涠洲岛附近海域溢油数值模拟
深海环境中溢油输移扩散的初步数值模拟
Ｍ ｏ ｅｉ ｇｏ ｅｔａ ｓ ｏ ｔ ｎ ｉ ｕ ｉ ｎ ｏ ｉ ｅ ｉ ｉ ｅ ｐ ｔ ｒｅ ｖ ｒ ｎ ｄ ｌ ｆ ｈ ｎ ｐ ｒ ｄ ｄ ｆ ｓｏ ｆｓ ｌ ｄ ｏ ｌ ｎ ｄ ｅ ｗａ ｅ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｎ ｔ ｒ ａ ｆ ｐ ｌ ｎ
ｐ ｏ ｅ ｓ ｓｏ ｉ ａ ｄ ｇ ｓｍｉ ｔ ｒ ｎ ｄ ｅ ｗａｅ ｎ ｉ ｎ ｎ ， ｎ ｌ ｄ ｎ ｈ ｉ ａ ｄ ｇ ｓＣ — ａ ｓ ｏ ｔ ｇ ｓｓ ｐ ｒ ｔ ｎ ｆ ｍ ｒ ｃ ｓｅ ｆｏ ｌ ｎ ａ ｘ ｕ ｅ ｉ ｅ ｐ ｔｒｅ ｖ ｒ ｍｅ ｔ ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｏ ｌ ｎ ａ Ｏ ｔ ｎ ｐ ｒ， ａ ｅ ａ ａ ｉ ｒ ｏ ｒ ｏ ｏ
重 要 的现实 意义 。
国外对 水 下溢油模 型 的研 究始于 ２ 纪 ７ ０世 ０年
代 ， Ｄｏ ｇｌ ａｎ ｌｐ和 ｓｏ ｎ Ｍｉ ｒｍ、Ｒ ｅ Ｍｃ ｕ ａ 、Ｆ ｎ ｅｏ ｌ ｊｅ 、 ｌ ａ ｇ ｙ、
在 水 下环境 中的输 移扩 散过程 难 以有 效观 测 ，其输
移 动 态 和 扩 散 范 围 的 不确 定性 使 得 溢 油清 除行 动
首先 ，石 油和天 然气 在泄漏 源 的压力 作用 下连 续 喷射进 入水 体 中并破碎 成为 油滴和气 泡 ，它们 在
喷射 动量 和水 体浮 力作用 下形 成浮射 流 。在浮升 过
程 中 ，天然气 气泡 在深海 的高压低温 环境 中可 能与
海上溢油扩散的数值模拟
０． ３ ０ ％～０． ５ ０ ％表 面活性稳 定剂 ， 经机械混 合乳化而成的一种 假塑性非牛顿体油 品 ， 属于 水包 油 型乳 化燃 料 。 我 国 与 委 内瑞 拉 签 署 ｌ联 合开 发 奥 里 『 油 项 目的协 议 ，长期 为我 国供 应奥 里油 。 湛 江油港内 ６座 ｌ ０ Ｉ 奥 里油储罐和湛江 ０ Ｘ ｌ Ｉ Ｔ 奥里 油发电厂（ ０ Ｍ Ｗ ） ２ Ｘ６ ０ 均已建成并投 入 使用 。湛 江地 处 于 北 回归 线 以 南 的 低纬 度 地 区… ， 属北热 带海洋性 季风 气候 ， 常年 主导 风 向 为东 到 东 南 风 ，夏 秋 季 台风 、 暴 雨频 繁， 台风 最 大 风 力 可 达 ｌ ２级 以 上 ， 雾 等 恶 浓 劣天 气时有 发生 ， 易使 油船 发生 碰撞 等溢 容 油事 故 。 湛 江港 历 史 ｌ就 曾 经 发生 过 多起 二 溢 油污 染事 故 ， 内瑞 拉 今后 每年将 往 湛江 委 油 港运 输奥 里油 ， 因此 发 生船 舶油污 事故 的 几率 将 增 加 。海 卜 量 溢 油 危 害海 洋 环 境 大 资源 和地 区经 济 发展 。从工 程观 点来 看 ，一 旦奥里 油溢 油事 故发 生 ， 人们 首 先迫切 要 ＿ 『 解的 是油 层扩展 有 多快 ，将 被油膜 覆 盖的 海 域有 多大 ， 及 某 一时 间范 围内 油膜 会扩 以 展到 何 处 等 等一 系 列实 际 问 题 。 这 些 信 息 对寻 求 控 制 和处 理 这 类 突 发 性 环境 危机 的 最佳 对策是 至关 重要 的 ， 因此 建 立溢 油扩 散 的数学 模型 ， 究奥 里油 海 上溢油 扩 散的 分 研 ： 布规 律 具 有 重 大意 义 。
文章 编号 ： ６ ４ ９ Ｘ ２ ０ ） ５ａ － １ １ ０ １ ７ －０ ８ （ ０ ８ ０ （） ０ － ２ ６
海面溢油数值模拟及其可视化实现技术
船 队不 断增 多 ， 油井 井 喷和油 轮溢 油事 故 频繁 发 生 ，
扩 散运 动 ， 而且 在运 动 过程 中 ， 油膜本 身 的物 理化学 性质 也 不 断发 生变化 ， 比如 溢油 的蒸发 、 解 、 溶 乳化 、 生物 降解 会 引 起 溢 油 的 组 成 、 度 、 性 等 发 生 变 密 粘 化 。要准 确模 拟 溢 油 的 运 动 ， 必 须 全 面 考 虑溢 油 就 的各 种行 为 归宿 ， 决 定 了 溢 油数 值 模 拟 是 一 项 庞 这 大 而复 杂 的工程 。关 于 海上 溢 油 的研 究 ， 、 欧 美等 国 家从 ２ ０世 纪 ６ ０年 代 就 开 始 对 海 上 溢 油 进 行 预 测 。 早期 ， 究者 们采 用 的基 于对 流 扩 散 方 程 的 各 种数 研 值方法 来 模 拟溢 油 运 动 ， 用 这 类 方 法 可 能会 引进 采 与物 理扩 散 无关 的数 值 扩散 ， 值扩散 很 大时 ， 完 数 会 全掩 盖溢 油 的实 际 物 理 扩 散 ， 计 算 结 果 不 令人 满 使
中 图 分 类 号 ：５ Ｘ５ 文 献 标 识 码 ： Ａ
Ｎｕｍ ｅ ｉａ ｉ ｕａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｖｉｕ ｌｚ ｔｏ ｃ ｎ ｌｇ ｆＭ ａ ｉ ｅ Ｓ ｉ ｅ ｌ ｒｃ ｌＳｍ ｌ ｔｏ ｎ ｓ ａｉａｉｎ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒｎ ｐ ｌ ｄ Ｏｉ ｌ
A港区海上溢油事故数值模拟预测
袁晓娟，２００８年毕业于中国石油大学（北京）环境工程专业，硕士，现在海油环境科技（北京）有限公司从事环境影响评价等方面的研究。
通信地址：北京市朝阳区东三环北路甲２号京信大厦２５层，１０００２７。
Ｅ ｍａｉｌ：ｙｕａｎｘｊ８＠ｃｎｏｏｃ．ｃｏｍ．ｃｎ。
Ａ港区海上溢油事故数值模拟预测袁晓娟 熊乐航 张聪 张生光 李雪飞（海油环境科技（北京）有限公司）摘 要 为研究Ａ港区溢油事故的影响，通过ＭＩＫＥ２１软件建模、并综合考虑风向、风速和潮流等因素设定６种不同情景进行模拟预测。
结果显示，在不利风条件下，７２ｈ油膜扩散距离为０．７～３９．５０ｋｍ，扫海面积可达０．０３～１４２．９７ｋｍ２，风场对油粒子的漂移和扩散起决定性作用，潮流场次之。
通过模拟预测，为加强区域溢油应急联动、充分利用周边溢油应急资源，做好溢油应急防范提供参考。
关键词 溢油；油粒子；数值模拟；模型；预测ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５ ３１５８．２０２１．０１．０１２ 文章编号：１００５ ３１５８（２０２１）０１ ００５５ ０５犖狌犿犲狉犻犮犪犾犛犻犿狌犾犪狋犻狅狀犘狉犲犱犻犮狋犻狅狀狅犳犗犻犾犛狆犻犾犾犻狀犃犘狅狉狋ＹｕａｎＸｉａｏｊｕａｎ ＸｉｏｎｇＬｅｈａｎｇ ＺｈａｎｇＣｏｎｇ ＺｈａｎｇＳｈｅｎｇｇｕａｎｇ ＬｉＸｕｅｆｅｉ（犗犳犳狊犺狅狉犲犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔牔犛犲狉狏犻犮犲狊犔犻犿犻狋犲犱）犃犅犛犜犚犃犆犜 ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｏｉｌｓｐｉｌｌａｃｃｉｄｅｎｔｉｎＡＰｏｒｔｏｎａｉｒｑｕａｌｉｔｙ，ＭＩＫＥ２１ｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｍｏｄｅｌｉｎｇ，ａｎｄｓｉｘｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｅｎａｒｉｏｓｗｅｒｅｓｅｔｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｗｉｔｈｗｉｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｗｉｎｄｓｐｅｅｄａｎｄｔｉｄａｌｃｕｒｒｅｎｔａｓｔｈｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｕｎｄｅｒａｄｖｅｒｓｅｗｉｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，７２ｈｔｈｅｏｉｌｆｉｌｍｄｉｆｆｕｓｉｏｎｄｉｓｔａｎｃｅｒａｎｇｅｓｆｒｏｍ０．７ｔｏ３９．５０ｋｍ，ａｎｄｔｈｅｓｅａｓｗｅｐｔａｒｅａｒｅａｃｈｅｓ０．０３ｔｏ１４２．９７ｋｍ２．Ａｓａｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｔｈｅｗｉｎｄｆｉｅｌｄｗａｓｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｍｐａｃｔｆａｃｔｏｒｏｆｔｈｅｏｉｌｐａｒｔｉｃｌｅｄｒｉｆｔａｎｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎ，ａｎｄｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｈｅｔｉｄａｌｃｕｒｒｅｎｔｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｃｒｉｔｉｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｒｅｇｉｏｎａｌｏｉｌｓｐｉｌｌ，ｆｏｒｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｕｓｅｏｆｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｆｏｒｔｈｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆｏｉｌｓｐｉｌｌ．犓犈犢犠犗犚犇犛 ｏｉｌｓｐｉｌｌ；ｏｉｌｐａｒｔｉｃｌｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｍｏｄｅｌ；ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ０ 引 言随着海洋石油开采和海洋运输业的发展，海上溢油事故的发生频率也相应增加。
海底溢油输移扩散的可视化数值模拟系统
Ｖ ０ ． ５ Ｎｏ． １３ ４
Ａｕｇ ２０１ ． １
海 底 溢 油输 移 扩散 的可视 化数 值模 拟 系统 ＊
廖 国祥 ¨ 杨建 强 高振 会 。
４０６） ３ ０ ３ （ 汉 理 工 大学 航 运 学 院 ” 武 汉 武
（ 国家 海 洋 局北 海 分 局 青 岛 ２ ６ ３ ） （ ’ ６０ ３ 国家 深 海 基 地 管 理 中 心 青 岛 ２ ６ ６ ） ’ ６０ １
・ ４ ・ ７ ９
海底 输油 管道 泄 漏 、 油 钻 井 井 喷 等水 下 溢 油事 石 故发 生 时 ， 石油 和天 然 气 混 合 物 在 泄漏 源 的压 力 作 用 下连续 喷 射进 入水 体 中并破 碎成 为 油滴 和气 泡 ， 们在 初始 动 量 和 水 体 浮 力 的共 同作 用 下 形 它
层 的显 示 和 隐 藏 等 ； 形 显 示 窗 口 用 于 显 示 ＧＩ 图 Ｓ
数据 和数 值模 拟结 果 等 ； 系统 输 出窗 口用 于 显示 用户操 作 记录 和 Ｇ Ｓ数据 查询 结果 等． Ｉ
１３ ２ 数据 分 析界 面 由 ＧＩ ．． Ｓ界 面 和垂 向剖 面 数据分 析 界面组 成 ． 中 ， Ｓ界 面除 可 以显 示 电 其 ＧＩ
目前 国内外关 于溢油 预报系 统的研 制报道 已 有很 多口 ］但 这些 系统通 常只 支持对海 面溢 油漂 ， 移 扩散 的模拟 预测 ， 少 能 够模 拟 溢 油在 复 杂水 很 下 环境 中的输 移扩散过 程［ ． 此 ， ３为 ］ 国外 水下 溢油
提供强 大的空 间数据 管理和 可视化 功能嘲 ． 最后 ， 应 用 Ｖｉ ａ Ｃ＋＋编程 实现 图形界 面及其他 应用 ｓ ｌ ｕ
功 能．
广西近海溢油扩散数值模拟
合进行 了模拟分析。
１ 水 动 力条 件 模 拟
水 动 力 条件 模 拟结 果 为溢 油 扩散 模 型提 供 基础 数 据 ， 对 最 终模 拟结 果 的合 理 性 有 很 大影 响 。 本 文 采 用 ＭＩ Ｋ Ｅ ２ １ ＨＤ模 块计算 水 动力条 件 。
黄 成 ， 一 ， 赵 利平 １ ， ２ ， 肖 剑 １ ， ２
（ １ ． 长 沙理 工 大学 水利 工程 学 院 ， 长沙 ４ １ ０ １ １ ４ ； ２ ． 水 沙科 学 与水 灾 害 防治湖 南省 重点 实验 室 ， 长沙 ４ １ ０ １ １ ４ ）
摘 要： 利用 ＭＩ Ｋ Ｅ ２ １ Ｈ Ｄ模块模拟广西近海二 维潮 流特性 ， 根据 实测水文资料对广西 近海二维水动 力
模 型进行 了验证 。 应 用 ＭＩ Ｋ Ｅ ２ １ Ｏ Ｓ溢油模块 加载广西近海二 维水动力数据 ， 建立广西 近海二维溢油 扩 散模型 ， 对溢油事故进行 影响预测 。 研究结果 表明 ， 风场 、 潮流场和溢油事故发生位置对溢油 轨迹 都有着 重要影响。 风场是油膜漂移方 向的最大影响 因素 ， 在不 同溢油事故发生位置的工况下 ， 溢油的漂移轨迹和 扫海范围可能 完全不 同。
广 西沿 海地 区位 于我 国最西 南端 ， 主要海 湾有 ７个 。 溢油 事故 一旦 发生 ， 不 仅对海 域 污染 范 围广 ， 而 且 对
广西近海海域的水生物资源、 渔业 、 海岸环境以及人类 自身都会造成危害。 对此 ， 研究广西近海溢油事故发生 后 的油 膜 漂移 扩散 情况 是具 有 重要 的理 论 和实 际 意义 的 。 利用 ＭＩ Ｋ Ｅ ２ １ Ｈ Ｄ模 块 建立 广 西近 海 海域 二 维水 动 力模 型 ， 并用 实测 资料验 证模 型 的可 靠性 和适 用 性 。 采用 ＭＩ Ｋ Ｅ ２ １ Ｏ Ｓ模 块模 拟 溢油 泄露 事 故发 生后 的溢
海上溢油风险的数值模型预警
海上溢油风险的数值模型预警作者：陈命男来源：《环境影响评价》2015年第01期摘要：随着我国海洋开发规模的不断扩大，高密度的海上工程作业和进出施工船舶使周围海域面临很大的溢油环境风险。
由于海上作业的特殊性，一旦发生溢油事故，必将给沿岸经济和海洋生态环境带来极大的危害。
因此加强溢油风险管理，最大限度地预防溢油事故的发生并采取及时有效的防控措施是十分必要的。
基于东海大桥风电二期工程，假设施工船舶发生碰撞溢油事故，利用MIKE21模型系统就溢油风险进行分析，介绍溢油模型预测海上溢油的计算过程。
关键词：环境影响评价；风险；溢油模型；MIKEDOI： 10.14068/j.ceia.2015.01.019中图分类号：X55 文献标识码：A 文章编号：2095-6444（2015）01-0071-07随着我国海洋开发规模的不断扩大，高密度的海上工程作业和进出施工船舶使周围海域面临很大的溢油环境风险。
由于海上作业的特殊性，一旦发生溢油事故，必将给沿岸经济和海洋生态环境带来极大的危害。
因此加强溢油风险管理，最大限度地预防溢油事故的发生并采取及时有效的防控措施是十分必要的。
溢油防控技术是降低溢油污染损害的关键[1]，包括溢油监控技术、溢油预测预警技术和溢油清除技术。
其中，对于溢油预测预警系统而言，目前主要由水动力模型、溢油模型和GIS 环境敏感区图组成[2]。
根据溢油事故现场信息，该系统可提供溢油运动轨迹、扩散范围以及物化过程变化，提供敏感区及资源保护的优先次序；提供海上溢油事故的处理及人员、设备的配备与调动方案；提供回收油和油污废物的运输、储存、处理方案等，为迅速有效地进行海上溢油处理和降低污染损害提供技术支持和决策保障。
目前溢油预测预警系统主要有美国的“OIL MAP”，英国的“OSIS（ Oil Spill Information System）”，日本的“溢油灾害对策系统”以及中海石油环保服务有限公司开发的“中国近海溢油预测预警与应急决策支持系统”等。
三维地质建模技术在涠洲11-4N油田的应用
三维地质建模技术在涠洲11-4N油田的应用三维地质建模技术是指通过数据采集、处理、分析以及引入地质学知识等手段，对地质构造、地层结构、岩性、孔隙结构等进行描述和建模的技术。
在油田勘探开发过程中，三维地质建模技术是不可或缺的，它可以帮助石油公司更准确地分析油藏地质特征，指导开发和管理工作，提高油田的开发效率和经济效益。
涠洲11-4N油田位于南海涠洲岛附近，是一个新近发现的大型深水油气田，地质条件非常复杂。
为了更好地指导开发工作，提高油田的开发效率和经济效益，涠洲11-4N油田采用了三维地质建模技术，对油藏地质特征进行了详细的描述和建模。
首先，涠洲11-4N油田采集了大量的地质数据，包括地震资料、测井资料、岩心样品和地质剖面等。
然后，利用数据处理软件对采集的地质数据进行预处理，包括剖面修正、数据平滑、数据质量控制等，以减小数据的误差和噪声，保证数据的准确性和可靠性。
随着数据处理的完成，涠洲11-4N油田开始进行三维地质建模工作。
在建模过程中，首先对油藏地质结构和地层结构进行分析和描述，确定油藏分布规律和岩相类型等。
然后，采用地质统计学方法建立岩石模型和岩相模型，对不同岩石类型进行划分，并计算出不同岩石类型的孔隙度和渗透率等参数。
最后，在涠洲11-4N油田的三维地质模型中，可以通过可视化工具查看不同地层和不同岩石类型的空间分布、孔隙度、渗透率等参数信息，以指导油田开发和管理工作。
此外，三维地质模型还可以与渗流模型结合，提高模拟预测的准确性和可靠性。
总之，三维地质建模技术是涠洲11-4N油田开发的必要手段之一，它为油田勘探开发提供了重要的技术支撑和科学依据，为油田开发和管理工作的科学决策提供了可靠的基础。
北海铁山港西港区5、6号码头溢油事故模拟仿真研究
北海铁山港西港区5、6号码头溢油事故模拟仿真研究作者：贺立邓翰京来源：《中国水运》2018年第09期摘要：为了科学、合理地评估北海铁山港西港区5#、6#泊位码头船舶溢油事故风险，从而为码头开展防治船舶污染海洋环境能力建设提供依据，论文对码头溢油事故进行了模拟仿真研究。
论文建立了二维潮流模型用以模拟码头附近水域的潮流场，采用了OILMAP模型对15万吨级散货船10t燃料油N风和SW风特定情境下码头溢油事故进行了模拟仿真，具体包括对溢油的漂移、分散、扩展、蒸发、乳化、岸线沉积等系列过程，最后对模拟仿真结果进行了分析并为码头建设提出了相应建议。
关键词：溢油事故；二维潮流模型；OILMAP模型；模拟仿真中图分类号：U698 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）9-0027-03北海港是我国沿海开放重要港口之一，也是大西南和广西的重要出海通道，具有沿海沿边沿江的区位优势，逐步发展为西南地区的重要出海口和我国对东盟国家海上贸易的重要口岸，地理位置十分优越，并成为重要国际区域经济合作区，在此背景下，北海港迎来了高速发展期，但是北海港现有港口通过能力不足，需要新建泊位满足未来吞吐量增长的要求。
北海港铁山港西港区 5 、6 号泊位工程是广西积极推进的港口建设项目之一，该泊位为 2 个 15 万吨级通用泊位，占用码头岸线 587m，主要货种为重晶石、镍矿石、铬矿石、铁矿石、铝土矿和锰矿石，年设计吞吐量为800万吨。
为了科学、合理地评估北海铁山港西港区5、6号泊位码头船舶溢油事故风险、防治船舶污染能力和防污应急设备需求，同时为码头开展防治船舶污染海洋环境能力建设提供依据，本文对北海铁山港西港区5#、6#泊位码头溢油事故进行模拟仿真研究，对仿真结果进行了分析并提出了建议。
1 溢油事故模拟仿真建模1.1 二维潮流模型潮流是近岸浅水海域的基本流动，潮流数值计算是模拟入海溢油随潮漂移和归宿的基础，建立合理的潮流模型是对码头溢油事故模拟仿真研究的第一步。
海洋油污泄漏事件模拟与应急预案研究
海洋油污泄漏事件模拟与应急预案研究1. 引言海洋油污泄漏事件是一种严重的环境灾害，对海洋生态系统和人类健康产生严重影响。
为了有效地应对这类事件，需要进行模拟与研究，制定相应的应急预案。
本文将探讨海洋油污泄漏事件的模拟方法以及应急预案的制定。
2. 海洋油污泄漏事件模拟海洋油污泄漏事件的模拟是为了预测油污扩散路径和范围，以便采取针对性的措施进行应对。
模拟方法主要包括数值模拟和物理模拟两种。
2.1 数值模拟数值模拟采用数学模型对油污扩散过程进行模拟。
该方法通常基于流体力学和运输模型，结合环境参数，如海流和风向，预测油污的传播路径和速度。
常用的数值模拟软件包括OSPREY、ADIOS和HYSPLIT等。
2.2 物理模拟物理模拟通过实验室条件下的模型试验来模拟海洋油污泄漏事件。
这种方法可以通过控制条件，如油污浓度、海流速度和温度等，观察油污的扩散和漂浮情况。
物理模拟可以提供直观的结果，并用于验证数值模拟结果的准确性。
3. 应急预案研究应急预案是针对海洋油污泄漏事件制定的紧急处理措施，以最小化对环境和人类健康的损害。
应急预案的制定需要考虑以下几个方面。
3.1 监测与预警应急预案应包括油污监测和预警系统。
监测系统可以通过安装传感器或使用卫星遥感技术来实时监测油污的扩散情况和浓度变化。
预警系统应能及时发出警报，以提醒相关部门采取行动。
3.2 应急资源调配应急预案应明确各类应急资源的调配和使用方式。
包括清洁设备、人力资源、防护装备和船舶等。
资源调配需要在最短时间内完成，以最大程度地减少油污泄漏对生态系统的影响。
3.3 油污处理和清除应急预案应包括油污处理和清除方法的规定。
处理方法包括物理方法、化学方法和生物方法等。
清除工作需要依据油污的性质和环境情况，选择合适的清除技术。
3.4 防护措施和人员安全应急预案应包含防护措施和人员安全方面的规定。
防护措施包括人员装备防护和环境隔离等。
人员安全需要优先考虑，以避免油污泄漏对相关工作人员造成伤害。
海面溢油数值模拟及其可视化实现技术
海面溢油数值模拟及其可视化实现技术
海面溢油数值模拟及其可视化实现技术
摘要：由于石油工业和石油运输业的迅猛发展,油井井喷和油轮溢油事故频繁发生.积极探索溢油在水环境中的'运动规律,才能为溢油的清理提供强有力的指导.海上溢油数值模拟研究能定量地分析、评估溢油的演变,文章结合采用椭圆扩展模型和油粒子模型对溢油扩散漂移过程进行模拟,为相应的决策提供科学依据.而溢油的可视化技术基于GIS组件COM技术,将溢油数值模型的模拟计算结果以图形的方式,实时、动态地显示在电子海图上,从而实现了溢油漂移扩散过程的可视化.作者：庄学强陈坚孙倩 ZHUANG Xue-qiang CHEN Jian SUN Qian 作者单位：武汉理工大学,湖北,武汉,430062 期刊：中国航海ISTICPKU Journal：NAVIGATION OF CHINA 年，卷(期)：2007, (1) 分类号：X5 关键词：环境工程学溢油数值模拟可视化技术。
海底溢油输移扩散的可视化数值模拟系统
海底溢油输移扩散的可视化数值模拟系统廖国祥;杨建强;高振会【摘要】To study and analyze the transport and behavior of spilled oil in underwater environments, a numerical modeling visualization system (SIMPACT-SOS) was designed and developed. The system consists of numerical models, support databases and graphical user interface (GUI). The system has many application modules. The application example shows that the SIMP ACT-SOS system can provide valuable theory and technical supports in the risk management, emergency response and damage assessment in different underwater oil spill accidents, e. g. sunken ship oil spill, subsea oil pipeline leak, underwater oil well blowout.%为直观研究溢油在复杂水下环境中的动态行为,设计和开发一套海底溢油可视化数值模拟系统(SIMPACT-SOS).系统由数值模型、数据库和图形界面构成,具有地理信息系统(GIS)应用平台、数值建模分析、溢油数值模拟等专业功能.应用算例表明,SIMPACT-SOS系统可为海底沉船溢油、海底输油管道泄漏、海洋石油钻井井喷等水下污染事故的风险评估、应急决策及损害评估提供理论和技术支持.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2011(035)004【总页数】5页(P748-751,755)【关键词】水下溢油;输移扩散;数值模拟;轨迹预测;可视化【作者】廖国祥;杨建强;高振会【作者单位】武汉理工大学航运学院武汉 430063;国家海洋局北海分局青岛266033;国家深海基地管理中心青岛 266061【正文语种】中文【中图分类】U698.7;X55目前国内外关于溢油预报系统的研制报道已有很多［1－2］，但这些系统通常只支持对海面溢油漂移扩散的模拟预测，很少能够模拟溢油在复杂水下环境中的输移扩散过程［3］.为此，国外水下溢油模型研究人员自行开发专用软件，例如Chen 和Yapa探讨了水下溢油浮射流的三维可视化显示方法［4］；Reed等开发了用于支持海底输油管道溢油量数值计算的可视化软件工具［5］，但其扩展性不强，难以满足实际应用中的特定需求.本文在水下油气溢漏事故污染物输移预测模型的基础上，结合研究与应用的实际需要，设计和开发用于海洋生态环境影响评估的海底溢油可视化数值模拟系统（spill i mpact assess ment system for subsea oil spills，SI MPACT－SOS）.1 系统组成系统由Visual C＋＋和Visual Fortran开发实现，其中数值模型程序由Fortran 语言编写实现.系统开发过程中运用了关系数据库管理系统（RDBMS）、地理信息系统（GIS）等技术，为系统提供强大的空间数据管理和可视化功能［6］.最后，应用Visual C＋＋编程实现图形界面及其他应用功能.系统中的溢油模型包括水下油气溢漏事故污染物输移预测模型［7］和海上溢油行为归宿模型［8］（见图1）.图1 海底溢油输移扩散可视化数值模拟系统的组成结构1.1 数值模型1.1.1 水下溢油模型与海上溢油事故的不同，海底输油管道泄漏、石油钻井井喷等水下溢油事故发生时，石油和天然气混合物在泄漏源的压力作用下连续喷射进入水体中并破碎成为油滴和气泡，它们在初始动量和水体浮力的共同作用下形成浮射流并处于主动输移状态.当遇到速度较大的横向水流时，溢油浮射流的输移迹线发生弯曲，此时气泡将逐渐脱离浮射流.浮升至一定高度的溢油在失去初始射流动量后，将在周围海水流动作用下在水平和垂直方向上输移和分散（见图2）.最后粒径较大的油滴浮升至水面并扩展成为油膜，并在风、浪、流等环境因素作用下经历着漂移、扩散、蒸发、乳化等运动和风化过程.水下溢油模型能够模拟油气混合物在密度和流速分层的真实水下环境中的水流卷吸、湍流分散、溢油溶解、油气共同输移与分离输移等动态行为［6］.图2 海底溢油事故污染物输移扩散过程示意图1.1.2 海上溢油模型海上溢油模型能够模拟多点源泄漏、移动源泄漏等复杂溢油泄漏方式，还能模拟海面溢油在风和海流作用下的漂移、扩散、蒸发、溶解、乳化、分散等行为动态和风化过程［8］.此外，系统还集成其他应用模型，如海洋环境动力模型和溢油应急决策模型.其中海洋环境动力模型用于提供溢油输移扩散模拟所需的环境水动力数据，而应急决策模型可在溢油时空分布模拟结果的基础上为事故应急指挥提供决策支持信息.1.2 数据库1.2.1 地理信息数据通过将纸质海图转化为电子格式数据，在此基础上通过手动添加、编辑、删除等方式更新整理后建立成地理信息数据库.其中，电子海图数据包括海洋和陆地数据、航道数据、溢油应急设备设施、城市基础地理数据.此外，还包括海底溢油风险源数据，如海洋石油平台、海底输油管线、海底沉船分布点等. 1.2.2 环境动力数据主要包括海面风向风速、不同水深的流速流向以及温度、盐度、密度等海洋环境要素的监测数据.另外，还包括由环境水动力数值模型输出的二维、三维潮流场数据以及气象部门提供的风场数据.1.2.3 油品特性数据主要包括常见的原油和成品油的物理化学特性数据，如CAS编号、密度、熔点、沸点、闪点等.1.2.4 数值模拟数据主要包括溢油数值模拟的前处理和后处理数据.其中，前处理数据有海洋环境动力数据（风、流等）；后处理数据有模拟输出结果（溢油的空间位置、溢油属性变化数据）.此外，还包括数值模型与系统运行所需的基本参数等数据.1.3 图形界面1.3.1 图形用户界面（GUI）图形用户界面采用流行的视窗风格，由系统菜单、工具条、图层管理窗口、图形显示窗口以及系统输出窗口组成.其中，菜单集成了系统的所有功能，工具条集成了系统的常用的功能；图层管理窗口用于控制GIS图层的显示和隐藏等；图形显示窗口用于显示GIS数据和数值模拟结果等；系统输出窗口用于显示用户操作记录和GIS数据查询结果等.1.3.2 数据分析界面由GIS界面和垂向剖面数据分析界面组成.其中，GIS界面除可以显示电子海图空间数据外，还可以显示计算网格、潮流场、海面油膜漂移扩散过程等；垂向剖面数据分析界面则用于显示溢油在水下环境中的输移扩散过程.此外，系统还内置了图表分析组件，用于分析溢油在海洋环境中（海面、水中、大气、海底、岸线等）的归宿分布.2 系统功能2.1 GIS应用平台2.1.1 基本GIS功能 GIS平台提供电子海图的放大、缩小、漫游、鹰眼、距离测量、面积测量等基本GIS功能.系统除了可以显示研究海区的海图外，还内置了海图比例标尺、经纬度网格、鼠标滚轮控制海图缩放等方便用户操作的实用功能.GIS平台具有“图形查属性”和“属性查图形”的查询功能，前者是通过点查询等方式获取选中图形对象（点、线、面以及文本）的属性信息，后者则通过属性信息查询以高亮方式显示被选中的图形对象.2.1.2 GIS数据管理 GIS平台具有地图编辑、图层管理等数据管理功能.地图编辑功能是指在电子海图上添加、修改和删除图形对象及其属性信息的功能.地图编辑功能在溢油事故应急决策中可提供有效的支持，如在电子海图上标绘围油栏、布置应急人员和设备等.GIS平台采用“图层－图层组”的数据管理模式，即将不同类型的海图数据保存为独立的地图“图层”文件，并把属于同一公共类别的图层文件存放在同一个文件夹目录中，将该目录标识为一个“图层组”.2.2 数值建模分析2.2.1 模型数据处理系统提供数值模型数据的前处理和后处理功能，通过对话框方式输入和输出数据，简化用户对模型参数、计算过程以及模拟结果等数据的处理过程.此外，系统通过将不同数值模型的输入和输出数据存放到不同的文件目录中，以实现对数据文件的有效处理和管理.2.2.2 计算网格生成系统内置了矩形计算网格的自动划分功能，即用户只需在电子海图上拉框选择一个区域，系统即可自动生成该区域的计算网格，并以不同的颜色来显示水深地形.系统也提供了修改工具，方便用户修改计算网格的属性信息（水深、栖息地类型等）.2.2.3 数据可视化分析系统能够在GIS平台上实现以渐进、快进和快倒的播放模式动态显示溢油动态的数值模拟结果.此外，系统通过GIS的无极缩放功能和垂向剖面组件的数据分析功能，既可以鸟瞰图形式纵观全局，又可以局部放大特定区域详细查看和分析数值模拟结果，可有效支持对数值模型的改进和完善.2.3 溢油数值模拟2.3.1 溢油模拟预测溢油模拟方面，系统针对不同类型的水下或海上溢油事故，通过调整计算参数，实现对溢油在水体中及海面上的输移扩散过程的数值模拟.用户也可借助系统的数据管理与可视化分析功能，结合实验室实验、海上现场试验、历史溢油事故等数据开展模型验证和改进研究.用户还可通过图形界面设定不同类型海底溢油事故的模拟场景，设置不同的海洋环境动力条件，开展数值试验分析研究. 溢油预测方面，用户结合实测或预报的海洋环境动力场（如流场、风场等）数据，通过图形界面快速地设定溢油事故参数并完成模拟计算后，系统可在电子海图上可视化显示溢油的输移轨迹、扩散范围、上岸时间地点等，同时以图表方式显示溢油在不同时刻的残余量、油膜厚度、密度、粘度、含水率、乳化率等溢油性质和状态变化情况.2.3.2 溢油决策支持系统可通过GIS平台显示环境敏感区和应急人员设备的地理分布状况，为事故应急指挥提供清污处置等决策信息.此外，系统能根据溢油输移扩散范围和敏感资源的叠加分析，自动进行预警提示.系统还提供了图形输出功能，可以生成包含溢油水下和海上输移扩散数值模拟结果的图形文件以及数值计算过程的相关记录文件，这些数据文件可以帮助用户快速形成生成图文并茂的决策评估报告.3 应用算例渤海是我国溢油污染的高风险海域，海底沉船溢油、海底输油管道泄漏等水下污染事故发生的次数较多.因此，本文选择渤海作为研究海区，以假设的海底输油管道破损溢油事故为例进行系统的应用演示.3.1 模拟参数根据SI MPACT－SOS系统的运行要求，设定以下海底输油管道溢油事故的数值模拟参数：（1）输油管道参数.输油管道内径为325 mm；石油密度为949.3 kg／m3；流量为30 m3／h；（2）溢油事故参数.事故地点为120.8°E，40.0°N；事故水深为28 m；管道裂孔直径为0.05 m，孔口向西；溢油射流速度为4 m／s；事故时间为海域高潮时刻前1 h；持续泄漏时间为3 d；模拟预报时间为3 d；（3）环境动力参数.事故海域的海水密度为1 025 kg／m3；流场由海洋水动力模型模拟提供（见图3）；事故海域海面风场设定风向为东南风，风速为5 m／s.图3 渤海表层海流在GIS平台上的图形化显示3.2 结果分析应用SI MPACT－SOS系统模拟计算后，获得溢油在水体中及海面上的时空分布模拟结果，如图4～图6所示.图4 a）显示的是溢油持续泄漏5 min时在海面上的空间分布模拟结果.图4b）所示（即图中的A点到B点的垂向剖面），破损的海底输油管道开始泄漏后，溢油在管道内部压力作用下喷射进入海水中，所形成的浮射流随即在横向流动海水作用下发生弯曲，此过程中溢油在水流的卷吸作用下不断扩散.图5 a）显示的是持续泄漏65 min时溢油在海面上的空间分布模拟结果.由于海流已转向，此时溢油在水体中的浮升输移轨迹与初始时不同，溢油在泄漏源口处以射流状态进入水体中，但上升至水下20 m处则开始在横流作用下往出射相反方向输移，模拟结果如图5 b）所示.图6 a）显示的是溢油持续泄漏1d时的模拟结果，海面油膜在表层海流和海面东南风的共同作用下不断向东北方向漂移扩散并形成“之”字形的输移轨迹，此时海面污染面积约为24.5 k m2.溢油持续泄漏3 d后，除部分溢油已到达海岸外，海面溢油覆盖范围不断增大，此时污染面积约为117 k m2，模拟结果如图6 b）所示.图4 持续泄漏5 min的溢油时空分布可视化模拟结果图5 持续泄漏65 min的溢油时空分布可视化模拟结果图6 持续泄漏1 d和3 d的溢油时空分布可视化模拟结果4 结束语本文设计并开发了海底溢油输移扩散可视化数值模拟系统SI MPACT－SOS，实现了GIS应用平台、数值建模分析、溢油模拟预测等专业功能.应用系统开展渤海海底输油管道溢油事故的算例研究，溢油在水体中及海面上输移扩散的全过程模拟展示了溢油模型的综合模拟能力和系统的强大可视化功能，也表明了系统能够为海底沉船溢油、海底油气管道泄漏、海洋油气钻井井喷等不同类型的水下污染事故的风险评估、应急决策以及海洋生态环境损害评估提供理论与技术支持.参考文献［1］熊德琪，杜川，杨为群.大连海域溢油应急预报信息系统及其应用［J］.交通环保，2002，23（3）：5－8.［2］孙俊，俞济清，黄立文.基于OIL MAP的中国舟山港溢油管理信息系统［J］.计算机仿真，2002，19（4）：76－78.［3］Yapa P D，Zheng L.Si mulation of oil spills fr o m under water accidents I：Model develop ment［J］.Journal of Hydraul Res，1997，35（5）：673－687.［4］Chen F H，Yapa P D.Three－di mensional visualization of multi－phase （oil／gas／hydrate）plu mes ［J］.Environ mental Modelling ＆Soft ware，2004（19）：751－760.［5］Reed M，Morten H E，Ben H，et al.Nu merical model for estimation of pipeline oil spill volu mes［J］.Environ mental Modelling ＆Soft ware，2006，21（2）：178－189.［6］廖国祥，熊德琪，姜玲玲.溢油污染生物资源损害评估地理信息系统的开发［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2008，33（4）：746－749. ［7］廖国祥，高振会，熊德琪.水下油气溢漏事故污染物输移预测模型［J］.大连海事大学学报，2010，36（4）：115－120.［8］廖国祥，韩俊松，熊德琪.复杂泄漏方式下的海上溢油行为归宿数值模拟及应用［J］.大连海事大学学报，2010，36（1）：86－90.。
海上溢油运动数值模拟方法的探讨与改进
第3期2009年5月华东师范大学学报(自然科学版)Journal of East China Normal University (Natural Science )No.3 May 2009文章编号:100025641(2009)0320090208海上溢油运动数值模拟方法的探讨与改进3刘伟峰, 孙英兰(中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛 266100)摘要:简单总结了海上溢油数值模拟的三种模型方法———油膜扩展模式、对流扩散模式和油粒子模式,并针对目前流行的油粒子模式在油膜自身扩展过程和扩散面积计算方面的不足,根据经典Fay 理论对其进行了补充和改进.提出的新模拟方法将溢油运动过程的分为自身扩展和紊动扩散两个阶段,前一阶段根据Fay 理论修正模式计算,后一阶段采用油粒子方法模拟,通过“油膜粒子化”技术将两阶段进行衔接.数值模拟实验结果表明,该方法因充分考虑了溢油初始阶段的自身扩展过程,能够弥补油粒子方法的不足,符合溢油在不同时期扩散机制亦不同这一实际情况.关键词:溢油; 数值模拟; 油粒子; 改进中图分类号:P 731.1 文献标识码:A 收稿日期:2008211 基金项目:青岛市海洋环境保护规划(HB 2005001) 第一作者:刘伟峰,男,博士研究生,研究方向为环境规划与管理.E 2mail :lwf _ouc @. 32008年河口海岸科学全国博士生学术论坛资助Study and improvement of oil spill simulation methodsL IU Wei 2feng , SUN Y in 2glan(of Environmental Science and Engineering ,Ocean University of China ,Qingdao S handong 266100,China )Abstract : Three oil spill models were briefly reviewed.And based on the analysis of problems and defects existing in “Oil Particle ”approach ,a “Two 2Step ”method was put forward for oil spill simulation.The method divides oil spill movement into two step s :self 2expansion and turbu 2lent expansion.The former step was handled by refinement of Fay ’s equations ,while the latter was handled by “Oil Particle ”approach.Numerical experiment results show the “Two 2Step ”method can make up the shortcomings of “Oil Particle ”approach and accords with the reality that spilled oil has different diff usion mechanism in the process of movement.K ey w ords : oil spill ; numerical simulation ; oil particle ; improvement0 引 言近几十年来,海上溢油频繁发生,严重影响了海洋的生态环境;韩国“12.7”特大海上溢油事故再次警示世人,溢油之祸不容忽视.溢油在海上运动变化的复杂性,使其成为当今海洋环境保护中最困难的问题之一.国内外相继开展了溢油方面的研究工作,用数学模型模拟第3期刘伟峰,等:海上溢油运动数值模拟方法的探讨与改进19和预测溢油时空分布的方法得到了广泛应用,海上溢油运动的数值模拟方法也在不断发展[1].本文在分析总结国内外溢油研究成果的基础上,对当今流行的模拟方法进行了改进,提出海上溢油运动数值模拟的新方法.1 国内外海上溢油运动数值模拟研究进展20世纪60年代,欧美等国家已开始对海上溢油进行预测,并发展了许多溢油模式[1].我国对海上溢油的研究始于20世纪80年代,许多学者曾对溢油摸式进行了研究,也取得较大进展[2].溢油在海面上的运动及变化是一个极其复杂的过程,受其物理、化学和生物等过程的影响,且与石油的性质、海洋水动力环境及海洋气象环境等密切相关.这些过程包括漂移、扩散、蒸发、溶解、乳化和沉降以及浮油和海岸线的相互作用等;其中漂移、扩散等动力学过程是国内外溢油研究的重点.归纳前人的研究成果,溢油运动的数值模拟方法可根据不同的数学模型计算理论分为油膜扩展模式、对流扩散模式和油粒子模式三类,以下对三类方法进行简要的分析与总结.1.1 油膜扩展模式该数值方法主要采用质心轨迹结合油膜扩展经验公式的方法,即通过扩展经验公式给出溢油面积的等效园(或椭圆),然后迭加到溢油质心漂移位置之上[3].对于油膜质心的漂移轨迹的确定,国内外各学者普遍都采用欧拉2拉格朗日追踪法,并考虑了风的影响,油膜质心的漂移速度为表面海流和风所引起的流速的矢量之和[4].在溢油扩展模型研究方面,Blokker只考虑重力和溢油体积的影响,得到了油膜扩展理论[5];Fay在这方面进行了开创性的工作,提出了油膜的三阶段扩展理论,认为油膜呈圆形扩展[6].Fay理论对于研究溢油扩展模型起到了很重要的推动作用,但因其基于静水假定,没有考虑风和流的影响,仅适用于静水或恒流条件下的油膜扩展[1].海上油膜扩展过程的一个明显特征是它的各向异性,因此后来的许多学者在Fay理论的基础上将油自身的扩展过程与海水扰动因素作用下的分散过程结合起来,建立了各种溢油扩展模型.如Mackay在Fay的第二阶段公式中加上风的影响并分别建立了厚油膜和薄油膜扩展的计算公式[7];刘肖孔等综合溢油三个阶段的扩展机理,提出了扩展尺度随时间统一变化的公式[8];W T Lehr,R T Fraga和M S Belen对Fay理论进行了修正,建立了油膜将在风向上被拉长的椭圆模型[9];赵文谦和武周虎同时考虑了油膜扩展和各向异性扩散作用,以及油膜边缘消失的过程,建立了扩散范围的数学模型[10].Fay理论的修正模型在一定程度上取得了较好的计算结果,早期得到了广泛的应用.该模式对溢油轨迹的计算比较准确,但油膜扩散面积的可靠性仍有不足.1.2 对流扩散模式该数值方法由二维有限流体动力学和油在溢出地的寿命分析所组成,将海上已知的溢油量或者根据环境影响评估得出一个浓度作为源项加入动力学方程,然后数值求解对流扩散方程[11,12].该方法的主要困难在于稳定性问题,即数值离散化过程中可能会引进与物理扩散无关的数值扩散,使得所得结果失真,不能描述真实的物理过程.另外,还有一些过程难以利用对流扩散方程来模拟,如比较典型的非Fick扩散问题.1.3 油粒子模式华东师范大学学报(自然科学版)2009年29油粒子方法最早是Johansen和Elliot等提出的[13,14],该方法通过把溢油分成许多离散的小油滴来模拟溢油在海水中的漂移扩散过程,可以直接模拟出扩散方程的实际物理现象,而不是去求解扩散方程.该方法正确解释了溢油在重力扩展停止以后的扩散现象物理学问题,突破了采用对流扩散方程模拟溢油的传统方法,可以更确切地表述溢油对各种海洋动力因素的响应过程,不仅避免了对流扩散模式本身带来的数值扩散问题,同时还可以正确重现海上油膜的破碎分离现象,能够准确地描述溢油的真实扩散过程.因此,它在溢油模拟发展过程中具有划时代的意义,也成为了当今流行的溢油模式.最近很多室内和现场实验都支持该方法,国内外很多学者对其进行了应用和发展,并得到了较理想的结果[15218].2 油粒子模式的缺陷分析2.1 紊动扩散模拟油膜自身扩展过程油粒子方法,是把浓度场模拟为由大量的粒子组成的“云团”,其中每一个粒子表征一定数量的示踪物质.模型粒子的平流过程具有拉格朗日性质,可用拉格朗日方法模拟.剪流和湍流引起的紊动扩散过程属于随机运动,可用随机走动法来实现模拟,亦即将湍流视为一种随机流场,而每个模型粒子在湍流场中的运动则类似于流体分子的布朗运动,由于每个粒子的随机运动而导致整个粒子云团在水体中的扩散过程.这种模拟方法实际上是确定性方法和随机性方法的结合,即采用确定性方法模拟平流过程,采用随机性方法模拟扩散过程.溢油发生后,油膜将在重力和惯性力的作用下迅速扩展开来,自身扩展是油膜的主要运动形式;随着油膜自身扩展的进行,油膜越来越薄,在风、浪、流的紊动作用下开始破碎、分散,紊动扩散成为油膜扩散的最主要的方式.油粒子模式能够准确地模拟出溢油在重力扩展停止以后的扩散现象,但也忽略了溢油初期重力和惯性力作用下的自身扩展过程.对于小规模溢油,油膜的自身扩展过程较短,初期扩展面积较小,对其作忽略处理而直接模拟溢油的紊动扩散过程对计算结果影响不大.但对于大规模瞬时溢油,如船舶折断,储运油品迅速泄出以及其它形式的溢油量较大,油品泄漏时间很短的情况,油膜面积将在短期内急剧扩大,随后扩延速度变慢;溢油初期的自身扩展效应显著大于湍扩散效应,因此对油膜初期的自身扩展过程作忽略处理,或者说用紊动扩散来模拟油膜的自身扩展过程就显的不够合理. 2.2 溢油量对扩散面积的影响不直观油粒子方法将油粒子定义为一些很小的圆球,直径分布在10～1000μm之间.考虑到油滴直径的变化范围,精确地表示一个溢油膜所需要的实际粒子数应是相当大的,要在计算机中同步地堆栈太多的粒子特性参数是不可能的.因此在实际计算中,一般根据计算机的容量和运行时间的长短来确定最大可能的粒子数目,用附加体积参数的方法来实现对油粒子特性的模拟,每个油粒子代表溢油体积的一部份.将某个油粒子的体积参数定义为V i,其所占油膜总体积的百分比为f i,则每个油粒子的特征体积为V i=f i・V0(其中,V0为溢油的初始体积)[13].这样,油粒子模式中不同规模的溢油量就通过油粒子总数和特征体积的不同来体现.实际情况下,海面上油膜的扩散面积将随溢油规模的不同而有较大差异.油粒子方法的计算结果是否如此,本文通过数值实验来进行分析.数值实验如下.环境条件 恒定流速u=0.5m/s,静风条件,暂不考虑油膜的挥发.情景条件 瞬时溢油,溢油量分别为10t,20t,100t,模拟时间为12h.计算参数 油粒子特征体积:V i=0.01t,对应的油粒子总数分别为1000,2000和第3期刘伟峰,等:海上溢油运动数值模拟方法的探讨与改进10000.紊动扩散系数取为定值:k α=k β=1.0m 2/s.数值实验结果如图1和图2所示.溢油的前几个小时内,10t ,20t ,100t 溢油量的瞬时扩散面积相差无几;整个模拟过程中,溢油量加倍,其扩散面积仅增大14%～18%;溢油量增大10倍,其扩散面积也仅增大24%～42%.图1 不同规模的溢油漂移扩散过程(油粒子法)Fig.1 Oil drifting and diff usion process of different amount (Oil Particle approach)图2 不同规模的溢油瞬时扩散面积随时间的变化(油粒子法)Fig.2 Computing results of instant diff usion area of spilled oil (Oil Particle approach )数值实验结果表明,油粒子方法计算的扩散面积受溢油规模的影响并不显著,与实际情况不相符.对溢油扩散面积计算的不足,就成了油粒子方法的另一个缺陷.3 油粒子模式的改进3.1 两阶段模拟法针对油粒子模式的不足,本文对其进行了补充和改进,提出了两阶段模拟的方法.该方法将溢油运动过程的分为自身扩展和紊动扩散两个阶段,前一阶段根据Fay 理论修正模式计算,后一阶段采用油粒子方法模拟,通过“油膜粒子化”将两阶段进行衔接.3.1.1 自身扩展阶段39华东师范大学学报(自然科学版)2009年(1)油膜扩展根据Fay 理论,油膜的自身扩展阶段即为溢油初期的重力———惯性力平衡阶段.该阶段内重力———惯性力占主导,由于油水密度差引起油膜加速塌落,形成油的初始运动,油膜扩展直径为[6]r (t )=c 1(ΔgV t 2)14,油膜自身扩展持续时间为t f =(c 2/c 1)4V 1/3(v ・Δg )-1/3.式中,V 为油膜体积,Δg 为约化重力加速度(Δg =(1-ρ0/ρw )g ,ρw 为海水密度,ρ0为油膜密度),v 为运动黏性系数,c 1,c 2均为经验常数,t 为时间.Fay 理论是建立在静水假定基础上的,认为油膜成圆形扩展;而实际海况下油膜扩展过程具有明显的各向异性特征[1],因此本文将Fay 模式的扩展直径加以订正,订正后的短轴仍按上述三式计算,长轴l 改为l =r +cw δt ε.其中,w 为风速;c ,δ,ε为经验常数,与油的种类、性质有关.(2)油膜漂移油膜质心的漂移轨迹采用欧拉2拉格朗日追踪法.在风和潮流的作用下,油膜中心初始位置S 0,经Δt 时间后漂移到了新的位置S ,其中S =S 0+∫t 0+Δt t 0V L d t ,式中V L 为拉格朗日速度.油膜中心的漂移速度和方向是表面海流和风所引起的流速之矢量和,即v 0=v w +αD ・v α.其中v 0为油膜中心漂移速度,v w 为海面流速,v α为海面10米处风速,α为风漂流系数,D 为引入漂流偏角的一转换矩阵[4].3.1.2 紊动扩散阶段(1)油膜粒子化为采用油粒子方法模拟,需将自身扩展阶段末的油膜转化为一系列的粒子.将油膜分割成N 个小单元,其中每个小单元代表溢油体积的一部份.根据油膜质心的位置(x 0,y 0),求出每个油粒子所在的位置(x i ,y i ,i =1,…,N ),如图3所示.根据计算机的容量和运行时间的长短来确定粒子总数N ,而用附加体积参数的方法来实现对油粒子特性的模拟.图3 油膜粒子化过程Fig.3 Process of changing oil slick into particles49第3期刘伟峰,等:海上溢油运动数值模拟方法的探讨与改进(2)油粒子方法根据确定的油粒子总数,采用当今流行的油粒子方法对紊动扩散阶段的溢油的运动进行模拟.3.2 计算结果分析采用两阶段法再次进行上面的数值实验.图4为模拟的100t 溢油的漂移扩散过程.由图中可以看出,油膜自身扩展持续时间约18min ;油膜自身扩展效应显著大于紊动扩散效应,因此油膜的扩散面积也显著大于油粒子方法的模拟结果.两阶段法充分考虑了油膜的自身扩展过程,弥补了油粒子方法的不足.图4 两阶段法与油粒子法计算结果的对比(100t )Fig.4 Results comparison between “Two 2Step “and “Oil Particle ”methods (100t )图5为两阶段法计算的不同规模的溢油漂移扩散过程,整个模拟过程中,溢油量加倍,其扩散面积增大0.23～0.85倍;溢油量增大10倍,其扩散面积增大2.0～3.4倍,如图6所示.两阶段法计算的扩散面积受溢油规模的影响较为显著,改进了油粒子方法对扩散面积计算不足的缺陷.图5 不同规模的溢油扩散范围随时间的变化(两阶段法)Fig.5 Oil drifting and diff usion process of different amounts (Two 2step method )59华东师范大学学报(自然科学版)2009年图6 不同规模的溢油瞬时扩散面积随时间的变化(两阶段法)Fig.6 Computing results of instant diff usion areas of spilled oil(Two2Step method)由于难以获得真实、完整的海上溢油资料,本文的计算结果未能用实测资料进行验证.海上溢油资料的相对缺乏,也是制约当前溢油研究发展的主要因素.鉴于油粒子方法的方法理论及计算结果已得到国内外专家的普遍认可,本文以油粒子方法为参照,用数值实验资料对两阶段模拟法进行了分析验证.从方法理论的角度,以数值实验资料为依据,本文提出的两阶段模拟法是可信的.4 结 论针对当今流行的油粒子方法忽略油膜自身扩展过程和扩散面积计算方面的不足,本文运用经典Fay理论对其进行了改进,提出了溢油运动的两阶段模拟法.数值模拟实验结果表明,两阶段模拟法因充分考虑了溢油初始阶段的自身扩展过程,能够弥补油粒子方法的不足,符合溢油在不同时期扩散机制亦不同这一实际情况,比油粒子方法更能真实地反映溢油的运动规律.[参 考 文 献][1] REED M,J O HANSEN O,BRANDVIK P J,et al.Oil spill modeling towards t he close of t he20t h century:over2view of t he state of t he art[J].Spill Science&Technology Bulletin,1999,5(1):3216.[2] 李冰绯.海上溢油的行为和归宿数学模型基本理论与建立方法的研究[D].天津:天津大学,2004.L I B F.Study on t he basic t heory and 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溢油事故中渔业资源损失的数值模拟评估模式
第４１卷第３期２０２１年２月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．４１，Ｎｏ．３Ｆｅｂ．，２０２１基金项目：国家重点研发计划项目（２０１６ＹＦＣ０５０３６０２）收稿日期：２０２０⁃０３⁃３１；㊀㊀网络出版日期：２０２０⁃１２⁃１４∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｕｃｈｕａｎ＠ｏｕｃ．ｅｄｕ．ｃｎＤＯＩ：１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０２００３３１０７５９宋协法，毕研军，董登攀，周广军．溢油事故中渔业资源损失的数值模拟评估模式．生态学报，２０２１，４１（３）：１０１５⁃１０２０．ＳｏｎｇＸＦ，ＢｉＹＪ，ＤｏｎｇＤＰ，ＺｈｏｕＧＪ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｆｉｓｈｅｒｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓｌｏｓｓｉｎｏｉｌｓｐｉｌｌ．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０２１，４１（３）：１０１５⁃１０２０．溢油事故中渔业资源损失的数值模拟评估模式宋协法１，∗，毕研军１，２，董登攀１，周广军３１中国海洋大学水产学院，青岛㊀２６６００３２即墨区自然资源局海洋发展服务中心，青岛㊀２６６２００３烟台市海洋捕捞增殖管理站，烟台㊀２６４００３摘要：海洋溢油污染不仅关系到天然渔业资源㊁海鸟等生物㊁海域环境㊁海岸线生态的破坏，而且对渔业㊁捕捞业㊁旅游业都会造成巨大损失，甚至会直接或间接地危害人类的健康㊂短期来看，一方面石油㊁燃料油等进入海洋后，对海洋生物资源造成影响；另一方面会危害附近海区的海洋环境，侵害海洋生物以及海鸟赖以生存和栖息的环境㊂长期来看，持续的海洋污染会导致的生态环境失衡，海洋的生产力也随之下降㊂溢油事故中的渔业资源损失评估作为追究污染事故责任，尽快恢复海域资源与环境的重要一环需要不断改进创新㊂为了定量确定海洋溢油事故发生后渔业资源的损失程度，将传统的评估模式与现代科学技术相结合，通过海洋动力学㊁流体力学㊁海洋生物学㊁环境化学等多个学科交叉融合，将流场风场模型㊁溢油模型㊁海域调查监测㊁卫星遥感技术㊁毒性效应和渔业资源的损失评估方法相结合，形成一种渔业资源损失评估的数值模拟评估模式，以完善溢油事故中渔业资源损失评估体系㊂在溢油事故现场监测数据的基础上，运用数学计算理论选择相对应的溢油模型，结合具体溢油事故案例的潮流数据和风场数据，模拟海上溢油污染的时空分布情况㊂采用卫星遥感技术根据不同油品在海水中不同的亮度表现，处理得到溢油油膜信息，与模拟得到的油膜信息进行比对验证，并对模型进行修正，通过模拟得出污染海域油浓度分布与溢油污染范围信息，结合溢油污染对不同海洋生物的毒性效应，得到渔业资源的损失程度，为溢油事故的渔业资源损失评估提供一种思路，为溢油事故发生后的损失评估和事故处理起到一定的参考辅助作用㊂关键词：溢油；渔业资源；数值模拟；损失评估ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｆｉｓｈｅｒｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓｌｏｓｓｉｎｏｉｌｓｐｉｌｌＳＯＮＧＸｉｅｆａ１，∗，ＢＩＹａｎｊｕｎ１，２，ＤＯＮＧＤｅｎｇｐａｎ１，ＺＨＯＵＧｕａｎｇｊｕｎ３１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＦｉｓｈｅｒｉｅｓ，ＯｃｅａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６００３，Ｃｈｉｎａ２ＯｃｅａｎＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＳｅｒｖｉｃｅＣｅｎｔｅｒ，ＪｉｍｏＤｉｓｔｒｉｃｔＢｕｒｅａｕｏｆＮａｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６２００，Ｃｈｉｎａ３ＹａｎｔａｉＭａｒｉｎｅＦｉｓｈｉｎｇａｎｄＢｒｅｅｄｉｎｇＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｔａｔｉｏｎ，Ｙａｎｔａｉ２６４００３，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｒｉｎｅｏｉｌｓｐｉｌｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｓｎｏｔｏｎｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｎａｔｕｒａｌｆｉｓｈｅｒｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｓｅａｂｉｒｄｓａｎｄｏｔｈｅｒｏｒｇａｎｉｓｍｓ，ｔｈｅｍａｒｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｃｏａｓｔｌｉｎｅｅｃｏｌｏｇｙ，ｂｕｔａｌｓｏｃａｕｓｅｓｈｕｇｅｌｏｓｓｅｓｔｏｆｉｓｈｅｒｉｅｓ，ｆｉｓｈｉｎｇ，ａｎｄｔｏｕｒｉｓｍ，ａｎｄｅｖｅｎｄｉｒｅｃｔｌｙｏｒｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙｅｎｄａｎｇｅｒｓｈｕｍａｎｈｅａｌｔｈ．Ｉｎｔｈｅｓｈｏｒｔｔｅｒｍ，ｏｎｔｈｅｏｎｅｈａｎｄ，ｗｈｅｎｏｉｌａｎｄｆｕｅｌｏｉｌｅｎｔｅｒｔｈｅｏｃｅａｎ，ｔｈｅｙｗｉｌｌａｆｆｅｃｔｍａｒｉｎｅｌｉｖｉｎｇｒｅｓｏｕｒｃｅｓ；ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ｉｔｗｉｌｌｈａｒｍｔｈｅｍａｒｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎｔｈｅｎｅａｒｂｙｓｅａａｒｅａ，ａｎｄｉｎｆｒｉｎｇｅｍａｒｉｎｅｌｉｆｅａｎｄｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｎｗｈｉｃｈｓｅａｂｉｒｄｓｌｉｖｅａｎｄｉｎｈａｂｉｔ．Ｉｎｔｈｅｌｏｎｇｒｕｎ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｏｃｅａｎｐｏｌｌｕｔｉｏｎｌｅａｄｓｔｏａｎｉｍｂａｌａｎｃｅｉｎｔｈｅｏｃｅａｎᶄｓｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｏｃｅａｎｄｅｃｒｅａｓｅｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ．Ａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｉｂｉｌｉｔｙｆｏｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｃｃｉｄｅｎｔｓａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇｍａｒｉｎｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｓｓｏｏｎａｓｐｏｓｓｉｂｌｅ，ｔｈｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｆｉｓｈｅｒｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓｌｏｓｓｉｎｏｉｌｓｐｉｌｌｓｎｅｅｄｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ６１０１㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｃｏｍｂｉｎｅｓｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｏｄｅｌｓｗｉｔｈｍｏｄｅｒｎｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｌｏｓｓｏｆｆｉｓｈｅｒｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｆｔｅｒａｍａｒｉｎｅｏｉｌｓｐｉｌｌ，ｗｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｔｈｅｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙｋｎｏｗｌｅｄｇｅｏｆｍａｒｉｎｅｄｙｎａｍｉｃｓ，ｆｌｕｉｄｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ｍａｒｉｎｅｂｉｏｌｏｇｙ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄｏｔｈｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｓ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｆｌｏｗｆｉｅｌｄｗｉｎｄｆｉｅｌｄｍｏｄｅｌ，ｏｉｌｓｐｉｌｌｍｏｄｅｌ，ｓｅａａｒｅａｓｕｒｖｅｙａｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｓａｔｅｌｌｉｔｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｏｘｉｃｉｔｙｅｆｆｅｃｔａｎｄｆｉｓｈｅｒｙｒｅｓｏｕｒｃｅｌｏｓｓａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒｆｉｓｈｅｒｙｒｅｓｏｕｒｃｅｌｏｓｓａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｆｉｓｈｅｒｙｒｅｓｏｕｒｃｅｌｏｓｓａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｉｎｏｉｌｓｐｉｌｌａｃｃｉｄｅｎｔ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｏｎ－ｓｉｔｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａｏｆｏｉｌｓｐｉｌｌａｃｃｉｄｅｎｔｓ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｏｉｌｓｐｉｌｌｍｏｄｅｌｓａｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｕｓｉｎｇｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｉｄｅｄａｔａａｎｄｗｉｎｄｆｉｅｌｄｄａｔａｏｆｓｐｅｃｉｆｉｃｏｉｌｓｐｉｌｌａｃｃｉｄｅｎｔｃａｓｅｓ，ｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｓｐａｔｉａｌａｎｄｔｅｍｐｏｒａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｏｉｌｓｐｉｌｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｔｓｅａ．Ｂｙｓａｔｅｌｌｉｔｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｏｉｌｆｉｌｍｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｃｅｓｓｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｏｉｌｆｉｌｍｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｍｏｄｅｌａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｉｌｐｒｏｄｕｃｔｓｉｎｔｈｅｓｅａｗａｔｅｒ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｓｍｏｄｉｆｉｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｐｏｌｌｕｔｅｄｅｘｔｅｎｔｏｆｏｉｌｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｅａ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｂｅｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｏｘｉｃｅｆｆｅｃｔｓｏｆｏｉｌｓｐｉｌｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｒｉｎｅｏｒｇａｎｉｓｍｓｓｏａｓｔｏｐｒｏｖｉｄｅｕｓｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｆｉｓｈｅｒｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓｌｏｓｓ．Ａｌｓｏ，ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｗａｙｆｏｒｔｈｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｆｉｓｈｅｒｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓｌｏｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｏｉｌｓｐｉｌｌａｃｃｉｄｅｎｔｓ，ａｎｄｐｌａｙｓａｃｅｒｔａｉｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅａｎｄａｕｘｉｌｉａｒｙｒｏｌｅｆｏｒｔｈｅｌｏｓｓａｓｓｅｓｓｍｅｎｔａｎｄａｃｃｉｄｅｎｔｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔａｆｔｅｒｔｈｅｏｉｌｓｐｉｌｌ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｏｉｌｓｐｉｌｌ；ｆｉｓｈｅｒｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｌｏｓｓａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ海上突发性溢油事故导致石油泄漏进入海洋，影响浮游植物群落［１］，进而影响其他海洋生物，而且在养殖区，还会影响养殖业的产量和品质，进而影响人类的健康㊂同时溢油事故对当地渔业资源数量以及恢复会造成巨大的影响㊂海上突发性溢油事故发生后，受地理位置㊁季节等因素影响，污染物的漂移轨迹很难确定，很难准确地鉴定溢油的范围，进而给渔业资源评估和恢复工作也带来了不小的难题㊂传统的渔业资源损失评估方法具有一定的局限性，随着科学技术的发展，可以采用计算机模拟的手段加以弥补和辅助㊂钱琴等［２］采用湄洲湾案例证明了ＧＮＯＭＥ和ＥＦＤＣ模型模拟的准确性㊂国内外学者通过数值模拟的方面模拟溢油范围，并通过不同的案例证明了数值模拟溢油的可行性［３⁃１７］㊂本文参照采用数值模拟确定溢油范围的思路，结合渔业资源评估的技术办法，形成一种针对溢油事故中渔业资源损失的数值模拟评估模式，从而辅助确定渔业资源的损失，进一步完善业务化评估体系㊂１㊀数值模拟评估模式１．１㊀评估模式框架渔业资源损失的数值模拟评估模式如图１所示，主要由模型选择㊁参数获取㊁模型计算㊁数据输出四部分构成㊂１．２㊀海洋溢油模型选择现代海洋溢油模型根据模型的数学计算理论不同，可分为基于欧拉⁃拉格朗日方法的溢油模型和基于蒙特卡罗方法的溢油模型两大类㊂基于蒙特卡罗方法的溢油模型在拉格朗日方法基础上采用蒙特卡罗方法随机生成扩散系数，来计算湍流的大小和油膜三维扩展情况［１８］㊂基于欧拉⁃拉格朗日方法的溢油模型是借助欧拉⁃拉格朗日方程组对事故发生后的油膜漂移扩散和油膜消失后的溶解态分布趋势进行计算预测，包括全动力轨迹模型和溢油归宿模型㊂这两类模型都可以借助风场㊁流场数据模拟出溢油漂移扩散趋势，进而计算出溢油浓度分布和溢油污染面积㊂可以通过基于欧拉⁃拉格朗日方法和基于蒙特卡罗方法的数学计算理论构建具有对应海域特征的海洋溢油模型，也可以运用相对比较成熟的专业溢油模型㊂代表性的溢油模型有：ＯＩＬＭＡＰ［１９⁃２０］㊁ＣＷＣＭ［２１］㊁ＧＮＯＭＥ［２２］㊁ＭＩＫＥ２１ＳＡ溢油模块［２３］等㊂ＯＩＬＭＡＰ对瞬时溢油和持续性的溢油都能图１㊀溢油事故中渔业资源损失的数值模拟评估模式图Ｆｉｇ．１㊀Ｄｉａｇｒａｍｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｆｉｓｈｅｒｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓｌｏｓｓｉｎｏｉｌｓｐｉｌｌ快速地预测轨迹，常用于溢油应急和预警预案支持；ＣＷＣＭ模型不仅可以模拟石油溢出漂移，而且可以模拟化学品溢出归宿及影响；ＧＮＯＭＥ模型标准模式用于模拟溢油泄漏和溢油演习，以及特定位置的溢油轨迹，诊断模式可以根据具体的溢油情况来模拟追踪溢油扩散轨迹，具有最佳预测和最小遗憾预测功能；ＭＩＫＥ２１ＳＡ溢油模块模拟悬浮物质的扩散和风蚀，仅用于预报溢油问题㊁评估意外溢油预案分析㊂１．３㊀参数获取需要获取的参数有模型经纬度范围㊁岸线数据㊁水深数据㊁开边界条件数据㊁气候数据等运行水动力模型㊁风场模型所需的参数，以及模型运行时间㊁溢油点㊁油品类型㊁溢油量等海洋溢油模型所需的参数㊂事故发生区域的岸线数据可以通过ＧＳＨＨＧ全球地理信息数据集获取；水深数据可以采用由美国ＮＯＡＡ的国家环境信息中心（ＮＣＥＩ）官网提供的ＥＴＯＰＯ１全球水深的再分析数据；开边界点数据通常采用由俄勒冈大学提供的开边界点调和常数，从ＯＴＰＳ（ＯＳＵＴｉｄａｌＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎＳｏｆｔｗａｒｅ）预报的时间水位中提取主要分潮㊂模型运行时间㊁溢油点㊁油品类型㊁溢油量根据具体溢油案例获取㊂１．４㊀模型计算１．４．１㊀水动力与风场模型运算以ＦＶＣＯＭ水动力模型为例，首先确定模型计算范围区域，结合具体案例提取岸线数据，在溢油发生区域内进行网格划分㊂采用表面水动力模型ＳＭＳ生成非结构化三角形网格模型，控制网格质量使三角形单元最小内角３０ʎ，最大内角１３０ʎ，最大斜率为０．１，相邻三角形单元面积比小于０．５，顶点连接三角形单元的个数小于等于８㊂在网格点上插值水深，设置开边界条件构建好模型进行模拟运算㊂模拟的流场可以根据具体站位点的监测数据或‘潮汐表“等数据验证校准㊂将模拟的流速误差控制在２０％以内，流向误差控制在２０ʎ以内㊂１．４．２㊀溢油污染范围计算分别以水动力模型来模拟事故海域附近的流场变化㊁以风场模型模拟事故海域附近的风场变化，将模拟的流场㊁风场数据输入到海洋溢油模型当中，也可直接采用监测站实际监测的风场㊁流场数据转换格式后输入７１０１㊀３期㊀㊀㊀宋协法㊀等：溢油事故中渔业资源损失的数值模拟评估模式㊀８１０１㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀海洋溢油模型㊂将构建的模型或通过专业溢油模型建立的相对应海域的溢油模型通过具体溢油案例进行验证和校准㊂可以采用卫星遥感技术［２４⁃２９］将溢油事故区域影像进行几何校正㊁大气校正㊁去 蝴蝶结 处理㊁图像增强处理，通过直方图均衡化和高斯对比度拉伸处理，调节图像灰度值㊁对比度㊂根据侯懿峰［３０］实验结论：在平均反射率上轻油种大于洁净海水，遥感影像中表现为较亮区域；而平均反射率上重油种（重柴油㊁大庆原油等）小于洁净海水，重油种在遥感影像中为较暗区域㊂结合油品性质提取溢油信息，将其与模型模拟的油膜漂移位置㊁面积进行比对验证，根据验证结果对模型进一步校准，直到模拟结果与验证案例相吻合㊂通过模型模拟得到污染海域表层㊁中层㊁底层油粒子的分步规律，通过运算得出污染海域表层㊁中层㊁底层各个位置的油浓度分布情况㊂根据‘渔业水质标准“［３１］中对油类污染物浓度要求，可以直接计算出不同污染程度下的溢油污染范围㊂１．４．３㊀海域调查监测数据计算海域调查监测参照‘海洋监测规范“［３２］中站位的设置㊁拖网的规格要求㊁分析鉴定规范等要求进行实际的海域调查监测㊂将采集到的样本计数采用公式（１）㊁（２）分别计算鱼卵㊁仔稚鱼密度与游泳动物资源密度㊂鱼卵㊁仔稚鱼密度的计算采用滤水体积法㊂计算公式如下：Ｖ＝ＮＳˑＬ（１）式中，Ｖ为鱼卵㊁仔稚鱼分布密度（胞／ｍ３，个／ｍ３）；Ｎ为平均每网鱼卵㊁仔稚鱼数量（胞，个）；Ｓ为网口面积（ｍ２）；Ｌ为水平拖网为拖网距离，垂直拖网为绳长（ｍ）㊂游泳动物资源密度计算采用公式：Ｄ＝ Ｃ／（ａˑｑ）（２）式中，Ｄ为游泳动物资源密度（ｋｇ／ｋｍ２）； Ｃ为平均每小时拖网渔获量（ｋｇ网－１ｈ－１）；ａ为每小时的拖网面积（ｋｍ－２网－１ｈ－１）；ｑ为可捕系数㊂可捕系数依据‘渔业污染事故经济损失计算方法“［３３］（ＧＢ／Ｔ２１６７８ ２００８）㊂１．４．４㊀渔业资源损失计算（１）鱼卵㊁仔稚鱼经济损失根据ＳＣ／Ｔ９１１０ ２００７‘建设项目对海洋生物资源影响评价技术规程“［３４］对于污染事故中鱼卵和仔稚鱼损失的计算方法，将其按比例折算成鱼苗，鱼卵生长成商品鱼苗的成活率按照１％计算，仔稚鱼生长成商品鱼苗的成活率按照５％计算㊂参照‘渔业污染事故经济损失计算方法“［３３］运用公式（３）（４）计算鱼卵㊁仔稚鱼折算成商品鱼苗后损失：鱼卵㊁仔稚鱼损失量＝（对照海区密度 污染海区密度）ˑ污染体积（３）鱼卵㊁仔稚鱼直接经济损失＝当地商品苗市场价格ˑ损失量（４）（２）渔业资源损失计算由于不同种类游泳动物受污染物刺激影响不同，参照‘山东省海洋生态损害赔偿和损失补偿评估方法“［３５］中油类污染物对不同种类游泳动物的损害系数要求，鱼类损害系数为０．２ ０．４，无脊椎动物为０．３ ０．６，浮游动物为０．５ ０．８，底栖动物为０．２ ０．８㊂按照污染重取高值，污染轻取低值的取值原则㊂根据对照海域的海域调查监测数据，将对照海域渔业资源密度作为事发前渔业资源密度㊂参照‘渔业污染事故经济损失计算方法“［３３］分别计算鱼类㊁甲壳类㊁头足类等游泳动物直接经济损失，运用公式（５）（６）得到渔业资源直接经济损失㊂运用公式计算：渔业资源损失量＝事发前渔业资源密度ˑ污染面积ˑ损害系数（５）渔业资源直接经济损失＝当地水产市场价格ˑ渔业资源损失量（６）根据‘渔业污染事故经济损失计算方法“［３２］，渔业资源的恢复费用取直接经济损失的３倍，计算渔业资源的恢复费用㊂则渔业资源损失为直接经济损失与渔业资源的恢复费用的和㊂１．５㊀数据输出评估模式主要输出的数据有各种类的单位生物量，鱼卵㊁仔稚鱼和游泳动物损失量，造成的渔业资源的经济损失㊂２㊀总结与分析随着科学技术越来越先进成熟，越来越多的技术与设备投入到海洋环境监测与海洋环境治理当中来，溢油事故中的渔业资源损失评估不再单纯依靠实地检测㊂本文通过海洋动力学㊁流体力学㊁海洋生物学㊁环境化学等多个学科建立了渔业资源的数值模拟评估模式㊂渔业资源损失的数值模拟评估模式就是将流场风场模型㊁溢油模型㊁卫星遥感技术等计算机手段与海域调查监测㊁毒性效应和渔业资源损失评估等理论方法相结合，将各自独立的部分串联成一个整体，形成一套成熟的评估模式方法㊂以墨西哥湾溢油事故为例，原油泄露伴随着爆炸火灾，原油持续泄露了８７天才得到控制，司法鉴定评估很难快速开展，且事故发生后几年时间内不断出现索赔诉讼，ＢＰ公司最终同意赔偿１８７亿美元终结了墨西哥湾溢油事故，事故处理过程进行了５年多才结束㊂现阶段的渔业资源损失评估，特别是在确定溢油污染面积和溢油浓度范围上，采用布设取样点现场检测分析的方法，由于污染物仍在进行漂移风化等现象，计算存在一定的误差，不能真实反映出溢油污染的实时情况㊂且事故发生后常存在爆炸火灾，很难第一时间进行现场调查取证，给渔业资源损失评估工作带来一定时间的滞后性㊂当事故发生后渔业资源损失的数值模拟评估模式可以直接根据事故提供的参数，计算出实时的溢油污染情况，从数值模拟的角度计算不同时间段内渔业资源的损失，为溢油事故中的渔业资源评估提供了一定的辅助支持㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀宋广军，李爱，吴金浩，王召会．１９⁃３油田溢油对辽东湾浮游植物群落的影响．渔业科学进展，２０１６，３７（４）：６０⁃６６．［２］㊀钱琴，赵东波，姬厚德．基于ＧＮＯＭＥ和ＥＦＤＣ模型的溢油数值模拟研究 以湄洲湾为例．中国水运（下半月），２０１８，１８（５）：７３⁃７５．［３］㊀ＢｅｒｒｙＡ，ＤａｂｒｏｗｓｋｉＴ，ＬｙｏｎｓＫ．ＴｈｅｏｉｌｓｐｉｌｌｍｏｄｅｌＯＩＬＴＲＡＮＳａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｔｈｅＣｅｌｔｉｃＳｅａ．ＭａｒｉｎｅＰｏｌｌｕｔｉｏｎＢｕｌｌｅｔｉｎ，２０１２，６４（１１）：２４８９⁃２５０１．［４］㊀ＧｕｏＷＪ，ＷａｎｇＹＸ．Ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｏｉｌｓｐｉｌｌｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎａｈｙｂｒｉｄｍｅｔｈｏｄ．ＭａｒｉｎｅＰｏｌｌｕｔｉｏｎＢｕｌｌｅｔｉｎ，２００９，５８（５）：７２６⁃７３４．［５］㊀黄瑞，韩龙喜，张防修．长江溢油事故中数值模型的研究与应用．长江科学院院报，２０１９，３６（６）：９⁃１３．［６］㊀金戈，董仁杰，蔡睿，陈红刚，金生． 桑吉轮 碰撞事故溢油模拟研究．水利规划与设计，２０１９，（９）：６４⁃６７，１２２⁃１２２．［７］㊀丁东生，马绍赛，陈碧鹃，崔正国，赵俊，刘传霞，张旭志，曲克明．基于欧拉 拉格朗日方法的某溢油事故天然渔业资源损失评估方法案例研究．渔业科学进展，２０１６，３７（４）：３６⁃４２．［８］㊀周群群，何利民．海上溢油数值模拟研究进展．油气田环境保护，２０１８，２８（１）：４⁃９．［９］㊀李小虎，吴云波，崔小爱．基于三维水动力模型的溢油扩展迁移规律的数值模拟．中国水运（下半月），２０１８，１８（１）：８６⁃８８．［１０］㊀刘增贤，王元元，蔡梅．太浦河溢油污染数值模拟及对策措施研究．江苏水利，２０１８，（１）：２５⁃３１．［１１］㊀李燕，杨逸秋，潘青青．海上溢油数值预报技术研究综述．海洋预报，２０１７，３４（５）：８９⁃９８．［１２］㊀吴凡杰，吴钢锋，董平，张科锋．象山港溢油数值模拟研究／／第十九届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集（下）．重庆：中国海洋学会海洋工程分会，２０１９：２２６⁃２３２．［１３］㊀谢挺，王彬谕，顾一凡，倪云林，陈维．舟山薄刀咀围垦工程船舶溢油数值模拟．中国航海，２０１９，４２（３）：１１０⁃１１４．［１４］㊀张海文，赵懿珺，纪平．福宁湾海域溢油扩散影响的数值模拟研究．应用海洋学学报，２０１９，３８（１）：８４⁃９２．［１５］㊀邹长军．航海模拟中船舶溢油应急仿真及可视化［Ｄ］．大连：大连海事大学，２０１８．［１６］㊀刘建华，王振法，王忠．海底管道溢油风险识别与数值模拟研究．中国石油和化工标准与质量，２０１８，３８（１４）：１６２⁃１６４．［１７］㊀傅贵．某港区工程海域溢油事故影响分析的数值模拟研究．中国水运．航道科技，２０１９，（５）：９⁃１７．［１８］㊀杨红，洪波，陈莎．海洋溢油模型及其应用研究进展．海洋湖沼通报，２００７，（２）：１５６⁃１６３．［１９］㊀ＴｏｚＡＣ，ＢｕｂｅｒＭ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｏｉｌｓｐｉｌｌｓｏｆｔｗａｒｅｓｙｓｔｅｍｓｉｎｅａｒｌｙｆａｔｅａｎｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｏｉｌｓｐｉｌｌ：ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆＯＩＬＭＡＰａｎｄＰＩＳＣＥＳ２ｉｎＭｅｒｓｉｎｂａｙｓｐｉｌｌ．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，２０１８，１９０（９）：５５１．［２０］㊀ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｏｒｓａｔＤｏｋｕｚＥｙｌｕｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＤｅｔａｉｌＦｉｎｄｉｎｇｓｉｎＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｏｉｌｓｐｉｌｌｓｏｆｔｗａｒｅｓｙｓｔｅｍｓｉｎｅａｒｌｙｆａｔｅａｎｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｏｉｌｓｐｉｌｌ：ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆＯＩＬＭＡＰａｎｄＰＩＳＣＥＳ２ｉｎＭｅｒｓｉｎｂａｙｓｐｉｌｌ）．ＥｎｅｒｇｙＷｅｅｋｌｙＮｅｗｓ，２０１８．．［２１］㊀乔冰．海上溢出物蒙特卡罗三维溶出模型⁃ＣＷＣＭ．水运科学研究所学报，１９９９，（３）：１７０⁃１７４．９１０１㊀３期㊀㊀㊀宋协法㊀等：溢油事故中渔业资源损失的数值模拟评估模式㊀０２０１㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀［２２］㊀杨红，刘成秀，李曰嵩，潘灵芝，丁丽丽．基于ＧＮＯＭＥ的长江口锚地溢油模拟．上海海洋大学学报，２０１３，２２（３）：３８４⁃３９０．［２３］㊀王翠，郭洲华，李青生，戴娟娟．基于ＭＩＫＥＳＡ模型的厦门西港海域溢油影响的数值模拟研究．应用海洋学学报，２０１４，３３（２）：２２９⁃２３５．［２４］㊀陆应诚，刘建强，丁静，石静，陈君颖，叶小敏．中国东海 桑吉 轮溢油污染类型的光学遥感识别．科学通报，２０１９，６４（３１）：３２１３⁃３２２２．［２５］㊀陈韩，谢涛，徐辉，孟雷，陈伟．基于ＴＭ遥感影像溢油识别方法的比较研究．武汉理工大学学报：信息与管理工程版，２０１９，４１（３）：３０５⁃３１１．［２６］㊀邴磊．基于遥感和ＧＩＳ的海上溢油风险识别及区划研究［Ｄ］．烟台：中国科学院大学（中国科学院烟台海岸带研究所），２０１９．［２７］㊀孙乐成，周青，王娟．海洋溢油遥感探测技术现状及预见．海洋开发与管理，２０１９，３６（３）：４９⁃５３．［２８］㊀常俊芳，史爱琴，刘晓燕，潘灵芝，张栋．星载ＳＡＲ在上海沿海溢油监测中的应用．海洋信息，２０１８，３３（３）：３１⁃３８，６１⁃６１．［２９］㊀邴磊．基于星载ＳＡＲ的海上主要溢油风险源遥感识别方法．船海工程，２０１８，４７（２）：６４⁃６６．［３０］㊀侯懿峰．ＭＯＤＩＳ数据解析及海面溢油分类研究［Ｄ］．大连：大连海事大学，２０１２．［３１］㊀国家环境保护局．ＧＢ１１６０７ １９８９渔业水质标准．北京：中国标准出版社，１９９０．［３２］㊀中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会．ＧＢ１７３７８．１ ２００７海洋监测规范．北京：中国标准出版社，２００８．［３３］㊀中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会．ＧＢ／Ｔ２１６７８ ２００８渔业污染事故经济损失计算方法．北京：中国标准出版社，２００８．［３４］㊀中国人民共和国农业部．ＳＣ／Ｔ９１１０ ２００７建设项目对海洋生物资源影响评价技术规程．北京：中国农业出版社，２００８．［３５］㊀山东省质量技术监督局．ＤＢ３７／Ｔ１４４８ ２００９山东省海洋生态损害赔偿和损失补偿评估方法．山东省质量技术监督局，２０１０．。
涠洲11-4油田注气提高采收率数值模拟研究的开题报告
涠洲11-4油田注气提高采收率数值模拟研究的开题报告一、研究背景及意义涠洲11-4油田是位于珠江口盆地中的一个重要油田，该油田获得了众多的技术创新成就，对我国油田开发具有重要意义。
然而，油田开采压降、含水增加等问题已经成为制约其产能的瓶颈，因此需要对其进行注入天然气等气体来提高采收率。
注气是增进油藏开发并提高采收率的一种重要方法，在不同地质条件下的注气方式、机理、效果等方面进行研究，能够为油田开发提供参考依据，并具有较广泛的实用价值。
二、研究目的本研究旨在探究涠洲11-4油田注入天然气等气体时的改善采收率效果，并通过数值模拟的方法对其进行分析。
同时，本研究将探讨不同注气方式对油田开发的影响，以期为涠洲11-4油田的开发提供技术参考。
三、研究方法本研究采用数值模拟的方法，对涠洲11-4油田注气提高采收率进行模拟分析，以探寻注气对于提高采收率的影响。
依据油田的地质勘探数据，结合涠洲11-4油田的地质特征，分别采用PVT模型、水驱模型、气驱模型和组合驱模型模拟涠洲11-4油田不同注气方式的改善采收率效果。
同时，通过模拟分析不同注气方式对油田压降、含水率、产量等指标的影响，为油田开发提供技术支持。
四、研究计划1.文献资料的搜集和分析 (1个月)2.涠洲11-4油田地质勘探数据的整理和分析 (1个月)3.油藏温度、压力、气体溶解度等参数的确定 (2个月)4.基于PVT模型、水驱模型、气驱模型和组合驱模型的涠洲11-4油田注气提高采收率的数值模拟 (6个月)5.模拟结果的分析和总结 (1个月)6.撰写论文和答辩准备 (1个月)五、研究预期结果通过对涠洲11-4油田注气提高采收率的模拟分析，本研究将得出涠洲11-4油田注入天然气等气体的最优注气方式及其改善采收率的效果，并将分析不同注气方式对油田开发的影响。
研究的结果有望为涠洲11-4油田的注气开发提供技术支持，为油田的高效开发提供参考。
广西近岸海域潮流数值模拟
广西近岸海域潮流数值模拟
广西近岸海域潮流数值模拟
采用有限元三角形网格的分步杂交方法,建立了广西近岸海域的二维潮流数值模型,计算值与实测资料符合较好.采用主要分潮组合输入,模拟了研究海域的平均潮潮流场.模拟结果表明:涨急时,潮流向为东北方向,最大涨潮流速为74 cm/s左右:落急时,潮流向为西南方向,最大落潮流速约100 cm/s,落潮流速大于涨潮流速.近岸区域潮流为往复流,离岸边越远潮流越接近旋转流.
作者：张燕孙英兰张学庆刘晓丹ZHANG Yan SUN Yinglan ZHANG Xueqing LIU Xiaodan 作者单位：中国海洋大学环境科学与工程学院,山东,青岛,266003 刊名：海洋通报ISTIC PKU英文刊名：MARINE SCIENCE BULLETIN 年，卷(期)：2007 26(5) 分类号：P731.2 关键词：潮流数值模拟广西近海有限元。
海上溢油处理装置的典型数值模拟方法概述
海上溢油处理装置的典型数值模拟方法概述摘要：如今海上溢油事故已变得较为频繁，因此，海上溢油处理装置的优化设计显得日益重要。
本文从数学模型、涉及软件等方面介绍了海上溢油处理装置进行数值模拟的方法；总结了围油栏、撇油器等溢油处理装置的相关数值模拟科研成果，为从事溢油回收处理装置优化设计研究的科研人员提供了参考依据。
关键词：溢油处理装置；围油栏；撇油器；数值模拟0引言近几年来，由于海上石油工业和海上油运业的飞速发展，海上溢油事故频繁发生。
溢油对海洋生态环境影响很大。
如2010年发生在美国墨西哥湾的深海地平线石油钻井平台爆炸事故，事故导致大量石油泄漏入海，给当地造成了巨大的经济损失和严重的生态环境灾难。
再如2011年发生在我国渤海海域发生的蓬莱溢油事件，造成超过6200平方千米海水污染，是我国海洋资源开发以来发生的最严重的事故。
因此，一旦发现海上事故造成溢油后，就必须根据现场实际情况采取及时有效的措施对溢油进行处理，降低和消除溢油造成的危害。
1海上溢油的处理技术海上溢油的处理方法通常可分为物理法、化学法和生物法。
1.1物理法是指将溢油从水面分离出来而不改变其存在形态的物理形态，如采用围油栏围困溢油、撇油器回收溢油、收油网回收水面上乳化溢油等方法。
1.2化学法是指通过使用化学制剂使溢油聚集或分散，即通过改变溢油在海面上中存在形态来达到降低污染的目的。
化学法适用于溢油油膜很薄的情况，处理溢油的化学制剂包括溢油聚油剂、分散剂、吸油剂和凝油剂等。
1.3生物法是指利用生物分解作用清除海域溢油的方法。
生物法溢油清除时间较长，见效慢，但是对环境的影响小，是一种利用前景广阔的方法。
2溢油处理装置优化方法为了减少对溢油海域的进一步污染，选择物理法是清除海面溢油时最好的。
尤其是在处理大面积海上溢油时，围油栏和撇油器两种溢油处理设备是溢油回收中应用最为广泛的。
对围油栏和撇油器的优化设计大体有三种思路：一是直接将溢油处理装置放置于实际海况中，测量其能够回收溢油的自然条件（风速、波高和流速）的最大标准。
涠洲12-2油田工程建设说明
涠洲12-2油田工程建设说明1 概况涠洲12-2油田群（涠洲12-2油田及其周边区域）位于中国南海北部湾海域，隶属于分公司涠西南探区。
距西南约85km，所在海域水深约34～40m。
油田群包括涠洲12-2油田、涠洲12-1W油田和涠洲11-2油田北块。
涠洲12-2油田位于中国南海北部湾海域，东经108°49′30″～108°55′35″，北纬20°43′15″～20°49′05″。
坐标位置：X=275700m～281400m，Y =2295000m～2300400m。
东北距离市84km，距涠洲岛约37km，所在海区水深约37m，年平均气温23℃。
以涠洲12-2油田为中心，涠洲12-1W 油田和涠洲11-2油田北块分别在西北方向距离涠洲12-2油田约4.3km和10.4km。
涠洲12-1W油田位于东经108°49′39″～108°51′52″，北纬20°46′43″～20°48′27″，坐标位置：X=273848.93m～277745m，Y =2299156.27m～2302329.71m。
东北距离市西南约80km处，距涠洲岛37.5km，所在海区水深约40m。
涠洲11-2油田北块位于东经108°45′15″～108°49′24，北纬20°47′21″～20°49′42″，坐标位置：X=266229m～273476m，Y =2300393m～2304668m。
东北距离市西南约82km处，距涠洲岛39.5km。
所在海区水深约40m。
2 油田总体开发方案海洋工程方案简介2.1 海洋工程设施概况涠洲12-2油田群联合开发项目拟新建3座导管架结构的井口平台，分别为WZ12-2WHPA平台、WZ12-1W WHPA平台和WZ11-2WHPB平台，3座平台均不设油气处理设施。
WZ11-2 WHPB平台为无人井口平台，井口物流通过6寸海底管道输送到带有10人生活住房的WZ12-1W WHPA平台，与WZ12-1W WHPA的物流混合后通过8寸海底管道输送到WZ12-2 WHPA平台。
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１ 潮流 数 值 模 型
１ １ 潮流 控 制方程 ．
连续方 程 ：
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收 稿 日期 ：０ ８０ －２ ２ ０ —１０
作者简介 ： 杨
毅（ ９ ４） 男 ， １ ８。 ， 硕士研究生 ， 主要从事数值模拟和海洋环境科学 研究．
型 ， 用 欧 拉 一 格 朗 目追 踪 方 法 ， 行 油 膜 中 心 轨 迹 的 预 测 ， 预 测 了 油 膜 漂 移 的 扩 展 面 积 、 采 拉 进 并
扫 海 面积 和 残 留 量 随 时 间 的 变化 值 。 关 键 词 ：三 维 潮 流 模 型 ； 油 ； 迹 ； 海 面 积 溢 轨 扫
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与涠 洲 岛附近 海域 的潮 流 、 场等 因素 密切 相关 。本 文 主要 针 对 涠 洲 岛 附 近海 域 的溢油 风
对环 境 的影响 进行 预测 ， 油 以 ＷＺ ｌ１ 平 台 附近 突发 性溢 油 示 例 ， 油 时 间 ４ｈ 溢油 溢 ｌ 一Ｎ 溢 ， 总量 Ｉ ｏｍ。平 均 ２ ／ ， 场选 取 ８个 风 向下 的最 强 风 ， 测 出每 种 情 况下 的溢 油 漂 ｏ ， ５ｍ。 ６ 风 预 移轨 迹 、 散 面积 、 油 量及 抵岸 或 漂 出计 算域 的时 间 等 。 扩 残
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（ 杜素 兰
编辑）
２
海
岸
工
程
第 ４期
动量 方程 ： － ～ ＋ —… ａ － 口＝ｆＶＤ ｇ Ｏ ．＝－＋ ａ—— － ’ ＝ Ｄ ￣ 『￣＇ ｔ＿—４ ４ ＝ —— Ｉ ａ ＝ ｔ— Ｉ ａ － ＝ — － ｄ ＝ ｄ ｚ 一ａａ － １ ｌｚ ｔ － ｄ
２ 山东省海洋水产研究所 ， 东 烟 台 ２４０ ） ， 山 ６ ０ ６
摘
要 ： 用潮流控 幸 方程 和湍封 闭方程 构建 完整的三 维浅海潮 波定解 方程组 ， 立涠洲 岛 采 ５ 建
附近海城 的三维潮流数值模型束 计算涠洲岛 附近海域 的潮 流和湖 住 变化情 况 ， 用 大海城计 采
算得 出 的调 和 常 数值 作 为 开 边 界 的 输入 值 ， 湖位 验证 、 流 验证 和 流 场 的 变 化 规 律 等 多方 面 从 潮 情 况 看 ， 算 结 果 与 实 际监 测 符 合 良好 ， 有 较 高 的 精 确 度 ， 拟 计 算 结 果 较 真 实 地 反 和 潮 流 运 动 状 况 。 在 潮 流 模 拟 验 证 正 确 的 情 况 下 ， 立 溢 油 预 测 模 建
中 图分 类 号 ： １ ５ Ｘ ４
文献标识 码 ： Ａ
涸 洲 岛位 于 北部湾 海 域 ， 南望 海 南 岛 ， 靠北 海市 ， 北 东邻 雷 州半 岛 ， 近越 南 。南北 长 西 ６ ５ｋ 东西 宽 ６ｋ 总 面积 为 ３ ｍ。其 附 近海 域 拥 有 大 量 的油 田 。在 油 田的开 发 以 ． ｍ， ｍ， ６ｋ ，
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第２ 卷 期 ７ 第４
文 章 编 号 ：０ ２３ ８ （０ ８ ０ －０ １１ １ ０ － ６ ２ ２ ０ ） ４０ ０ － ０
海
岸
工
程
２ ８ ２ ０ 年１月 ０
涠 洲 岛 附近 海 域 溢 油 数 值 模 拟
杨 毅 娄安 刚 徐艳 东。 匡 良 ， ， ，
（． １ 中国海洋大学 环境科学 与工程学院 ， 山东 青 岛 ２ ６ ０ ， ６ １０