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渤海海域夏季环流及其对溢油漂移影响的数值模拟

王璟  
【摘要】:近些年来,各国对于石油的开采、勘测、炼制和输运正逐年增加,导致随之而来的溢油突发事件也逐年增加,造成的损失也越来越大,数以万计的石油流入海洋,河流以及其他水域,对环境造成了严重的破坏,同时也会通过食物链对人体造成巨大的危害。 溢油事故发生后,泄漏的原油会在潮流、风海流和风的共同作用下发生漂移和扩散,因此有必要对受污染海域进行潮流和风海流的研究和模拟,并在此基础上建立溢油模型进行溢油漂移速度和方向的预测,为相关部分及时采取行之有效的措施应对溢油事故提供科学依据。 本文首先对此研究的背景和意义进行了简要的介绍,同时对国内外风场,潮流场,渤海环流以及溢油模型的研究状况进行了详细的叙述。具体的操作步骤和结论如下所示: 1、利用MM5模式建立了渤海海域风场预报模型,并在此基础上对渤海海域在2011年6月间的风场进行了数值预测,模拟了逐时风场并计算出日平均风和月平均风,同时通过几个沿岸城市的当月气象资料进行了验证,比对的结果显示较好,以此证明了风场预报的准确性,为后文风海流的计算和溢油模型的构建提供了风场数据。 2、利用FVCOM三维数值模式建立了渤海海域潮流场预报模型,分别模拟了M_2,S_2,K_1,O_1四个分潮的潮流,选取了4个验证点对模拟的潮位、流速、流向分别进行了比对,同时分析了渤海海域的潮汐特征,潮流特征和垂向流速分布特征,与前人的结果进行了比对,证明潮流预报模型的准确性。在此基础上对渤海海域2011年6月间的潮流场进行了预报,为后文的溢油模型提供了所需的潮流场。 3、通过渤海海域风场预报模型预测出的2011年6月间风场数据,利用FVCOM三维数值模式模拟得出渤海海域2011年6月间的风海流,同时通过分析渤海表层、底层的风生环流结构,与前人的结果进行比对,证明风海流计算的正确性。 4、在成功模拟风场,潮流场以及风海流的基础上,采用拉格朗日粒子追踪方法建立了溢油漂移轨迹预测模型,分两种情况分别对渤海海域的溢油漂移轨迹进行了模拟:潮流和逐时风两者共同作用下以及潮流、风海流和逐时风三者共同作用下。同时通过2011年6月蓬莱19-3油田泄漏事故的卫星图片,分别选取了5个验证点和10个时刻进行了验证,溢油模型模拟出的位置与实际监测的位置基本相吻合,由此说明了该模型的正确性。同时发现考虑潮流、风海流以及风场的共同影响与实际情况更为接近,可以为突发性溢油事件的快速准确预测和相关部门及时采取溢油应急方案提供更为精确的科学依据。


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