海上溢油行为预测模型及其在茂名海域的应用

论文摘要

海洋溢油事故的频发,引起了人们对海上溢油的普遍关注和大量研究,溢油在海上发生着复杂的变化,经历着不同的过程,其中风化过程是最重要的过程,风化过程决定着溢油的性质及归宿,影响着溢油应急处理的方式,本文在对溢油风化过程研究基础上,建立海上溢油行为预测模型,从而预测海上溢油的行为及归宿。本文采用的三维溢油预测模型综合考虑了三维潮流场、剪流、湍流、风导输移和波浪破碎对海上溢油行为的影响,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,在此基础上增加了油膜扩散的随机数。本模型还系统地考虑了溢油的风化问题和归宿问题,将挥发、乳化、溶解和分散概念引入到模型计算中。本文将建立的预测模型应用于茂名海域海上模拟溢油的预测,计算了一起溢油事故,该溢油事故中,油轮(经度111°24′55″,纬度21°20′42″)瞬间溢油,共溢出原油50t,利用该模型对溢油后不同时间的溢油乳化量、蒸发量、溶解量、分散量等进行了预测,并计算了不同时间海面上油膜的残留量变化。计算结果显示本文所建立的溢油行为预测模型能根据溢油的性质等预测海上溢油漂移、乳化量、蒸发量、油膜面积等随时间的变化以及溢油的残留量等,可为海洋溢油应急提供良好的数值结果,并为相应的溢油应急预案服务,为海洋环境管理部门提供科学的决策依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 海上溢油污染的概况
• 1.1.2 溢油行为归宿研究现状
• 1.2 研究必要性及意义
• 1.2.1 茂名海域自然情况分析
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第2章 溢油在水环境中行为归宿及物性概况
• 2.1 溢油风化过程
• 2.1.1 蒸发和乳化过程
• 2.1.2 溶解过程
• 2.1.3 分散过程
• 2.1.4 沉降过程
• 2.1.5 光氧化过程
• 2.1.6 生物降解
• 2.2 溢油行为过程影响因素
• 2.2.1 内因——石油的组成和性质
• 2.2.2 外因
• 第3章 海域三维溢油漂移轨迹与归宿模型——“油粒子”模型
• 3.1 “油粒子”模型概述
• 3.2 海域溢油“油粒子”扩展模型
• 3.2.1 扩展时间的确定
• 3.2.2 油膜扩展面积的计算
• 3.3 海域溢油“油粒子”漂移模型
• 3.3.1 风场
• 3.3.2 潮流场
• 3.3.3 海域溢油漂移扩散过程计算
• 3.4 海域溢油归宿模型
• 3.4.1 溢油蒸发模块
• 3.4.2 溢油乳化模块
• 3.4.3 溢油溶解模块
• 3.4.4 溢油上岸模块
• 3.4.5 物理性质模块
• 3.5 小结
• 第4章 河口潮流数学模型
• 4.1 河口简介
• 4.1.1 河口的水流特征
• 4.1.2 河口区潮汐现象
• 4.1.3 河口的分类
• 4.2 河口二维潮流数学模型
• 4.2.1 河口潮流数学模型研究现状
• 4.2.2 σ坐标变换和变网格有限元方法
• 4.2.3 理论模式
• 4.2.4 有限元离散
• 4.2.5 求解过程及网格的更新
• 4.3 本章小结
• 第5章 预测模型在茂名海域的应用
• 5.1 预测系统
• 5.1.1 预测系统的设计
• 5.1.2 算法的选择及计算流程
• 5.1.3 预测模型微机化
• 5.2 计算实例
• 5.2.1 溢油事故的模拟
• 5.3 本章小结
• 第6章 全文总结与今后工作展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历