郭为军[1]2007年在《基于POM的溢油数值模拟研究》文中认为海洋石油开发和运输过程中事故溢油造成的海洋污染，是海洋环境保护工作者急需解决的重要问题。溢油不仅严重破坏了水体生态环境，而且危害人们的健康，造成巨大的经济损失。如何在溢油发生后迅速使其得到控制及清除并准确估算出其对环境造成的影响成为了当前海洋环境科学工作者的研究热点。随着微型计算机的迅速普及，数值模拟则为了解海上溢油行为提供了一种有效的手段。海上溢油行为受风、波浪和潮流等环境动力因素影响，因此首先要精确模拟出这些动力因素。溢油在海上经历着漂移、扩展、蒸发、分散、乳化、溶解、光降解、生物降解、吸附沉降及其相互作用的复杂过程，这些过程可以简略地概括为输运、扩展和风化过程。油膜的覆盖范围和分布特征与其迁移路径、残余量等共同构成了溢油模型的输出结果。本文的主要工作包括以下几个方面：(1)在查阅大量三维水动力水质数值模拟文献的基础上，深入了解海洋数学模型的研究进展，选择美国普林斯顿大学海洋模型(Princeton Ocean Model，POM)作为研究对象。POM垂向采用σ坐标系，在近海潮流数值模拟中已得到广泛应用。将POM模型用于大连湾的潮流场模拟，得到了M_2分潮下三维潮流场的分布。(2)在总结近年来国内外溢油数学模型发展的基础上，提出了垂向分层的三维溢油模型。根据有所处水深的不同，采用不同的数学方法对其进行描述：表层附近使用“油粒子”模型；海水较深处油浓度通过求解对流扩散方程进行模拟。同时，考虑了蒸发和乳化两个最重要的风化过程。(3)最后用Visual Fortran将上述原理用计算机语言进行编程，并通过Tecplot后处理软件将计算结果动态可视化，演示结果良好。通过进一步完善和验证，可将用于预测和环境评价中。
周训华[2]2005年在《湖泊溢油数值模拟的研究》文中提出随着石油工业的急剧发展，石油船舶运输业也得到了极大的发展，这直接导致了近年来溢油事故的频频发生。溢油不但严重破坏了水体生态环境，而且影响了人们生活，阻碍了周边地区的经济发展。如何在溢油发生后迅速使其得到控制及清除成为了当前科学工作者的研究热点。 本文研究了湖泊中的溢油数值模拟问题，建立了湖泊溢油数学模型，并以洪泽湖为例，对溢油的动态行为进行了数值模拟。模拟工作主要包括两个部分，即湖泊表层流场的求解和溢油在背景流场下运动行为的模拟。在求解表层流场时，建立了基于有限体积法的高性能格式——Osher格式，计算结果表明该法是一种具有高解析度的数值方法。在模拟溢油运动时，采用两步模拟：溢油初期，油膜较厚，自身扩展占优，采用椭圆扩展模型模拟：随着溢油的扩展，油膜越来越薄，水体的紊动作用逐渐成为溢油扩散的控制因素，此时采用目前流行的油粒子模型模拟。理论分析和模拟结果表明两步模拟是符合实际的。 本文研究成果对在小区域(包括湖泊、港口、码头等)预测溢油的运动、建立溢油应急计划具有重要意义。
廖国祥[3]2005年在《基于WebGIS的海上溢油应急信息系统研究》文中认为海上溢油事故频频发生,给海洋生态环境造成严重的损害,对海上溢油行为进行合理、可信的数值模拟并将其结果直观地显示能够提高溢油污染事故应急决策效率。为了克服传统的基于GIS的溢油应急信息系统只能在单机或者局域网内进行使用的缺点,真正实现溢油应急信息系统在互联网上应用,本文提出了构建基于WebGIS的海上溢油应急信息系统。 首先,针对目前国内外关于构建基于WebGIS的溢油应急信息系统的报道很少的情况,本文对海上溢油行为及其研究进展以及国内外溢油应急信息系统的研究现状进行了分析。在对海上溢油行为分析的基础上,通过对环境动力因素如潮流、风海流、波浪的数值模型研究,采用ADI法进行二维潮流计算,并以“油粒子”概念建立海上溢油主要行为如漂移、扩散、蒸发、乳化的数值模型,利用开发软件Visual Basic和Visual Fortran开发出海上溢油动态模拟模块。 其次,本文运用地理信息系统技术、网络技术、数据库技术,对基于WebGIS的海上溢油应急信息系统进行了设计。在建立了溢油应急信息数据库的基础上,以WebGIS软件MapInfo MapXtreme为二次开发平台,应用HTML、JavaScript、Asp等网络开发语言进行系统开发。利用ODBC和XML技术实现系统的集成,初步形成了应用软件系统,实现了应急信息查询、专题图制作、地图编辑、在线溢油预测、数据管理等主要功能。 最后,应用该系统对珠江口“12.7”溢油事故进行案例模拟,模拟结果与观测事实的比较表明了系统的准确性和实用性。
徐洪磊[4]2000年在《海上溢油动态数值模拟的研究》文中进行了进一步梳理本文结合交通部重点科研课题——海上溢油应急反应专家系统，对溢油应急反应的潮流数值模型和油粒子模型进行了系统的研究。合理有效的三维海流模式是溢油环境预测的根本保证。文中我们采用垂向的σ坐标变换，在垂向各分层的计算中，提出了一种无网格的九点差分格式，该格式对于潮流模拟有足够的精度，易于拟合不规则边界，我们在算例验证后以渤海M_2分潮为例对潮流场进行了数值模拟，证实该格式简单易行，计算速度快，符合溢油应急反应所要求的准确与快速。为合理模拟溢油的行为动态，本文选用了近年来得到广泛应用的“油粒子”模式，在潮流数值计算的基础上模拟了海上溢油动态。将海上溢油油膜离散为大量油粒子，每个油粒子代表一定油量，在表层海流和风的作用下漂移，而油膜的扩展则通过油粒子的随机走动来实现。所得结果合理可靠，表明本文提出的数值格式，计算程序是有效的，待进一步完善后可应用于实际预测。
刘伟峰[5]2006年在《胶州湾及其邻近海域溢油应急预报系统研究》文中提出随着海洋石油工业和海上石油运输业的蓬勃发展,海上溢油事故也频频发生,造成的石油污染日趋严重,严重破坏了海域环境、海洋生态和当地经济。如何在溢油发生后迅速准确地预报出溢油的行为动态、使其得到及时的控制和清除,成为了当前科学工作者的研究热点。本文结合青岛市近岸海域海洋环境保护规划课题,对胶州湾及其邻近海域溢油应急预报系统的建立进行了初步研究,建立了胶州湾及其邻近海域的潮流预报模型和溢油模型。迅速准确地预测出溢油发生时的潮流情况是溢油环境预测的根本保证,因此文中根据灵山岛、崂山头和朝连岛三处M2、S2,、O1和K1四个主要分潮的调和常数资料,采用调和的方法进行单点的潮流预报,进而建立了胶州湾及邻近海域的预报潮流场;该方法的潮流预报结果与实际情况吻合良好,且因避开了数值计算过程而大大减少了流场实时预报的机时,符合溢油应急预报系统所要求的准确与快速。为合理地预测模拟溢油的行为动态,本文在“油粒子”模式的基础上提出了溢油运动的分阶段模拟法,即将溢油运动过程分为自身扩展和湍流扩散两个阶段,分别用不同的数值方法进行模拟预测。该方法充分考虑了油膜的自身扩展过程,弥补了“油粒子”模式在溢油初始阶段的不足。在此基础上,初步建立了胶州湾及其邻近海域溢油应急预报系统;在预报出溢油发生时的潮流场的基础上,对海上溢油的行为动态进行了模拟预测,展示了溢油应急预报系统的功能。理论分析和模拟结果表明本文建立的模型的计算结果是可靠的,对溢油预报模式的发展和胶州湾及其邻近海域的溢油应急计划的制定具有理论价值和实际意义。
荣占东[6]2013年在《海洋溢油模拟信息系统的设计与实现》文中研究表明墨西哥湾溢油事故、我国的渤海湾溢油事件及世界各地不断发生的大量溢油事故令溢油问题的有效预防、行为监控、应急管理以及清污技术手段成为目前海洋石油开发中必须去认真面对的全球性课题。频繁的海上溢油问题不但给我们的渔业、旅游业、水产养殖业等造成巨大的经济损失,同时也严重损害了海洋的自然环境和生态环境，海洋溢油污染问题已成为全球公认的世界主要环境污染问题之一。溢油在海水中的迁移和扩散是个极其复杂的问题，我们要结合内外多种因素对整个过程进行分析和研究，溢油行为通常要受到油品特性以及多种环境因素的影响,需要经历扩展、飘移、蒸发、分散、乳化、溶解、光氧化、生物降解及其相互作用等诸多过程，同时与溢油发生地的气象条件、海水运动规律有着直接的关系。本文对海上溢油行为进行了系统的分析和研究，使用Visual Basic技术和C#技术，设计和开发出基于地理信息系统（GIS）的海上溢油模拟系统。该系统以基于云计算的GIS为平台，采用Monte-Carlo方法对化学品在海水中的行为进行模拟，实现了GIS与系统应用模型的有机集成，为用户提供了快捷、灵活的海上溢油行为的监控方式。对溢油位置、漂移速度、轨迹、方向的实时位置进行模拟。实现对海上溢油事故的实时、动态的预测和预报。由于Monte-Carlo方法是一个典型的可并行化的方法，精确度的丧失换来了计算的并行性，高的精确度和高的隐含并行计算能力是不能同时达到的，而云计算系统强大的计算和存储能力正好可以弥补该算法的不足，基于云计算平台的为GIS的构建，为GIS功能的实现提供了准确、快速、高效和稳定的保证。
姜超[7]2007年在《海底输油管线的溢油预报研究》文中研究说明在环境保护日益为人们所重视的今天，海洋环境的保护和海上溢油模型的研究也越来越为人们所关注。近年来，国内外研究开发了很多关于海上溢油方面的模型，比如美国ASA公司开发的OILMAP，美国大气海洋局开发的GNOME，挪威的OSCAR等。但是针对水下溢油事故，如海底输油管线破裂，井喷以及船舶沉没溢油等研究却较少。随着海上油气田的开发和大型油轮进口原油的增加，海底输油管线应用的越来越普遍，因此有必要对其可能发生的溢油进行专门的研究。本文是在以普林斯顿海洋模式(POM)为基础，在对POM模式中开边界的处理进行了较为详细的介绍和改进后，建立了三维水动力模型。并以三维对流扩散方程为基本控制方程建立海上溢油模型。采用马尔科夫随机理论建立分析污染物粒子的运动过程，即通过Langevin方程追踪质点求得油膜的漂移扩散过程中考虑了油膜扩散随机数的影响。应用上述理论与方法，本文模拟了茂名海域单点系泊为中心海域的潮流三维流场。并以此为基础，假定单点系泊处和其附近的海底输油管线发生溢油的情况下进行了溢油轨迹的跟踪预报。结果表明，模型所采用的理论是正确的，方法也较为得当。但对水下溢油的复杂形式有待在今后的研究中进一步加强。
牛志刚[8]2012年在《珠江口溢油预测预警与应急决策技术研究》文中提出近年来，随着世界范围内海上溢油事故的频频出现，诸如墨西哥湾BP溢油事故和渤海湾康菲溢油事故最为典型，海洋溢油污染已成为造成中国近岸海域环境污染和生态损害的最大的因素。尤其渤海湾发生的康菲大规模溢油事故既给我国敲响了警钟，也突出地反映出了我国溢油应急反应能力较低、技术落后、整体水平不高等问题，引起了国家领导和有关政府管理部门的高度重视，专题部署并实施了有关工作和项目。针对当前存在的技术问题和建设我国应急反应基础设施和条件中急需的关键技术，本论文选择珠江口海域为研究对象，重点研究珠江口海域溢油漂移快速预报系统技术，清污方案优化生成技术，溢油清除方案与清污效果模拟技术，基于人工智能专家系统与GIS的溢油应急管理平台集成技术，建立基于溢油模型、清污效果模型、专家系统和GIS技术的珠江口海域溢油应急管理平台决策支持系统，实现快速预报溢油的漂移轨迹和归宿，并快速利用各种资源形成优化清污方案，系统可通过互联网或专网提供客户服务。论文主要研究结果如下：（1）通过实验室模拟及海上漂流浮标验证，修正了溢油数值模型及溢油风化模型参数，耦合出更适合中国环境的模型；（2）通过收集珠江口海域各沿海城市海洋功能区划，建成了遍布整个珠江口海域的电子敏感区分布图；（3）建立了溢油清污方案决策模型，能够为决策者提供溢油应急响应所需人员、设备、船舶的优化调配方案；（4）系统通过Internet已实现业务化运行，计算速度快，准确度高，为珠江口海域溢油应急反应、风险评估和应急决策提供及时辅助支持。本课题的实施，将明显增强珠江口海域的溢油应急反应和快速处理能力，全面提高海上风险防范与安全保障整体技术水平，保障我国海上溢油反应能力建设目标的实现，保障石油开采和运输安全、有效履行相关国际公约和保证国家海洋经济可持续发展具有十分重要的现实和长远意义。
于海亮[9]2007年在《基于POM模型的海上液体化学品溢漏的三维污染扩散预测》文中提出本文围绕液体化学品溢漏行为的数值模拟这一中心，从液体化学品的性质入手，对其溢漏后在各介质中的运动形式分类，给出各运动形式在不同情况下的输运模型。并在此基础上，以油及类油化学品、易溶保守液体化学品这两类目前频繁发生溢漏污染的化学品物质为研究对象，以渤海海域为依托，对这两类物质在水体中的输运进行了建模和分析。 海上溢油模型是以三维对流扩散方程为基本控制方程，采用马尔科夫随机理论建立溢油的扩散漂移轨迹，即通过Langevin方程追踪质点求得油膜的漂移扩散，在此基础上增加油膜扩散的随机数。本模型还系统的考虑了石油的风化问题和归宿问题，将挥发、乳化和卷吸概念引入到模型计算中。 另外，本文对于易溶保守液体化学品海上迁移的研究，主要是从数值优化求解污染物对流扩散方程这一角度来解决这一问题。 利用上述的基本原理和方法，在对渤海海域的水文地质资料进行较全面的收集和整理的基础上，建立了渤海海域水动力、海域溢油行为和归宿数学模型和易溶保守化学品的海上迁移模型。结果表明，模型的基本理论是正确的，建立方法是可靠的。
廖国祥[10]2008年在《基于GIS的溢油污染对海洋生物资源损害评估研究》文中研究表明定量化评估溢油污染对海洋生物资源的损害程度一直是国内外溢油污染案件赔偿过程中亟待解决的科学难题。本文在总结分析我国溢油污染生态损害索赔,海洋溢油生态损害评估技术和生物资源定量化评估方法的研究和应用现状的基础上,以建立溢油污染对海洋生物资源损害数值评估模式为主线,对其主要组成部分海上溢油行为归宿模型、油污染海洋生物暴露影响模型、溢油污染生物资源损害评估系统开发与应用等内容展开研究。主要研究内容及成果概述如下:1.通过模拟污染物的迁移转化及其对暴露生物的损害过程,提出溢油污染生物资源损害的数值评估模式:在污染事故现场监测数据的基础上,首先通过潮流数值模型和溢油行为归宿模型获得海上溢油污染的时空分布,然后利用生物暴露模型和急性毒性模型模拟不同类型海洋生物的活动方式以及暴露于油污染时的急性毒性效应,最后得到溢油污染对海洋生物资源的损害评估结果。2.应用“油粒子”理论建立三维溢油行为归宿模型(OSTFM),用于模拟溢油在海洋环境中的时空动态分布:包括适用于近岸海区的三维潮流模型;能够模拟固定点源瞬时泄露、固定点源连续泄露、移动点源连续泄露以及多个点源连续泄露等溢油泄露模式,以及模拟溢油的漂移、扩散、蒸发、乳化、溶解、分散、密度和粘度变化等运动和风化过程;采用可动态调整的计算网格和“粒子—浓度”转换方法计算水中石油烃浓度场。3.通过对油污染生物急性毒性试验数据的统计回归,建立能够反映溢油污染和海洋生物“时间—浓度—效应”相互关系的生物急性毒性模型(OSATM),可用于计算实际溢油事故污染对海洋生物的损害程度,并初步建立海洋生物毒理数据库。应用拉格朗日原理建立溢油污染生物暴露模型(OSBEM):采用拉格朗日“生物粒子”来表示浮游生物、海洋鱼类和底栖生物,通过追踪每个“生物粒子”在油污染环境中的行动方式,并记录其暴露时间和暴露浓度,结合生物急性毒性模型来推算其受损程度;根据海鸟、海洋哺乳动物等野生动物被一定厚度的油膜粘住后致死的概率,来估算其死亡损害程度。4.提出应用COM组件技术开发溢油模型控件(OSMAC),实现海洋动力、溢油行为动态以及生物影响等数值模型的计算核心、数据管理及可视化功能的有机组成。通过基于组件的高效集成方案,综合应用地理信息系统技术、组件开发技术以及数值模拟技术,在面向对象集成开发平台Visual C++支持下,设计和开发基于GIS的溢油污染生物资源损害评估软件系统(OILASSESS),实现了GIS应用功能,以及海区潮流模拟、溢油行为动态模拟、溢油事故生物资源损害评估等专业应用功能。5.应用本文提出的损害评估模式评估大连湾的“阳澄湖”轮和“阿提哥”轮两起溢油事故对海洋生物资源的共同损害影响,以及评估大连湾的“千岛油1”溢油事故对海洋生物资源的损害影响。两个评估案例的溢油污染范围模拟结果与实际调查、监测结果吻合较好。通过与海洋渔业部门的“专家评估方法”估算结果的比较分析,表明本文数值评估模式得到的生物资源损害程度评估结果更为客观合理。由于我国目前仍缺乏能够有效应用于溢油污染事故生态损害索赔的定量化评估技术,本文的研究可为完善和提高我国海洋溢油事故生态损害评估技术方法提供理论参考和实践经验。
参考文献：
[1]. 基于POM的溢油数值模拟研究[D]. 郭为军. 大连理工大学. 2007
[2]. 湖泊溢油数值模拟的研究[D]. 周训华. 河海大学. 2005
[3]. 基于WebGIS的海上溢油应急信息系统研究[D]. 廖国祥. 大连海事大学. 2005
[4]. 海上溢油动态数值模拟的研究[D]. 徐洪磊. 大连海事大学. 2000
[5]. 胶州湾及其邻近海域溢油应急预报系统研究[D]. 刘伟峰. 中国海洋大学. 2006
[6]. 海洋溢油模拟信息系统的设计与实现[D]. 荣占东. 中国海洋大学. 2013
[7]. 海底输油管线的溢油预报研究[D]. 姜超. 大连海事大学. 2007
[8]. 珠江口溢油预测预警与应急决策技术研究[D]. 牛志刚. 中国海洋大学. 2012
[9]. 基于POM模型的海上液体化学品溢漏的三维污染扩散预测[D]. 于海亮. 大连海事大学. 2007
[10]. 基于GIS的溢油污染对海洋生物资源损害评估研究[D]. 廖国祥. 大连海事大学. 2008
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