[发明专利]渤海海上溢油输移、扩展数值预报系统的建立方法

说明书

本发明公开了一种渤海海上溢油输移、扩展数值预报系统，可对渤海海区海上点源和连续源发生溢油后，油膜的输移轨迹、扩展范围、油膜厚度、扫海面积、溢油抵岸或抵达敏感区的时间等进行预测，预测结果可在计算机屏幕上直观、动态显示。依据预测结果选择溢油应急行动的方式、船只类型、数量及铺设围油栏或使用消油剂等情况，从而减轻或消除溢油危害，达到防灾减灾目的。通过对渤海海域溢油溯源的反追踪，与指纹图谱和卫星遥感相结合，找出海上溢油的来源，从而确定肇事者。

技术领域

本发明涉及海洋环境科学，涉及海上溢油输移扩散快速预报技术，具体涉及一种渤海海上溢油输移、扩展数值预报系统的建立方法。

背景技术

据估计，目前全世界每年大约有1000万吨石油进入海洋，约占全世界石油总产量的5％，数量惊人。尽管造成海上石油污染的原因多样，但最主要的原因是由于油船触礁、碰撞事故等进入海洋的石油，以及海底油田的开发、油井事故和炼油厂的油库爆炸等流入海洋的石油，此类事故溢油最为严重，对海洋生态环境破坏力最大，对海洋生物资源损害最为严重，危害着人类健康，防碍着海洋活动，特别是在近岸浅海溢油，这种影响尤为严重。我国渤海属大陆架的浅海海域，近几年来由于对渤海的开发和利用日渐增多，特别是油田开发的迅速发展，在渤中、渤南、渤西以及辽东湾海域都有海上石油平台，海底输油管线更是遍布海底，再加上频繁的海上运输，使平台溢油、海底管线破裂以及油船的触礁碰撞等事故不断发生。溢油一旦进入海洋，经历着复杂的物理、化学和生物过程，溢油输移、扩散受多种因素的综合相互作用，其经过的水域，油污对海洋生物和海洋生态环境有直接影响，溢油抵岸又会对潮间带生物群落有严重影响，严重影响着渤海资源的可持续发展。因此，研究溢油在海上的输移、扩散机制，发展快速和精确的溢油预测技术，开发渤海海域海上溢油数值预报模式，精确预报溢油在海上的变化过程，对及时采取有效措施，减轻海上溢油造成环境和经济损失，对保护渤海海洋生态环境和渤海的海水水质及沿岸养殖业，实施可持续发展战略具有重要意义。为预报、预测渤海及其沿岸海域的灾害和防灾、减灾提供科学理论依据和研究方法。对海洋生态环境影响的评价，管理部门应急反应系统的制定等具有重要实用价值。该软件主要应用在溢油应急中心的抗溢油应急行动及海事司法鉴定等领域中。

对于溢油扩散的分析与预测是溢油处理和决策的基础和依据。欧美国家从上世纪60年代开始就开始对海上溢油进行预测。其中Fay的三阶段理论的扩展公式仍得到普遍应用，但Fay理论的假设强调了油在静止海面的扩展，而忽视了海水内部湍流及其它因素(蒸发、乳化等)的影响，应用于实际海湾建模有一定的局限性，近似性太大。有的研究者利用有限差分方法求解对流-扩散方程，将溢油视为源项，建立了溢油数值模型，通过求解对流-扩散方程，数值模拟溢油输移扩散，但此方法的局限性在于不能很好地考虑湍流的影响，不能模拟油输移和扩展的具体过程，特别是不能模拟溢油初期的过程，不能很好地将物理和化学过程结合起来，对于潮流也只能考虑单一分潮的流，其精确度较差，不能形成预报模式。当前粒子随机扩散的理论被越来越多的研究者应用于海洋溢油预报模式的研究，建立海洋溢油预报模型，但这些研究中，往往只考虑某单一过程或将输移与扩散过程分开，建立的溢油预报模型，其后报结果与实际观测结果只是趋势上符合较好，量值上差距太大，这是由于把油粒子当作大小体积不变的粒子，未考虑蒸发、乳化、溶解等化学、生物过程。美国、加拿大、澳大利亚等国正在普遍使用的“溢油影响模型应用系统(SIMAP和OiIMAP)”，其溢油影响数值预报的模型部分，虽利用了蒙特卡罗粒子追踪的方法，但其对溢油在海洋空间中的输移、扩散机理研究不够，动力过程不适合渤海，要应用于渤海需重新开发。