海上溢油油膜运动不同数值模拟方法的比较研究

为能够迅速响应突发的海上溢油事故,本文利用油粒子法建立了溢油应急模型,以预测油膜漂移轨迹和形状。为弥补油粒子法无法模拟溢油初期油膜扩展过程和无法响应溢油量变化的缺陷,本文设计实验,使用将油膜扩展与油粒子法结合的两阶段法,发现能够较好地模拟溢油扩展过程;并用分数布朗运动代替传统布朗运动模拟油粒子扩散过程,模拟结果能够响应溢油量变化,更好地模拟油膜分散破碎的过程。模型中还考虑了蒸发过程使油粒子数量减少。     

钦州湾溢油数值模块及其应用

本文应用水动力模型及溢油模块对代表性风况下钦州湾金鼓江的溢油事故进行情景模拟,且水动力模型结果与实测潮位和实测潮流吻合较好。低潮时发生溢油,不同风况下油粒子在5.5-8.5h后漂到金鼓江上游养殖区。高潮时发生溢油,油粒子在不同风况下漂移轨迹差别较大,例如无风时油粒子在钦州湾颈和三墩外海附近往复运动,而南风3.3m/s工况下油粒子将最终影响大榄坪港区的东南端。另外,高风速下不利风向会缩减油膜抵达敏感区的时间,同时风速越大,蒸发越快。因此风场对溢油模型有重要意义,今后将在精细化WRF模型基础上优化溢油模型并构建溢油决策系统,为地方经济发展和海洋环境保护提供科技支撑。     

董家口港溢油漂移数值模拟

采用油粒子模式,以原油为溢油油种,在模拟潮流的基础上分别预测了董家口30万t码头航道溢油油膜在静风、西北风和不利风向3种情况下的油膜动态漂移过程。对溢油油膜漂移路径及扫海范围的模拟,可为码头溢油应急计划的制定提供一定的导向作用。     

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.     

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。     

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。     

渤海溢油三维漂移数值模拟研究

国家海洋局北海预报中心于2011年开发了渤海三维溢油模型,该模型在分析国内外溢油模型现状的基础上,借鉴当今流行的数值模拟方法,使用油粒子模型与油膜扩展模型相结合的方式,用拉格朗日方法追踪每个带有一定油量的油粒子的轨迹,针对每一个油粒子则使用油膜扩展理论计算其油膜扩展过程。该模型可实现对溢油油污上升及水平输运过程、海表面油污浓度的预报,通过三组理想试验和2012年的海上溢油实验数据,对模型的各项功能、稳定性及模型精度进行了对比验证,结果较好,模型可实现对渤海海域海底或水下发生溢油的数值模拟。该模型解决了以往二维溢油模型在模拟钻井平台及海底输油管道泄漏等溢油事故方面的不足,可更好地为溢油灾害对海洋环境影响的估计提供有效参考信息。     

海上溢油SAR遥感监测及溢油漂移快速数值预报技术研究

为探讨海上溢油遥感监测与溢油漂移数值模拟技术的联合应用,采用凝聚层次聚类算法从SAR遥感影像中识别油膜,采用基于风、浪、流耦合三维水动力模型研发的中国近海溢油漂移快速预报模型,将遥感识别结果作为溢油漂移数值预报模式的初始输入,预测油膜的漂移,然后将溢油漂移预测油膜与下一时相SAR遥感识别油膜进行比对,发现二者吻合较好,表明SAR遥感监测技术与数值模拟技术结合应用,可优势互补,同时获取海面油膜位置、面积和动态漂移信息。     

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。     

青岛港码头溢油风险分析研究

本文采用油粒子模式,在模拟潮流的基础上分别预测了青岛港溢油油膜在静风,冬、夏主频风和不利风向4种情况下的动态漂移过程.通过对油膜运动漂移过程的模拟,具体分析了溢油发生后对周边的敏感目标产生的影响,从而为应急计划的制定提供一定的导向作用.     

海上溢油油膜厚度实验室模拟和理论模型对比研究

溢油量是衡量溢油规模的关键指标,是处理溢油事故的重要依据。油膜厚度是确定溢油量的基本前提,是一个尚未解决的国际难题。实验室中模拟了不同阶段和不同环境条件下扩展油膜的厚度变化特征。结果表明,实验室模拟与理论模型分析具有基本一致的变化趋势,扩展速度与扩展时间成反比;温度是影响油膜厚度的重要因素,相同条件下,温度越高,油膜厚度越小;海水盐度会影响溢油扩展,但这种影响并未延伸到对油膜厚度的控制上。由于实验室模拟限定在平静海面条件下,并未考虑风和海流等扩展中不容忽视的因素,故与理论构建模型相比系数相差较大。通过对比分析,前期构建的理论模型更能准确地反映海洋溢油的实际情况,加之在实例验证中的较高准确性,该模型具有业务化实施和广泛推广的潜力。     

NOAA的GNOME溢油模型在湄洲湾的应用

在湄洲湾试用GNOME溢油模型模拟溢油扩散．先用EFDC建立潮流场,并选用主导风形成常风场,一并输入GNOME建立起溢油模型,模拟涨、落潮过程叠加不同风况下敏感海域的溢油扩散．模拟结果：初始溢油量为100t,扩散到第6小时,8种不同条件下挥发油量都为7．7t,附岸和漂浮油量和为92．3t,其中漂浮油量为6．4～92．0t,相应附岸油量为85．9～0．3t;溢油扩散最大范围为1．3～30．0km。,90％置信区间为2．0～56．0km。,最大距离为1．2～14．6km;与前人模拟溢油扩散结果相比基本一致．经分析,溢油扩散主要受3个方面影响：（1）岸线走向：当岸线靠近油膜漂移的路线时,大量油膜附着在岸上,扩散范围较小;（2）风况与流场关系：如果两者方向一致,油膜会扩散较远;（3）风区长度：风区越长,油膜扩散范围越大．总之,建立GNOME溢油模型较好地模拟了溢油扩散趋势,对溢油应急响应具有参考作用．     

海洋石油平台溢油风险评价研究

通过层次分析法,系统分析了我国钻井平台及生产平台的溢油风险因子,初步建立了该类设施的溢油风险评价指标体系,并运用多级模糊综合评级模型对目标设施的溢油风险进行综合评价。利用该评价方法对渤海某一钻井平台进行溢油风险分析,结果表明该平台溢油风险等级较低,风险因子中海区环境及平台疲劳老化程度的风险相对突出。该评价方法可及时判断目标设施的溢油风险等级,为减少、预防各类平台溢油事故提供技术支持。     

海面溢油无人机高光谱遥感检测与厚度估算方法

海上溢油是海洋国家所面临的共同问题,但至今仍没有一种可靠实用的海上溢油准确识别和油量遥感监测方法。为此,本文以无人机高光谱遥感为手段,开展了海面溢油检测与厚度估算方法研究。实验中,通过搭建室外大型水槽溢油实验装置,获取了模拟真实海洋环境条件下不同溢油量的遥感和现场光谱数据,在此基础上,分析并提取了海上溢油特征光谱波段,给出了海上溢油高光谱检测模型;针对现场实验条件下水面油膜厚度难以测定的问题,设计了3种利用总体溢油量的油膜厚度估算模型。得到如下主要结论:（1）675 nm和699 nm是海上溢油检测的有效特征波段,但对极薄的油膜没有检测能力;（2）提出了归一化溢油指数模型、反比例模型和吸收基线模型等3种海上溢油油膜厚度估算模型,其中对于薄油膜（厚度≤ 5 μm）和厚油膜（厚度>50 μm）,反比例模型是溢油厚度反演的首选也是唯一选择。对于中厚度油膜,晴朗天气条件下,归一化溢油指数模型是油膜厚度反演的首选,同时反比例模型和溢油吸收基线模型也都有较好的反演能力,而在多云天气条件下,反比例模型效果最佳。     

渤海结冰海区溢油行为数值模拟

基于溢与海冰,水,大气的相互作用原理,建立了渤海结冰海区溢油行为数据模式,该模式模拟子结冰海区中油的输运过程,与国外有关模式相比更加重视冰场和冰速场的作用。海冰及潮流模式及采被实况检验过的渤海海冰数值预报模式。     

基于DRLSE模型的SAR溢油提取方法

为提高海上溢油轮廓SAR提取精度,验证了FCM(Fuzzy C-Means Algorithm)与DRLSE(Distance Regularized Level Set Evolution)模型结合的方法提取SAR溢油信息的有效性;鉴于其无法避免细小噪音的影响以及薄油膜提取效果不好的问题,提出了阈值和DRLSE模型结合的溢油信息提取方法,通过阈值构建溢油区域初始轮廓,克服了图像细小噪声对溢油提取的影响,更有利于提取薄油膜信息,溢油提取精度优于H/A/alpha-Wishart非监督分类方法和FCM与DRLSE模型结合的方法。     

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.     

水面油膜微波辐射特性实验室测量与分析

要实现利用微波辐射计对海面溢油的厚度等参数进行遥感监测，必须先对水面油膜的微波辐射特性进行研究，以便为传感器的设计和遥感资料的解译提供依据。在实验室条件下，利用“灰体室”的环境条件及测量方法，测试了原油、燃料油和食用植物油膜的微波发射率与油膜厚度之间的关系，并对测量结果进行分析和讨论。为实际应用提供技术资料。