“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。     

横流环境中水下溢油输移扩散的实验研究

文章基于自制的组合式环形水槽（周长9.7 m、宽0.45 m、深1.0 m）,分别以阿曼原油及其消油剂混合物和淡水（含示踪剂）为模拟污染物,开展水下溢油的物理模拟实验,以浮射流输移轨迹、污染物扩散范围和油滴粒径分布为考察指标,研究横流环境和消油剂的使用对水下溢油输移扩散的影响。实验结果表明:在横流环境中,浮射流输移轨迹开始弯曲的高度随着流速的增加而降低;与淡水浮射流主要在水中输移扩散的情况不同,当污染物为原油时,大粒径油滴脱离浮射流主体并上浮至水面,导致扩散范围更大;消油剂的添加会使原油浮射流内部油滴的体积中值粒径变小,油滴粒径分布曲线向小尺寸方向偏移。实验结果可为后续的物理模拟实验和数值模拟研究提供参考。     

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。     

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。     

深海环境中溢油输移扩散的初步数值模拟

通过对溢油在深海环境中的输移过程及行为特点的分析,初步建立基于拉格朗日积分法的深海溢油模型.该模型除了能够模拟油气混合物在真实深海环境中的共同输移与分离输移扩散过程,还考虑了石油溶解、气体溶解、天然气水合物形成与分解等行为变化对溢油运动轨迹的影响.应用该模型初步数值模拟了一次实际深海溢油试验,结果表明溢油在水下的空间分...     

南海深水溢油三维仿真系统开发关键技术研究

针对南海深水溢油应急能力提升的需求,基于MFC界面库和OSG三维渲染引擎开发了一套能够快速、稳定运行的水下溢油三维仿真系统。本系统研发和集成了海底地形绘制、海面仿真、三维海流显示、和油粒子仿真等多项关键技术,实现了南海深水溢油环境的三维仿真以及深水溢油预测等功能。初步应用表明该系统能为南海深水区油气田开发的溢油风险防范和应急管理提供便捷、直观的可视化交互服务。     

海上油气开发水下井喷溢油的化学分散技术研究

为有效应对海上油气开发水下井喷溢油事故,降低海底溢油对海洋环境的危害,文章通过模拟试验研究消油剂的类型、使用量和喷注位置对溢油分散效果的影响,并提出深水水下消油剂使用技术体系。研究结果表明：GM-2消油剂对原油呈现良好的分散性能,且分散效果随剂油比的增大而增强;水下喷注消油剂的使用量为溢油量的10%时即可获得良好的分散效果;在一定范围内,消油剂喷口与水下井口的水平距离对溢油分散效果的影响极小,而垂直高度对溢油分散效果的影响较大。     

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。     

海流作用下海底管道溢油扩散实验研究

采用物理模型试验研究了海流作用下海底输油管道溢油扩散特性。水槽中的原油从管道的泄漏点溢出,并从海底扩散到海面。采用非接触式光学测量技术,设计了图像采集与数据分析系统,研究原油泄漏机理和特性。通过该系统获得了溢油的轨迹、速度和海面上升时间。从定性和定量两个角度分析了水流和溢油量对溢油行为的影响。之后给出了特征物理量对各种因素的敏感性研究。溢油在水下主要以不同粒径的散状颗粒的形式分布。原油的上升过程可分为三个阶段：饱满、分散和聚集阶段。溢油量是影响油粒子上升时间的主要因素。在油粒子的上升过程中,原油的垂直速度主要受溢油量的影响,横向速度则更依赖于水流速度。不同水流与溢油量下,横向溢油速度的偏差远大于海面上升时间和垂直溢油速度的偏差。该研究可为溢油应急预测系统提供理论参考。     

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。     

Numerical Simulation of Bohai Oil Spill in the Winter Sea Ice Period

The Bohai Sea is a seasonal icy sea area that has the lowest latitude of any sea experiencing icing in the northern hemisphere, and simulation studies on oil spills during its sea ice period are the key to analyzing winter oil spill accidents. This study applied the three-dimensional free surface to establish a high-resolution hydrodynamic model and simulate tidal distributions in the Bohai Sea. Then, the oil spill model of the open sea area and thermodynamic model were combined to establish a numerical model for the Bohai oil spill during the winter sea ice period. The hydrodynamic model and sea ice growth and melting model were verified, and the parameters were adjusted based on the measured values, which indicate that the numerical model established in this paper is of high accuracy,stability and ubiquity. Finally, after checking the calculations repeatedly, the diffusion coefficient for the Bohai Sea was determined to be 1.0×10~(–7 )m~2/s. It is better that the comprehensive weathering attenuation coefficient is lower than that of a non-winter oil spill, with 1.3×10~(–7 )m~2/s being the most appropriate coefficient. This study can provide the reliable technical support for the operational safety and reduction in losses caused by winter oil spill accidents for the petroleum industry.     

渤黄东海40年温盐流模拟与初步分析

使用ROMS(regional oceanic modeling system)模式模拟了40年的渤黄东海温盐流,数据包括三维的温度、盐度、流速、流向和海表高度,同时包含了逐小时的潮汐信息。将模拟结果与观测资料和卫星反演数据进行对比,检验了模式准确性。整体上,模式模拟的水位与近岸观测值基本一致,能够准确再现风产生的增水;模式较为准确的再现了渤黄东海的温度分布,在深水区模拟的温盐剖面与观测值基本一致;模式模拟渤黄东海区域的海表高度和海表流与卫星反演结果相比偏小,但分布趋势相近。模式结果可以为研究气候变化对水位的影响和黄海暖舌的扩散过程等现象提供数据支持。     

The error source analysis of oil spill transport modeling: a case study

Numerical modeling is an important tool to study and predict the transport of oil spills. However, the accu- racy of numerical models is not always good enough to provide reliable information for oil spill transport. It is necessary to analyze and identify major error sources for the models. A case study was conducted to analyze error sources of a three-dimensional oil spill model that was used operationally for oil spill forecast- ing in the National Marine Environmental Forecasting Center （NMEFC）, the State Oceanic Administration, China. On June 4, 2011, oil from sea bed spilled into seawater in Penglai 19-3 region, the largest offshore oil field of China, and polluted an area of thousands of square kilometers in the Bohai Sea. Satellite remote sensing images were collected to locate oil slicks. By performing a series of model sensitivity experiments with different wind and current forcings and comparing the model results with the satellite images, it was identified that the major errors of the long-term simulation for oil spill transport were from the wind fields, and the wind-induced surface currents. An inverse model was developed to estimate the temporal variabil- ity of emission intensity at the oil spill source, which revealed the importance of the accuracy in oil spill source emission time function.     

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。     

Extreme deviations of the sea level and the velocities of currents induced by constant winds in the Azov Sea

By the method of numerical modeling, we study the influence of the velocity of constant wind on the currents and oscillations of level in the Azov Sea. A three-dimensional nonlinear numerical model is applied to determine the regions characterized by the maximum and minimum values of the velocities of surface stationary currents and the highest deviations of level in the open part of the Azov Sea. In the presented maps, we indicate the points of the water area, where the extreme values of deviations of the sea level and the highest current velocities are attained. We analyze the influence of the velocity of constant wind on the time of attainment of the extreme values of elevations and lowerings of the sea level and current velocities.