海洋溢油溯源数值模拟方法的研究进展

海洋溢油溯源数值模拟可以为海上溢油事故的应急处置提供技术支撑,同时对确定溢油事故的泄漏源和责任方也具有重要的指导意义。本文概述了海洋溢油溯源数值模拟方法的最新研究成果,总结分析了包括对流扩散过程的逆运算、受体模式、粒子追踪模式和垂向溯源方法等在内的四类数值模拟方法的基础理论和研究进展。同时,归纳了三种常用的溢油溯源数值模拟结果分析方法,并给出了每种方法的优缺点及其对应的适用条件。在分析海洋溢油溯源数值模拟方法应用现状的基础上,初步探讨面临的挑战。这对全面理解溢油溯源数值模拟方法的理论和应用提供了重要参考,并可为相关工作和后续数值模拟方法的改进奠定基础。     

海洋溢油污染的应急处理

随着航运经济的发展,溢油污染对海洋环境及经济社会的威胁越来越大。一旦溢油事故发生,正确的应急处理措施非常重要,若不能及时将油污从海洋中清除,溢油破坏的范围会很快扩大,且所造成的破坏在短期内很难恢复。介绍常用的溢油应急处理方法及其适用条件,探讨如何能抓住时机,及时有效地清除溢油,将溢油对海洋环境的破坏降到最低。     

基于随机情景模拟统计的海洋溢油污染风险分析——以滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区为例

定量分析敏感资源环境遭受突发性溢油事故的污染风险,对加强海洋溢油风险管理和应急响应具有现实意义。通过参考国内外现有研究成果,构建了溢油随机情景模拟统计方法,并利用GIS技术实现数据管理及可视化分析。考虑到海洋保护区是典型生物多样性和生态环境保护的敏感区域,以滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区为例进行案例研究。首先根据对保护区附近的黄骅港、滨州港海港码头、进港航道、锚地及埕北油田石油平台等溢油风险源的分析,选取3个代表性泄漏地点。然后在经验证的潮流场模拟数据和2004-2005年风玫瑰图数据基础上,对每个地点分别进行450次随机溢油事故情景(即不同泄漏时间、风速风向、潮流场等)的模拟计算。统计结果显示,全年所有风向条件下保护区遭受以上泄漏地点的最大溢油污染概率分别为22.9%、9.7%、3.0%,海面油膜最快到达时间分别为2 h、5 h、40 h。与典型情景模拟法的比较可知,随机情景模拟法是前者的重要补充,能够弥补大量遗漏的事故情景,有助于更客观全面地分析与评价海洋保护区遭受溢油事故的污染风险。     

海上溢油行为与归宿的数值模拟研究及其在近海的应用

基于"油粒子"模型,建立了一个溢油输运-归宿模型,结合FVCOM提供的流场数据及多年统计的平均风场结果,模拟了围头湾400t燃料油在静风、常风及不利风向下,一个潮周期内高潮、落急、低潮、涨急4个时段,共计12个工况下的油膜漂移路径和影响范围.计算结果表明,溢油事故发生后,油膜扫海范围及迁移路径与溢油发生时刻及风向密切相关.静风条件下,溢油运动主要受当地潮流影响,呈西北-东南向往复运动.常风向下,发生在围头湾的溢油向西北方向扩展,抵达刘五店水域,并经北侧水道向翔安方向延伸.油膜影响范围最广,并向南蔓延,最远抵达大金门和小金门之间水域.     

星载SAR监测海洋溢油污染的初步研究

对星载SAR监测海洋溢油的基本原理进行总结并分析了影响溢油监测的SAR参数及干扰SAR海洋溢油监测的各种因素;对搜集到的星载SAR数据进行处理,并给出中国黄海海域的海上溢油分布的初步统计分析,结果表明该海区的溢油主要分布在海上主要航线附近。     

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。     

崖城油气田附近海域溢油漂移轨迹数值模拟预测

通过采用不规则的三角网格和有限体积法的FVCOM模式,建立三维潮流数值模型。利用大海域计算得到的调和常数值作为开边界的输入值,模拟出崖城附近海域的潮流和潮位变化情况。在潮流、潮位验证正确的前提下,利用欧拉—拉格朗日追踪方法,建立了溢油轨迹预测模型,进行崖城油气田附近海域溢油中心轨迹的预测,同时预测了溢油漂移的平均速率和油膜抵达敏感区的时间,为油气田实施应急措施提供技术支持。     

基于元胞自动机的海洋溢油模型

本文采用三维元胞自动机模型,对海洋溢油过程进行了模拟,对风流、水流等水平方向的影响系数进行了改进。考虑了蒸发、垂直扩散、岸边附着、溶解、乳化等因子的影响,并且引入乳化含水率将乳化因子进行实际量化,构建了海洋溢油模型。并以"Deep Spill"的溢油实验为基础进行了模拟,实验结果 Kappa系数达到0.902,与实际相比具有较好的一致性。本文对海洋溢油事故进行预测模拟,为提出合理有效的应急预案提供科学依据。     

海洋溢油污染预测预警技术

本项目对溢油应急体系建设与溢油污染预测预警关键技术进行攻关,为海上溢油应急快速反应、指挥决策和控制处理提供技术支持。自主研发渤海海域溢油漂移轨迹动态快速预报模型和溢油漂移轨迹及归宿模型;     

基于合成孔径雷达回波信号的海洋溢油监测方法研究

海洋油污染是各类海洋污染中最常见、分布面积最广且危害程度最大的污染之一。近年来,海洋特别是近海人类活动频繁,且随着海上运输和石油加工业的发展,油田井喷、钻井平台爆炸、船舶碰撞等所造成的溢油事故增多,因而,监测海洋溢油具有重要的经济和社会现实意义。研究采用MatLAB工具,通过图像预处理(图像校正和增强)、特征提取和神经网络识别等方法,对合成孔径雷达(SAR)海洋溢油图像进行处理,最终期望实现半自动区分SAR图像上各类目标,并进行多种神经网络方法效果比较。研究首先对SAR海洋溢油图像进行初步人工识别;然后进行图像预处理(几何校正、滤波处理等)和基于灰度共生矩阵的特征值计算;最后,借助神经网络方法对溢油区域和疑似溢油区域进行分类,输出分类处理后的图像。通过输出图像分析发现,神经网络能对SAR海洋溢油图像中溢油、海水、土地3类目标进行明确分类,且RBF神经网络模型精度高于BP神经网络。本文提出的半自动分类方法不仅能提高SAR图像处理效率,将分类目标扩充有溢油和非溢油扩充到溢油、海水、土地3类,提高图像处理的全面性,同时通过比较RBF和BP神经网络在SAR溢油图像分类上的具体优劣,有着较好实际意义。     

基于资源等价分析法的海洋溢油生态损害评估模型及应用

采用资源等价分析法构建溢油海洋生态损害评估的模型,重新对2002年渤海塔斯曼溢油事件的潮间带生物损害进行定量评估,得出补偿修复工程的规模从而估算出针对潮间带受损资源的赔偿额度。资源等价分析法的研究与应用填补了国内在该类方法研究领域的空白,进一步完善了中国溢油生态损害评估方面的研究,为各类溢油损害计算提供参考和补偿依据。     

溢油模型与SSD曲线法评估渤海溢油事件的海洋生态风险

海上溢油事故不仅会造成大面积的海水污染,还会对海洋生态系统造成严重破坏。为此,采用有效的方法评估溢油事件引起的生态风险,对防灾减灾工作具有重要意义。本文以发生于2011年6月的渤海蓬莱19-3溢油事故为例,使用两种溢油模型(GNOME轨迹模型与ADIOS风化模型)模拟了事故初期油膜的运动轨迹与风化过程。基于模拟结果,利用CAFE模型(Chemical Aquatic Fate and Effect)拟合了相应的物种敏感度分布(species sensitivity distribution,SSD)曲线,首次结合三种模型工具对渤海进行了生态风险评估研究。结果显示,随着原油的持续泄漏,其主要有毒物质(苯系物)浓度达到了1 300μg/L,超过了1%危害浓度值(Hazard Concentration 1%,HC1)。结果表明,在事故初期所产生的生态风险不可忽视,并且风险(多个物种的潜在影响分数)会在96 h内以每日约1%的趋势增长。本文结合溢油运动轨迹和SSD曲线,绘制出了事故期间的生态风险时空分布图。经过定量化的评估,首次发现事故的整体生态风险随时间呈近似二次函数增长,同溢油轨迹一样,向西北方向扩散,越靠近溢油源的海域生态风险概率越高。     

基于生物标志物的海洋溢油污染评价方法研究

生物标志物是指能够指示或表征暴露于环境化学污染物而引起生物机体发生响应变化的标志物或指标。采用生物标志物指示海洋环境的水质变化及其生态预警作用的研究是当今海洋环境科学研究的热点和前沿,在海洋污染评价领域中应用广泛。本文介绍了生物标志物的定义及分类,综述了国内外基于不同种类的生物标志物的评价方法在海洋溢油污染监测与评价中的应用特点和研究现状,以及多种生物标志物综合应用的典型方法及重要意义,例如生物标志物响应指数(biomarker response index,BRI)和综合生物标志物响应指数法(Integrated biomarker responses index,IBR)。最后,本文总结并指出了今后开展相关溢油污染评价的研究方向,包括针对海洋溢油污染特点筛选特异性强、敏感性高的生物标志物以及建立基于生物标志物的海洋溢油污染预警系统等,从而提供更加精准有效的技术方法和科学保障。     

基于MIKE SA模型的厦门西港海域溢油影响的数值模拟研究

基于MIKE SA溢油模块,以燃料油为油种,建立了厦门西港海域溢油模型,模拟静风、主导风向（东北东风）和不利风向（西南风）3种风场条件下,一个潮周期内涨急、高潮、落急和低潮4个时段发生10 t溢油后油膜的漂移路径和影响范围.结果显示,发生在厦门西港海域的溢油在海面的漂移过程主要受潮流和风的影响,其中潮流起着主导作用.不同风向条件下,24 h内油膜的影响范围不同,静风条件下溢油浓度超一类（或二类,≥0.05 mg/dm3）、超三类（≥0.30 mg/dm3）和超四类（≥0.50 mg/dm3）的总影响面积分别为31.33、19.63和11.74 km2;主导风向条件下溢油浓度超一类（或二类）、超三类和超四类的总影响面积分别为99.62、69.01和8.99 km2;不利风向溢油浓度超一类（或二类）、超三类和超四类的总影响面积分别为8.38、5.05和2.10 km2.该预测结果可给出溢油事故发生后的影响范围、影响程度和影响敏感目标的时间,可为溢油事故应急决策的制定及溢油损害评估提供科学决策和支持,提升厦门海域环境风险管理应急能力建设.     

海洋溢油生态损害快速预评估模式研究

海洋作为石油资源的主要产地和运输路线,海上溢油事故对海洋生态系统的损害十分巨大.为了评估溢油对海洋生态系统的损害,研制一套海洋溢油生态损害的快速预评估方法和模式非常必要,且对于海洋管理和生态索赔具有重要意义.本文建立了一套适用于渤海海域的海洋溢油生态损害快速预评估模式,该模式将海洋溢油生态损失分为两部分,即海洋环境容量...     

海上化学品泄漏环境风险生态损害价值评估

选择厦门市海沧化工园区为典型案例区,以二甲苯为研究对象,采用数值模拟技术,对海岸带化工园区化学品泄漏的环境风险与生态效应进行了预测和识别,评估了海洋生态服务功能、水质、生物、潮滩生境4种对象的价值损失．结果表明,泄漏地点、风向、潮时以及泄漏量是影响化学品泄漏环境风险差异的主要因素．当泄漏量较小、泄漏点靠近化工泊位时,E风低潮时对海洋生态影响最大,此时最大生态价值损失约为3994万元;当泄漏量较大、泄漏点位于靠近外海的船舶锚地时,SSW风高潮时对海洋生态影响最大,生态价值损失最大为18732万元．在4种对象中,生态服务功能损失和生物损失对价值损害的贡献最大．     

基于GF-1卫星的海上溢油定量监测——以青岛溢油事故为例

基于GF-1卫星数据对2013年11月22日青岛黄潍输油管道爆炸造成的海面溢油进行定量监测。研究首先采用2013年11月26日GF-1卫星数据对海面溢油进行提取,其统计面积为0.67 km2;其次,结合肖剑伟提出的油膜厚度单波段反演模型估算油膜厚度,最终计算得到溢油量为0.28 t;最后,对Band 1反射率与油膜厚度结果进行灰度分割,将溢油污染程度分为6级,对比发现两者分级结果较为一致。由此得出,通过反射率直接进行灰度分割可以对溢油污染进行有效的等级评定。     

渤海海上溢油漂移扩散数值模拟研究

近几年渤海海上溢油突发事件频发,对海洋环境造成严重的污染。本文将业务化气象数值模型(Weather Research and Forecast model,WRF)、海流数值模型(Regional Ocean Model System,ROMS)的数值预报结果作为海洋环境驱动场,采用"油粒子"的海上溢油漂移扩散数值模拟方法,对在渤海发生的溢油扩散行为进行模拟预测。本文针对渤海溢油事件,设计敏感试验,研究不同风、流系数和网格分辨率对溢油扩散模拟结果的影响,获得适合于渤海的溢油数值模型参数,提高溢油漂移扩散预报的准确度,为海洋溢油应急处置和防灾减灾提供技术支持。