海上危化品漂移扩散数值模拟研究进展

近几年,海上危化品泄漏事故频发,对海洋生态环境造成了严重影响,而有关海上危化品漂移扩散数值模拟的研究还处于起步阶段。本文依据危险化学品的理化性质及其泄漏进入海水后的扩散行为的不同,将目前常见的海运危险化学品划分为4大类:海面漂移型、溶解扩散型、悬浮输移型和易挥发型。在此分类的基础上,总结归纳了国内外现有的适用于海上危化品漂移扩散的数值模型,对于未来海上危化品泄漏扩散快速预报、精细化预报模型的建立以及危化品泄漏的应急处置具有一定的参考价值。     

海上危化品漂移扩散过程三维动态可视化方法

全球化工产业的发展导致海上危化品泄漏事故频发,严重影响了海洋生态环境,如何开展快速、有效的应急响应已成为迫切需求。对泄漏危化品未来漂移扩散情况进行预测与可视化呈现是应急过程的一个重要环节,目前针对污染扩散可视化的相关研究在场景构建、渲染效率、可扩展性、交互控制等方面仍存在不足。该文提出了一种基于Unity3D引擎及其粒子系统的海上危化品漂移扩散过程三维动态可视化方法,在海洋周边三维场景构建和模型数据优化处理的基础上,通过粒子的动态更新实现了危化品扩散过程的可视化,并提供了针对场景漫游和扩散过程控制的交互接口。以杭州湾海域为例的模拟实验结果表明该方法的性能和效果满足实际应用需求,能够为海上危化品泄漏突发事故应急提供信息参考与辅助决策支持。     

海底管道泄漏参数灵敏度分析

文章利用FLUENT软件中的欧拉模型,对海底管道油气两相泄漏进行仿真,分别模拟没有气体扩散及有气体扩散的情况,考虑了气泡尺寸、海流、泄漏率及油的种类等因素对油气运动形态的影响,采用灵敏度理论,计算出油在水下漂移距离及到达水面的时间的灵敏度。计算结果表明,泄漏率对油到达水面的时间的灵敏性最高,海流对油在水下漂移距离的灵敏性最高。该灵敏度分析结果可为管道泄漏应急决策提供理论依据。     

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。     

无人机海上溢油跟踪监测系统设计及仿真

海上环境变化多端,造成溢油的漂移和扩散会出现不可预测的情况,精确、实时地监测海上溢油是现今亟待解决的问题.无人机以其部署快、成本低、环境适应性强的优势在海上溢油监测领域得到重视,但单架无人机监测能力弱,而多架无人机监测的准确性仍需提高.为此,本文提出一种无人机群海面溢油自动导航跟踪监测的架构和方法,根据海上溢油浓度的变化进行路径规划.该方法包括建立溢油模型和设计无人机跟踪控制系统.溢油模型主要描述海上溢油时空变化的形态复杂性;控制器可控制无人机追踪和监测溢油漂移及扩散的情况.同时,将无人机跟踪控制系统与人工势场法相结合,避免无人机相撞.最后,进行数值仿真,结果表明该跟踪系统与溢油的重合率达到70％～80％,验证了该方法的可行性.未来,该系统可广泛应用于无人机群对不同环境现象和灾害的跟踪监测.     

海上无动力船舶漂移轨迹模型及其在“桑吉”油轮漂移模拟中的应用

无动力或破损的船舶在海上自由漂移对海上的各项生产活动是一个巨大的危险。通过对海上漂浮的船舶进行受力分析,考虑船舶的外形特征及漂浮状态,建立了海上船舶漂移轨迹模型,对船舶海面以上与以下侧向投影面积之比(面积比)、风拖曳系数、流拖曳系数等参数均进行了敏感性分析,并针对2018年1月6日爆燃的"桑吉"油轮漂移轨迹开展了模拟应用。结果表明该模型针对不同类型海上船舶的漂移轨迹有一定合理的模拟能力,船舶面积比是准确模拟漂移轨迹的一个重要参数,同时,该模型对风拖曳系数、流拖曳系数较为敏感。针对"桑吉"油轮的模拟,科氏力的作用不可忽视,考虑科氏力作用后漂移轨迹的模拟效果得到了很好的改善。     

危险化学品泄漏事故海洋环境质量影响评价技术研究

近年来,危险化学品泄漏入海事故风险不断增大,而国内外在危化品泄漏事故对海洋环境影响的评价方法尚不完善。本研究针对危化品泄漏入海事故的特点,构建了危化品泄漏事故海洋环境质量影响评价工作程序及技术路线,参考相关技术规范和文献资料,明确了不同类别海洋环境敏感程度的划分原则,提出了危化品泄漏事故等级和海洋环境质量影响评价工作等级的确定方法。在此基础上,针对海洋水质、海洋沉积物和海洋生物等环境质量要素,探讨了不同评价等级下调查范围、站位和频次等的设定方法。获取各项环境质量指标后,提出了基于有序二元对比定权的综合指数法评价危化品泄漏对海洋环境质量的影响程度。本研究为危化品泄漏事故海洋环境影响评价标准和规范的制定奠定了坚实的基础。     

AP98风压漂移模型的应用研究

以AP98风压漂移模型为基础,推导出将AP98风压漂移模型应用于实际风场中的算法,进而得到流压、风压同时作用下海上漂浮物漂移量的积分算法,通过海上漂流数值实验直观的展示该算法的特点,为构建更为精准的海上搜救模型提供了1种可尝试的方案。     

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。     

近岸溢油漂移扩散预测方法研究——以胶州湾溢油事件为例

近些年,由于中国经济的高速发展,原油需求逐年增长,同时海上溢油事故发生的风险也在加剧。海上溢油会严重破坏海洋环境,危害我国经济发展,加强溢油漂移扩散预报研究能够为海上溢油应急响应提供技术支撑。因此,国家海洋信息中心研发了海上突发事件应急一体化预测预警系统。该系统基于GIS平台研发,能够在二维电子海图基础上叠加相关的海洋环境动力要素信息,模拟溢油扩散和漂移态势,同时计算剩余油量,估算溢油面积以及岸线吸附程度等。2013年11月22日,山东黄岛发生输油管道爆炸事故,造成大量原油溢入胶州湾。本文利用该系统结合高分辨率大气模型WRF的三重嵌套技术和海流模型SELFE的非结构化网格加密技术,对事故溢油漂移扩散开展了预测工作。预测结果显示,油污受胶州湾内往复流的影响极大,72 h后,胶州湾内外大部分海域都将存在油污,主要集中在黄岛沿岸海域、团岛及浮山湾附近,预测扫海面积为70.32 km2。经海事部门高分辨率卫星观测结果印证,系统模拟的溢油分布较为合理。该系统的业务化应用为相关海上溢油污染应急工作提供了一定理论依据和参考。     

南海海上溢油漂移扩散预测微机视算系统

应用科学计算可视化新技术，结合动力海洋学、计算数学、计算机图形学和计算机技术，以通用３８６微机作支持硬件系统，用ＭＳＦＯＲＴＲＡＮ语言、汇编语言和图形核心系统（ＧＫＳ）软件包，研制开发出南海海上溢油漂移扩散预测微机视算系统。该系统不仅能够利用南海风场和流场资料，按所选定的海上溢油漂移扩散计算模式模拟计算出海面溢油浓度分布情况，而且还能够把模拟计算结果以图形方式实时、动态地显示在屏幕上，从而形象、直观地看到溢油漂移扩散变化的全过程。     

南海深水区水下溢油三维可视化模拟系统研发与应用

针对南海油气田勘探开发溢油污染防治需求,开发了国内首套深水区水下溢油三维可视化模拟系统,由三维海流预报模型、深水溢油模型、三维可视化仿真系统和数据库组成。海流预报模型基于ROMS模式,通过考虑波致混合影响,并利用最优插值技术同化卫星测高资料和嵌套技术,保障了预报结果的准确性。深水溢油模型由羽流模型和对流扩散模型组成,考虑了卷吸、油气分离、溶解、水合物生成、漂移、扩散等复杂过程。系统能够预测深水区水下油气泄漏后行为和归宿过程,提供油、气、天然气水合物粒子的大小、分布、移动速度和漂移轨迹、扩散面积、水体溢油残存量、水面溢油量等三维可视化动态模拟结果。目前系统已经在油气田勘探开发中得到应用,为南海深水溢油应急提供了重要支撑。     

基于AIS数据的海上危化品移动风险源环境风险评价模型研究与应用

基于船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据挖掘海上危险化学品(简称危化品)运输船舶,综合考虑人为因素、船舶因素、航行环境、自然环境和风险受体导致危化品泄露对海洋环境造成的影响,选取13项指标,运用层次分析法构建海上危化品移动风险评价模型,计算各层次评价指标权重,划...     

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。     

海底管道油品泄漏速度的影响研究

为了预测海底管道泄漏油品的扩散规律,解决油品泄漏后的回收处理问题,文中基于计算流体力学CFD的基础,选取k-ε模型和VOF模型建立数值模拟仿真模型,根据不同泄漏速度,模拟了原油泄漏后的扩散情况。通过不同的泄漏速度的分析可以得出:泄漏速度低时,射流持续时间短,发生在海底且横向扩散位移呈线性变化,泄漏速度高时射流时间长,发生位置较高,横向扩散位移分成三个阶段:扩散-短暂停止-扩散。且随着泄漏速度的增加,其对横向位移的影响越来越小。该研究可为海底管道漏油应急预报系统提供理论参考。     

基于VOF方法的海底管道溢油扩散数值模拟研究

在海底输油管道运行过程中,管道渗漏、穿孔及破碎都会导致原油泄漏。对溢油运动的轨迹及其扩散范围作出预报可为溢油事故的处理提供及时、准确的信息,指导应急处理的正确实施。基于工程实际需求,采用有限体积法,结合k-ε紊流模型,建立了海流作用下海底输油管道溢油扩散数值模型。采用VOF方法(volume of fluid method)追踪多相流界面。首先,将数值模拟结果与Fan的实验值及Zheng和Yapa的数值结果进行了对比,验证数值模型的可靠性;其次,研究了不同原油溢出速度与环境水深对不同时刻溢油轨迹、到达海面时间、横向漂移距离与海面扩散范围的影响。研究表明:随原油溢出速度增大,溢油到达海面时间逐渐减小,溢油横向漂移距离与海面扩散范围则逐渐增大;随环境水深增大,溢油到达海面时间逐渐增大,且其变化接近线性分布。     

海上失事目标搜救应急预报系统

详细介绍了国家海洋环境预报中心发展的海上失事目标搜救应急预报系统.该系统基于四阶精度的拉格朗日漂移路径模型,以预报中心发展的高分辨率风场和流场数值预报的结果作为环境动力强迫条件,预报落水人员或失事船舶(渔船)的漂移轨迹,预报结果可基于Googleearth平台显示.该系统的应用有助于提高海上搜救行动的及时性和有效性,减...     

渤海海域溢油应急预测预警系统研究Ⅰ.海洋动力要素预测技术研究

采用“油粒子”模型,模拟溢油在海洋中的漂移扩散运动,将海流、波浪和风场的模拟结果作为溢油漂移计算的外强迫,来驱动溢油漂移模型,计算其漂移路径.把计算的溢油漂移结果与地理信息系统等平台相结合,建立了渤海海域应急预测预警系统.本文作为该系统研制中的一部分,主要介绍了海流数值计算模型、波浪数值计算模型、风场数值计算模型和溢油...     

基于海上试验对海上漂移物运移轨迹影响因素的分析

为了提高现有的海上搜救和绿潮漂移预测模型的预报精度,在2011年7月20日进行了一次落水人员、绿潮和无动力船漂移预测的海上试验。通过分析这三种海上漂移物运移轨迹的实验数据,确立了落水人员、绿潮、以及无动力船在海上漂移轨迹的主要影响因素。实验结果表明,落水人员和绿潮的漂移轨迹比较一致,基本都受限制于海流运动。其中,落水人员相较于绿潮来说受到潮流的作用比较大,风对绿潮的影响相比对落水人员的影响大。无动力船的漂移轨迹与落水人员和绿潮的漂移轨迹略有不同,受潮流往复作用较小。根据海上实验的结果,我们重新确立了搜救模型的中海流和风应力的参数,使得搜救模型的模拟结果更吻合于实验数据。     

石油在海洋中扩散漂移的研讨

石油在海洋中的扩散漂移,一般可有三种类型:①固定点源的连续扩散漂移,如井喷等;②运动点源的连续扩散漂移,如航船的漏油等;③点源非连续扩散漂移,如船舶非法的“瞬时”倾倒含油废水等。 本文通过实验观测,重点讨论了点源非连