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。     

长江河口波-流共同作用下的全沙数值模拟

针对长江河口地形、水文、泥沙运动等复杂的特点,建立了波-流共同作用下的二维全沙及河床演变模型.在合理计算研究区域流场等的基础上,利用切应力概念确定悬沙扩散方程中的源函数;通过系列数值试验和实测资料的统计分析,在经典的泥沙临界起动速度中引入反映河床底质结构及固结程度的局地系数;选用由流速、盐度、含沙量浓度确定的泥沙颗粒絮凝沉降速度,从而提高长江口悬沙场数值模拟精度.在底沙输运计算中,提出一种较为合理确定有关参数的方法.通过洪、枯季大、中、小潮水文、泥沙资料和典型台风引起航槽冲淤变化的实测资料验证,表明该文提出的模型能较合理地反映长江河口流场、泥沙场及地形的演变.     

风作用下孤立波在珊瑚礁上传播变形机制数值模拟研究

基于二维不可压缩两相流模型建立了数值风浪水槽,采用SST k-ω雷诺时均湍流模型,研究了风作用下孤立波在珊瑚礁上的传播变形规律。将计算结果与实验数据对比,证明了该两相流模型计算孤立波在珊瑚礁上传播的准确性,并进一步分析了不同风速对珊瑚礁上孤立波传播变形的影响。结果表明：风的作用会使波面发生随机脉动特征。当地波高随风速的增大而增大;当地波高关于风速的变化梯度随入射波高的增大而增大。风的作用会加快孤立波的传播并且使孤立波提前发生破碎;孤立波开始破碎的位置随风速的增大向远离礁坪的方向移动。反射系数随风速的增大而增大;反射系数关于风速的变化梯度随入射波高的增大而减小;透射系数随风速的增大呈增大趋势。平底区波峰剖面同一水深处的水平流速随风速的增大而增大;且一定的风速不改变水平流速沿水深的变化梯度。有风时波面上方的矢量密度和大小均明显高于无风时且与风速呈正相关,并且波峰上方气流不再循环。随着风速的增大,水气交界面附近的正涡量和负湍流剪应力减小,负涡量和正湍流剪应力增大。水体动能、势能和总能达到高值的时间随风速的增大而减少;水体动能、势能和总能随风速的增大而增大,并且风速对水体动能的相对影响大于势能。     

非结构化网格下近岸波生流数值模拟

波浪破碎产生的近岸流是近岸海域关键的水动力因素之一。基于近岸波浪的椭圆型缓坡方程和二维近岸波生流方程,建立了非结构化网格下近岸波浪破碎形成的近岸流数值模型。数值模型中,在空间上采用有限体积法进行数值离散,在时间上采用欧拉向前格式数值离散。数值计算结果表明,该数值模型可以有效地模拟近岸波浪破碎产生的近岸流。     

波-流相互作用源函数及其对海浪模拟的影响

当前,基于第三代海浪模式的波-流相互作用研究,通常仅考虑背景流场对海浪群速度大小、方向的改变及其所引起的波浪折射效应,忽略了流场对波浪能谱的影响。本文以波-流相互作用源函数为切入点,利用MASNUM海浪模式进行理想实验,阐释了水平方向上的波-流相互作用对海浪能谱的改变以及对海浪模拟可能造成的影响。结果表明：水平流速梯度量级、水深、波浪成长状态以及流速梯度方向均可以影响波-流相互作用源函数的作用效果,使得有效波高、谱峰波向的模拟结果发生变化。在更符合实际的水平流速梯度量级下,波-流相互作用源函数对有效波高和谱峰波向模拟值的影响非常小;但考虑到涌浪的长距离传播,其对谱峰波向的影响仍可能明显改变涌浪的传播形态。     

近岸岛屿周围波生流的数值模拟

基于非结构网格有限体积法的环流模型,建立了相位平均的波流作用模型。模型中考虑了波浪破碎效应的三维辐射应力和波流作用下的扩散系数。通过模拟试验水池中人工岛和天然岛屿周围的波生流,对岛周围波生流的运动特征进行了分析。当波浪垂直入射到均匀斜坡上的人工岛时,岛周围产生回流和对称的环流,流速沿水深分布稍有差异。在天然岛屿中,入射波浪在近岸形成沿岸流。靠近岸线岛屿周围的沿岸流比离岸较远岛屿周围的流速大。这和辐射应力在浅水区域作用有关,岸线区域波生流特征明显。近岸岛屿周围在波浪辐射应力下产生不同的波浪增水,该波浪增水形成压力梯度进而促进岛屿周围的流态变化。     

非结构化网格下大范围波生流模拟和应用

波浪破碎引起的沿岸流是近岸海域的关键水动力因素。利用基于缓坡方程得到的光程函数方程和波作用守恒方程建立了考虑绕射效应的大范围波浪传播模型,模型可以考虑流场的影响;将波浪模型计算得到的辐射应力、波浪紊动系数等参数添加到三维水动力模型中,得到大范围近岸波生流的计算模型。模型中流场和波浪可以共用计算网格,且可同步耦合计算;模型基于非结构化网格,可以拟合复杂岸线的变化。模型对波生沿岸流、环流和逆流进行了验证,同时对实际海域的波生流进行了计算,结果表明:该模型对近岸波浪破碎引起的波生流具有很好的精度和适用性,可用于实际工程的计算。     

波、流共同作用下的泥沙起动

对波、流共存时的床面剪切力及摩阻系数等作了探讨,根据泥沙起动试验,建立了泥沙起动Shields曲线,导出了波、流共同作用下层流和紊流时的泥沙起动公式和起动波高、起动水深.     

抛物线型背景流对内孤立波特征和能量影响的数值模拟研究

本文基于南海东北部观测的抛物线型背景流,设计了8种形式的抛物线型背景流,利用IGW模式研究了其对内孤立波(ISW)的特征和能量学的影响。研究结果表明:背景流对波包中ISW数目没有影响,但减小了ISW的相速度;对于下边界在主温跃层附近或在其上的抛物线型背景流,ISW振幅和最大位移深度均增加;随着抛物背景流曲率减小,ISW振幅、斜压与正压能比值减小,同时ISW相速度、正压能、斜压能、KE/APE都增加;如果抛物背景流底部延伸至海底,且曲率减小,则ISW振幅、相速度减小,同时正压能、斜压能、KE/APE增加;在整个深度上的背景流,随着下层曲率减小和上层曲率增大,ISW振幅、相速度、斜压与正压能比值、斜压能、KE/APE均增加。     

近岸波、流作用下结构物附近海岸演变的数值模拟

针对与砂质海岸在波浪作用下的演变有关的波浪、近岸流及输沙问题进行了系统的研究,并对结构物附近海岸演变进行了数值模拟。考虑了波浪折射-绕射及波浪破碎的综合作用,在近岸流场的模拟中用沿水深积分形成的K方程模型确定涡粘系数。计算岸滩地形变化时,综合波浪、近岸流作用的底沙和悬沙输沙率,并考虑波浪对泥沙作用的影响。模型对防波堤和近岸沉船附近地形变化进行了模拟,效果良好。     

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。     

风浪频谱的成长模型 Ⅱ.三参量的风浪频谱随风区的增长关系

为研究三参量风浪频谱随风浪的成长关系,从而直观地描述风浪频谱成长过程中的超射现象.并证明三参量谱谱型的合理性.基于已得到的谱参量随风区的变化关系,对三参量风浪频谱以及风浪频谱成长过程中存在的"超射"现象作深入的研究,得到三参量风浪频谱随风区的成长关系:S(-ω,-m0,-ω0,B)=-m0(-x)/-ω0(-x)B(-x)[-ω/-ω0(-x)]-p(x)exp[-p(-x)/q(-x)([ω/ω0(-x)]-q(-x)-1)]在此基础上,得到无因次风区:300、500、2000、5500、10000、15000下,风浪频谱的谱线,从而直观地描述了风浪频谱成长过程中的"超射"现象,并认为在风浪频谱的成长过程中确实存在着"超射"现象,但是该现象并不如Hasselmann等提出的理论中阐述的那样存在于风浪频谱成长的全过程,而是仅存在于风浪频谱成长的初期.随着风浪的不断成长,"超射"现象逐渐减弱,直到风浪接近充分成长,"超射"现象也随之逐渐消失.经过不同风区下实测数据的检验,证明S(ω,-m0,-ω0,B)、S(ω,-H,-T,B)、S(ω,-H,-T,-δ)以及S(ω,-H,-T,β)四种形式的三参量风浪频谱谱型是合理的,同时也进一步证明了谱的零阶矩、谱的峰频率、谱宽度、波高、周期、波陡和波龄随风区变化关系的正确性.     

海面溢油轨迹的分析与预报

考虑主要分期（Ｍ２，Ｓ２，Ｋ１，Ｏ１，Ｍ４，ＭＳ４）的潮流以及Ｍ２分期的潮汐余流，建立预报潮流场，并考虑海面风力的作用以及油的蒸发和乳化，利用欧拉－拉格朗日方法跟踪油膜的中心点，提出预报油膜的轨迹及其扩散范围。该模型适用于近岸事故溢油的快速预报．     

风浪频谱的成长模型Ⅰ.谱参量随风区的增长关系

为得到谱参量随风区的变化关系,从而更细致地刻画风浪频谱的成长方式.在动力学方程的控制下,基于三参量风浪频谱,利用动力-统计学相结合的方法导出了谱参量(谱宽度B、谱的零阶矩～m0、谱的峰频率～ω0)随风场要素(风区)的成长关系分别为:B=5.68×10-3～X9.482×10-1-4.66×10-2ln-x;～m0=1.356×10-8～x2.367-1.097×10-1ln～x;～ω=4.082×101～X-7.623×10-1+3.71×10-2ln～x.同时得到了简化形式的波陡δ、波龄β与谱宽度之间的关系为:δ=2.14×10-2B-1.05-4.26×10-1lnB,β=1.26B1.28+1.97×10-1ln(B).此外,还得出了受风场要素控制的,谱的零阶矩与谱的峰频率之间新关系为:{ω0=a1～m0-0.33 a1=1.034×10-1～X1.872×10-2+8.50×10-4ln～x,从而阐明了先前的各种经验关系是新关系在取不同风区值时的特例.可见,将动力学原理引入风浪频谱的研究,所建立的谱参量随风区的变化关系与先前的经验公式相比更加合理,且普适性更强.     

南大西洋风场和海浪场时空特征分析

本文根据1950～1995年共46a的南大西洋船舶气象报资料,按1*1和5*5网格统计的风、浪要素进行分析研究。通过分析每月风、浪各要素的等值线分布图,得出南大西洋风场与海浪场季节变化特点不如北半球各大洋显著,但仍有较明显的季节变化,只是季节性差异较小,冬季风比夏季风强盛,相应的平均波高、大浪大涌频率也较大;盛行风向、风浪传播方向、涌浪传播方向基本一致,低纬地区常年盛行东南浪,高纬地区则盛行偏西向浪。本文为船舶远洋交通运输、远洋出访和科学试验等活动,提供了较为翔实的风场和浪场资料及变化规律。     

地震属性参数在识别天然气水合物和游离气分布模式中的应用

为了准确估算沉积层天然气水合物和游离气饱和度,必须确定沉积层水合物和游离气的分布模式。基于Biot三相介质波传播理论,研究了水合物和游离气呈不同沉积类型时,沉积层的泊松比、纵波速度、横波速度和反射振幅随饱和度的变化。结果表明,综合分析含水合物和游离气沉积层的泊松比、纵波速度和AVA特征,可以识别天然气水合物和游离气在沉积地层中的分布模式。与不含水合物沉积层相比,BSR上纵波和横波速度比较高,而泊松比略微偏低且出现PP-波反射系数的AVO负异常表明沉积层含有水合物。BSR下纵波速度和泊松比都比较低表明沉积层游离气呈均匀分布;纵波速度低而泊松比不太低表明沉积层游离气呈块状分布。     

利用波浪折绕射模型和风浪成长公式计算临港重现期波要素

本文通过波浪折绕射模型和浅水风浪成长公式的联合计算得到了杭州湾北岸海域的不同方向、不同重现期和不同水位条件下的波浪场分布,结果表明该海域以东向浪为主。描述了50年一遇、不同方向、不同水位条件下的波浪特征。     

渤海海域石东斜坡带“双断-接力”油气运移模式及勘探实践

为厘清斜坡带油气运移、聚集、成藏等科学难题,高效指导斜坡带油气勘探,通过综合分析石臼坨凸起东部斜坡区的石油地质特征,提出了“双断-接力”油气运移模式。边界断裂活动性、断面形态及启闭性控制油气由凹陷向凸起垂向运移,并在凸起斜坡区沿新近系馆陶组横向运移,馆陶组顶面形态控制油气横向运移方向;切脊次级断裂控制油气最终聚集成藏。基于QHD33-1S油田区的264个已钻砂体统计,控制砂体成藏的切脊次级断裂(A类断裂),均位于油气优势运移路径上,且断层活动性>50 m、切入馆陶组构造脊的规模在4 km以上。勘探实践证实,位于油气优势运移路径上、A类断裂控制下的构造和构造-岩性圈闭是油气成藏的有利区。     

莺歌海盆地莺东斜坡乐东区中深层地层水特征及其与油气关系

油气田伴生地层水地球化学特征蕴含多种油气地质及水文地质信息,可以为油气成藏的圈闭条件评价及展布特征分析等提供重要的信息和佐证。由于油气田地层水与油气藏伴生且受成烃成藏环境及后期保存条件等多种地质因素的影响,故其地质地球化学特征与油气运聚成藏过程及后期圈闭保存条件等密切相关。莺歌海盆地乐东区中深层高温超压大气田伴生地层水总矿化度异常高(60 000~80 000 mg/L),pH值为6~8,属于弱酸—弱碱性的盐水和卤水,其地层水类型属CaCl2水型,为一种非常特殊的高矿化度气田伴生地层水。通过莺歌海盆地乐东区中深层气田伴生地层水pH值、常规离子组成、主要元素及其组合特点等统计分析,获取了这种高温超压大气田伴生地层水的大量地质地球化学信息,并深入分析探讨了其与天然气运聚成藏及其分布的成因联系。     

1986—1987年El Ni■o事件期间赤道西太平洋温、盐度场和流场的变化

本文根据1985—1988年4次考察中140°E断面的温、盐度和海流资料指出,由于1986—1987年E1 Ni(?)o事件的出现,因而原先积聚在西太平洋赤道海域的上层暖水减少,次表层水和中层水显著抬升,从而改变了热带海域的温、盐度场结构。此外,南赤道流几乎消失以及赤道潜流核心层速度的明显减弱,是这次E1 Ni(?)o事件造成的海流方面的重要变化。结合1982—1983年E1 Ni(?)o事件爆发前137°E断面表层动力高度的分布变化,可初步认为西太平洋赤道海域已具备了产生下一次E1 Ni(?)o事件的海洋学条件。