感潮河道溢油扩展、漂移特性实验

溢油污染已逐渐成为内陆突发性水环境污染的主要问题之一。尤其在河口感潮河道，油污染问题日益突出。溢油污染因其对环境、生态、经济等的长期、巨大的破坏性影响，日益受到学术界的关注。然而以往的研究大都集中在海洋溢油方面，河道溢油研究因起步较晚，研究成果较少，考虑潮汐影响的则更少，且研究手段多以数值模拟为主，机理性实验研究较少。该文通过潮汐水槽模拟实验，观察并记录油膜在潮汐水流中、两个半日潮潮周期内的扩展、漂移情况，初步分析溢油油膜在潮汐水流中的扩展、漂移规律。实验结果表明：潮汐水流中，溢油油膜的扩展、输运过程主要受溢油自身理化性质和外界潮汐水流变化的影响。溢油入水后，首先经历重力扩展阶段，此阶段历时很短；然后经历剪切扩展阶段，此阶段历时长，油膜既受内部黏滞力影响，又受水流、风力引起的边界剪切力的影响，同时由于历时长，还受到潮流的输运影响。最后，当油膜很薄时，除受潮流的输运影响；还因受紊动水流及风浪的影响，在漂移过程中破碎或乳化。     

风对河道溢油扩展、漂移影响的实验研究

本文通过风水槽实验,模拟了在不同风速,水流速度条件下油膜的扩展、漂移运动状况.分析研究了不同工况下风对溢油油膜扩展、漂移的影响.实验结果表明:无论是对于瞬时溢油还是连续溢油,风都能使得溢油油膜扩展尺度增加两倍左右;风与水流同向时,风速的变化对于瞬时溢油油膜的扩展尺度影响很小,对连续溢油油膜的扩展尺度随风速增加而增加;风与水流反向时,油膜的扩展尺度与风速和水流速度之间相对大小有关.对于漂移过程,无论是瞬时溢油还是连续溢油,其顺风边缘都随风速的增加而速度加快.     

提升内河航道溢油环境风险评价与管理有效性的研究

针对目前内河航道环境影响评价工作中有关溢油环境风险预测中常用计算方法,存在的局限性,提出应根据溢油扩离散、平移、输送过程和近岸地理条件变化等选择溢油扩离散模型,并依据河流流场和风场的长序列数据进行油膜漂移距离预测和事故应急响应时间计算,从而有效提高预测结果的准确性。同时,提出了河航道选址须符合饮用水水源地保护要求、建立全方位环境风险应急管理体系和监测网络、积极推动内河航道溢油应急标准体系建设、提高应急指挥决策和反应技术方案的科学性、制订应急水源供给保障方案等的内河航道溢油风险防控措施建议。     

海上溢油事故对九段沙湿地保护区影响研究

临港海上风电场位于长江口与杭州湾交汇的海域,水文条件复杂,且周围航道纵横交错。为研究该海域船舶碰撞发生溢油事故对国家级九段沙湿地自然保护区的影响和对策措施,在二维水动力模型的基础上,采用MIKE21( SA) 模块建立了二维溢油运动分析模型。针对不同水文、气象、海洋条件下的3种典型工况,利用所建模型对溢油运动进行了模拟分析。分析结果表明,不同风向和风速对油膜漂移轨迹以及覆盖面积有影响;在3种工况下,18.5 h内油膜均还未到达九段沙湿地自然保护区附近。在这一时间内,如及时采取油膜阻拦、吸附和消解措施,可避免对九段沙湿地自然保护区造成影响。     

河道溢油污染事故二维数值模型研究

为了研究内河船舶事故溢油的运动规律,在二维水动力、风场模型基础上,分别采用油粒子模型理论,建立了适合内陆狭长型河道溢油事故模拟的二维数值模型。在假定工况条件下,将模型应用于长江、汉江武汉段典型溢油事故的模拟研究。模拟结果表明模型较好地反映了风场、流场、复杂地形条件等对河道溢油扩展和漂移运动的影响规律,模拟结果可为河道突发性溢油污染事故预报和应急处理提供技术支持。     

内河航道服务区水域面积仿真分析

内河航道服务区水域面积是内河航道服务区规划设计的关键问题。考虑到船舶进入服务区和服务时间的随机性,提出了基于船舶交通流特性和服务特征的仿真模型,并将其用于分析服务区水域面积。以长三角地区典型航道服务区为例,基于AnyLogic平台进行仿真分析,结果表明,模型预测的服务区停泊船舶数量和水域面积与实际情况吻合。敏感性分析发现,服务区停泊船舶数量与航段上船舶流量、服务特征参数的均值成线性正比关系,与服务特征参数的概率分布类型关系很小。根据调查参数和回归分析,可将服务区水域面积简化为航段上船舶流量和船舶平均吨位的连续函数,有助于方便合理地估算服务区所需的水域面积。     

渤海湾码头溢油扩散规律分析

近年来,大多沿海码头在建设运营过程中存在溢油环境风险,该文通过建立渤海湾海域潮流数学模型模拟其潮流特性,并在此基础上,分析溢油的动力学过程和漂移过程,针对码头油泄漏事故采用费伊扩展模式预测其油膜面积、厚度、飘移距离等溢油特性。预测结果表明,落潮期间油膜随潮流向港池外海域漂移,面积扩大,厚度减小;其中1～7min为惯性扩展阶段,7～12min为粘性扩展阶段．12～80min为表面张力扩展阶段。模型能够较好地模拟涨落潮对码头油污染输运扩散的影响,为渤海湾码头选址的可行性论证及运营期的监督管理提供技术依据。     

仪征石化公共码头溢油事故风险

讨论了海上溢油的扩展阶段分类以及各阶段的分界时间确定方式,并应用Fay等人的油膜扩展过程计算公式,采用有限体积法及黎曼近似解的二维水流-水质模型,对仪征石化公共码头溢油的扩延面积及厚度进行模拟,并在短时间内预测涨急和落急时的漂移扩散距离。     

弯曲航道通航宽度和水流条件确定方法探讨

为消除因地形和水流条件等因素限制了弯曲航道尺度,导致船舶航行不安全的隐患,通过调研,整理分析了全国主要通航河流各等级航道弯曲航道情况,对弯曲航道影响船舶航行的因素进行了总结分析。采用弯曲航道概化模型试验和弯曲航道遥控船模试验,结合已有研究成果和有关标准及规范,研究不同弯曲半径的弯曲段航道宽度,提出了适用于不同航道等级内河弯曲航道通航尺度的确定方法;初步探讨了弯曲航道水流条件,提出了弯曲航道通航水流条件技术要求的确定方法。为内河水运工程建设、航道治理、维护标准的确定提供技术支持和科学依据。     

长江口枸杞岛附近海域溢油风险数值模拟

为制订长江口枸杞岛附近海域突发溢油事故的应急处理方案,利用实测地形数据建立了枸杞岛附近海域二维潮流数学模型,并根据实测资料对该潮流模型模拟的潮位、流速、流向进行了验证。验证结果表明,该潮流数学模型能较好地反映枸杞岛附近海域的潮流运动情况,可以作为MIKE21 SA溢油模块的水动力基础数据。基于欧拉-拉格朗日"油粒子"理论,综合考虑油膜扩散、漂移、风化等过程,应用MIKE21 SA模块建立了枸杞岛附近海域二维溢油扩散模型,并模拟了8种不同工况组合下的溢油油膜漂移路径和扫海面积。结果分析表明,潮流场、风场、溢油时刻对油膜的漂移轨迹和扫海面积都有影响,其中溢油时刻对油膜的漂移路径影响最大。     

基于EFDC模型的长江下游码头溢油风险预测

为了更有效地预测溢油事故,建立了基于EFDC(environmental fluid dynamlics code)模型的长江下游南京段码头溢油事故影响的预测模型。研究结果表明:构建的二维水动力模型能够较为准确地反映研究区域风场、流场、复杂地形条件综合影响下长江溢油扩展和迁移运动的整体规律,油膜在研究区域降解较慢,溢油发生在落急时刻和西风风向时,油膜更早向下游扩散,对下游保护区的污染更严重。     

基于EFDC模型的感潮江段溢油事故风险预测

为了在溢油事故发生后能够立即采取有效措施控制和减轻油污染,降低事故危害,采用环境流体动力学模型(EFDC)对长江下游靖江段某码头进行溢油事故风险影响预测。通过EFDC准确地模拟出该江段的二维流场,在流场、风场以及复杂地形等综合条件下,采用拉格朗日质点追踪法计算油品入江后油膜漂移轨迹以及到达、离开下游保护区的时间。结果表明:油膜沿水流方向逐渐被拉伸,覆盖面积逐渐增大,且受长江地形条件影响;在感潮江段,潮流场对油膜漂移行为的影响占主导作用,同时风场也会影响油膜的漂移行为。受涨落潮的影响,油膜向下游来回震荡漂移;溢油事故发生时刻的流场不同,油膜往下游漂移的速度也不同,当溢油事故发生在落潮时,油膜往下游漂移速度更快;不利风向时风速越大,油膜往下游漂移的速度越快。     

河道型水库溢油费伊模型与油粒子模型的对比研究

针对河道型水库溢油模拟研究匮乏的现状,以龙溪口库区河道突发溢油事故的预测模拟为例,分别建立了传统费伊(FAY)模型及油粒子模型,力图探明这两种主流模型在求解狭长河段溢油扩散时的特性。研究结果表明:FAY模型侧重于油膜扩展阶段中油膜厚度的精细模拟,但在水文情势复杂的河道溢油模拟过程中没有有效考虑流场、风场、地形对油膜漂移、扩散的影响;油粒子MIKE21-OS模型则克服了上述不足,对于河道溢油的模拟具备一定精度。模拟结果可为龙溪口库区突发溢油事故的预测预警提供参考。     

高速横流作用下内河船舶偏转状态研究

我国内河航道是世界上运量最大、运输最繁忙、通航条件最复杂的航道之一，而横流是影响船舶安全通航的重要因素，目前国内外学者主要分析低速横流对船舶航行的不利影响，但对船舶在高速横流作用下运动情况研究较少。为揭示高速横流对内河船舶的影响，并对高速横流在航道中的整治利用进行可行性分析，通过数值模拟和概化模型试验，观察高速横流下船舶的运动形态以及不同喷射口压强，不同船－墩间距对船舶偏转的影响。结果表明:高速横流可以在桥墩前方形成弧形干扰带，拨开船艏，实现船桥避碰；船舶经过高速横流时依次经历船身顺直前进、船艏向远离桥墩偏转、船身回正、船尾向远离桥墩方向偏转四个阶段；喷射口压强越大，相同船－墩间距下船舶艏向角峰值越大，船舶到达艏向角峰值处位置越靠前，船身回正所用距离越短；船－墩间距越远，相同喷射口压强下船舶艏向角峰值越小。     

基于星载SAR图像的一次黄海溢油事件分析

以发生于黄海的一次溢油事件为例，基于2007年10月11日的欧洲环境卫星ENVISAT ASAR图像，首先通过先验知识和其他多源卫星数据对海面溢油事件的发生进行验证，[JP2]然后采用神经网络方法对该图像进行分割，提取出溢油发生时间、形状、面积、周长、位置等信息，最后结合油膜形状、风场资料等信息初步估计油膜的可能成因和最小存在时间。从SAR图像得到的溢油信息与水动力数值模型以及溢油扩散模型相结合可以预测溢油扩散轨迹，为海洋灾害应急部门提供必要信息。     

内河船舶航行阻力及通航水力指标计算

以山区河流澜沧江为代表,采用实船静水航速试验资料,对原兹万科夫公式进行了修正,提出了适合于澜沧江代表船舶的水流阻力计算式.对比其他山区河流船舶航行阻力的研究成果,讨论了内河船舶的航行阻力计算方法.结合坡降阻力计算,建立了澜沧江急流滩的通航水力指标,并与其他内河航道的通航水力指标进行了比较分析,明确了各典型内河航道通航水力指标与航道条件的关系.     

复式航道波浪变形及输沙影响数值模拟研究

复式航道通过在原有深水主航道两侧开挖并行浅水航道,实行大小船舶分道航行,高效缓解进港航道通航压力,具有广泛的应用前景.由于航道断面复式化,波浪穿越航道的演变规律比传统单一断面复杂,影响船舶通航安全及泥沙输运.基于天津港复式航道工况,建立数值波浪水槽,针对正交入射波浪在不同断面型式复式航道中的演变进行数值模拟,研究结果表...     

内河船舶交通流量的时空分布特征

掌握内河船舶的交通流量特征是进行合理的航道和通航设施规划、设计、运营、管理与控制的前提.根据大量的航道(段)船舶交通流资料,提出了两个不均衡系数来反映内河船舶流量的时空分布特征.其中,具有一定保证率的单位流量不均衡系数能够较好地反映内河船舶流量的时间分布特征,拓展了中月运量不均衡系数的内涵;单位流量方向系数则表明船舶单向流量并不一定等于双向流量的一半,研究内河船舶交通问题时,应按船舶航向分别进行讨论.     

基于油粒子模型的闽江某码头溢油过程预测

溢油数模计算对于事故发生前的应急预案制定及事故后的影响程度分析预测和事故处理具有重要的指导意义。为研究闽江下游福州港某BP码头发生溢油后油膜运动规律及其对附近敏感目标的影响程度,该文采用油粒子模型,综合考虑油粒子的蒸发、溶解、乳化、物理沉淀、生物降解等风化过程,对溢油事故进行数值模拟。结果表明,该码头发生溢油事故后,溢油不会进入海洋,而是在溢油点附近作往复的漂移运动,各敏感目标附近的油粒子浓度随时间高低变化。数值模拟还确定了各敏感目标的最不利工况和可供采取应急措施的应急时间。     

钱塘江河口突发溢油事故的油膜漂移轨迹研究

针对钱塘江河口的强潮特性,采用数值模拟方法计算出垂向平均的二维潮流场,根据实测垂向流速分布的分析成果将其转换为表层流场,在此基础上采用拉格郎日质点追踪法,模拟三江口在不同潮汐时刻突发溢油事故时油膜的漂移轨迹,分析油膜漂移规律和对取水口的影响风险,为杭州市提高应对突发溢油事故的应急能力提供技术支撑。