渤海油田溢油擴(kuò)散與漂移的數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水上運(yùn)輸成為各地促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要手段。同時(shí)在海洋石油資源開(kāi)采技術(shù)不斷進(jìn)步的前提下，各大海灣內(nèi)涌現(xiàn)出越來(lái)越多的石油鉆井平臺(tái)。這在一定程度上增加了海洋溢油的風(fēng)險(xiǎn)。海洋溢油給海洋生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的影響。一方面，泄漏的原油大面積覆蓋于海面，導(dǎo)致此海域范圍嚴(yán)重缺氧，大大降低海洋的生產(chǎn)力；而浮油在風(fēng)和潮流等作用下被帶到海岸，將破壞海產(chǎn)養(yǎng)殖和鹽田生產(chǎn)，污染濱海旅游區(qū)等，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。另一方面，海上溢油中的芳香烴

2、化合物能在生物體內(nèi)長(zhǎng)期積累，最終將危害人類健康。
　　目前，當(dāng)溢油事故發(fā)生時(shí)，可以利用衛(wèi)星遙感技術(shù)快速地獲取溢油事故的具體位置、污染范圍、油膜尺度等重要信息。但是由于溢油事故的突發(fā)性和緊急性，溢油監(jiān)視只能提供部分實(shí)時(shí)信息，而且受天氣等因素影響，不能很好的支持應(yīng)急行動(dòng)。在這種情況下，數(shù)值模擬可以利用溢油事故區(qū)域的風(fēng)況、海況等有關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)的溢油量、溢油飄散油膜尺度、可能的漂移軌跡及擴(kuò)散范圍等一系列溢油的變化趨勢(shì)，有效地

3、彌補(bǔ)視能力的不足，迅速、科學(xué)地為應(yīng)急行動(dòng)提供有力技術(shù)支持，提高針對(duì)溢油事故應(yīng)急行動(dòng)的效率，同時(shí)還可以及時(shí)對(duì)可影響的敏感區(qū)域進(jìn)行預(yù)警，有效地降低損失。
　　水動(dòng)力條件的準(zhǔn)確性是溢油計(jì)算的前提。本文首先利用渤海的相關(guān)資料，建立渤海水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，并以秦皇島、蓬萊和東營(yíng)港潮位站的實(shí)測(cè)潮位資料，渤海航線、埕北和老鐵山水道的實(shí)測(cè)流速流向資料對(duì)數(shù)模結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，結(jié)果吻合良好，說(shuō)明可以利用此模型對(duì)渤海的水動(dòng)力環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬。在此基礎(chǔ)

4、上，本文以渤海蓬萊19-3油田溢油事故為例，并結(jié)合概率分析確定溢油區(qū)域的靜風(fēng)、強(qiáng)風(fēng)向（NNW）和常風(fēng)向（S），對(duì)渤海進(jìn)行較全面的溢油數(shù)值模擬研究，分析了溢油在海面的漂移、擴(kuò)展、乳化、蒸發(fā)和擴(kuò)散等行為與歸宿，評(píng)價(jià)了溢油對(duì)環(huán)境的影響。
　　對(duì)溢油模擬的結(jié)果表明，在靜風(fēng)時(shí)，渤海潮流的運(yùn)動(dòng)是影響溢油擴(kuò)散的最主要因素，油膜掃海面近似呈紡錘形。油膜的厚度自溢油點(diǎn)向外逐漸變薄，而油膜面積卻隨油膜厚度的減小而迅速增大。此時(shí)，溢油主要對(duì)海洋環(huán)境造成

5、影響，但隨著時(shí)間的推移，溢油也將對(duì)陸地環(huán)境造成一定的影響。
　　在強(qiáng)風(fēng)向（NNW）作用下，溢油漂移擴(kuò)散方向主要順著風(fēng)向。與靜風(fēng)時(shí)的漂移擴(kuò)散行為相比，溢油的漂移擴(kuò)散速度更快，油膜的形狀不規(guī)整。在溢油發(fā)生約6天之后，油膜將抵達(dá)煙臺(tái)蓬萊海岸。在溢油后期，堆積在海岸上的溢油受潮流的擾動(dòng)作用被再次帶到灣內(nèi)，隨著潮流的運(yùn)動(dòng)漂移至萊州灣東半部及遼東灣大部;而渤海其他海域受溢油的影響較小。
　　在常風(fēng)向（S）作用下，溢油漂移擴(kuò)散方向仍將順著

6、風(fēng)向，其形狀呈一條扭轉(zhuǎn)的寬條帶。相比在強(qiáng)風(fēng)向作用下，溢油的漂移擴(kuò)散速度要明顯偏小。溢油發(fā)生10天左右后，油膜前沿將與海岸接觸。在溢油后期，累積在岸邊的溢油在遼東灣海水沿岸流的作用下，油膜將向東西兩側(cè)擴(kuò)散，東側(cè)將會(huì)影響到秦皇島附近海岸，而西側(cè)則基本上覆蓋遼東灣全域。
　　由于在溢油事故后一周左右的時(shí)間內(nèi)溢油的蒸發(fā)和乳化行為就會(huì)發(fā)生并完成，所以在靜風(fēng)、強(qiáng)風(fēng)向（NNW）和常風(fēng)向（S）作用下，溢油的蒸發(fā)行為面積和乳化行為面積都將維持在溢油