁坝附近,落急时刻溢油的油粒子则大部分分布于导堤丁坝外,扫海面积也比涨急时刻大,对九段沙自然保护敏感区域产生一定程度的潜在生态影响。本文用数值实验的方法验证了海洋模型中考虑导堤丁坝与不考虑导堤丁坝相比,溢油轨迹预测是有差别的,考虑了导堤丁坝会对油粒子在导堤丁坝附近的漂移和扩散起阻挡约束和聚集的作用,没有考虑导堤丁坝的溢油扫海面积增大。     

高空飞行器被动段运行轨迹精确预测方法研究

高空飞行器被动段运动学状态方程是典型的非线性常微分方程,难以给出其解析解。为了精确预测飞行器被动段运行轨迹,目前常用的解决方法是给出其数值解。在建立飞行器运动学状态方程基础上,提出采用四阶龙格库塔法求解这一常微分方程组,给出了初值的选取方法。采用仿真试验对提出方法的可行性和有效性进行了验证,结论表明:龙格库塔法可以有效计算出飞行器运动学状态方程数值解,能够高精度地预测出飞行器的运行轨迹。     

基于VOF方法的海底管道溢油扩散数值模拟研究

在海底输油管道运行过程中,管道渗漏、穿孔及破碎都会导致原油泄漏。对溢油运动的轨迹及其扩散范围作出预报可为溢油事故的处理提供及时、准确的信息,指导应急处理的正确实施。基于工程实际需求,采用有限体积法,结合k-ε紊流模型,建立了海流作用下海底输油管道溢油扩散数值模型。采用VOF方法(volume of fluid method)追踪多相流界面。首先,将数值模拟结果与Fan的实验值及Zheng和Yapa的数值结果进行了对比,验证数值模型的可靠性;其次,研究了不同原油溢出速度与环境水深对不同时刻溢油轨迹、到达海面时间、横向漂移距离与海面扩散范围的影响。研究表明:随原油溢出速度增大,溢油到达海面时间逐渐减小,溢油横向漂移距离与海面扩散范围则逐渐增大;随环境水深增大,溢油到达海面时间逐渐增大,且其变化接近线性分布。     

Uncertainty in predictions of oil spill trajectories in open sea

A method is introduced to calculate and to account for the uncertainties in the predictions of oil spill trajectories using a classic oil spill model. The method considers the output of the oil spill model as a function of random variables, which are the input parameters, and calculates the standard deviation of the output results which gives a measure of the uncertainty of the model given the uncertainties of the input parameters.Instead of a single trajectory that is calculated by the oil spill model using the mean values of the parameters, a band of trajectories can be defined when various simulations are done taking into account the uncertainties of the input parameters. This band of trajectories defines envelopes of the trajectories that are likely to be followed by the spill given the uncertainties of the input.The method is applied to an oil spill that occurred in open sea near Madeira Islands, in the Atlantic Ocean, in December 1989. The simulations allow the understanding of how a change in the wind direction drove the spill towards the Islands.The envelope of likely trajectories that is obtained with the uncertainty modelling shows a band of trajectories that is in better agreement with the observations than the single trajectory simulated by the oil spill model, based on mean parameters.     

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．     

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。     

渤海海域多源遥感溢油风险评价与长序监测

渤海海域溢油事件频发,所以进行海洋溢油风险时空特征分析,对于开展卫星遥感溢油精确监测具有重要意义.作者采用多源高分辨率卫星遥感数据,提取渤海海域船舶及石油平台两类主要溢油风险源分布状况,结合2015—2020年间渤海海域海上溢油卫星遥感监测结果,分析多种传感器下不同类型溢油的成像特征,通过溢油风险源核密度分析方法,获得...     

同化技术在渤海溢油应急预报系统中的应用

溢油应急预报对溢油事故现场处理具有重要指导意义。国内外已开展大量溢油数值预报技术研究,但由于各类误差的引入(尤其风和流数值预报误差的引入)以及模型本身的不完善等各种原因导致溢油数值预报无法满足日益提高的溢油预报精度需求。随着现场观测技术和监测水平的提高,如何充分利用实时观测数据提高业务化溢油应急预报精度,并满足应急预报迅速快捷的要求,成为目前业务化溢油应急预报的首要问题。国家海洋环境预报中心于2008年实现了渤海溢油业务化预报系统的建立和业务化应用,本文针对当前渤海溢油业务化应急预报中存在的现实问题,利用已有渤海海上5个石油平台从2010年1月至2011年2月的风场观测数据,初步开展最优插值方法(optimal interpolation assimilation method,OI)同化技术在国家海洋环境预报中心渤海溢油应急预报系统风场订正的应用研究。本文采用交错订正方法,确定了OI同化技术中相关尺度因子的选取,从而实现在这5个观测站地理分布情况下,OI同化技术应用中参数的最优化,之后在理想实验和实际案例的应用中,该同化方法明显提高渤海溢油预报精度。本文为如何进一步利用同化方法迅速快捷地实现溢油应急预报精度的提高提供了一定研究基础。     

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.     

基于热红外视频图像监测的海面溢油识别技术研究

针对现有海面溢油检测技术难以在石油泄漏初期（尚未形成海面大规模油膜覆盖）及时发现油膜的难题,本文在前期基于热红外图像测算海面油膜面积方法研究的基础上,结合油泄漏至海面后油膜的扩散特征,提出了一种基于热红外视频图像监测油膜面积变化以及时识别海面溢油的方法。首先,基于单帧热红外图像处理算法提取海面前景区域（包含油膜区域与相似物干扰区域）并计算各区域所代表的实际物理面积。基于视频图像处理技术跟踪测算前景区域中各连通区域的实际物理面积变化情况,根据各连通区域的面积变化率识别前景区域中是否存在油膜,从而判断海面是否发生溢油。实验结果表明:所提出的方法能有效识别不同黏度的石油泄漏至海面形成的扩散油膜,在水面包含波浪与相似物干扰时也具有良好的识别精度。该方法适用于特定场景下（如码头、船舶等）的溢油事故的鉴别,能为溢油事故的及时发现和预警提供技术支持。     

北极通航船舶溢油的运动数值预测与应急处置

基于北极海域脆弱的生态环境特点,为了将溢油污染危害降至最低,以FLUENT为研究平台,建立多项因素共同作用下的船舶溢油模型,分析溢油在有冰海域中的运动特点.结果表明;当冰盖存在时溢油会黏附于冰的下表面,扩散范围小于相同温度下自由海面上的油膜扩散范围;部分溢油会被卷吸到冰盖表面并继续迁移,加速了冰盖的融化;溢油点距离冰盖...     

无主漂油源集合预测方法研究

采用基于"拉格朗日"粒子追踪方法的油粒子数值溯源模式,引入天气预报中的"集合预报"方法,考虑气象、海洋环境背景场误差因素,研究无主溢油源的集合预测方法。对某次渤海中西部溢油溯源事件的数值模拟结果表明,溢油源集合预测分析结果与溢油源实际调查情况相符,表明无主漂油源集合预测方法科学、结论可信。     

Numerical Study of the Oil Spill Trajectory in Bohai Sea,China

Sixteen numerical experiments are conducted using the General NOAA Operational Modeling Environment (GNOME) to numerically study the oil spill trajectory in the Bohai Sea, China, for the purpose of providing information for the oil cleanup and disaster mitigation. High resolution coastline and topography data investigated by China's 908 Program are used to accurately describe the regional geographic feature of the Bohai Sea. Currents and waves required by GNOME are generated by the Hybrid Coordinate Ocean Model and Simulating Wave Nearshore, respectively. Experimental results show that oil spilled in different seasons and at different locations will result in completely different spilling trajectories, traveling distances, and polluting areas. Knowing that information comprehensively is vital to pollution control. Another important goal of this work is to provide users with simulated oil spill trajectory information through China Digital Ocean Prototype System (CDOPS), a grand marine information platform for managing, displaying, and public sharing of the data investigated by the China 908 Program. Users can obtain the trajectory, spreading, and potential impact area of the spilled oil through the oil spill module in CDOPS.