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。     

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。     

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。     

徐圩港区邻近海域溢油模拟分析

利用MIKE21水动力模型对徐圩港区附近海域进行潮流数值模拟,并利用实测资料对模型计算的潮位、流速及流向进行验证。验证结果显示:数模结果与实测值吻合较好。该潮流数学模型可以反映研究海域水动力特性,并作为溢油模块的水动力基础数据。基于欧拉-拉格朗日"油粒子"理论考虑油膜运动过程中扩散、蒸发、乳化等过程,建立了徐圩港区邻近海域二维溢油扩散模型,模拟不同潮时情况下发生溢油,考虑不同风况(夏季常风向、冬季常风向和最不利风向),分析不同情况下的溢油油膜漂移路径、漂移路程及扫海面积。结果表明:72 h内油膜最大扫海面积及漂移路程均出现在落潮期最不利风时溢油,分别为28.2 km2和25.8 km。在夏季常风和最不利风的落潮期发生溢油,油膜会经过口门飘向西北侧海域,对该区域生态环境会造成一定影响。     

溢油海面的Marangoni效应分析

溢油海面的"Marangoni"效应是指油膜对短重力波和毛细波具有一定的抑制作用,它是SAR区分溢油与清洁海面的物理基础。本文采用Fung&Lee海浪谱和Lombardiniet溢油模型,定量分析了归一化溢油因子对波高斜率均方根的影响;根据海浪的Longuet-Higgins模型,仿真了溢油海面和清洁海面的波高样本,验证了油膜对短重力波和毛细波具有一定的抑制作用。     

溢油应急预报业务系统研制

本项目采用"油粒子"模型,通过改进模型中垂向运动模拟方法,考虑海流、海浪、浮力以及湍流对溢油的垂向分布作用,将溢油数值预报模型同三维海流预报系统、海面风场预报系统相衔接,实现了三维溢油漂移扩散运动     

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。     

计算毒理学在海洋溢油事故特征污染物甄选中的应用研究

鉴于溢油及其风化产物的组分复杂性,本文应用计算毒理学方法对溢油中的主要毒性特征污染物进行甄选。首先结合美国溢油事件中的主要污染物分类方法,针对溢油事故的潜在特征污染物进行持久性、生物富集性和毒性判别,然后建立基于密度泛函理论(DFT)分子结构参数的定量结构-活性相关模型,尝试筛选出海洋溢油事故的12种特征污染物,包括3种多环芳烃(PAHs)、8种烷基化PAHs及1种PAH的氧化衍生物。本文首次应用DFT方法进行溢油中特征污染物的甄选研究,研究结果可为海洋环境管理部门在溢油污染物监管和灾后处置等方面提供参考。     

厦门港刘五店航道海域溢油扩散数值模拟

利用MIKE 21 HD模块建立了厦门湾二维水动力模型,经2008年最新实测资料,验证了模型的可靠性和适用性,模拟结果为厦门湾刘五店航道二维溢油模型的建立提供水动力基础数据.利用MIKE21 SA模块建立厦门湾刘五店航道二维溢油模型,应用"油粒子"模型模拟输移、风化和热量迁移等过程,对刘五店航道一期工程溢油泄露事故进行...     

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.