一种模拟溢油风化对水质影响的实验系统与方法_2

文档序号:9430768阅读:来源:国知局
水深Hp,k、实验油品的粘度、密 度A3。,k及其常见油膜厚度Tp,k,按式-1计算出缩比仿真模拟中的实验油品添加重量WSp,k, 并可在需要时按式-2计算溢油分散剂(用量系数为Ad,m)的添加重量WDp,m,或按式-3计算 能仿真溢油分散剂效果的替代油品(水中溶解度为Sp,k,饱和系数为Ag,k)的添加重量WS'。, k,并自动计量和向实验水池输送实验油品。 阳030] WSe,k=ASeXA3e,kXTe,k式-1 阳0川WDe,m=Ad,mXWSe,k式_2 阳0巧WS'e,k=ASeXA3eXTe,k+Se,kXASeXHe,kXAs,k式_3
[0033] 所述水质取样分析模块包括对实验水体水质指标的取样分析单元和探测分析单 元,W及专用的缩比仿真效果判别模块,其中,取样分析单元带有专用输送计量累(8),自 实验水池自动计量抽取一定体积的水样并输送至储样瓶,经带至实验室采用标准方法分析 COD、BODs、含油量等水质指标,探测分析单元选用集水溫、盐度、pH、溶解氧、浊度、电导率检 测传感器及显示器为一体、经权威机构检测认证合格的多功能水质测试仪巧),在溢油风化 模拟实验期间,按照一定的时间间隔分析测试水质指标;缩比仿真效果判别模块根据水质 指标的实验浓度变幅(第k油种第j种水质指标第i时段实验浓度Ci, ,,k与其背景浓度c。, ,,k之差)、同类油品和环境条件下的真实溢油事故浓度变幅AC' 1,W(第r油种第j种水 质指标第i时段实测浓度与其背景浓度之差),第k油品风化实验水深Hp,k与真实环境水深 Hr的比值、第k油品风化实验油膜厚T度与其在真实环境中油膜厚度Tr的比值,按式-4 反推第k油种风化实验第i时段第j种水质指标浓度变幅调整因子Ml, ,,k,按式-5计算第 k油种风化实验第j种水质指标的平均缩比仿真比值在符合不失真判别准则的前 提下,按式-6将缩比仿真实验结果还原换算为适用环境的真实环境水质指标变幅A用于后续适用环境的溢油水质影响评估。
[0037] 该水质取样分析模块的缩比仿真效果判别模块根据判别风化实验中第j种水 质指标的缩比仿真不失真效果的判别准则为:1化含1:20为好;1:20>:^>1:200或 1:0.1>:^>1:0.5为较好;1:200>:^或而化巧有待优化。对于有待优化的水质指 标,有必要进行风化实验相关参数的优化W及重新开展实验,直到该水质指标的缩比仿真 不失真效果达到好或较好后,再将水质指标的实验成果还原换算为适用的真实环境中发生 同类溢油后一定时间段的浓度变幅,用于后续的溢油水质影响评估。
[0038] 所述溢油案例比对模块及数据库包括了溢油案例比对数据库、实验条件优化数据 库和相似比对检索优化模块(10),用于为油品及分散剂计量添加模块提供经相似比对检索 适宜的实验油品油膜厚度、水中溶解度及饱和系数等参数;为水质取样分析模块、水质评估 分析模块反推水质指标浓度变幅调整因子、计算缩比仿真比值、验证分析评估结果准确性 提供同类油品和环境条件下的真实溢油事故环境参数和水质浓度变幅、油膜厚度、面积等 参数;W及根据水质评估分析模块判别的缩比仿真不失真效果及其优化建议,更新和完善 实验条件优化数据库。
[0039] 所述适用区域匹配模块及数据库包括了溢油风化实验数据库、区域风险基础数据 库和实验适用匹配模块(11),用于为水质取样分析模块计算真实环境溢油(或溢油风险) 水质指标变幅、水质评估分析模块评估溢油对水质影响的程度和范围,提供经匹配适宜的 影响评估区域水深和溢油(或溢油风险)规模等参数,W及匹配的溢油风化实验数据;根据 水质取样分析模块提供的溢油风化对水质影响的缩比仿真实验结果更新和完善溢油风化 实验数据库。
[0040] 所述水质评估分析模块及数据库包括了实验数据换算校正模型及数据库和适用 区域影响评估模型及数据库(12),用于向溢油案例比对模块的相似比对检索优化模块提供 缩比仿真不失真效果及其优化建议;根据适用区域匹配模块提供的经匹配适宜的影响评估 区域溢油(或溢油风险)及环境状况和溢油风化实验数据,评估适用区域溢油不同阶段水 质浓度变幅的影响程度和面积,需要和可能时根据溢油案例比对模块提供的适宜溢油案例 信息对评估结果进行验证。
[0041] 该溢油风化对水质影响的模拟实验系统组成示意图,见图1所示。
[0042] 所述溢油案例比对模块中的溢油案例比对数据库包括溢油品种、粘度、密度、油膜 厚度及面积、泄漏量、泄漏时间、地点、环境条件(水深、水流、气溫、水溫、光照)、溢油分散 及回收处置情况、水质监测等数据;所述溢油案例比对模块中的实验条件优化数据库包括 溢油风化模拟实验的水深、油膜厚度、水流流速及波浪、水质、光照、水质指标浓度变幅调整 因子及其缩比仿真比值等;所述溢油案例比对模块中相似比对检索优化模块的检索优化方 法为:在溢油案例比对数据库中首先进行溢油风化实验油种与溢油案例油种及其粘度、密 度、油膜厚度的相似比对,检索出与实验油种较为相似的溢油案例,之后再进行溢油风化实 验条件与相似溢油案例环境条件的相似比对,检索出较为相似的溢油案例提取其水质监测 等真实数据,为后续水质取样分析模块判别缩比仿真效果,为后续水质评估分析模块判别 及优化缩比仿真效果、验证溢油对水质影响的评估分析结果提供依据,根据水质评估分析 模块提供的缩比仿真效果判别结果和优化建议,更新和完善实验条件优化数据库。该溢油 案例比对模块组成示意图,见图2所示。
[0043] 所述适用区域匹配模块中的溢油风化实验数据库包括风化实验的油品特性信息、 风化实验环境条件信息、分时段水质指标测试结果等数据;所述适用区域匹配模块中的区 域风险基础数据库包括区域溢油及其溢油风险的品种和规模、逐月气溫光照水溫水质水深 等基础数据;所述适用区域匹配模块中的实验适用匹配模块的匹配方法为:在溢油风化实 验数据库中首先进行溢油风化实验油种与区域溢油及其溢油风险的油种适宜匹配,检索出 油种及其粘度、密度、油膜厚度较为相似的溢油风化实验数据,之后再进行溢油风化实验与 区域环境条件的环境适宜匹配,挑选出与区域水流、气溫、水溫、光照、水质背景等综合匹配 的溢油风化实验数据,同时提取区域环境条件基础数据,为后续的水质取样分析模块将缩 比仿真实验结果还原换算为适用环境的真实水质指标浓度变幅,和水质评估分析模块进行 水质影响程度和范围的评估分析提供支持。该适用区域匹配模块组成示意图,见图3所示。
[0044] 所述水质评估分析模块中的实验数据换算校正模型的分析方法为:在溢油案例比 对模块和适用区域匹配模块运行的基础上,根据检索出的溢油案例水深和油膜厚度对风化 实验数据进行源项和水体容量的换算,W及不同水质指标浓度变幅调整因子的校正,进而 根据溢油案例和风化实验的水质监测结果估算缩比仿真比值,必要时给出溢油风化实验参 数优化W及重新开展实验的建议;所述水质评估分析模块中的适用区域影响评估模型的分 析方法为:在缩比仿真效果符合不失真判别准则的前提下,根据适用区域溢油或溢油风险 的油品种类、溢出规模、应急处置情况或能力、水质背景和水深,评估不同厚度油膜覆盖区 域面积、进入水体的溢油量及其不同时段水质浓度变幅,进而分析单因素水质指标及综合 指标影响的程度和面积。该水质评估分析模块流程示意图,见图4所示。 阳045] 所述水质评估分析模块的评估分析方法如下:
[0046] 第1步,实验数据换算校正模型根据检索出的溢油案例水深和油膜厚度对风化实 验水质浓度变幅进行源项和水体容量换算,具体步骤为:(1)获得溢油案例水域水质采样 点平均水深Hf和第k油种风化实验水深Hk: (2)获得溢油案例水域油膜厚度Tf和第k油 种风化实验油膜厚度T。,k: (3)获得第k油种风化实验第j种水质指标的背景浓度C。,,,k和 第i时段实验浓度Ci, ,,k; (4)按式-7获得经源项和水体容量换算的风化实验水质浓度变幅AC" i',.k。
[0047]
式-7
[0048] 第2步,实验数据换算校正模型根据检索出的溢油案例水质浓度变幅监测结果, 进行风化实验缩比仿真效果的判别及优化,具体步骤为:(1)获得溢油案例水域第j种水质 指标第i时段环境浓度变幅AC' 1, ,,f; (2)按式-8反推第k油种风化实验第i时段第j 种水质指标浓度变幅调整因子Ml, ,,k; (3)按式-5计算第k油种第j种水质指标的环境浓度 变幅与风化实验浓度变幅的平均缩比仿真比值(4)根据按式-9~式-11判别风 化实验中第j种水质指标的缩比仿真效果SSE,,k; (5)依据缩比仿真效果的判别结果,对于 有待优化的水质指标,提出水深、油膜厚度、水流条件、环境条件等风化实验相关条件的优 化W及选择更加适宜的实验时间和地点重新开展实验的建议,待缩比仿真效果达到(或非 常接近)好或较好后,再进行实验成果在溢油水质影响评估中的应用。
[0053] 第3步,适用区域影响评估模型根
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