海上危化品漂移扩散数值模拟研究进展

近几年,海上危化品泄漏事故频发,对海洋生态环境造成了严重影响,而有关海上危化品漂移扩散数值模拟的研究还处于起步阶段。本文依据危险化学品的理化性质及其泄漏进入海水后的扩散行为的不同,将目前常见的海运危险化学品划分为4大类:海面漂移型、溶解扩散型、悬浮输移型和易挥发型。在此分类的基础上,总结归纳了国内外现有的适用于海上危化品漂移扩散的数值模型,对于未来海上危化品泄漏扩散快速预报、精细化预报模型的建立以及危化品泄漏的应急处置具有一定的参考价值。     

危险化学品海上漂移扩散数值模拟研究综述

总结归纳了国内外目前常用的水动力模型的发展、特点及应用情况,并根据危化品的理化性质及其泄漏入海后的运动形式,将海上危化品分为溶解扩散型、海面漂移型、沉降型和易挥发型4种类型。在此分类的基础上,简要概述了各类型海上危化品漂移扩散数值模型的特点及应用情况,为研究海上危化品泄漏扩散预测及应急处置提供参考。     

南海深水区水下溢油三维可视化模拟系统研发与应用

针对南海油气田勘探开发溢油污染防治需求,开发了国内首套深水区水下溢油三维可视化模拟系统,由三维海流预报模型、深水溢油模型、三维可视化仿真系统和数据库组成。海流预报模型基于ROMS模式,通过考虑波致混合影响,并利用最优插值技术同化卫星测高资料和嵌套技术,保障了预报结果的准确性。深水溢油模型由羽流模型和对流扩散模型组成,考虑了卷吸、油气分离、溶解、水合物生成、漂移、扩散等复杂过程。系统能够预测深水区水下油气泄漏后行为和归宿过程,提供油、气、天然气水合物粒子的大小、分布、移动速度和漂移轨迹、扩散面积、水体溢油残存量、水面溢油量等三维可视化动态模拟结果。目前系统已经在油气田勘探开发中得到应用,为南海深水溢油应急提供了重要支撑。     

危险化学品泄漏事故海洋环境质量影响评价技术研究

近年来,危险化学品泄漏入海事故风险不断增大,而国内外在危化品泄漏事故对海洋环境影响的评价方法尚不完善。本研究针对危化品泄漏入海事故的特点,构建了危化品泄漏事故海洋环境质量影响评价工作程序及技术路线,参考相关技术规范和文献资料,明确了不同类别海洋环境敏感程度的划分原则,提出了危化品泄漏事故等级和海洋环境质量影响评价工作等级的确定方法。在此基础上,针对海洋水质、海洋沉积物和海洋生物等环境质量要素,探讨了不同评价等级下调查范围、站位和频次等的设定方法。获取各项环境质量指标后,提出了基于有序二元对比定权的综合指数法评价危化品泄漏对海洋环境质量的影响程度。本研究为危化品泄漏事故海洋环境影响评价标准和规范的制定奠定了坚实的基础。     

基于OpenSceneGraph 的海洋环境三维可视化系统研究

为了研究虚拟现实技术在海洋环境三维可视化中的应用,对大气、海底地形、风浪流等数据产品进行了分析整理,运用场景裁剪、level of details(LOD)细节层次、场景动态调度等关键技术方法,结合Visual Planet Builder(VPB)、ARCGIS多种数据处理工具,在VC++和OSG2.8.7的可视化开发环境上,构建了一个三维、动态、实时、可交互的海洋环境可视化模拟仿真系统。这个系统可以为海洋科学研究和工程建设提供一个更加便捷、直观的可视化平台。     

海洋环境数据三维可视化系统设计与实现

针对目前海洋环境数据可视化技术存在的问题,结合海洋环境要素特点和我国对海洋环境信息化建设的实际需求,设计并开发了海洋环境数据三维可视化系统,重点从海洋环境数据组织和管理、海洋环境数据可视化表达、海洋环境数据查询分析、三维场景交互与视图控制四个方面入手,实现海洋多源信息的集成与可视化共享,为智慧海洋管理提供深入的信息集成、分析与可视化服务。     

中国近海海上溢油预测与应急决策支持系统研发

开发了中国近海海上溢油预测与应急决策系统,由三维水动力模型、溢油风化模型、环境敏感区图和决策支持模型组成。系统能够预测海面油膜的漂移-扩散行为和风化过程,提供敏感区污染预警和资源优先保护次序、溢油应急优化方案以及溢油清污效果实时动态模拟。作为海上溢油应急反应决策平台,系统能够通过网络提供服务。     

近岸溢油漂移扩散预测方法研究——以胶州湾溢油事件为例

近些年,由于中国经济的高速发展,原油需求逐年增长,同时海上溢油事故发生的风险也在加剧。海上溢油会严重破坏海洋环境,危害我国经济发展,加强溢油漂移扩散预报研究能够为海上溢油应急响应提供技术支撑。因此,国家海洋信息中心研发了海上突发事件应急一体化预测预警系统。该系统基于GIS平台研发,能够在二维电子海图基础上叠加相关的海洋环境动力要素信息,模拟溢油扩散和漂移态势,同时计算剩余油量,估算溢油面积以及岸线吸附程度等。2013年11月22日,山东黄岛发生输油管道爆炸事故,造成大量原油溢入胶州湾。本文利用该系统结合高分辨率大气模型WRF的三重嵌套技术和海流模型SELFE的非结构化网格加密技术,对事故溢油漂移扩散开展了预测工作。预测结果显示,油污受胶州湾内往复流的影响极大,72 h后,胶州湾内外大部分海域都将存在油污,主要集中在黄岛沿岸海域、团岛及浮山湾附近,预测扫海面积为70.32 km2。经海事部门高分辨率卫星观测结果印证,系统模拟的溢油分布较为合理。该系统的业务化应用为相关海上溢油污染应急工作提供了一定理论依据和参考。     

海上溢油数值模型研究进展

我国是海洋大国,近年来,海上活动持续增多,发生海上溢油事故的风险随之加大,海上溢油污染事故一旦发生,如不得到及时控制,必将严重损害我国近海海洋环境。为了完善我国海上溢油应急反应体系,提高我国处理重大海上溢油事故的应急反应能力,海上溢油污染应急技术研究已经得到开展。本文综述了溢油预测模型的发展过程以及相关的研究成果,包括：溢油扩展模型、溢油漂移模型、油粒子模型和溢油风化模型等。这为进一步开展溢油预测和溢油污染应急工作提供了理论依据和参考。     

海上搜救辅助决策技术研究进展

随着我国"海洋强国"和"一带一路"战略的实施,海上活动日益频繁,海难事故风险持续增长,海上人员安全问题受到了越来越多的关注。本文以海上搜救区域的确定和搜寻方案的规划两个关键技术为切入点,综述了海上搜救辅助决策关键技术的发展过程和相应的研究成果。首先,针对海上遇险目标的运动特性,介绍了遇险目标漂移模型的发展,概述了漂移轨迹和搜救区域的计算方法;其次,分别对静止和运动目标的搜寻策略进行了回顾与归纳;最后,总结了上述技术在国内外的业务化应用情况,进而探讨了相关技术的未来发展方向。本文旨在为我国海上搜救应急保障体系的建设和重大海难事故应急反应能力的提高提供依据和参考。     

海洋标量数据的三维动态可视化系统研究

为了实现海量、多源、异构、多维、多格式、动态等特性海洋标量数据的三维集成可视化,设计了基于服务思想、面向通用标量数据格式的三维虚拟可视化体系架构,构建了海洋三维可视化原型系统,并对其体系架构和功能设计进行了详细阐述;采用基于几何对象的可视化方法,结合LOD动态调度、表面纹理及快速查询等关键技术,实现了海洋标量场数据的高效、快速三维动态可视化、要素值查询及时序分析等功能。该研究可为其他海洋环境要素数据的可视化与分析提供思路与技术借鉴。     

海上事故有害气体的扩散研究 ——以"桑吉"轮撞船事故为例

发生海上事故后，为对周边海域船只和人员进行疏散及为应急处置提供科学依据，并实现对不同检测位置检测浓度的校正，需要对事故有毒有害气体的扩散进行计算。本文先通过经验公式计算，模拟事故船舶自然燃烧，而后采用高斯烟羽模型，通过结合事故现场的风浪等水文气象参数，构建海上事故有毒有害气体扩散模型。该模型在改进的高斯烟羽模型的基础上，通过与 ArcGIS 结合，实现事故海域区域范围内有害气体扩散定量可视化，实验结果表明，“桑吉”轮撞事故中，有害气体沿向下风向西北处扩散，以事故点为起点向西北方向划线为轴线，宽幅选取 4 km 范围，最高浓度区域是以事故点下风向 3 km处为圆心，500 m 为半径的圆形区域，浓度可以达到 4* 10-5 mg/m3，边缘处气体浓度已低至 0.5 * 10-5 mg/m3。其模型简单且可以直观体现有毒有害气体扩散范围。     

美国化学品泄漏应急辅助决策技术体系

随着社会经济的快速发展,化学品生产种类不断丰富,沿海化工企业规模不断扩大,化学品泄漏入海对公共安全、经济发展和海洋环境造成的危害越来越突出,加强化学品泄漏入海应急辅助决策技术体系建设已成为当务之急。美国化学品应急响应体系处于世界领先地位,相关应急辅助决策技术体系较为完善。鉴于此,本文概述了CAMEO Chemicals、CAMEO suite风险源数据管理模块和CAFE化学品数据库的指标及其作用,ALOHA模拟和MARPLOT绘图软件的基本原理和功能,以期为中国化学品泄漏入海应急辅助决策技术体系提供较好的参考。     

“深水地平线”事故深海溢油输移扩散的数值模拟

为深入认识深海溢油输运过程和提高深海溢油事故的应急响应能力,文章以2010年墨西哥湾“深水地平线”事故为例,采用深海溢油输移扩散模型,以三维流场和海面风场为主要环境动力,数值模拟溢油深海泄漏后的浮射扩散、水体中输移扩散以及在风场和流场共同作用下在海面上输移扩散的全过程,同时模拟实施海底消油剂喷注处理措施后溢油输移轨迹和扩散范围的变化。研究结果表明：数值模拟结果与相关报道的悬浮油带实际观测结果以及美国国家海洋与大气管理局的海水异常遥感监测结果总体相符,可为更加全面和精细的深海溢油输移扩散数值模拟研究奠定良好的基础。     

Contaminant transport modeling in marine clays

The need to develop various offshore containment systems encourages the contaminant transport study in marine clays. In the present investigation, an attempt has been made to examine six cases of contaminant transport in marine clays. Adequate literature background on the chemical diffusion of soils, and the earlier reported modeling techniques relevant to the present work have been highlighted. These methods enable a rapid examination of the impact of contaminant physical properties on the environment over a period of time. The numerical results of this study help to understand the chemicals transport phenomena in the marine environment especially at sea bed.     

长江南京以下深水航道应急测绘关键问题研究

长江南京以下12.5 m深水航道已于2019年竣工,海进江船舶数量大幅增加,重大海损事故频发,为做好深水航道应急测量工作,分析了航道和陆域应急测绘的不同点,总结了深水航道海损事故的特征和应急测绘需求,采用运筹学理论建立了最小化测量时间模型,得到了应对特定海损事故规模所需船舶数量,在此基础上提出了测绘力量配备方案和改进需求。本文的研究可为航道部门应急测绘力量配备提供理论依据。     

海洋和大气数据多模式动态可视化系统的设计和实现

为了实现海洋和大气数据多模式动态可视化,本系统使用VC++和CG着色语言进行开发,渲染引擎基于OpenGL三维图形标准。提出了一系列面向海洋和大气数据的模式分析方法,包括:探针功能、线模式、面模式、体模式、矢量模式和动态时间序列分析等,实现了将海量多维海洋大气数据转换为三维空间或动态演变的图像,同时完成用户交互处理操作。并将可视化技术应用于长时间序列的海洋大气数据,通过实时动态的可视化图像来体现海洋大气数据的动态变化过程。结果表明,该系统可实现常见海洋和大气数据的多模式动态可视化。     

海洋叶绿素a浓度动态可视化研究

为了实现叶绿素a浓度数据的三维动态可视化效果,针对海洋环境数据多维、多时间及多格式等特点,在全面分析NetCDF(network Common Data Form)数据模型的格式、存储的基础上,结合GPU(Graphics Processing Unit)与osgEarth三维地球虚拟场景,提出一套海洋环境中叶绿素a浓度的动态可视化方法。实验表明,该方法具有一定的可行性和高效性,为海洋环境数据的动态可视化与分析提供了强有力的可视化平台。     

基于实时几何流线生成的二维海流数据交互可视化方法

海流可视化是海洋科学研究的热门领域。目前已有的可视化方法在视觉清晰度、真实度和运行效率等方面存在不足之处。文中提出一种新的基于实时几何流线生成的二维海流数据交互可视化方法。该方法实现了全球海流的时空连续表达,可较好地展现全球海流特征;采用概率的方法控制粒子密度,使全球范围内粒子保持均匀分布的状态;生成的流线清晰且具有较高的可调整性。通过MSLA和SODA两个示例数据集的可视化和性能分析证实了此方案具有很高的实用性和灵活性,可视化结果可以较好地反映全球洋流特征。