[发明专利]一种海上溢油的三维模拟方法及装置

说明书

本发明提供了一种海上溢油的三维模拟方法及装置，涉及海洋环境科学技术领域，包括：获取海洋水深地形数据，构建风‑浪‑流耦合海洋学模型；构建2D油膜风化模型，对水面油膜的厚度和组分变化进行模拟；构建3D漂移扩散模型，对水下溢油的三维漂移扩散和所述水面油膜的二维漂移扩散进行一体化模拟计算；根据所述风‑浪‑流耦合海洋学模型、所述2D油膜风化模型和所述3D漂移扩散模型进行模型的嵌套模拟，实现对海上溢油的三维模拟。本发明通过构建准确的溢油模型，实现对溢油各个阶段的准确模拟，并基于模型嵌套模拟技术，既可提高溢油模型的模拟功能的全面性，又可将计算量集中于重要理化过程的模拟，兼顾了模型功能的全面性和模拟的高效性。

技术领域

本发明涉及海洋环境科学技术领域，具体而言，涉及一种海上溢油的三维模拟方法及装置。

背景技术

近年来，海上溢油污染已成为最为严重的海洋污染问题之一。突发性海上溢油事故以其不可预见性、极大的危害性、影响的长期性和处理的困难性成为海洋环境污染防治中首要难题。随着海上石油开采和海洋石油运输业的发展，油井溢流、油气集输管道破裂、井喷等意外事故，以及船舶碰撞、石油装卸污染等突发事件导致的海上溢油愈加频发，不仅造成巨大的经济损失，还严重威胁海洋生态环境和沿岸居民生产生活。

一旦发生海上溢油污染事故，不仅造成巨大的经济损失，使生态环境受到破坏，还会严重威胁人民群众生产和生活安全，影响社会稳定。当溢油污染事故突发时，通过对海上溢油状况进行准确模拟和预测，可对灾害救援起到参考作用，以最大限度地减小海洋溢油造成的损失和危害，是海洋与沿海经济可持续发展的必要条件之一。因此，为有效预防和治理溢油污染，促进沿海经济社会和谐发展，进行如何提高海上溢油模拟准确性的研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何有效提高海上溢油模拟的准确性，为达上述目的，第一方面，本发明提供了一种海上溢油的三维模拟方法，其包括：

获取海洋水深地形数据，构建风-浪-流耦合海洋学模型；

构建2D油膜风化模型，对水面油膜的厚度和组分变化进行模拟；

构建3D漂移扩散模型，对水下溢油的三维漂移扩散和所述水面油膜的二维漂移扩散进行一体化模拟计算；

根据所述风-浪-流耦合海洋学模型、所述2D油膜风化模型和所述3D漂移扩散模型进行3D/2D模型的嵌套模拟，实现对海上溢油的三维模拟。

进一步地，对水下溢油的三维漂移扩散和所述水面油膜的二维漂移扩散进行一体化模拟计算包括：

将所述3D漂移扩散模型的控制方程分解为质量守恒形式的对流项和扩散项；

分别求解所述对流项和所述扩散项进行所述一体化模拟计算。

进一步地，所述分别求解所述对流项和所述扩散项进行所述一体化模拟计算包括：

根据所述风-浪-流耦合海洋学模型确定油粒子的运动轨迹；

根据所述运动轨迹确定所述油粒子在t_n时刻的位置点；

确定所述位置点在t_n时刻的溢油浓度；

根据拉格朗日粒子漂移特性确定所述位置点在t_n+1时刻的溢油浓度，以求解所述对流项进行所述一体化模拟计算。

进一步地，所述根据所述风-浪-流耦合海洋学模型确定油粒子的运动轨迹包括：

根据所述风-浪-流耦合海洋学模型确定所述油粒子的初始位置和初始欧拉速度；

根据所述初始欧拉速度确定所述油粒子的初始拉格朗日速度；

根据所述初始拉格朗日速度确定所述油粒子在t_n时刻的拉格朗日速度；