[发明专利]一种基于围油栏的海上溢油运动轨迹预测方法

权利要求书

1.一种基于围油栏的海上溢油运动轨迹预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：建立海上溢油漂移扩散预测模型；

S200：获取溢油事故的发生位置、时间、油品、泄露量和泄露方式，并设定预测时长；

S300：根据溢油事故的发生位置和时间，获取对应时间内溢油事故所在海域的风场数据；

S400：根据溢油事故发生位置获取该位置所在海域的地形资料，并根据该地形资料建立该海域的非结构化三角网格；根据海潮模型，获取该海域的开边界水位时间序列；

S500：根据该海域的非结构化三角网格和开边界水位时间序列，使用环流数值模式对三维海流场进行预报；

S600：将溢油事故中泄露的油膜离散为N个占有泄露总量不同比重的油粒子，基于步骤S300得到的风场数据和步骤S500得到的三维海流场，利用步骤S100中所述的海上溢油漂移扩散预测模型，实现对所有油粒子在预测时长中得每个时刻的运移轨迹的动态预测；

S700：根据预测的运动轨迹来布放围油栏；

S800：根据所述海上溢油漂移扩散预测模型和布放的围油栏来计算溢油运动轨迹；

溢油运动轨迹中每个时刻油粒子的实际位置计算方法包括步骤一～步骤四：

步骤一：设定溢油发生位置为碰撞前一时刻的油粒子的实际位置；

步骤二：根据当前时刻的油粒子的实际位置和通过所述海上溢油漂移扩散预测模型计算的下一时刻油粒子的预测位置，针对围油栏的每个直线段判断其与当前时刻的实际位置与下一时刻的预测位置之间的连线是否相交，若相交，则设定下一时刻油粒子的实际位置为碰撞发生的位置，将碰撞前一时刻的油粒子的实际位置更新为当前时刻的油粒子的实际位置，否则，设定下一时刻油粒子的实际位置为下一时刻的预测位置；

步骤三，判断当前时刻油粒子的实际位置是否与围油栏所在位置重合，当重合时，进入步骤四；否则，返回步骤二；

步骤四：根据碰撞前一时刻和当前时刻油粒子的实际位置和通过所述海上溢油漂移扩散预测模型计算的下一时刻油粒子的预测位置，针对围油栏的每个直线段均分别判断其与所述碰撞前一时刻的实际位置与下一时刻的预测位置之间的连线和当前时刻的实际位置与下一时刻的预测位置之间的连线是否相交，根据判断结果确定下一时刻油粒子的实际位置，返回步骤三。

2.根据权利要求1所述的基于围油栏的海上溢油运动轨迹预测方法，其特征在于：步骤S100中所述海上溢油漂移扩散预测模型为：

油膜的运移过程中，设定油粒子在t时刻的矢量位置为则

其中，Δt为时间步长，为油粒子在t-Δt时的位置，为油粒子的平移速度，矢量分量表示为：

其中，u_w,v_w为海面(x,y)方向的风速，u_c,v_c为海流流速，a_w为风飘因子，a_c为表面流速对油粒子迁移的影响因子，M为漂移角矩阵，其中θ为漂移角度；

油膜的扩散过程中，油粒子水平方向的扩散距离如下：

其中，Δt为时间步长，D_x,D_y分别为(x,y)方向上的水平分散系数，γ为系数。

3.根据权利要求1所述的基于围油栏的海上溢油运动轨迹预测方法，其特征在于：步骤S500中所述三维海流场的预报过程如下：

(1)、基于目标海域的海岸线，利用SMS软件划定流场预测开边界，制作该海域的三角形网格，并将该海域的水深地形插值到三角形网格中；

(2)、基于OTPS海潮模型获取M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1和M4共9个主要分潮的信息，使用TMD工具包生成目标海域的开边界节点的水位时间序列；

(3)、利用海洋环流数值模式FVCOM的预处理工具，生成目标海域海流场模拟的初始场文件，之后运行FVCOM模式，输出溢油事故发生地点周围海域预测时长内的三维海流场。