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.     

基于高斯烟羽模型的船舶尾气扩散研究

为有效对港区大气污染进行治理、分析船舶尾气,本文详细介绍了一种基于高斯烟羽模型,通过MATLAB模拟仿真模型,其包括实验仿真过程、技术原理及理论模型对船舶尾气扩散进行的研究。该模型是在传统的高斯烟羽模型的基础上,通过对实源像源进行加权选择输入参数;通过矢量合成确定了气体扩散的方向,利用合成后的"风速"进行计算仿真,有效模拟了船舶尾气在港区或者海洋环境中的气体扩散模型。其模型简单且可以有效模拟船舶尾气扩散。并且进一步对后续模型的精确优化进行分析。     

罗源湾海洋倾倒区抛泥过程含沙量增量数值模拟

罗源湾及周边海域港口、航道开发利用工程产生大量的疏浚物,为准确掌握罗源湾临时性海洋倾倒区抛泥过程中泥沙运动规律和含沙量增量分布,预测并有效控制倾倒泥沙对倾倒区周边海域环境影响,基于FVCOM数值模式和有限差分理论,建立倾倒区二维潮流动力和悬浮泥沙输移扩散数学模型,分析计算海域潮流动力特征和悬浮泥沙输移扩散情况.经过监测数据率定验证,模型计算结果与实测潮位、潮流过程曲线吻合较好,含沙量曲线与实测值比较接近.利用建立的模型预测倾倒区疏浚泥倾倒过程中含沙量增量及影响范围,倾倒区含沙量本底值为22~58 mg/dm3,单次抛泥7 300 m3时,含沙量增量10 mg/dm3(超一、二类水质标准),扩散距离小于3.5 km,抛泥1 h后含沙量增量基本降至10 mg/dm3以下,6 h后含沙量增量降至1 mg/dm3以下;连续120 d随机点抛放时,含沙量增量100 mg/dm3(超三类水质标准)的包络面积为1.40 km2,主要分布在倾倒区附近0.74 km范围内,含沙量增量10 mg/dm3的包络面积为9.27 km2,最大扩散距离为3.25 km.最后,结合模型预测结果和海域功能区划要求,建议倾倒施工单位选择落潮时段进行倾倒作业,保证在空间和时间方面均匀倾倒,尽量避免或减少对附近的三都澳大黄鱼繁育保护区产生影响.     

溢油模拟预测系统在胶州湾溢油事故中的应用

基于FVCOM建立胶州湾的三维水动力模型,考虑风场作用构建一套FVCOM-GNOME-ADIOS相耦合的溢油模拟预测系统,利用此系统对黄岛"11.22"管道泄漏爆炸事故引发的溢油情境进行数值模拟,得到真实环境中溢油漂移路径、扫海范围和风化过程,并对模拟结果了进行验证。结果表明,该预报方法可以较好地进行溢油事故反演。溢油3天后的主要风险海域为跨海大桥以南胶州湾海域和薛家岛海域,对大石头西岸侧、团岛东岸侧及薛家岛南岸侧3条岸线污染最严重,扫海面积达73.24km2。为期5天的溢油风化损失量约为26.76%,其中蒸发量占25.4%。溢油发生后第一个小时是进行溢油应急处理的关键时间,可以有效阻止溢油扩散面积增大,减小污染海域范围。     

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.     

苍南海域疏浚物倾倒悬浮物扩散特征现场试验分析

通过海上倾倒试验,了解疏浚物倾倒在苍南海域的悬浮物扩散特征。试验结果表明:1)疏浚物粒径特征值为倾倒点水体中悬浮物特征值的1.3～2.7倍,倾倒试验过程中水体中悬浮物粒径值的变化较好地体现了疏浚物在水体中的沉降过程;2)由倾倒引起的悬浮物浓度增加而形成的云团在15～30 min后漂离倾倒点,30～60 min后,云团基本消失,且由倾倒引起的悬浮物增量效应也基本结束;3)倾倒云团在顺流方向距倾倒点0.3～0.4 km处,表层水体悬浮物增量影响不明显,疏浚物倾倒造成水体悬浮物浓度增高的影响在顺流方向1.5 km左右基本结束。     

疏浚工程对湄洲湾东吴港区水环境影响的数值模拟

为了解疏浚工程对附近海域水环境的影响,应用MIKE21软件,建立了湄洲湾港东吴港区工程附近海域的二维水动力和泥沙输运计算模型,在对潮流和悬浮沙计算结果验证可靠的基础上,分析工程对附近海域水环境的影响。结果表明,(1)疏浚工程对附近海域的潮流产生影响,流向更有利于靠离泊作业。(2)工程前后流速变小,码头栈桥区域周边流速最大可减小1.23 m/s,回旋水域流速最大可减小约0.59 m/s,东吴航道流速最大可减小约0.43 m/s;(3)悬浮沙浓度增量10 mg/L包络线的最远扩散距离为4.01 km,扩散面积为14.66 km~2;施工结束后,悬浮泥沙恢复至一类水质的时长约3 h,恢复至本底值所需时长约16 h。     

福宁湾海域溢油扩散影响的数值模拟研究

应用非结构化网格形式的MIKE 21水动力模型及溢油模块建立福宁湾海域海工工程施工期溢油扩散的数学模型,对在静风、全年主导风及不利风等3种不同风况条件下,一个潮周期内包括涨憩、落急、落憩、涨急等4个典型潮时分别发生100 t燃料油持续泄露30 min的事故溢油工况进行溢油扩散数值模拟.分析显示,事故溢油在福宁湾海域的扩散过程主要受潮流和风的影响.计算结果给出了事故溢油发生后24 h内的影响范围及0. 05 mg/dm3油浓度(一类或二类水质标准)溢油最快到达福宁湾内主要敏感目标的时间,为海洋环境影响评价和溢油事故应急措施的制定提供了科学依据.     

围头湾海域溢油风险模拟及对周围环境敏感区的影响研究

基于MIKE21水动力模型对围头湾海域进行潮流数值模拟,对比实测数据来验证模型模拟的潮位、流速及流向的可靠性。基于拉格朗日“油粒子”理论考虑油膜运动过程风化行为,建立了围头湾海域二维溢油扩散模型,模拟预测4个不同条件下油膜扫海面积及油膜对环境敏感区的污染情况。结果表明：溢油事故会对围头湾内环境敏感区均造成严重污染。夏季常风向（最不利风向）条件下油膜抵岸污染严重,72 h残油量高达46.7%,油膜漂移距离短,扫海面积小于60 km2;冬季常风向条件下油膜漂移距离远,扫海面积大于228 km2,但72 h残油量较低,为37.1%。     

南海北部海域叶绿素a浓度时空特征遥感分析

利用2007-2010年MODIS的L2级叶绿素a浓度产品作为数据基础, 对叶绿素a浓度年平均和月平均数据进行分级分区处理, 研究南海北部海域叶绿素a浓度时空分布特征及其与海洋环境因素的关系。初步研究结果表明:2007-2010年在南海北部海域叶绿素a浓度的高值区(>5.0 mg/m3)主要分布在广东省沿岸河流的入海口, 分布范围在夏季最大, 在春秋次之, 在冬季最小;叶绿素a浓度的次高值区(1.0～5.0 mg/m3)主要分布在海岸线到50 m等深线之间的海域, 分布范围夏冬较大, 能扩展到50 m等深线附近, 而春秋较小, 会退缩到50 m等深线以内;叶绿素a浓度的中值区(0.3～1.0 mg/m3)主要分布在50 m到100 m等深线之间的海域, 时空变化复杂;叶绿素a浓度的低值区(<0.3 mg/m3)主要分布在100 m等深线以外的海域, 其区域平均值夏季最低, 春秋次之, 冬季最高, 同时该区域叶绿素a浓度在春夏秋三季空间分布较均匀, 而冬季受季风和黑潮入侵影响空间分布较为复杂。南海北部海域海表叶绿素a浓度的时空变化特征与季风、沿岸河流、海流、海表温度等海洋环境因素的变化有关。     

“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。     

南海深水井喷溢油输移扩散的数值模拟研究

文章以假设发生在南海北部深水油气勘探开发海域的1 279 m深水井喷溢油事故为例,采用深海溢油输移扩散模型,以2020年冬季(1月)和夏季(7月)三维流场和海面风场为主要环境动力,数值模拟研究未实施和实施海底消油剂处理情景下的溢油在海洋环境中的输移扩散全过程。模拟结果显示：不同深度的海流对溢油输移轨迹有着显著的影响;深水环境中,流速较小,井喷形成的浮射流能够向上输移较长距离;随着水深变浅,流速增强,流向多变,水中不同粒径的油滴以摇摆或螺旋轨迹向上浮升;在表层海流和冬季或夏季盛行风的共同作用下,海面油膜主要往下风向方向漂移扩散;实施海底消油剂处理措施后,水中油滴扩散范围较未处理时的更大,其中微小粒径油滴将在深水环境中长时间悬浮输移。结果可为今后南海深海溢油输移扩散规律的深入研究提供参考。     

长江口宝钢码头溢油事故油膜漂移扩散数值模拟

溢油事故发生后,油膜的漂移扩散会对周围水域和环境敏感目标造成污染。研究溢油事故后油膜漂移扩散,可为溢油事故的处理提供理论指导。本文应用河口海岸三维水动力模式ECOM-si(semi-implicit estuarine,costal and ocean model),耦合溢油漂移扩散模块,模拟和分析长江口宝钢码头发生溢油事故后油膜的漂移扩散,以及对环境敏感保护目标的影响。基于长江口崇明东滩气象站实测风速风向资料,给出影响溢油漂移的主导风和不利风向。在冬季多年平均1月径流量11700m³·s^–1、主导风、3个不利风和潮汐作用下,数值模拟并详细给出了宝钢码头溢油事故发生后油膜的平面分布、油膜到达和离开4个水库取水口和饮用水水源保护区以及其他环境敏感保护区的时间、持续影响时间和最大油膜厚度。长江口宝钢码头溢油事故发生后,油膜随涨落潮流作上下游来回振荡,径流使油膜向海输运,风使油膜朝风向方向漂移。在主导风北风5.6m³·s^–1风速下,油膜沿长江口南岸向下游漂移扩散,小部分进入北槽南侧。在不利风向东南风4.0...     

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。     

Measurement of a negatively buoyant plume in the coastal waters off freeport, Texas

Continuous discharge of a nominal 230 part per thousand brine solution was initiated in March 1980 at a rate of approx. 225,000 barrels/day (3.58 × 10 ⁷ l/day) from a submerged multiport diffuser in 70 ft (21.3 m) of water at a distance of 12.5 statute miles (20 km) off the Freeport, Texas coast. A measurement system is described which was designed and used to measure the excess salinity and areal extent of the negatively buoyant brine plume. This system consists of a towing sled in which an in situ conductivity, temperature and depth probe is mounted. The towing sled is towed by Texas A & M University's research vessel, R.V. Excellence, on a predetermined search course through the expected plume area. The probe continuously measures the salinity at distance of 10 in. (25.4 cm) above the sea floor.The measured salinity data are used to construct isohalines of the bottom area, or plume contours, which indicate the areal coverage of the plume and the magnitude of the excess salinity concentration. Vertical salinity profiles were also measured in the plume area to evaluate the vertical extent of the plume.Plume contours and vertical profiles constructed from the data collected on 22, 30 March and 10 April, 1980 are discussed. The largest excess salinity contour was 5 parts per thousand above ambient and the area inside this contour was 6 acres (0.02 km². The highest vertical extent of the plume was 25 ft (4.6 m). These measurements indicated the bottom mounted diffuser system was successfully diluting the highly concentrated brine solution and natural processes of advection and diffusion were dispersing the plume satisfactorily.     

黄河口门位置及入海径流变化对莱州湾盐度分布的影响

2020年黄河丰水期入海径流量是往年平均值的2倍以上,必然会引起河口水动力和盐度分布的动态变化。本作者基于有限体积海岸海洋模型(Finite Volume Community Ocean Model, FVCOM),模拟2020年黄河冲淡水在丰水期和枯水期的扩散情况,研究黄河口以及莱州湾海域的盐度分布状况变化,以及径流量变化和口门变迁对黄河冲淡水扩散的影响,模型结果与观测结果吻合较好。模拟结果表明,黄河口西北侧潮流沿岸线方向,随着涨落潮呈西北-东南向往复;黄河口以南包括莱州湾的潮流均随着涨落潮呈东北-西南方向往复。高流速区域主要集中在黄河口和莱州湾北部,在0.5m/s以上。在余流作用下,大量的黄河冲淡水会涌入莱州湾,丰水期时27psu等盐线包络面积占到整个莱州湾的1/4左右。径流量和风的变化主要影响羽流的扩散面积,而口门的变迁会改变其扩散方向。黄河冲淡水经北向口门入海主要影响莱州湾区域,经东向口门入海更多地会向北扩散。通过对2020年黄河口及莱州湾海域盐度分布的分析,为黄河入海径流管理及莱州湾渔业资源保护提供科学参考。     

Field Observation and Analysis of Wave-Current-Sediment Movement in Caofeidian Sea Area in the Bohai Bay, China

In order to study the mechanism of flow-sediment movement, it is essential to obtain measured data of water hydrodynamic and sediment concentration process with high spatial and temporal resolution in the bottom boundary layer (BBL). Field observations were carried out in the northwest Caofeidian sea area in the Bohai Bay. Near 2 m isobath (under the lowest tidal level), a tripod system was installed with AWAC (Acoustic Wave And Current), ADCP (Acoustic Doppler Current Profilers), OBS-3A (Optical Backscatter Point Sensor), ADV (Acoustic Doppler Velocimeters), etc. The accurate measurement of the bottom boundary layer during a single tidal period was carried out, together with a long-term sediment concentration measurement under different hydrological conditions. All the measured data were used to analyze the characteristics of wave-current-sediment movement and the BBL. Analysis was performed on flow structure, shear stress, roughness, eddy viscosity and other parameters of the BBL. Two major findings were made. Firstly, from the measured data, the three-layer distribution model of the velocity profiles and eddy viscosities in the wave-current BBL are proposed in the observed sea area; secondly, the sediment movement is related closely to wind-waves in the muddy coast area where sediment is clayey silt: 1) The observed suspended sediment concentration under light wind conditions is very low, with the peak value generally smaller than 0.1 kg/m3 and the average value being 0.03 kg/m3; 2) The sediment concentration increases continuously under the gales over 6-7 in Beaufort scale, under a sustained wind action. The measured peak sediment concentration at 0.4 m above the seabed is 0.15-0.32 kg/m3, and the average sediment concentration during wind-wave action is 0.08-0.18 kg/m3, which is about 3-6 times the value under light wind conditions. The critical wave height signaling remarkable changes of sediment concentration is 0.5 m. The results show that the suspended load sediment concentration is mainly influenced by wave-induced sediment suspension.     

舟山群岛外海域鱼类数量分布与环境因子的关系

根据2018年4月(春季)和10月(秋季)在舟山群岛外海域进行的渔业资源调查资料,分析了鱼类的种类组成、数量分布和优势种,并用典范对应分析方法分析了其与水文环境之间的关系。结果表明,舟山群岛外海域鱼类有106种,隶属于12目47科80属,春、秋季鱼类质量密度分别为210.50 kg/km²和829.06 kg/km²,尾数密度分别为8.08×10³ ind/km²和165.94×10³ ind/km²。春季鱼类资源密度在调查海域的西北部较高,东部较低,而秋季鱼类资源密度在东部海域较高,西北部海域较低。两个季节的鱼类优势种更替明显,春季优势种为黄鮟鱇(Lophius litulon)、日本红娘鱼(Lepidotrigla japonica)、细条天竺鲷(Apogon lineatus),秋季为细条天竺鲷、日本发光鲷(Acropom japonicum)。鱼类种数呈现显著的季节和空间变化,但是都以西部以及西北部靠近近岸岛屿的海域种类数较高,大部分鱼类栖息在50...