海上溢油数值模型研究进展

中国是海洋大国,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,必将严重损害中国近海海洋环境.为了完善中国海上溢油应急反应体系,提高中国处理重大海上溢油事故的应急反应能力,开展了海上溢油污染应急技术研究.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...     

墨西哥湾溢油事故模拟研究

溢油事故会对海洋、湿地和河口的生物造成严重危害。为了降低石油泄漏事故的危害,促进清理工作的顺利进行,需要了解油膜的运动路径和扩散范围,结合流、风等信息对油污的漂移进行预测。本文主要工作是利用NOAA的GNOME(General NOAA Operational Modeling Environment)溢油模型,对墨西哥湾"深海地平线"溢油事故在2010年5月8日~11日的溢油情况进行了溢油轨迹的模拟。模拟过程中,采用GOM HYCOM模式计算的流场数据和NECP的CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)风场数据作为GNOME模型的驱动数据。并将模拟结果与卫星观测资料进行了对比验证,结果表明GNOME模拟的溢油轨迹与卫星应急信息中心网站(Center for Satellite Based Crisis Information)提供的油污覆盖卫星图相符性良好。并研究了流场的不确定性对溢油轨迹模拟结果的影响。     

事故性溢油对湄洲湾环境影响的预测

本文采用已建立的湄洲湾潮流场和水质点拉格朗日运动模型，利用概率预测模式，描述一旦发生事故性溢油，海上表面油膜的漂移和扩展过程，预测最大可能的污染海域范围；并建立海上溢油动力模式，探讨连续排放溢油的漂移和扩展过程，通过Mackay公式算出在油膜覆盖下水体的油含量。     

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.     

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。     

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。     

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。     

溢油扩展、漂移及扩散预测技术研究进展

海上溢油灾害会严重破坏中国近海海洋环境,还会直接危害我国经济发展。因此,开展溢油预测预警技术研究是非常有必要的,能够为海上溢油应急响应提供技术支撑。本文综述了溢油扩展、漂移及扩散数值预测技术的发展过程及相关研究成果,包括溢油扩展模型、溢油漂移与扩散模型、溢油预测预警系统,为未来开展溢油应急工作提供了理论依据和参考。     

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.     

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。     

湄洲湾多毛类物种多样性及生态特点

于2007年5月至2010年5月间,在湄洲湾海域设置50个浅海测站,16条软相潮间带断面,进行底栖生物调查,根据调查采获的多毛类动物样品进行整理,研究湄洲湾多毛类物种多样性及生态特点．湄洲湾海域共鉴定有多毛类环节动物177种,隶属4l科112属．湄洲湾多毛类的动物区系特点与台湾海峡具有相似的热带、亚热带特征．讨论多毛类环节动物在调查区域底栖生物种类及数量组成中的地位,分析调查区域多毛类多样性指数等生态特征,为湄洲湾的生态环境监控、环境保护提供多毛类生态学的资料．     

湄洲湾潮流特性的数值研究

本文运用一个含动边界的二维河口海岸动力模型模拟了湄洲湾潮汐潮流的基本特征,模拟结果与实测数据吻合较好．在此基础上估算了湄洲湾大、小潮过程的纳潮量,并根据湾内保守示踪物的质量（浓度）随涨、落潮流周期性的变化,进一步估算了湄洲湾的水交换周期,其半交换和80％的交换周期分别为5d和15d．同时可以看出,主航道深水区的水交换特性明显强于湾顶浅水区．     

湄洲湾潮流数值计算

采用不规则三角形网格的分步杂交法,建立了湄洲湾海域二维变动边界潮流数值模型,通过计算得到最大潮流分布、同潮时线与等振幅线、潮流椭圆、潮致欧拉余流分布及不同时刻潮流场分布。     

湄洲湾附着生物与油污染生态学研究

１９９３年６月至１９９４年５月在湄洲湾炼油厂排污口进行附着生物挂板和海水含油量测定。对码头和浮标生物多样性做定量和定性取样。共记录１４７种生物，种类极其丰富，既有外海高暖水种，又有近岸广分布种，无冷水和河口低盐种。     

湄洲湾中、小型浮游动物的分布

本文分析了2007年春、夏、秋、冬4个季节在湄洲湾采集的浮游动物样品,共记录了浮游动物115种,及若干类别的阶段性浮游幼虫和临时性浮游动物.湾内浮游动物种类丰富,生态类群多样,优势种皆为小型浮游动物.浅水Ⅱ型网获的浮游动物种类和个体数量均较浅水Ⅰ型网获的丰富.中、小型浮游动物个体总密度分布较均匀,4个季节均值高达73.34×102个/m^3,多样性指数（H′）和均匀度指数（J）值都很高,4个季节均值分别为3.30和0.68.湾内浮游动物的分布,大致反映了不同水系影响的动态.     

湄洲湾灵川贝类养殖滩涂小型底栖动物数量研究

2005年6月至2006年3月对湄洲湾北岸灵川贝类养殖滩涂的小型底栖动物进行研究,并探讨了贝类养殖对滩涂底栖环境可能造成的影响.结果表明:小型底栖动物的总平均密度为65.7±37.5个/cm2,春季(3月)的密度比其它季节高.线虫和桡足类是小型底栖动物密度的主要组成,其中线虫平均密度为63.9个/cm2,约占密度组成的97.3%;桡足类平均密度为0.77个/cm2,约占密度组成的1.2%.许多站次的线虫和桡足类数量之比(N/C)均超过100,多贝类养殖的Y断面的小型底栖动物密度、N/C均比寡贝类养殖的F断面高.     

福建湄洲湾海域营养状态趋势预测

利用数值模拟的方法预测湄洲湾远期海水水质，同时采用营养指数和模糊数学两种方法对福建湄洲湾远期营养状态趋势进行预测。结果得出：湄洲湾在沿岸排海污水均处理达标及按规则排放口排放情况下，春营养状态基本上能维持在贫营养－中营养水平，但湾顶局部水域存在着发生富营养化的可能性。     

湄洲湾夏季油的分布特征与防护对策

本文根据１９９２年夏季对湄洲湾水质环境质量调查资料，对该海区海水中油的含量及分布特征进行了分析研究。结果表明：湄洲湾夏季表层海水油的含量为５－５１μｇ／ｄｍ＾３，平均值为１９．８μｇ／ｄｍ＾３。海水的混合系数较小，高潮和低潮时油含量分布的差异，除了与陆源污染源分布有关外，主要是由水文动力学条件所决定。     

湄洲湾海域夏秋季水质状况

１９９２年夏季和秋季对湄洲湾海域水质进行两期的调查研究，除观测主要水文气项目外，重点调查水化学要求，监测项目：盐度、ＰＨ、溶解氧、化学耗氧量、生化需氧量、无机氮、活性磷、石油类等。本文将调查数据整理分析。     

湄洲湾中部水体石油类含量分布特征及其年际变化趋势

于2006～2008年间2次对湄洲湾中部海域水体中石油类含量进行了调查,发现2006年该海域水体石油类含量为9.27～78.91μg/dm^3,平均含量为28.12μg/dm^3;2008年湄洲湾中部海水石油类含量为8.36～23.34μg/dm^3,平均含量为15.10μg/dm^3.在垂直方向上,其石油类含量的分布较为复杂,不过大体呈现出表层低、底层高的特征.结合前人的调查结果,得出1992～2008年湄洲湾中部海域水体中石油类含量的年际变化趋势虽时有波动,但总体较为平稳.1997年湄洲湾水体中石油类的平均含量为23.70μg/dm^3,而近几年对该湾的调查结果与10a前的比无太大增高.这可能是湄洲湾良好的水体交换条件所造成的.