海面溢油数值模拟及其可视化实现技术

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。     

南海深水区含气的溢油模拟技术

针对南海存在深水区发生水下溢油事故会引发天然气泄漏的问题,基于Lagrange积分法和Lagrange粒子追踪法建立含气的水下溢油数值模型,重点探讨油气溶解和水合物合成分解等过程,模拟天然气和溢油在水体中的迁移扩散轨迹,选择南海某油气田为研究对象,模拟油气泄漏后对海洋环境的影响,模拟数据可为溢油应急计划编制或现场应急处置提供技术支撑。     

基于GIS的三峡库区溢油模型研究

基于GIS平台,将RMA2的水动力模型与GNOME溢油预测模型相结合,构建了溢油漂移动态预测模型,模型中同时考虑了由风引起的波浪作用,以及溢油的降解、挥发作用,并实现了GIS全方位监控。以三峡库区重庆段为研究区域,对50吨轻油泄漏后的漂移扩散过程进行了模拟。     

北海铁山港西港区5、6号码头溢油事故模拟仿真研究

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。     

厦门港嵩屿项目海上溢油数学模拟分析

项目前期论证阶段,通过对油膜扩散理论的研究,在考虑了油膜蒸发、油膜乳化影响的油膜扩展、扩散、迁移和衰减的海上溢油模式,结合水动力数学模型,建立了在潮汐、风浪作用下油膜运动的海上溢油数学模型.应用此模型对厦门港嵩屿码头发生溢油事故后的影响范围进行了模拟,并分析了溢油后油膜运动的几种基本情况.给出了溢油污染区域分布的主要特征.为相关部门控制溢油的影响范围和前期环境影响评价以及应对海上突发溢油事故的污染防治提供了科学依据.     

基于Oilmap模型的胶州湾溢油风险研究

从环境敏感资源、船舶交通量及油品运量、事故案例等方面分析了胶州湾溢油风险现状及发展形势,并研究了溢油事故的危害和致因。根据胶州湾历史上发生的重大溢油事故,采用Oilmap模型对事故情景分为不采取围控措施和采取围控措施两种方案进行模拟。结果表明,通过溢油事故情景模拟,可对围控措施方案进行效果检验,从而提高溢油应急行动的有效性。     

基于流凌演进数值模拟的可视化方法

针对流凌演进三维可视化技术在冰冻河流可视化仿真方面不足的问题，结合MIKE21与ArcGIS软件，提出一种基于流凌演进数值模拟结果的可视化方法。通过模型构建、网格划分、边界条件确定，开展流凌演进数值模拟与分析，建立面向可视化的流凌演进数值模拟结果提取方法，实现流凌演进三维可视化仿真场景与数值模拟的可视化数据融合。基于空间数据库与属性数据库，建立的流凌演进仿真模拟系统，可全方位展示流凌演进过程中地形、水流、堤防结构物等仿真模拟结果。     

国内外溢油风化模拟试验装置最新研究进展

分析国内外溢油风化模拟试验装置尺寸、可实现的模拟环境条件及适用范围,提出有必要构建一套适用于内河溢油溯源鉴定的溢油风化模拟装置。     

基于粒子追踪技术的海上溢油三维输运模式

本模式为基于Lagrange框架下的粒子追踪方法数值模拟海上溢油的三维输运模式,着重从非线性理论、随机性理论来建立分析污染物粒子的运动过程.在具体的数值求解过程中,采用Langevin方程与Fokker-Planck方程相结合,有效地解决了具有随机性的粒子运动过程;另外模式也考虑了污染物附着在岸上以及沉降到海底等过程.通过数值模拟结果与卫星遥感监测资料的比较,表明该模式已取得较好的模拟效果.     

珠江口区域海上溢油动态预测信息系统的开发与应用

为了对《珠江口区域溢油应急计划》提供决策支持,在国内外相关研究成果基础上,针对珠江口海域的特点,研究开发了先进实用的"珠江口区域海上溢油动态预报信息系统",综合了三维潮流模型、三维溢油扩散模型、溢油风化模型、应急反应模型、以及电子海图、地理信息系统(GIS)、数据库等关键技术。该系统可以预测模拟并可视化显示海上溢油的漂移扩散和性质变化过程,同时显示环境敏感区和应急人员设备分布等相关信息。实际溢油应用案例表明,该系统的预报模拟结果与现场实际情况完全相符,能有效地提高海上溢油污染事故的应急决策效率。     

城市河道水体自净模型研究

城市河道水力特性介于天然河流和人工渠道之间,环境容量小,生态系统脆弱,采用MIKE21软件对感潮河道日晖港-黄浦江进行排污口模拟,并构建水动力、水质模型二数值模型,通过分析COD浓度和NH3-N浓度变化,对河道水体自净能力及进行研究。     

海上溢油应急处理的仿真和三维可视化

为完善海上搜救模拟器中的溢油仿真模块,在对近海潮流进行数值模拟的基础上,通过对溢油扩展、漂移、蒸发和乳化数学模型的组合计算,首先实现了近海溢油运动过程的实时仿真.随后结合海浪的真实感绘制算法,使用OSG(Open Scene Graph)纹理烘焙和平面折射技术,实现了海上溢油扩散过程的三维可视化.对现有海上溢油应急处理...     

海上溢油应急时间满意度的应急选址模型研究

溢油事故应急反应的敏捷性与应急救援设施布局的合理性有着密切关系。根据海上溢油应急时间满意度这一重要因素,从覆盖问题角度对选址问题进行研究,构建了基于应急时间满意度的最大覆盖模型和基于应急时间满意度的集覆盖模型。研究结果表明,基于最短路径的选址问题在一定程度上能较好地解决溢油应急选址问题,但存在一定的局限性,而基于应急时间满意度的集覆盖模型对溢油应急管理而言具有更现实的意义。     

波浪破碎过程对油滴垂直混合影响的数值模拟及实际验证

针对波浪破碎对油滴垂直混合的影响问题,建立覆盖整个渤海海域的高分辨率海浪数值模式。根据波浪对油滴垂直混合影响的理论表达形式,基于数值模式模拟结果,分析卷入海面以下的残油量对不同波动能量损耗率和卷入深度计算方案的敏感性。结果显示,采用Yuan等根据实际海况导出的破碎卷入深度和破碎能量损耗率表达式,可以更好地再现油滴在不同波浪破碎背景情况下下沉及上浮的整个过程。通过与Envisat SAR卫星的观测结果相对比,理论与数值模拟相结合的方法可以很好地重现溢油入海后海面残油量的长期变化趋势。当考虑波浪效应后,估计海面残油量可由40%以上缩小至20%左右,与卫星观测结果中的约25%相比非常接近,进一步显示了波浪破碎过程对油滴垂直混合的重要影响,以及在溢油入海后海面残油量估计中考虑波浪破碎效应的必要性。     

用一种全非线性Boussinesq方程模拟斜坡上的波浪破碎和爬高

基于一种新的二阶全非线性Boussinesq方程,采用预测-校正格式的有限差分法对该方程进行离散,建立了数值模型.模型中通过“狭槽法“来处理波浪在岸线处的动边界条件,采用涡粘模型来模拟波浪破碎引起的能量耗散.为了验证数值模型的适用性,模拟了斜坡地形上的波浪破碎和爬高.从数值结果和试验结果的比较上看,该模型可以很好地模拟近岸波浪场的实际问题.     

基于贝叶斯网络的船舶溢油风险评价研究

船舶溢油事故已成为导致海洋污染重要的因素之一,采用科学方法对船舶溢油风险进行有效的预测与评估具有重要意义.将船舶溢油风险分为操作性溢油风险与事故性溢油风险两类,通过分析历史数据与借助专家经 验识别风险因素,构建了船舶溢油风险的贝叶斯网络模型和条件概率表CPT,并利用HUGIN软件进行了概率推理和风险因素灵敏度分析,定量评估了船舶溢油风险,找出了影响最突出的风险因素.将贝叶斯网络模型应用于我国沿海港口水域,得出两类船舶溢油风险概率分别为0.013 8和0.000 3,指出了加燃油、装卸油品、人员疏忽和船舶密度等风险因素对船舶溢油风险影响最突出.     

海上搜救仿真动态可视化平台的开发与研究

文章通过潮流数值预报模式、风作用下的潮流预报模式、溢油预报模式和模拟表层水质点运动轨迹模式，基于VC平台，采用以Fortran混合编程以及MapInfo和MapX控件技术实验，建立了一套具有海上搜救辅助系统功能的可视化平台。该集成系统建立了友善的人机界面和灵活简便的操作接口以及鲜明逼真的画面，研究成果成功应用于渤海湾表层水质点运动轨迹的模拟和马尔他藉“塔斯曼海”号油轮溢油事故模拟，效果良好。     

实时流场预报及在海面溢油轨迹预测中的应用

本文提出了舟山定普港域三维实时流场数值预报和调和预报方法,并在海面溢油轨迹预测应用实例中作了验证。结果表明,该方法能较准确地预报港域内流场的空间和时间分布,由预报流场驱动的溢油轨迹同实测结果一致,适合于在海上溢油事故等环境问题中使用。     

三峡库区溢油预报模型构建及数值模拟

随着三峡库区通航条件改善和船舶流量的不断增加,库区水上溢油风险形势日益严峻.综合考虑风、流的作用,结合水动力方程、溢油漂移扩散的“油粒子”模型等,设计了适用于三峡库区船舶溢油预报模型,并从应急的角度出发,对水动力模型进行并行化改造,提高了预报速度.在此基础上对175 m水位库区的假想溢油事故进行了模拟,初步检验了溢油预测模型的效果.     

基于GNOME和EFDC模型的溢油数值模拟研究——以湄洲湾为例

为了研究溢油发生后的扩散过程,尤其是在近海峡湾内的漂移扩散,采用EFDC(Environmental Fluid Dynamics Computer Code)模型架构了潮流场,采用国际流行的GNOME(General NOAA Oil Modeling Environment)模型读取计算流场并代入设计风速,计算了湄洲湾内湾某假想溢油点发生溢油后,不同工况下的溢油漂移扩散过程。研究结果表明:峡湾内溢油漂移扩散过程在一个潮周期中转流时刻油膜面积迅速扩大;溢油发生于高潮期间的扩散范围远大于低潮,湾底的溢油油膜可以在一个大潮过程遍布整个湄洲湾;风对溢油漂移的影响非常明显,5m/s的风速即能够明显改变溢油的漂移方向。建议在海湾海岸线利用整体规划中增加关键节点区域的溢油拦截设备储备研究,尤其需考虑到常风向的对岸面的溢油防护。