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渤海海洋溢油数学模型：理论剖析与实践应用

一、引言

1.1研究背景与意义

渤海，作为中国最大的海湾之一，拥有独特且复杂的海洋环境，涵盖河道、河口、浅滩等多样地貌，是中国重要的海洋经济发展区。近年来，随着渤海地区石油化工产业的迅猛发展，油品化工生产量逐年攀升，海洋溢油事故的发生频率也呈上升趋势，给渤海的生态环境、海洋经济以及人类健康带来了严重威胁。

2011年6月发生的渤海蓬莱19-3油田溢油事故堪称典型案例。此次事故最初于6月4日被发现，美国康菲石油(中国)有限公司报告蓬莱19-3油田B平台东北方向海面出现不明来源少量油膜；17日，C平台及附近海域又惊现大量溢油。经鉴定，确认溢油源自蓬莱19-3油田。事故发生后，污染面积持续扩大，从最初声称的“只有200平方米”，迅速蔓延至840平方公里。国家海洋局组织全方位立体化海洋环境监视监测，发现此次溢油事故造成蓬莱19-3油田周边及其西北部面积约6200平方公里的海域海水污染（超第一类海水水质标准），其中870平方公里海水受到严重污染（超第四类海水水质标准），海水中石油类最高（站位）浓度超背景值53倍。不仅如此，海底沉积物也未能幸免，2011年6月下旬至7月底，沉积物污染面积达1600平方公里（超第一类海洋沉积物质量标准），其中严重污染面积为20平方公里（超第三类海洋沉积物质量标准）。海洋生物更是遭受重创，浮游生物种类和多样性明显降低，生物群落结构被破坏，浮游幼虫幼体密度在溢油后一个月内下降了69%，鱼卵和仔（稚）鱼的种类及密度大幅下降，底栖生物体内石油烃含量显著升高。此次事故的生态损害索赔中，康菲公司和中海油总计支付16.83亿元人民币，其中康菲公司出资10.9亿元人民币用于赔偿海洋生态损失，但即便如此，渤海的生态环境在短期内仍难以恢复到事故前的状态。

除了蓬莱19-3油田溢油事故，渤海海域还发生过其他多起溢油事件，如2018年1月15日的大面积原油泄漏事件，洒油面积超过100平方千米，给当地海洋生态环境造成严重危害。频繁发生的海洋溢油事故对渤海海洋生态环境的破坏愈发严重，防控溢油污染已刻不容缓。这些事故不仅会导致海水缺氧，致使浮游生物、鱼虾等大量死亡，还会使石油中的重金属、苯系物等有毒物质富集在海洋生物体内，对海洋动物和以此为食的其他生物造成毒害，甚至威胁到人类健康。同时，溢油事故对海洋渔业、旅游业等相关产业也会造成巨大的经济损失，严重影响地区经济的可持续发展。

面对日益严峻的渤海海洋溢油问题，传统的监测和应对手段往往难以满足实际需求。数学模型作为一种强大的工具，能够综合考虑海洋溢油过程中涉及的物理、化学、生物等多学科因素，对溢油的扩散、漂移、风化等行为进行定量描述和预测。通过建立渤海海洋溢油数学模型，可以在溢油事故发生前进行风险评估和预警，提前制定应对策略；在事故发生时，快速准确地预测溢油的扩散范围和影响程度，为应急决策提供科学依据，指导现场的溢油清理和救援工作，从而有效减少溢油事故对海洋环境和经济的损害。对于石油产业而言，准确的溢油数学模型有助于优化石油开采和运输方案，降低溢油风险，保障石油产业的可持续发展。因此，深入研究渤海海洋溢油数学模型的基本理论及其应用，对于渤海海洋环境保护和石油化工产业的可持续发展具有重要的现实意义和深远的战略意义。

1.2国内外研究现状

海洋溢油数学模型的研究最早可追溯到20世纪60年代，国外在此领域起步较早。1965年，Mackay等学者首次提出了基于物理过程的海洋溢油模型，开启了利用数学模型研究海洋溢油的先河。随后，在70-80年代，随着计算机技术的发展，更多复杂的溢油模型相继涌现，如美国国家海洋和大气管理局（NOAA）开发的ADIOS（ArealDispersantandOilSpillModel）模型，该模型能够模拟溢油在海洋中的扩散、漂移、蒸发、乳化等过程，为溢油应急响应提供了重要的技术支持，在许多国际重大溢油事故的应对中发挥了关键作用。90年代以后，国外的溢油模型研究更加注重多过程耦合和精细化模拟，将海洋动力学、热力学、化学等多学科知识融合到模型中，如挪威的OSISAF（OceanandSeaIceSatelliteApplicationFacility）溢油监测与预报系统，结合了卫星遥感数据和数值模型，实现了对溢油的实时监测和精准预报，大大提高了溢油预测的准确性和可靠性。

国内对海洋溢油数学模型的研究始于20世纪80年代，虽然起步相对较晚，但发展迅速。早期，国内主要是引进和消化国外的先进模型，如大连理工大学对国外的一