深海中喷洒分散剂后溢油运动轨迹预测

分析溢油分散剂的作用机理和影响分散效率的主要因素,概述美国“深水地平线”溢油事故中水下使用分散剂的方式及效果.通过改进深海溢油输移扩散预测模型,研究深海中喷洒分散剂后溢油运动轨迹的数值预测方法.以深海溢油现场试验为例,初步预测在深海泄漏源处喷洒分散剂后的溢油运动轨迹.结果显示:经分散剂处理后粒径小于0.5nm的油滴在水下环境中输移扩散且缓慢上浮,其中粒径小于0.1mm的油滴容易在深海中形成悬浮油带.     

近岸波浪作用下污染物运动数值研究

近岸波浪是影响污染物输移扩散的重要水动力因素之一.波浪对污染物输移扩散的影响主要有波浪扰动造成的水体紊动系数的增大和波浪破碎后形成的波生流对污染物输移作用.结合基于波作用守恒方程和光程函数方程的近岸波浪模型、三维水动力模型,以及污染物输移扩散模型,对波浪传播过程中污染物离散系数变化以及波浪破碎后形成的波生流中的污染物输移进行了数值模拟.模型基于非结构化网格,可用于大范围波流以及污染物的耦合计算.数值结果与解析值以及实验结果进行了对比,验证了模型的精度和适应性.     

海底管线溢油数学模型研究

基于Lagrangian积分技术,推广了海底管线溢油数学模型,在模型中首次考虑了溢油的乳化,同时还考虑了剪切卷吸和对流卷吸以及溢油的扩散和溶解.该模型不但能够模拟不分层或分层环境中的水下溢油轨迹,而且还可以在改变水流流速的环境下模拟.讨论了不同Froude数、分层数以及溢油速度和水流速度比下的溢油轨迹和浓度值,通过多次数值模拟发现在改变小孔直径大小而保持Froude数以及溢油初速度和水流流速比不变的情况下,溢油的轨迹变化很小,且溶解总量和乳化总量都很小.将数值模拟结果与实验值进行对比,获得了令人满意的数值结果,说明该模型具有较高的准确性和可靠性,能够反映出海底管线溢油的扩散及上升轨迹.     

平直缓坡上破波带内污染物输移速度实验研究

破波带内是接受海陆交接处污染物最多的区域,掌握破波带内污染物输移规律尤为重要.为此,通过实验,研究了平直斜坡上破波带内污染物在沿岸方向与垂直岸线方向的输移规律.实验采用的入射波分为规则波和随机波,主要分析了这两种入射波情况下入射波高、周期对污染物沿岸方向输移速度的影响;垂直岸线方向输移速度Vdx与沿岸方向输移速度Vdy比值关系;污染物沿岸方向输移速度与时均沿岸流最大值的比值.污染物在破波带内输移速度通过追踪污染团浓度等值线的额点来获得.结果表明,规则波和不规则波情况,污染物沿岸方向输移速度随着入射波周期和波高的增大而增大,污染物基本都有向岸线方向输移的趋势;规则波情况下,|Vdx|/|Vdy|在0.04～0.11范围内,不规则波情况,则在0.11～0.29范围内.污染团向岸线方向输移速度不规则波情况比规则波情况时大;规则波情况下,污染物沿岸方向输移速度约为时均沿岸流最大值的36%～90%,而不规则波情况下,则为61%～75%.     

污染物在受潮汐影响的地下水中输移的模拟

模拟沿海地区地下水及污染物的输移需要考虑海洋潮汐的影响,对于变密度污染物,考虑潮汐的影响会大大增加模型计算量,模拟此类问题要求模型具备优良的计算效果.为了获得适用于此类问题的模型,在比较各类模型的基础上,认为2DFEMFAT是合适的模型.对该模型作了修改完善,增加了潮汐模拟条件,使其能模拟潮汐影响下地下水中污染物的输移过程.为了验证修改后模型的正确性,作了潮汐条件下污染物输移的室内实验.数值模拟与实验数据的比较发 现,两者较为吻合,验证了模型的正确性和有效性.该模型可以推广应用到大尺度的实际问题.     

复杂泄漏方式下的海上溢油行为归宿数值模拟及应用

为对海洋溢油风险及其生态环境损害影响进行评估,及时制订溢油事故应急反应决策,基于油粒子追踪法建立多源泄漏、移动泄漏等复杂泄漏方式下海上溢油行为归宿的数值模拟方法,包括海面溢油在风和海流作用下的迁移、扩散、蒸发、溶解、乳化、分散等行为动态和风化过程,并以接连发生在大连新港附近的两起船舶溢油事故作为多源泄漏的典型案例进行应用研究.结果表明,海面油膜时空分布模拟结果与调查监测数据符合较好,油污影响范围与观测报道结果基本吻合.     

海底沉船溢油轨迹及溢油速度数值模拟

为探索溢油在海底水环境中的运动规律及溢出速度与溢出量的变化趋势,采用流体体积法(VOF)追踪自由界面,以FLUENT为计算平台,建立二维海底沉船溢油模型,动态模拟海底溢油漂移扩散变化的全过程.结果表明,海底沉船溢油初期溢出物为空气与油混合物,溢出速度在瞬间达到最大值后出现波动;溢油后期的溢出物为油与水的混合物,溢油速度趋于0;溢油量随着时间的推移逐渐增加,但增加幅度逐渐减小.将模拟结果与相关实验结果对比可知,实验现象与数值模拟结果相符,该二维海底沉船溢油模型具有可行性.     

稳定塘内稻田降雨径流中氮磷输移的三维数值模拟

掌握污染物在农田排水稳定塘中的输移规律对控制农业面源污染具有重要意义.已有的研究主要集中在通过野外与室内试验监测探究稳定塘的污染物拦截效果与运行机制上,而缺乏对降雨径流过程中稳定塘内氮、磷污染物在三维空间输移的数值模拟研究.本文以多级农田排水稳定塘为研究对象,首先,对2015年水稻生长期内3场典型降雨进行了跟踪监测;然后,建立了多级稳定塘的三维水动力-水质迁移耦合模型,并应用坐标轮换法以实测数据进行了模型的参数率定;最后,对稻田降雨径流过程中稳定塘内氮磷的输移进行了三维数值模拟与模型验证,并探究了稳定塘分级数对氮磷拦截效果的影响.结果表明:率定后的模型各水质指标模拟值与实测值拟合较好;在降雨径流初期,总氮、总磷在垂向上表现为底层浓度大于表层浓度、横向上沿程浓度逐渐降低的规律;稳定塘级数的增加延长了水流停留时间,更有利于拦截氮、磷污染物.     

水下输油管道溢油运动模拟及应急处理

为更好地模拟溢油动态行为,为溢油应急处理提供及时有效的信息,在FLUENT环境下,以二阶Stokes波为例,建立波浪、海流和风3项因素共同作用下的水下溢油模型,探索溢油运动规律.结果表明,溢油初期,在深层海水中风和波浪的影响较弱,主要为水流携带溢油向下游运动,加大了水底油污的扩散程度和污染范围,围油栏的布设应以此为参考;溢油上升至浅层海水中,风和波浪作用会增大水下油滴的离散化程度,加剧油和水的掺混并对油膜的位置和大小起决定作用,可采用凝油剂和吸油剂等进行溢油处理.     

长距离明渠输水工程突发水污染事件的应急调控

以南水北调中线总干渠典型明渠段为例,开展长距离明渠输水工程突发水污染事件应急调控研究.采取数值模拟手段分析了不同闭闸调控方式和闭闸时间条件下渠段水流运动和污染物输移扩散规律,探讨了污染云团峰值输移距离和纵向长度计算方法,推导得出了将污染云团控制在事故渠段内的应急闭闸时间计算公式.在此基础上,提出了长距离明渠输水工程突发水污染事件的应急调控方案,并结合案例验证了方案的可行性.结果表明：针对突发水污染事件,应通过对比明渠输水工程各渠段的最大水流传播时间和将污染云团控制在事故渠段内的闭闸时间来确定闭闸调控时间,从而同步实现降低工程运行安全风险和控制污染物范围的目的.     

舟山港船舶溢油事故风险评估研究

国内海上油运的迅速发展将导致船舶溢油事故风险逐年增大,科学的船舶溢油事故风险评估作为船舶溢油事故防控工作的重要方面也越来越受到重视。通过对我国以往船舶溢油事故的综合分析,借助国内外溢油事故数据和科学的评估方法,对舟山港的溢油事故发生概率和溢油量进行了预测和评估。得出的结论和建议将为船舶溢油事故应急能力建设提供参考和初步依据。     

广西近海海上溢油应急预报系统开发与应用

为解决目前海上溢油漂移扩散计算复杂,不适用于应急处理业务化应用的弊端,通过数学模式,结合Windows可操作界面,构建广西近海海上溢油应急预报系统,并以钦州湾为例对系统进行应用。结果表明,涨潮、落潮时刻发生溢油时,油膜向茅尾海和钦州湾外湾方向漂移距离分别约为17.5 km和17.9 km。涨潮时刻发生溢油时,油膜扩散面积较落潮时小,扫海面积则先小后大。风对溢油漂移扩散结果有显著的影响,不同风向下的油膜漂移方向、影响区域有明显的区别。该系统具有方便、准确以及操作界面友好的特点,可为广西近海海上溢油事故防范、预警预测、应急处理、生态环境损害评估等提供科学依据。     

溢油污染对海洋生物资源损害的数值评估模式

为定量化评估溢油事故对海洋生态的影响程度,通过物理海洋学、海洋生物学和生态毒理学的交叉融合,建立了溢油污染对海洋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,通过潮流数值模型和溢油迁移扩散模型获得海上溢油污染的时空分布,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,得到溢油污染对海洋生物资源的损害评估结果.将该数值评估方法应用于大连湾"千岛油1"号船溢油案例的环境影响和生态损害程度评估,溢油污染范围和生物资源损害程度的评估结果与海洋渔业部门实际调查估算结果吻合较好.     

稠油及超稠油脱硫化氢技术研究

原油中溶解的硫化氢在原油储运和加工过程中会不断析出,给生产和人员带来危害。随着塔河等稠油甚至是超稠油油田的逐渐开发,对硫化氢脱除工艺的研究日益紧迫。对多级分离、稠油气提、负压闪蒸等常用油气分离方法进行了对比研究,结果表明多级分离和负压闪蒸在脱除稠油中硫化氢效果并不好,而气提法可以有效地脱除稠油中的硫化氢。对于稠油及超稠油,一级气提比二级气提的能耗和甜气的消耗都大,因此针对塔河稠油的特点首次提出了两级气提法脱除稠油中硫化氢的工艺,为塔河及其它地区稠油和超稠油的脱硫化氢提供了一种新的途径。     

基于星载SAR和AIS构建海面溢油监测方法

溢油事故对海洋环境造成的危害越来越严重,多种遥感技术被应用于海洋环境的监测,卫星遥感技术,特别是合成孔径雷达(SAR)遥感技术已成为海面溢油监测的重要手段;但由于海面溢油成像特征的复杂性,单一的遥感识别仍然存在较大难度。本研究提出结合船舶自动识别系统(AIS)等辅助信息,对海面溢油进行判别,再利用边缘检测算法自动提取溢油信息的方法,并以Radarsat-2数据为例进行案例分析。结果表明,该方法能够有效提高溢油识别和检测的准确性。     

复杂海湾水质预测中油粒子模型的寻址优化法

近年来,随着海洋活动的持续增多,海上溢油事故频频发生,油粒子模型在溢油事故中的应用也越来越广泛。传统的油粒子模型对于粒子在网格中的定位多采用面积法,这虽然能准确定位每一个粒子,但对于粒子数较多的模型,模型运算时间会大大增加。针对这一缺陷,本文对传统油例子模型进行了修正,采用了一种新的追踪定位法,提出了栅格法技术,通过构建一套虚拟的、横纵精度可调整的规则网格系统,实现油粒子位置的快速判别,同时,为了避免在复杂海湾中该方法油粒子穿越结构物的情况,增设了一个判别指标,对油粒子进行限制。本文构建了一个具有多个防波堤的复杂海湾案例,通过虚拟栅格法在此案例中的应用证明了该方法的可行性与合理性。     

三维石墨碳球泡沫对油类污染物的吸附研究

海上溢油事故频发,工业含油污水、城市含油废水的随意排放对人类生活环境和健康造成了严重的影响。传统的水油分离方法不仅容易引起二次环境污染而且也会造成资源浪费。因此,在本工作中,以多孔石墨微球为原料,采用凝胶注膜法制备了具有三维网络结构的多孔石墨微球泡沫,并将其应用在油类污染物的吸附中。研究结果表明,所制备的石墨微球泡沫的孔隙率高达62%,其孔径范围约为25–200 μm,且所制备的泡沫表现出良好的亲油疏水性,其水接触角（WCA）随温度的升高而增大,最大约为130°。此外,泡沫中石墨微球的含量对所制备产物的疏水性、接触角及显微微观结构的影响较大。所制备的泡沫具有优异的油吸附能力,对石蜡油、植物油和真空泵油的吸附能力约为12–15 g/g,约为石墨微球泡沫的10倍左右,在石油泄漏事故中具有较大的应用潜力。     

渤海海洋溢油的数学模型

建立了嵌套模式的渤海二维水动力数学模型,模型网格采用显隐交替有限差分格式(即ADI差分格式)进行计算.用追赶法逐段求解,用调和分析法计算模型的水动力边界条件,将潮汐过程计算结果与实测资料进行对比验证其结果吻合良好.溢油数学模型理论公式考虑了实时风场和表面流场作用下油膜质心的迁移和扩散范围,模拟了海上溢油油膜运动轨迹,并用水槽实验验证了公式的正确性.在水动力模型基础上应用溢油运动模式建立了海洋溢油数学模型,对风场作用和无风作用两种条件下的静止点源瞬时溢油和连续溢油运动轨迹和扩散范围进行了计算、分析和比较,并计算了有、无风场作用时移动点源连续溢油污染扩散范围,为海洋溢油数学模型的研究提供了较完整的思路.     

溢油危害及其控制技术(英文)

海上溢油表现由多种因素决定.这些因素共同影响了溢油事故的发展、溢油的控制和清理,并最终影响溢油对海洋环境的污染程度.针对不同溢油影响因素,选择不同的控制方法,各种控油设备的正确选择对溢油控制尤其重要.     

胜利埕岛油田如何提高布设围油栏回收溢油方法中的溢油回收率

胜利油田于97年7月成立了海洋应急中心,配备了相应规模的溢油回收设备。但是,国油栏的乘波性不理想,影响了拦档溢油的效果,在撇油器工作效率相同的情况下,降低了溢油回收率。为适应胜利埕岛油田开发建设的需要,保护海洋环境,解决围油栏的乘波性,提高溢油回收率显得尤为重要。