（渔业资源专业论文）长江口船舶溢油模拟及其对环境的风险研究.pdfVIP

上海海洋大学硕士学位论文 长江口船舶溢油模拟及其对环境的风险研究 摘要 海上溢油事故导致海域生态环境破坏，海洋动物及鸟类栖息地散失，同时也 使我们遭受巨额的经济损失。长江口地处长江东西运输通道与海上南北运输通道 的交汇点，是海路航运的重要位置，年吞吐量超过5 亿吨。随着进出长江口海域船 舶的增多，船舶溢油的风险研究已经成为十分突出的问题。同时长江口分布有多 个自然保护区，也是我国的重要渔业基地，具有多个环境敏感区，对长江口海域 进行船舶溢油风险研究对于保护生态环境，及时针对不同时间不同地点的溢油事 故采取有效有针对性的措施具有重要的现实意义。 本文介绍了长江口的水域自然环境，港区航道、锚地条件，船舶通航密度， 统计分析我国海域船舶溢油污染事故，并具体针对长江口海域历年事故溢油总量、 历年重特大油污案例，从溢油量、事故原因和事故等级对长江口船舶碰撞溢油的 现状和趋势进行分析。应用e c o m s i 建立长江口水动力模型，模拟长江口的流场， 并用两个验潮站点的数据进行流速和流向的检验，证明水动力模型的准确性，为 油膜飘移模拟提供水动力基础。在溢油模拟方面应用欧拉一拉格朗日追踪法对长江 口航道上三个不同位置分别释放质点，在三种不同的风况下对油膜的飘移进行模 拟，分析流场和风场对油膜飘移的影响，并应用费伊( f a y ) 扩展模式对发生2 5 0 吨 溢油后油膜7 2 h 的扩展面积进行计算。最后结合长江口海域功能和溢油模拟结果判 定溢油风险区域，指出针对不同的敏感区域应严格制定溢油事故的防范措施及反 应措施，为溢油应急提供参考。 通过溢油模拟，本文得出结论：s 。溢油点油膜飘移大致控制在长兴岛南面的 水域内，该点附近油膜飘移轨迹呈狭长状，s 。和s 。溢油点油膜飘移轨迹呈“回旋” 现象，油膜影响到的海域区域比s 。点广，整体上油烃飘移轨迹明显地跟随潮流运动。 风对油膜飘移作用明显，不同风况下油膜飘移轨迹不同。对于s ，溢油点涨潮时东 南风作用明显，将把油膜吹向长兴岛北面海域；对于s ：溢油点东南风影响到溢油点 更北面的海域，西北风则导致油膜向外海飘移；对于s 。溢油点，落潮时溢油受西北 风影响将影响到金山外部的杭州湾海域。溢油发生时刻不同，油膜的飘移影响 区域也大不相同。对于s 。溢油点，落潮时溢油油膜影响区域大致平均分布在溢油点 西北方向和东南方向；涨潮时溢油油膜影响区域分布在溢油点偏西北方向；对于 i 上海海洋大学硕士学位论文 s ：、s 。溢油点，落潮时溢油主要影响溢油点南面的水域，涨潮溢油则影响溢油点北 部的海域，特别是崇明岛外部海域。在应用费伊( f a y ) 扩展模式对发生2 5 0 吨溢油后 油膜7 2 h 的扩展面积计算得到溢油事故发生后前约2 0 分钟油膜扩展为重力。陨性力 扩展阶段，这一阶段结束时油膜直径达3 8 5 m ，扩展面积达0 1 2 k m 2 ；随后至7 5 h 为 重力一粘性力扩展阶段，到这一阶段结束时油膜直径达o 8 1 k m ，扩展面积达0 5 2 k m 2 ； 之后即为表面张力一粘性力扩展阶段，溢油2 4 h 后油膜扩展面积达2 9 4 k m 2 ，至油膜扩 展过程结束时，直径达2 8 5 k m ，扩展面积达6 5 7 k m 2 。 本文最后结合长江口海域功能区划和溢油模拟结果判定溢油风险区域。九段 沙湿地生态自然保护区附近海区及其崇明岛东面海区为i 类溢油风险区，金山奉贤 外海域和长兴岛南面的水域为1 i 类溢油风险区，其他水域为i i i 类溢油风险区。 关键词长江口，溢油，油膜飘移，油膜扩展，风险区划 i i 上海海洋大学硕士学位论文 s t u d yo ns h i po i ls p i l ls i m u l a t i o na n dr j s k t oe n v i r o n m e n ti ny ，a n g t z ee s t u a r y a bs t r a c t d u et ot l l em a r i n eo i ls p i ua c c i d e n t s ，t h eo c e a ne c 0 1 0 9 i c a le n v i r o 衄e n ta i l dt h e h a b i t a t so fo c e a i l1 i v e sa r ed e s 仃o y e d a n da l s o ，w ep a yal o tf o r t h eo i ls p i ha c c i d e n t s t h eg t z ee s t u a r yi ss i t 咖e da tt l l e c o n v e 玛e n c ep o i m o f啦em v e r 仃a n s p o r t a t i o nc h a n n e la n dt h em a r i n en o r t h t o s o u t ht r a n s p o i r t a t i o nc h 锄e 1 i t sa n i m p o n a r np o s i t i o no fs h i p p i n ga n dt h ey e a rt 1 1 r o u g h p u to fg o o d ss u i p a s s e s5 0 0 ，0 0 0 ，0 0 0 t o l l s a l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo fs m p sp a s si na 1 1 do u to ft h ey r 锄舀z ee s t u a r y ，r e s e a r c h o no i ls p i l lr i s kb e c o m e sa ne x t i e m e l yp r o m i n e n tq u e s t i o n s i m u l t a n e o u s l yt 1 1 ey 抽垂z e e g c u a r ) ，h a sm a l l yn a t u r ep r o t e c t i o na r e a s ，i t sa l s oo u rc o u n t r ) ，si m p o r t a mf i s h e 巧b a s e ， c o n t a i n sm a n ye n v i r o n m e n ts e n s i t i v ea r e a s s os t u d y i n gt h es h i po i ls p i l lr i s ki nt h e y 撕舀z ee 咖a r yh a st h ev i t a lp r a c t i c a ls i g n i f i c a l l c et op r o t e c te c o l o g i c a le n v i r o m e n t 觚dt ot a k ep e r t i n e n c em e a s u r ee 日e c t i v e l yf o ro i ls p i ua c c i d e m so c c u ra td i 虢r e n t t i m e sa n dp l a c e s t l l i sp a p e ri n t r o d u c e st h en a ：t u r a le n v i r o n m e n t ，t h ep o r ta r e a sa i l dr o u t e s ，t h e a n c h o r i n gz o n ec o n d i t i o n s ，t 1 1 en a 啊g a t i o nd e n s i 够o fs l l i p si nm ey a n 班z ee s t u 御y ， s t a t i s t i c a la n a l y s e st h es h i p so i ls p i ua c c i d e n t si no u rc o u n 姆ss e aa r e a s i ta n a l y s e s t h es t a m sq u oa 1 1 dt e n d e n c yo fo i ls p i l la c c i d e n t si nt h ey a m 或z ee s t l l a r y 行o ms p i l l q u a m i 妣c a u s ef a c t o ra i l da c c i d e n tr a n k 1 1 1 i sp 印e ru s e se c o m s it oe s t a b l i s ht h e h y d r o d y n 锄i cf o r c em o d e li nt h e m g t z ee s t l l a l l yt os i m u l a t et 1 1 ef l o w6 e l do ft 1 1 e y _ 肌舀z ee s t u a r y a n dt h e nu s e st 、v ot i d a lo b s e a t i o n sd a t et 0c h c c k 也ev e l o c i t ) ra i l d d i r e c t i o no fn o wt op r o v et l l ea c c u r a c yo ft h eh y d r o d y n 锄i cf o r c em o d e l 、v h i c h p r o v i d e sh y d r o d y n 锄i cf o m l d a t i o nf o rs i m u l a t i n gt h ed r i ro fo i lm a s s i nt h eo i ls p i l l s i m u l a t i o na s p e c t ；t h i sp a p e ra p p l i e se u l e r - l a g r a n g ep u r s u i tm e t h o dt 0c a l c u l a t et h eo i l m a s sc o m | r a i 1o ft h r e ed i f f e r e n tp o s i t i o n so nt h ey a n g t z ee s t u a r yr o u t e si nt h r e ek i n d so f w i n dc o n d i t i o n sa 1 1 d a u l a l y s e st h ei m p a c to fn o wf i e l da i l dw i n dc o n d i t i o no nt h e e x c u r s i o nc o n 砌lo fo i lm a s s t l l i sp 印e ra l s o 印p l i e sf a ye x p a i l s i o nm o d et oc a l c u l a t e i i i 上海海洋大学硕士学位论文 t h ee x p a j l s i o na r e ao fo i lf i l mm e r2 5 0t o n so fo i ls p i l la c c i d e mh a p p e n s a tl a s t ，t h i s p a p e rc o m b i n e st h em n c t i o nr e g i o m l i z a t i o no ft l l ey _ 觚舀z ee s t u a r ya n ds i m u l a t i o n r e s 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fw i n di so b v i o u s l yf o ro i lf i l m “r i n g u n d e rd i 脏r e n tw i n dc o n d i t i o n st l l eo i lf i l m d r i r i n gp a t h sa r ed i 虢r e n t f o rsll o c a t i o n ，m es ew i n dw i l lb l o wt h eo i lf i l mt o n o n h e ms i d eo fc h a l l g x i n gi s l a i l d f o rs 2l o c a t i o n ，t h es ew i n dw i l ld r i v et l l eo i lf i l m t ot h en o r c h e ms i d es e aa r e a a n dt h en ww i n d 、i l lc a u s et h eo i lf i l mt 0d r i rt ot h e o p e ns e a f o rs 3l o c a t i o n ，t h en w 谢n d w i l l “v em eo i lf i l mt ot h eh a n g z t l o ub a ys e a a r e ae x t e r i o ro fj i n s h a nw h e no i ls p i uh a p p e ni ne b bt i d e i fm et i m eo fo i ls p i l l o c c u r st ob ed i f r e r e n t ，m er e g i o no fo i lf i l ma f ! | e c ta l s ob ee n t i r e l yd 饷e r e m f o rsl l o c a t i o n ，i fo i ls p i l lo c c u r sa te b bt i d e ，m er e g i o n so fo i lf i l m 撕- e c tw i l la p p r o x i m a t e l y e q u a l l yd i s t r i b u t ei nn o r t l l w e s td i r e c t i o na n ds o u t h e a s td i r e c t i o no fs p i us p o t i f o i ls p i l l o c c u r sa tn o o dt i d e 。t h er e g i o n a ld i s t r i b u t i o no fo i lf i l mw i l lm o s t l yi nt h ew e s tn o r t ho f s p i us p o t f o rs 2a n ds 3l o c a t i o n s ，i fo i ls p i uo c c u r sa te b bt i d e ，t h eo i lf i l mm 匈o r e 虢c tt h es o u t hs i d ew a t e r so fs p i l ls p o t i fo i ls p i l lo c c u r sa tn o o dt i d e ，t h eo i lf i l i l l m 句o re f r e c tt h en o r t hs i d ew a t e r so fs p i l ls p o t ，s p e c i a l l yt t l e e x t e r i o rs e aa r e ao f c h o n g m i n gi s l a n d u s et h ef a ye x p a i l s i o np a 呛m t oc a l c u l a ：c ee x p a n s i o na r e aa 舭r2 5 0 t o n so i ls p i l la c c i d e n to c c u r si n7 2 h ，a i l dg e tac o n c l u s i o n ：t h ef i r s t2 0m i n u t e sm e ro i l s p i l la c c i d e n ti s 伊a v i t ) ，f o r c e i n e r t i af o r c ee x p a i l s i o ns t a g e w h e nt t l i ss 住培ef i i l 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学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 口 ，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密d 学位论文作者签名：7 暂、匆 日期：川睁彳月，护日 指导教师签名：力殇矛 日期：刺年6 月矿日 上海海洋大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 海洋是地球上仅次于生物圈的巨大生态系统。它起着调节大陆气候，促进全 球水循环的作用，是世界各沿海国家交通往来的航运通道，它蕴涵着各种自然资 源，是人类获取蛋白质、工业原料和能源的重要基地。因此，保护海洋环境，防 止海洋遭受污染破坏己成为全世界人们关注的焦点之一h 1 。 引起海洋污染的途径很多，一方面由于沿海经济的发展和海洋开发力度的不 断加大，使得陆源污染物大量进入海洋而引起的污染，沿岸的海水养殖业的发展 也是导致近岸海域污染加重的原因之一。然而，随着世界航运业的发展，商船队 伍的的不断扩大，海上货运量大幅度增长，船舶已成为海洋的一个不可忽视的污 染源。特别石油船的数量和吨位也越来越大，石油进出口量的增加，油轮进出港 口次数的增加，船舶发生海损事故的几率也有增加。近年来，在中国海域和国际 上都发生过不少船舶溢油事故，而且都给海域和沿岸陆域造成严重的环境污染陋1 。 石油污染被认为是最严重、最广泛的海洋污染类型之一，因此它成为各国海洋环 境科学和环境保护工作者极为关注的热点问题。 船舶石油污染是指由于船舶运输而使石油及其产品对海洋造成的污染，它约 占油类对海洋污染总量的4 7 。船舶给海洋带来石油污染，主要通过两种渠道：操 作性排放和事故性排放。操作性排放主要是指机舱含油舱底水，油船的含油压载 水和洗舱水的排放。这些含油污水的形成与运输石油的操作工艺和油船动力装置 的技术管理有关。事故性排放分为两种情况：一是船舶发生碰撞，搁浅，触礁等严 重船舶事故，造成的石油污染：二是供受货油、燃料油作业中的跑、冒、滴、漏所 造成的污染。不论是偶发性的船难事故或作业意外，将油品泄漏至海面上，势必 会造成水体环境与海岸生态重大的影响。因此，海域污染防制措施实为目前政府 机关必须面临的一大重要课题1 。本文主要研究船舶发生碰撞，搁浅，触礁等的事 故性排放。 我国具有石油战略储备条件的港口附近海域，往往是通航环境相对复杂的区 域，如长江口，历年来发生海事概率较高，是国内沿海溢油污染高发区域。长江 口地处长江东西运输通道与海上南北运输通道的交汇点，是海路航运的重要位置。 1 上海海洋大学硕士学位论文 随着经济的发展，长江口内码头集装箱吞吐量由1 9 9 7 年的2 5 3 万标箱增至2 0 0 7 年的 2 0 0 4 2 万标箱( 不含洋山港区集装箱吞吐量6 1 0 8 万标箱) ，增加了6 9 倍；港口货 物吞吐量由1 9 9 7 年的1 6 4 亿吨增加至2 0 0 7 年的5 6 1 亿吨，增加了2 4 倍，居世界第 一h 3 。特别是长江口深水航道1 0 米水深的航道通航，对于上海港及长江下游港口的 生产发展有重要意义。据上海海事局统计，与2 0 0 0 年7 月相比，到2 0 0 5 年4 月吃水9 米以上船舶的r 通过量从1 2 4 艘增加到3 5 艘，吃水1 0 米以上的船舶日通过量从o 4 艘增加到1 1 4 艘，5 万吨级以上船舶日通过量从零艘增加到7 7 艘。长江口治理三 期工程设计通航水深将达1 2 5 米，底宽3 5 0 米至4 0 0 米。在三期工程完成后，第三、 第四代集装箱船可以全天候进出长江口，第五、六代集装箱船和1 0 万吨级散货船 及油轮可以乘潮进出长江口吲。随着进出港船舶数量的增加，港区所受的油污威胁 也在不断增大，长江口海域将是国内未来船舶溢油事故的多发区和重灾区。 海上大量溢油所造成的危害是特别严重的，长江口一旦发生溢油事故，不仅 对环境资源造成巨大的损害，而且对地区国民经济都将产生很大影响。鉴于长江 口面临散装石油和液体化学品运输的大发展局面，尤其是近年来己经发生了多起 溢油事件，强化安全管理，对长江口海区溢油进行风险评价变得尤为重要。目前 对海上溢油事故的处理主要是采取预防为主，治理为辅。对港口以及重要海域进 行溢油风险评价，能够为我们预防溢油事故，保护海域生态环境提供积极的有价 值的参考。在长江口海域进行溢油风险评价，进行实用性的预测为有关部门采取 相应的预防措施提供科学依据，对于保护水域生态环境具有重要的现实意义。 1 2 船舶溢油的国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 1 9 2 4 年美国制订了油污染防止法1 ，之后1 9 5 4 年，英国提出国际防止 海洋油污染公约( 0 i l p o l 5 4 ) 口1 ，它是防止船舶造成油污染国际法的首创。但真 正认识到油污染的严重性，是在1 9 6 7 年油轮t o r r e y c a n y o n 和以后的a m o c oc a d i z 、 e x x o nv a l d e z 油污事件后，几万吨乃至几十万吨原油流入海洋，使英吉利海峡两 岸和美国阿拉斯加海湾的西部海岸造成重大油污染。因此，美国从1 9 6 9 年开始， 举办两年一次的国际溢油会议，反映防治油污染科技的应用与发展砸 1 0 l 。 关于溢油预测方面，国外许多学者应用随机理论方法、模糊数学方法、物元 分析方法等，对油船海上溢油的发生概率进行有效的模拟和预报n 1 1 2 3 。1 9 7 4 年，d e v a n n e y 等人n 3 叫4 3 利用贝叶斯分析对溢油统计数据进行了溢油事故发生次数、 2 上海海洋大学硕士学位论文 发生规模等概率特征的初步研究。r o b e r t ，h s c h u l z e 等人n 5 3 通过求条件概率得到 溢油概率的方法来计算溢油发生概率，将s t m a r yr i v e r 范围内油船通量与油船事 故概率和溢油概率相关联的方式，分析能见度这个环境因素对油船事故的影响， 并得出溢油发生概率的公式。有文献n 刚采用1 9 6 4 1 9 9 2 年间美国外大陆架的海 上钻并平台和输油管线的溢油历史纪录及1 9 7 4 1 9 9 2 年间的全球油轮的溢油历 史数据对溢油发生率的估计进行了修正，溢油的发生率是用每生产或运输一个单 位的油能引起的溢油事故的发生次数来表示的。这种方法在实际中得到广泛的使 用n7 1 。这些计算方法往往相对是简洁的，然而受到数据来源和历史记录的限制计 算结果也是较为粗糙的。因为对局部的海域而言，其范围内发生的溢油事件概率 是非常小的，有时甚至没有溢油的历史纪录，在这种情况下，采用随机理论方法 将受到限制，所以这种方法并不适合局部海域的溢油概率分析。同时概率计算无 法为溢油事故发生后实际的应急计划提供可操作性的决策建议。 2 0 世纪6 0 年代初期也相继开发了许多溢油动力模式，应用流体力学模型、数 值计算方法等手段，研究发生溢油时溢入海洋的油类运动到某一特殊地点或地域 的可能性，或对某一研究海域利用溢油轨迹分析技术研究鉴别溢油对敏感地点的 潜在威胁，并据此重点研究如何选择溢油抑制和回收系统的使用地点，以减少溢 油对海域环境的影响，这为油污染的防治工作提出有力的依据。这一方面的研究 是比较多的。经过3 0 年的发展，溢油动力学模拟已形成了比较成熟完善的体系， 其发展过程大致分为以下三个阶段：第一代基本上是扩散模式，如1 9 6 4 年b l o k k e n u 副 建立了油扩散和挥发的模型，主要分析溢油的有限寿命，这种模式尽管延用至今， 但可靠性不足；第二代模式由二维有限流体动力学和油在溢出地的寿命分析所组 成：如j o h a n s e n ( 1 9 8 4 ) 和e 1li o t ( 1 9 8 6 ) n 钔能够准确模拟静风或微风时溢油的运动 轨迹，但这种简单的公式不可能全面描述油膜运动过程中的动力机制以及油、气、 水之间的各种相互作用；第三代模式即综合溢油模式，由一套算法组成，它模拟 油在三个方向的寿命和扩散情况，包括平移过程、扩散、表面传播、垂直机械扩 散、蒸发、乳化和搁浅，能有效地预测溢油事故后油污的迁移归宿轨迹。如d e b r a 等人乜们采用受体分析方法，使用6 1 2 月间西北奥林匹克半岛风、流的统计结果， 运用蒙特一卡罗模拟对气候学的风进行表征，通过动力学模型计算以产生海流的 样式，并将计算结果用图将那些对于“特殊地点 ( 生态敏感地点) 来说是有污染 危险潜势的区域标示出来，同时图示了油的时间一路径关系。显然这对于溢油的 应急计划是大有帮助的。有文献瞳利用可获得的数据及现有的a s a ( 美国溢油协会) 先前进行的动力学模拟方法，探讨了海洋表层溢油到达生态敏感的库波河三角洲 的可能性。s e r g e y 等瞳2 1 对于日本海域内发生的n a k h o d a k a 溢油事件利用粒子追踪 上海海洋大学硕士学位论文 模型进行了溢油运动的模拟研究。该模型中结合了海洋对流、随机扩散、升浮力 效应等因素，并且对油的蒸发、生物降解、以及油的风化等因素进参数化处理j 从而形成一个作者称谓的局部海域环流模型，分析了1 9 9 7 年一月发生在日本海域 的n a k h o d k a 事件中溢油的运动轨迹的变化过程和趋势。 目前已有不少溢油模式应用在不同的国家海域，亦有不少模式经过现代发展 的程序包装及加入浅显易懂的使用者操作接口，而增加这些预测模式的实用性， 构成溢油仿真系统。仿真系统为一个溢油模式或许多不同考虑的模式藉由商业设 计软件包装成为一套具有完整的使用者操作界面，以便于使用者操作运用；完整 的数据库( 风场、潮流、油品与水深地形数据等) ，以增加模式因应不同海域情况 时的准确性；考虑周详的统计及历史资料，以让计划者决策者能较快速且明确地 了解溢油事件对整体环境的伤害或影响冲击的评估瞳副。较为经典的溢油模拟系统 有n 0 0 a ( 1 9 9 4 ) 的a d l 0 s 模型乜4 i 、美国a s a 发展0 i l m a p 模型瞳引、应用于挪威海域的 s i n t e f 模型、由n o a a0 r & r 的h a z m a t 所发展出来的g n o m e 模型和0 s c a r 模型瞳印等。这 些建置完成的仿真系统，都能比较成功地跟踪模拟弥散到水体中的油滴，不仅应 用于海域溢油轨迹预测，并可以作为供紧急应变处理决策的依据与海域防制溢油 事件规划的资料来源。 溢油应急响应决策方面的研究开展的较为活跃。这方面的研究主要集中在溢 油应急响应的战略决策、战术决策、技术决策等三个方面内容。突发事件响应的 战略决策方面的研究是从突发事件的响应及防治战略的高度，宏观地确定突发事 件响应中起重要作用的突发事件应急计划的制定、响应设备的合理布防及其优化 问题等。这一方面研究可以参阅b e l a r d o ，c h a m e s ，c o n a r d 等的研究成果瞳7 1 。突发 事件响应的战术决策方面研究是从响应战术角度研究探讨突发事件响应过程中必 须采取的组合行动的实施步骤，诸如各种类型响应设备应该依据何种顺序进入突 发事件的发生地或响应地点? 或每一类型响应设备应该在事故现场工作多长时间 或工作到什么程度等问题。h a r i l a o sn p s a r a f t i s 等陋踟对此进行了较为深入的研 究。突发事件响应的操作决策方面的研究是从响应设备的操作角度上，对于突发 事件响应过程中所必须采取的行动的非常深入和细致的研究。诸如在船舶溢油的 突发事件响应过程中，围油栏施放的几何构型、何种类型的构型对于溢油的拦阻 效果最好等问题? 不管采用何种方式进行决策，中心目的都是为了达到以最小代价 进行溢油响应，最大程度减小溢油的危害。 。 1 2 2 国内研究现状 相对国外而言，我国的溢油风险评价起步较晚，这一领域的工作尚属起步阶 4 上海海洋大学硕士学位论文 段，还缺乏系统的方法与研究。随着国际学术交流的增多，我国的溢油风险评价 工作逐步朝着与国际接轨的方向发展。 利用事件树方法( e t a ) 分析、鉴别导致溢油的因素是海上溢油研究中的常用方 法之一。在我国，也有人进行了一些因素分析方面的应用研究，有相当数量的文 献探讨了导致船舶海事事件发生的因素统计分析。如在研究港口区域溢油区化问 题时乜明考虑了导致船舶溢油的一些基本因素：如船舶类型、船舶吨位、船舶的技术 状态、气候条件、人为因素；黄燕品等人对于船舶人为失误风险进行了评估引； 陈国际通过对于船员的疲劳因素进行了研究并探讨了其与安全问题之间的关系 1 | ；马会等2 1 利用灰色系统的灰色据类和灰色统计的方法，对于操船环境的危险 度进行了研究；还有部分学者是通过系统的灰色理论方法对港口危险度的研究3 3 4 j ，对港口管理、较少事故发生提出科学性的建议。这些对船舶和港口安全进行的 因素分析方法，完全可以借鉴并将其应用于船舶溢油的因素分析当中。 近几年，国内溢油事故的频发使许多学者把重点放在对溢油发生概率的预测 和对油船溢油因素分析的问题上竺诗忍等口朝采用条件概率研究手段，假定航行的 油船中，半数载油半数空载，载油油船在航道、泊位、或锚地分别发生碰撞、搁 浅、或船身破损后溢油的概率各为5 0 ，用于舟山海域突发性溢油事故的风险评价 研究；肖景坤等口6 3 应用概率与数理统计、人工神经网络理论、线性规划等理论或 方法，以我国海上油船溢油历史统计数据为依据，对我国海域内油船海上溢油事 件的风险概率分析、油船溢油的因素分析、油船溢油的危害预报分析等问题进行 了较为全面的理论分析与应用研究。 与此同时，溢油风险的动力学模拟研究在我国也蓬勃发展起来，主要研究溢 油后，油膜在海面的漂移、油滴向水下的扩散和石油的风化和归宿。国家海洋局 第一海洋研究所金梅兵7 1 以渤海湾大港油田溢油为例，进行数值试验、预测油膜 在风和海滤共同作用下漂移的路径，距离和油膜影响的海域和海岸带范围，探讨 了全动力溢油漂移数值模式在近岸溢油漂移预测中的应用；余加艾口踟基于溢油与 海冰、水、大气的相互作用原理，建立了渤海结冰港区溢油行为的二维数值模式； 严志宇町通过浅盘蒸发实验考察风速、蒸发面积、油膜厚度等对胜利原油、轻柴 油蒸发的影响；杨庆霄等h 们对海上溢油溶解过程进行研究；郭为军h 以“油粒子 模型来模拟溢油在大连湾中的漂移扩散过程，通过欧拉一拉格朗同法，将油膜中心 的轨迹和各个时刻的油膜分布情况可视化。溢油模型研究还逐步上升到溢油动态 预测系统方面的研究。广东海事局与大连海事大学共同开发了珠江口区域海上溢 漏污染物动态预测系统侧h2 j ，综合有三维潮流模型、三维溢油与化学品漂移扩散 模型、溢油风化模型等预测溢漏油品在珠江口水面及水体中的漂移扩散范围和性 上海海洋大学硕士学位论文 质变化过程，系统的预测结果与现场实际情况比较相符；俞济清等研制了中国舟 山港溢油模拟信息系统h 3 】，该系统能预测溢油运动轨迹、扩散范围、影响区域， 能预测溢油蒸发、乳化、被海岸吸附、溢油性质变化。总体而言，国内溢油模型 的研究以二维为主，三维溢油模型也有研究，但尚未成熟。 此外，我国对溢油的鉴别技术也进行了研究，有传统的气相色谱法h 引，荧光 光谱法h5 l ，红外光谱法h 剐等，这些方法预处理和分析时间较短，费用较低，但通常 很难获取详细石油特征组分信息，因此在溢油鉴别上有一定限制。油指纹鉴别作为 目前溢油鉴别最成熟的技术，在国外溢油事故调查处理中发挥了很大作用。面对我 国目前石油开发和运输状况，我国的溢油鉴别技术还需要进一步提高，油指纹库建 设势在必行。 目前，溢油风险评价的研究己得到充分的重视，并且已经在溢油应急反应系 统中得到广泛的应用。在实践中，应该承认在某些方面已有了相当的发展，但是 还远未成为一个完整的理论体系。它涉及了众多学科，研究的发展和深入与其他 学科的发展密切相关，因此从系统的角度充分吸纳各学科的最新研究成果，是其 发展的必由之路，有许多问题值得开展进一步的探讨和研究。 1 3 本文主要研究内容和工作 本文介绍了长江口的水域自然环境，港区航道、锚地条件，船舶通航密度， 统计分析我国海域船舶溢油污染事故，并具体针对长江口海域历年事故溢油总量、 历年重特大油污案例，从溢油量、事故原因和事故等级对长江口船舶碰撞溢油的 现状和趋势进行分析；本文应用e c o m s i 建立长江口水动力模型，模拟长江口的流 场，并用两个验潮站点的数据进行流速和流向的检验，证明水动力模型的准确性， 为油膜飘移模拟提供水动力基础；在溢油模拟方面本文进行了两个方面的工作， 一个方面是应用欧拉一拉格朗日追踪法对长江口航道上三个不同位置分别释放1 0 0 个质点，并在三种不同的风况下对油膜的飘移进行模拟，分析溢油发生在不同时 刻、不同风场条件下油膜7 2 h 漂移轨迹的不同，第二个方面是应用费伊( f a y ) 扩展 模式对发生2 5 0 吨溢油后油膜7 2 h 的扩展面积进行计算；本文最后结合长江口海域 功能区划和溢油模拟结果定性判定溢油风险区域，指出针对不同的敏感区域应严 格制定溢油事故的防范措施及反应措施，为溢油应急提供参考。 6 上海海洋大学硕士学位论文 第2 章长江口水域情况及溢油事故统计分析 2 1 长江口概况 长江口是我国最大的河流入海口，同时也是我国著名的河口性渔场。长江口 水域的自然条件复杂多变，是河流与海洋相互影响、相互作用最活跃、是激烈的 区域。长江年均径流量9 3 3 5 亿m 3 ，夹带着大量的泥沙和丰富的营养盐，其中相当 一部分在河口地区沉积下来，对长江口水域的自然生态环境造成了深刻的影响。 长江口其大面积的冲淡水区以及毗邻的水域构成了一个较独特的生态系统，同时 受到潮汐、河流控制的双重影响，使其抵抗外界干扰能力、系统稳定性和对生态 变化的敏感性都具有相当的脆弱性，生态平衡很容易被打破h 引。 2 1 1 气象 ( 1 ) 风况：本区季风盛行，风向有明显的季节性变化，1 1 月至次年2 月多西北风， 4 8 月多东南风，6 1 0 月会有台风及随风而来的暴雨。该区域受台风影响或袭 击主要在7 9 月。8 月受台风影响时，风力较强，9 月台风常与南下的冷空气 结合，以产生大暴雨h8 。年平均风速3 7 米秒，最大风速3 0 0 米秒。年最 多风向n w n 和s e e s s e ，频率分别为2 4 和2 3 。全年平均大风日数为2 0 7 天，平均风速