水下溢油事故污染物输移扩散的数值模拟研究

通过对水下溢油事故特点以及污染物输移过程的分析,建立基于拉格朗日积分方法的三维水下溢油模型.数值计算了污染物在密度均匀、密度分层以及流速分层等水下环境中的扩散和输移行为,模拟结果与实验数据的吻合证明了该模型的准确性和有效性.通过渤海海底输油管道溢油事故的模拟算例研究,结果表明该模型可为水下溢油事故的风险评估、应急响应等...     

珠江口区域海上溢油应急预报信息系统的开发研究

为了对《珠江口区域溢油应急计划》提供决策技术支持,针对珠江口海域的环境特点研究开发了“珠江口区域海上溢油应急预报信息系统”,综合有潮流快速预报模型、、三维溢油行为模型、溢油风化模型、溢油应急反应模型、以及电子海图、地理信息系统(GIS)、数据库等关键技术,数据库等关键技术,不但能够快速准确地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,还可以同时显示环境敏感区和应急人．员设备分布等相关信息。经实际溢油案例应用表明,系统的数值模拟结果与现场实际情况符合较好,可有效地提高海上溢油污染事故的应急反应效率。     

水上事故溢油漂移轨迹预测模型研究与应用

近年来,国内外海上溢油事故频发,不仅造成巨额的经济损失,同时也对海洋及近岸海域生态系统造成了巨大危害,构建科学、可靠的海洋溢油模型对于溢油事故的处置应对、预警预报都具有十分重要的科学和现实意义。基于EFDC（Environmental Fluid Dynamic Code）、＂油粒子＂溢油轨迹和风化模型,构建了海上事故溢油漂移轨迹预测模型。通过对实际溢油事故的模拟对比证明,相对于基于对流扩散方程的传统溢油模型,＂油粒子＂算法更直观,模拟的油膜轨迹、形态更贴近实际过程。     

天然石英砂的表面络合模型研究

天然泥沙颗粒表面特性复杂,其与营养物质及重金属之间的相互作用,是研究天然水体水环境效应的关键科学问题之一.本文以石英砂为例,在考虑天然泥沙表面形貌引起的电荷非均匀分布的基础上,建立了统计意义上的表面电荷分布-表面电位数学关系,并修正表面络合模型,对表面络合常数采用更合理的静电力校正,模拟营养物质及重金属在天然泥沙颗粒表面的吸附-解吸关系.同时,表面滴定实验及吸附实验数据被用来进行模型验证.结果表明,泥沙颗粒的吸附特性受pH值、水相平衡浓度和背景离子强度等影响,考虑颗粒表面电荷非均匀分布的修正模型,更接近天然泥沙的吸附特性,相比传统表面络合模型,能够更好地模拟吸附结果.     

大连海域溢油应急预报信息系统及其应用

在国外溢油应争信息系统基础上针对大连海域的特点研究开发了先进实用的“大连海域溢油模拟信息系统”，综合了三维溢油扩散模型、应急反应模型、以及电子海图、地理信息系统（GIS）、数据库等技术。不但能够快速准确地预测模拟并可视化显示海上溢油的漂移扩散、性质变化，还可以同时显示环境敏感区和应急人员设备分布等相关信息。经实际益油案例应用表明，系统的预测模拟结果与现场实验情况完全相符，可用效地提高对海上溢油污染事故的应急决策效率。     

航海雷达溢油监测轨迹回放模型

溢油事故发生后,责任鉴定工作往往进展缓慢。本文依据多时段采集和处理分析得到的雷达监测数据,基于ArcGIS二次开发技术,利用坐标转换、空间投影和空间对象动态生成方法,建立溢油漂移轨迹回放模型。实践结果表明,该模型能够实时计算溢油面积,动态还原事故现场情况,并且能够以较小的资源消耗,高效模拟溢油回放过程,为溢油事故起因鉴定和油膜漂移趋势分析提供真实可靠的技术依据。     

深海溢油输移扩散模型研究

在对深海中泄漏的油气混合物在海洋环境中的输运过程及行为变化的分析基础上,建立三维深海溢油输移扩散模型。该模型采用拉格朗日积分法模拟溢油在近区的水下浮射扩散过程,应用粒子追踪法模拟油滴在水下远区的对流扩散以及油膜在海面的漂移扩散过程,并考虑了油气分离输移、气体溶解、天然气水合物形成与分解等复杂行为对溢油运动轨迹的影响。应用该模型数值模拟了两个大型深海溢油现场试验,结果显示溢油在水下环境中的时空分布模拟结果与现场监测数据符合较好,表明该模型具有较高的准确性和实用性,能够为深海溢油的防治管理提供理论与技术支持。     

滨湖底泥对2种喹诺酮类抗生素的吸附作用研究

吸附-解吸是环境中抗生素发生迁移转化的重要过程。文章研究选择鄱阳湖滨湖底泥,采用批平衡实验法进行2种喹诺酮类抗生素的底泥吸附-解吸实验,并考察了pH、阳离子种类及阳离子浓度等因素对吸附的影响。结果表明,底泥对2种喹诺酮类抗生素的吸附过程符合拟二级动力学方程(R~20.99)。在298 K下,Langmuir模型能够更好地描述底泥对2种抗生素的等温吸附行为,底泥对CIP和ENR的最大吸附容量Q_m分别为15.289 0 mg/g和8.649 6 mg/g。底泥对2种抗生素在pH 3～9时均具有较好的吸附率,其中pH=5时其吸附率均达90%以上。底泥对2种抗生素的吸附-解吸行为受到水环境中Ca~(2+)的明显影响。研究表明,2种喹诺酮类抗生素在鄱阳湖滨湖底泥中具有较好的吸附作用,但考虑鄱阳湖流域水环境中以Ca~(2+)为主的常量阳离子的存在,则底泥对2种抗生素的平衡吸附率为40%～50%。研究可为喹诺酮类抗生素在鄱阳湖水环境中的环境行为及归趋研究提供科学依据。     

凹凸棒黏土对水体和底泥中Cr (Ⅵ)的吸附

为考察凹凸棒黏土对水体和底泥中Cr（Ⅵ）污染治理与修复效果,通过实验室模拟试验,运用Langmuir和Frundlich等温吸附模型及准一级和准二级动力学模型,研究了天然凹凸棒黏土对水体中Cr（Ⅵ）的吸附特性,并研究了pH对吸附过程的影响及凹凸棒黏土对底泥中Cr（Ⅵ）金属形态的影响,通过XRF（X-射线荧光光谱仪）和SEM（扫描电镜）确定凹凸棒黏土的化学组成和微观形貌结构.结果表明:天然凹凸棒黏土内部呈纤维状且多孔隙,成分中含有铁、铝、钙等元素,吸附后的材料中发现了Cr元素;Langmuir-Frundlich吸附等温模型（R2=0.996）和准一级动力学模型（R2=0.993）较好地拟合了凹凸棒黏土对Cr（Ⅵ）的吸附热力学与动力学过程,动力学模拟的Cr（Ⅳ）平衡吸附量及实测值分别为1.38和1.37 mg/g.溶液pH对Cr（Ⅵ）的吸附具有影响,其最佳pH为3,此时吸附率最高,为85.80%.研究显示,向底泥中添加凹凸棒黏土能促使Cr形态由不稳定态（酸溶态和铁铝还原态之和）向稳定态（可氧化态和残渣态之和）转化,从而达到修复底泥中Cr（Ⅵ）污染的目的.      

海上溢油事故应急反应系统框架的研究

本文初步给出了海上溢油事故应急反应系统的总体框架，并介绍了海上溢油事故应急反应系统的五个组成部分及各组成部分的主要功能：溢油信息收集子系统、溢油模拟子系统、环境与资源信息数据库、溢油应急指挥中心、溢油应急处理子系统。该溢油事故应急反应系统具有功能综合、结合GIS和RS、决策支持等特点，可为建立海上溢油事故应急反应系统提供参考。     

溢油数值模拟方法的研究进展

本文综述近年来的溢油模型的发展过程以及相关的研究成果。溢油模型是一个复杂的系统,采用不同的模块来模拟溢油在水环境中物理化学变化过程,其主要包括输入模块、溢油输移和归宿模块。本文对溢油输移模块和归宿模块的成果进行总结,分析比较了常用的数值模拟方法,包括:欧拉法、拉格朗日法和欧拉—拉格朗日法,并重点评价了新兴的格子玻尔兹曼法。     

河道溢油模型在三峡水质预警系统中的研究与应用

为使三峡水质预警系统有效模拟预测三峡溢油事故,建立了适应该系统的平面二维河道溢油模型。常见溢油模拟的做法是在溢油自身扩展阶段采用Fay模型、在溢油飘移阶段采取油粒子模型,而文章使用根据Fay模型进行扩展之后的油粒子模型,该模型可在溢油的自身扩展和漂移阶段同时使用。该模型结合了油粒子模型和Fay模型的长处,既解决Fay模型只能用于静止海面上的限制,又解决了油粒子模型不能模拟溢油自身扩展阶段的难题,特别适用于水域相对海洋狭小且形状复杂,水流也较复杂的河流溢油模拟。将其运用为三峡水质预警系统的溢油模拟模块,取得了较好的效果。     

东海西湖凹陷区溢油行为数值模拟

研究东中国海中日共同开发区附近海域溢油污染的问题,在模拟水动力场的基础上模拟了海上溢油漂移扩散情况。在表层流场和风场的作用下漂移,而油膜的扩展则通过油粒子的随机走动来实现。本文以东海西湖凹陷原油为溢油油种,通过模拟分析不同季节和不同风况下的溢油事故,对溢油油膜的扫海范围进行了分析。     

紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.     

长江感潮河段码头油污染事故风险影响预测

建立贴体曲线网格水动力数学模型模拟长江太仓段潮流特性。在此基础上,针对码头油废水排放和成品油泄漏两种典型油污染事故分别采用不同的模式进行模拟预测,成品油泄漏采用费伊扩展模式预测其油膜面积、厚度、飘移距离等特性;含油废水排放采用非稳态二维水质模型预测其浓度分布。预测结果表明,两种模型均与水动力模型耦合,能够较好的模拟涨落潮对码头油污染输运扩散的影响,为码头选址的可行性论证提供初步依据。     

海上溢油行为与归宿数值预测技术研究进展

近年来,庞大的能源需求促使了我国海上石油运输业和开采业的井喷式发展,也加剧了海上溢油事故的风险。一次严重的溢油事故往往会给海洋环境造成不可逆转的伤害,给经济带来无法估量的损失。因此,开展海上溢油行为与归宿数值预测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。本文综述了海上溢油行为与归宿数值预测技术的发展过程以及相关研究成果,包括溢油物理扩展模型、溢油漂移与扩散模型、溢油风化模型以及溢油预测模型系统,为未来海上溢油应急响应工作提供理论依据。     

流作用下泥沙悬浮释放污染物的数值分析

基于一维垂向模型(1DV模型),建立了波流共同作用下泥沙悬浮释放污染物的数学模型,模型通过验证可较好的描述床面附近紊动特性、水流结构、泥沙垂向分布及污染物解吸释放规律. 利用数学模型,通过设置不同的模拟情景,分析计算了波流共同作用下泥沙悬浮特征、污染物释放动态过程及时空分布特征. 研究表明: 波流共同作用下,吸附态污染物及总污染物垂向分布与悬浮泥沙分布一致,波浪底部边界层的周期性振荡限制了从底部悬扬的泥沙向上部水体的扩散,在近床面存在梯度较大的高浓度层,在悬浮释放的初期,溶解态污染物的垂向分布规律与吸附态污染物一致,达到平衡后,沿垂向均匀分布.水流流速和波浪强度对泥沙悬浮释放污染物有着不同程度的影响,水流对泥沙及污染物的垂向分布影响明显,波浪的影响主要体现在床面附近形成高浓度含沙层和污染物层.     

河流泥沙吸附石油的实验研究

研究河流中的泥沙对石油的吸附和解吸规律对建立水质数学模型及水质预测预报具有重要意义，可为水域石油污染的治理提供依据。本文根据静态实验研究成果，建立了通用的吸附反应方程，在水槽中进行了均匀输沙吸附实验，并用解析解进行计算与动态实验结果进行比较，其结果较为理想。最后对河流底沙的吸附进行了初步探讨，分析了石油向底沙层扩散的过程。     

Modelling of the behavior of marine oil spills: applications based on random walk techniques

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆａｃｃｉｄｅｎｔａｌｏｉｌｓｐｉｌｌｓ,ａｎｄｔｈｅａｓｓｏｃｉａｔｅｄａｑｕａｔｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎ,ａｒｅｇｒｏｗｉｎｇｃｏｎｃｅｒｎｓ.Ｔｈｅｒｅｉｓａｎｅｅｄｆｏｒｍｏｄｅｌｓｙｓｔｅｍｔｈ?..