海上搜救、溢油应急预报信息系统

溢油应急预报信息系统的组成结构

　　海上搜救、溢油应急预报信息系统软件系统是在国外先进的海上溢油污染应急系统专业化软件的基础上，针对 中国各海域的环境特点进一步开发完成的。系统综合了三维溢油扩散模型、潮流 模型、溢油风化模型、应急反应模型、以及电子海图、地理信息系统（GIS）、数据库等关键技术，不但能够快速准确地预测模拟并可视化显示海上溢油的漂移扩散和性质变化过程, 还可以同时显示环境敏感区和应急人员设备分布等相关信息。经实际溢油案例应用表明，系统的预报模拟结果与现场实际情况完全相符。可作为从事海上油田勘探开发以及海事、港口等单位的《海上溢油应急计划》的决策支持系统和培训演习的技术平台，有效地提高对海上溢油污染事故的应急处理效率。

1、 系统结构

　　系统包括模型计算和图形界面两大部分。模型计算部分包括以实验数据为基础的溢油风化模型、模拟溢油漂移扩散和化学品行为的三维“油粒子”模型、可模拟不同反应方案(如机械清除、使用分散剂等)清除效果的溢油应急反应模型。配备的数据库包括油品和化学品的物理化学性质数据库、水深地形数据库，水文气象(风海流)数据文件库、资源分布数据库、溢油设备数据库等。

　　图形界面部分包括基于WINDOWS98/2000/NT/XP操作系统的用户界面、可以任意比例缩放的电子海图以及内置的地理信息系统（GIS）。计算模型与电子海图和用户界面相互耦合, 这样既便于模型与各种标准和自定义的数据库联接, 又允许用户生成或输入风场、潮流场以及任意分辨率(精度)的空间计算网格。计算结果可输出至电子海图上, 可视化显示溢油的动态和分布。内置的交互式地理信息系统可允许用户在电子海图上添加显示资源保护区、环境敏感区、应急人员设备分布等信息。

2、系统主要功能和特点

2.1 主要功能

(1) 用户能够在15分钟之内就可以将事故参数和现场数据方便快速地输入并完成 预测模拟计算，并在海域电子海图上可视化显示溢油可能的漂移轨迹、扩散范围、上岸时间地点等，有助于寻找确定油膜位置和动态，并及时调集应急队伍和清除设备到达适当的作业地点；

(2) 能够根据气象海况条件计算预测海上溢油在不同时刻的残余量、油膜厚度、密度、粘度、含水率、乳化率等溢油性质和状态变化情况，有助于选择最有效的控制清除方式；系统内配备有地理信息系统（GIS）技术，可以显示环境敏感区和应急人员设备的地理分布信息，有助于提前发出污染预警和进行应急部署。

2.2 技术特点

与国内其它同类研究和应用成果相比较，本系统主要有以下几个方面的技术特点：

(1) 系统内置有电子海图，并与三维“油粒子”理论计算模块相互嵌套，根 据用户指定的计算范围，系统能够自动生成不同密度的计算网格，这样可以提高计算精度；

(2) 用户既可以直接选用风场和潮流场的数据库文件，也可以根据观测资料实时生成潮流场和风场，地形水深情况可自动调用数据库，应急使用时简便迅速；

(3) 内置的地理信息系统（GIS）文件格式与常用的专业地理信息系统 ArcView相兼容，提高了系统的实用性和扩充性；

(4) 具备模拟采用不同清除方案（机械回收、喷洒消油剂等）时处理效果的功能，有助于处理方案和人员设备的优化配置；

(5) 具备模拟不同化学品污染物在水中的溶解扩散情况和沉降作用对海底底质污染程度的功能，可对各种化学品在海面、水中、海底的动态和分布全方位地进行计算显示； 具有文字、图形、图表的直接复制打印输出功能，方便编辑迅速形成技术报告。

3、应用案例

2001年8月7日中午12时左右，由于大雾能见度低，两艘货船在大连大窑湾航道上发生碰撞事故，其中一艘船的燃油舱破损，共有大约218t的船用0号轻柴油溢出到海面上。现应用上述系统预测模拟溢油的动态扩散和污染范围等信息。

3.1 风场情况

当时海面的风速在4－5 m/s，风向正北。

3.2 潮流情况

　　大连湾周围海域的潮汐为不正规半日潮（ M2分潮），涨潮为西－西南流，落潮为东－东北流，流速0.5－2.5节（1节＝0.5 m/s），涨潮流速略大于落潮流速。湾外特别是三山岛水道附近的流速较高，到湾内流速逐渐减弱。

3.3 计算网格

　　先大致选定计算范围，然后根据范围大小选择网格密度，系统会自动生成计算网格。此例中X、Y方向的网格密度选定为100×100，网格精度为50米。网格的地形和水深数据信息则调用数据库的资料，水陆边界自动加以区分，如图3所示。

3.4 环境敏感区

　　在大窑湾、大连湾北部、三山岛附近分布有养殖区，大连湾南部沿海为重要的旅游风景区，可通过地理信息系统功能直接添加并显示在电子海图上。在输入各种溢油参数，在界面上编辑生成上述风场、潮流场、计算网格等后，便可以进行预测计算，计算过程耗时5分钟。计算结果如溢油漂移路径、扩散范围和登陆情况等能够可视化动态显示。

　　根据计算结果和可视化动态显示，油膜在4－5m/s的北风和交替涨落潮的共同作用下，呈“之”字形轨迹快速漂移。同时油膜沿风向被逐渐拉伸，形成窄长的油带，漂移覆盖面积越来越大。由于涨潮流速略大于落潮流速，移动趋势偏向于西南方向，即逐渐向三山岛靠近。于事故发生后23小时左右漂移到大三山岛的东侧，油带被岛屿拦腰截断，下半部分在岛的北端和东岸登陆，上半部分随涨潮流漂过三山岛水道，2小时后在落潮时会污染岛的西岸，如图4所示。根据模拟预测结果与实际观测，辽宁海事局、大连港务局等有关部门迅速应急部署，组织人力物力重点设防，的确在事故发生后1天左右在三山岛附近海面围堵清除到了大量溢油，有效地降低了此次污染事故可能带来的损失。

4、结 语

　　溢油应急预报信息系统输入简便快捷、计算迅速准确、结果详实可视化，无论是理论技术性还是实际应用性均是比较先进的。已经在从事海上油田勘探开发如英国石油公司(BP)、壳牌(SHELL)等许多国际大石油公司的海上溢油应急决策和影响评价中得到了广泛的应用和检验。国内如辽宁海事局、厦门海事局、营口海事局、福州海事局等也已使用。不但能够为各港口和水域的污染事故应急计划和部署提供决策支持，提高应急反应效率，也可以广泛应用于海上溢油与化学品污染事故防治的其它领域，如污染事故风险与环境影响评价、应急反应计划的演习和人员培训、污染损害评估与索赔等。