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胶州湾溢油动态预报模式及可视化研究

作　者: 胡跃波
导　师: 娄安刚
学　校: 中国海洋大学
专　业: 环境科学
关键词: 可视化技术溢油潮流预报油粒子二次开发胶州湾
分类号: X55
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近些年,由溢油所引起的水体污染及其邻近岸线的污染越来越得到人们的关注。石油运输、装卸、开采、储运等过程隐含着石油的泄露风险。溢油不仅会污染岸线,而且还会对海洋渔业以及海洋生物造成长久的影响。为此,很多国家都致力于溢油模式的研究和开发。溢油模式不仅能够预测溢油随时间的动态变化,还能定量描述溢油在水体中的浓度分布。本文的具体工作包括：1)考虑到胶州岸线的蜿蜒曲折,采用对岸线拟合较好的FVCOM水动力模型实现对M2、S2、O1、K1四分潮形成的潮流场的模拟。为了快速预报潮流,采用调和的方法对单点进行预报；2)建立结合溢油风化模式和输移扩散模式的胶州湾动态溢油模式,充分考虑溢油的风化过程对溢油行为归宿的影响。其中,风化模式主要考虑蒸发、乳化、垂向分散以及溶解等过程。由于油滴在水域中迁移的复杂性,采用FVCOM中用于示踪剂追踪的对流扩散方程,用以定量描述溢油在水域中的浓度分布。此外,在溢油模式的计算中,采用改进型“凸包算法”实现对油膜面积的精确计算；3)鉴于溢油信息可视化技术在世界范围内的广泛使用,本文将通过VB.NET平台集成ArcGIS组件、Surfer控件以及相关的视频播放组件,在自主设计的界面上实现溢油预测预报及其动态信息的可视化。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-24
  1.1 海上溢油风险及其污染现状  11-12
  1.2 溢油模型可视化技术及其研究现状  12-13
  1.3 溢油预测模型的研究进展  13-23
    1.3.1 对流  13-14
    1.3.2 自身扩展  14-17
    1.3.3 蒸发  17-19
    1.3.4 垂向分散  19-21
    1.3.5 乳化  21-22
    1.3.6 溢油与岸线的相互作用  22
    1.3.7 溢油属性  22-23
  1.4 本文的研究内容  23-24
2 FVCOM水动力数值模型  24-39
  2.1 模拟区域简介  24
  2.2 FVCOM水动力计算原理  24-39
    2.2.1 FVCOM水动力模式简介  24
    2.2.2 笛卡尔坐标系下的控制方程组  24-25
    2.2.3 Sigma坐标系下的控制方程组  25-27
    2.2.4 控制方程组的离散  27-28
    2.2.5 边界条件  28-29
    2.2.6 潮汐预报  29-31
    2.2.7 胶州湾水动力模拟及其验证  31-39
3 动态溢油模型  39-77
  3.1 溢油的动力过程  39-48
    3.1.1 溢油自身扩展过程  39-41
    3.1.2 溢油的迁移过程  41-42
    3.1.3 溢油的扩散过程  42-43
    3.1.4 溢油的动力迁移计算方案  43-46
    3.1.5 溢油环境动力场配置  46-48
  3.2 "油粒子"法  48-49
    3.2.1 "油粒子"法简介  48-49
    3.2.2 油粒子数的确定  49
  3.3 溢油的非动力过程  49-60
    3.3.1 蒸发  50-51
    3.3.2 乳化  51-52
    3.3.3 溶解  52
    3.3.4 垂向分散  52-54
    3.3.5 非动力过程计算方案  54-60
  3.4 其他参数的计算  60-65
    3.4.1 粘度  60-61
    3.4.2 密度  61-62
    3.4.3 溢油面积的确定  62-65
    3.4.4 岸线吸附  65
  3.5 三维溢油预测模式结果与分析  65-67
    3.5.1 溢油模式的率定  65-66
    3.5.2 模型的初始参数设置  66
    3.5.3 溢油量和溢油地点选取  66-67
    3.5.4 溢油方式  67
  3.6 溢油预测结果分析  67-77
    3.6.1 对比分析  67-71
    3.6.2 油膜轨迹及厚度变化  71-77
4 基于ARCGIS的可视化技术  77-90
  4.1 GIS及其开发方式介绍  77-78
    4.1.1 GIS基本概念  77
    4.1.2 GIS开发方式介绍  77-78
  4.2 GIS组件及开发环境  78-79
    4.2.1 GIS组件简介  78-79
    4.2.2 GIS开发环境简介  79
  4.3 GIS在溢油预测模型中的作用  79-80
  4.4 胶州湾溢油动态预报及其可视化系统设计  80-82
    4.4.1 系统组成  80-82
    4.4.2 系统架构  82
  4.5 系统具体功能及部分界面展示  82-90
    4.5.1 基础功能  82-84
    4.5.2 溢油预测功能  84-87
    4.5.3 动态可视化功能  87-90
5. 总结和展望  90-92
  5.1 总结  90-91
  5.2 存在问题和展望  91-92
参考文献  92-99
致谢  99

胶州湾溢油动态预报模式及可视化研究

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