辽东湾海洋溢油应急响应决策支持技术研究

【摘要】：伴随海上交通运输繁忙,溢油事故发生愈加频繁,为提高海洋溢油预警预报应急整体效率,降低溢油事故对海洋生态环境的严重影响,需及时捕捉发现溢油、了解溢油漂移扩散路径和特征,并制定合理的应急物资调度计划,是我国海洋科学学术领域关注的研究热点。因此,从发现溢油、溢油行为归宿、溢油高效回收处置三个理论方面,开展了辽东湾海域溢油污染应急决策支持技术系统研究,为研究区域溢油应急事件提供理论支持,也为研究海域海洋溢油生态风险预测提供科学依据。(1)海洋溢油脆弱性分区决策支持模型科学分析海洋溢油监测现状,研究了难以及时发现海洋溢油并发出溢油预警的原因,提出了海洋溢油脆弱性进行分区监测框架。首先筛选海洋溢油脆弱性指标体系(OSVI),利用蒙特卡罗、自适应共振理论以及K-means算法,构建了MC-AKAM模型。再依据海域溢油脆弱性特征进行分区,有效提高溢油监测预警能力。并结合辽东湾东部海域,通过模型运用计算,可划分为非常低水平、低水平、中水平、高水平、非常高水平5个区域,分区结果可知,可为实际溢油监测决策过程、为调整监测站位布设的合理性和代表性提供依据。(2)海洋溢油水动力学数值模拟决策支持模型通过海洋溢油水动力学数值模拟,可以掌握油品在水中的分布、漂移扩散轨迹、影响范围以及油膜的最终归宿。本论文以辽东湾东部海域溢油事故仿真案例,利用Delft3D-PART模型对油膜的行为归宿特征进行了三维数值模拟,模拟了单点溢油和多点溢油两种情况下油膜的水动力学漂移扩散特征,并以《中华人民共和国海水水质标准(GB3097-1997)》规定的石油类污染物浓度为参考标准,分析了0.05mg/L等值线浓度的油膜在不同工况下漂移扩散至环境敏感目标边缘的时间,呈现表示溢油应急响应的最晚时间,做到了预报预警。(3)海洋溢油应急资源调配优化决策支持模型在溢油应急响应过程中,关键过程是溢油的处置与回收,溢油应急设备的回收效率往往与油膜厚度有关,在溢油回收过程中油膜厚度是一个动态变量,因此为了最大可能的回收浮油,需要对不同回收效率的应急设备进行科学配置。创立以“应急时间最短、满足应急设备需求量”为前提,利用混合整数非线性动态规划方法(DMINLP),建立溢油回收效率与油膜厚度的动态函数关系,构建了 DMST-VW模型。并将其应用于辽东湾东部海域溢油事故应急设备调配优化仿真案例计算,分析存在单个溢油点和多个溢油点两种情况下的应急设备优化,溢油回收率达到80%以上,可以实现海洋溢油的高效回收,有效降低溢油对海洋生态环境的影响。(4)海洋溢油应急响应决策支持模型的集成为了有效提高海洋溢油应急响应的综合管理水平,考虑应急响应过程中的实际需要,结合地理信息系统技术理论(ArcGIS)和决策支持技术理论(DSS),建立ArcGIS文件地理信息数据库,以Visual studio.NET与ArcGIS Engine为开发平台,采用C#语言开发了辽东湾海洋溢油应急决策支持系统(OSDSS-GIS),实现了溢油应急决策支持模型的集成与应用可视化研究,并成功应用到辽东湾东部海域溢油事故的案例,展示了 OSDSS-GIS系统的主要功能,包括系统登录、海洋溢油应急数据查询、决策支持模型的应用和实现。