CN105181919A - 一种模拟溢油风化对水质影响的实验系统与方法 - Google Patents

Abstract

一种模拟溢油风化对水质影响的实验系统与方法。包括：缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置、溢油案例比对模块及数据库、适用区域匹配模块及数据库、水质评估分析模块，以及专用的实验方法，用于在缩比仿真环境中模拟溢油风化(包括溢油分散)对水质的影响，并将特定油品和缩比仿真环境条件下的实验结果还原换算为同类溢油在真实环境风化中造成的分阶段水质指标变幅及影响程度和范围。本发明为科学地认识溢油及其分散后的环境归宿与危害，开展溢油环境影响评价和环境风险评估，积极有效地采取污染防备、应急处置、环境修复对策措施提供实验技术支持。

Description

一种模拟溢油风化对水质影响的实验系统与方法

技术领域

本发明涉及一种模拟溢油风化对水质影响的实验系统与方法，属于环境保护及溢油环境影响实验及评价技术领域，它带有缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置、溢油案例比对模块及数据库、适用区域匹配模块及数据库、水质评估分析模块，能够在缩比仿真环境中模拟溢油风化(包括溢油分散)对水质的影响，并将特定油品和缩比仿真环境条件下的实验结果还原换算为同类溢油在真实环境风化中造成的分阶段水质指标浓度变幅及影响程度和范围，为科学地认识溢油及其分散后的环境归宿与危害，开展溢油环境影响评价和环境风险评估，积极有效地采取污染防备、应急处置、环境修复对策措施提供实验技术支持。

背景技术

随着全球经济持续快速发展，对能源的需求不断增加，沿海及内河、水上、水下及陆域溢油事故风险均明显加大，近些年国内外溢油污染事故呈现大规模频发态势，已引起世界各国的高度重视，大力加强了溢油风险防范和应急处置工作。

原油及其炼制产品种类繁多，其发生溢出事故进入环境的规模各异，受风、浪、流、光照、生物活动等多重因素的作用所经历的蒸发、光氧化、溶解、乳化、粘附于颗粒物沉降、微生物降解等风化过程随着环境条件的变化而千差万别。

为了科学地认识溢油的环境归宿与危害，积极有效地采取污染防备与应急处置对策措施，世界多国科学家持续开展了溢油风化和环境影响的研究、观测和实验，以便由此入手，了解各种风化过程和阶段对不同环境受体的危害，为防治污染对策提供有效依据，并根据溢油风化整体特征找到适合而系统的模型方法，统一应用于溢油模拟及应急处置决策，采用多学科方法来研究和预测溢油的环境归宿，分析和预警溢油的环境危害及影响。

李志军等人的《波浪作用下油脂冰内溢油行为物理模拟实验技术》一文，制作了一个长130cm，宽15cm，深50cm的玻璃水槽，置于控温精度较高的低温实验室内，玻璃水槽上面敞口，周边5面均加保温材料板。依靠由震荡台电机提供动力的契型块在水槽内的垂直运动造波，通过调节水深、电机运动频率及传动臂调节孔位置，变换波长和波高。(《大连海事大学学报》第23卷第4期)

赵云英等人的《波浪槽模拟海况检验消油剂的乳化性能》一文，提到了一个波浪槽试验装置，波浪槽为(0.8×1.0×15)m³，实际水深为0.5m，波高大约为0.38m。造波机由计算机控制，按一定频率形成波浪并且有破碎波的产生。破碎波的频率为10s。在波浪槽水面上根据需要布上一定厚度的油膜。采用波浪槽模拟海浪的运动状况，研究波浪对消油剂清除海面溢油的作用。(《海洋环境科学》第23卷第4期)

张秀芝等人在《海上溢油风化特性及化学分散剂效果的影响因素研究》一文中，提到一个模拟原油风化的装置，由波浪槽和围油栏组成，波浪槽系露天混凝土结构，25m(长)×0.6m(宽)×1.2m(高)，槽顶端安装造波机及控制器，首尾设消能坡，其上铺碎石及竹扫帚苗，波浪槽可以模拟30cm波高的波浪。(《海洋环境科学》第16卷第3期)

杨庆霄等人在《溢油的物理性质在模拟风化过程中的变化》一文提到一个风化模拟装置，其处于一间蔽光的暗室内，风化槽中加入自来水，经恒温槽恒温的水由循环泵经进水管打入风化槽中。多余的水经回水管再流入恒温槽。回水管高度为控制风化槽水位的高度。油样品放在装满海水约5L的生物培养缸中。培养缸放在风化槽的中部。用温度计可随时观察到风化槽内的水温。电风扇和灯光分别模拟自然条件下的风和太阳光。照明用6×40w日光灯，每边三个，以保证足够的照度。(《海洋环境科学》第8卷第3期)

于顺、安伟等人发明的《一种模拟海上溢油性质变化试验装置》(CN2008102113352)涉及海洋环境模拟装置，包括底部设有水槽支架、顶部设有风罩的条状水槽，水槽与造波机连通，风罩与带风机箱的通风管道连通，水槽的四个侧壁外表面均设有空气幕围挡，集造波、生风、升降温、保温功能于一体，集成的数控系统，用于近似地模拟海上溢油的性质变化。

吴海涛、乔冰等人发明的《海上溢油风化模拟系统》(CN2009101056450)在溢油池中安装了由拨水板以及侧面推进器组成的水流模拟装置，通过控制器调节压缩空气推进气缸，带动拨水板在溢油池内做周期性的往复运动，以及推动侧面推进器有规律地从外部拍打溢油池壁，使水面产生纵向的流动和横向的波浪。

包木太、沈田田等人发明的《一种海底溢油行为归宿的实验模拟装置》(CN2014104881817)包括两个圆柱形模拟海水容器、安装于容器底部的原油、溢油分散剂锥形喷嘴，原油、溢油分散剂储罐、恒温控制循环水装置、紫外荧光照相系统，用于模拟海底溢油的行为归宿。

李昊、孙宝江等人发明的《一种模拟深水区水下溢油的装置与方法》(CN2014105595831)包括压力控制系统、混合注入系统、实验模型系统和给排水系统；可模拟不同压强、温度、喷射速度等深水环境下油气行为归宿，实现较高精度的参数测量。

安伟、钱国栋等人发明的《水下溢油模拟试验装置及其操作方法》(CN2015100436301)在试验水槽外部一侧设有试验水配制水槽，另一侧外部设有水下注油单元轨道、水下注油单元和电控柜，集试验水配制和多种变化的注油条件等功能于一体，并配有PLC控制系统，更为近似地模拟水下溢油的实际状况。

现有的一些其他的海洋环境模拟试验模型如CN200975971Y，CN2252989Y以及CN2421640Y所揭示。

上述有关海上溢油风化模拟试验的论文和专利缺乏能够模拟溢油风化对水质影响的实验系统，而主要聚焦于：

1.模拟水流和波浪的试验装置；

2.对水面和海底溢油行为的物理模拟；

3.波浪对化学分散剂清油作用及效果的测试；

4.溢油的物理性质在模拟风化过程中的变化。

尽管李思源等人曾分析了利用上述《海上溢油风化模拟系统》(CN2009101056450)进行溢油风化模拟时的海水水质变化(《海上污染防治及应急技术研讨会论文集》，中国环境科学出版社，2009：261-266)，但由于缺乏对真实溢油的缩比仿真分析，其结果难以说明溢油在真实环境条件下的水质影响，无法定量预测溢油的环境风险。

有关模拟海洋环境进行腐蚀试验的专利还存在下述一些不足：

1.均是室内模拟，对光照、降雨等自然条件考虑不足；

2.都是用造波机造浪，不能模拟海洋中海水的环流、湍流等；

3.未能较真实地模拟海洋环境中不同深度海水运动的变化等。

发明内容

(1)发明目的

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种模拟溢油风化对水质影响的实验系统与方法，开创一种能在仿真缩比环境中模拟溢油风化(包括化学分散)对水质的影响，并将特定油品和缩比环境条件下的实验结果还原换算为同类溢油在真实环境风化中造成的分阶段水质指标变幅及影响程度和范围的完整实验系统与专用实验方法，为科学地认识溢油及其分散后的环境归宿与危害，开展溢油环境影响评价和环境风险评估，积极有效地采取污染防备、应急处置、环境修复对策措施提供实验技术支持。

(2)技术方案

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种溢油风化对水质影响的缩比仿真与还原分析的完整实验系统与方法，其包括缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置(含溢油风化模拟装置、油品及分散剂计量添加模块、水质取样分析模块)、溢油案例比对模块及数据库、适用区域匹配模块及数据库、和水质评估分析模块、专用实验方法。其中，所述的溢油风化模拟装置包括安装于室外可借助自然环境条件的拼接式圆柱形水池框架(1)、多契型推水板(2)、水池圆心轴固定杆(3)、圆柱形整体外包橡胶水池(4)、水池顶部滑轨及配有拖带固定器的电动滑轮(5)、电动滑轮速度频率控制器(6)，该多契型推水板设置在圆柱形实验水池内，中心套在水池圆心轴固定杆上，两端连接水池顶部滑轨上的电动滑轮拖带固定器。当该电动滑轮在水池顶部滑轨上往复滑动，与其配有的拖带固定器相连的多契型推水板就会在水池内部做正向或反向圆周运动，带动水体接近于实际海况地流动及形成一定的波浪(契型板上宽下窄，其带动水流流速随深度增加而递减与真实情况相似)。

所述的油品及分散剂计量添加模块带有专用输送计量泵(7)和专用的计量添加计算模块，可根据溢油风化模拟装置的水体表面积AS_e及试验水深H_e，k、实验油品的粘度、密度A3_e，k及其常见油膜厚度T_e，k，按式-1计算出缩比仿真模拟中的实验油品添加重量WS_e，k，并可在需要时按式-2计算溢油分散剂(用量系数为A_d，m)的添加重量WD_e，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S_e，k，饱和系数为A_s，k)的添加重量WS′_e，k，并自动计量和向实验水池输送实验油品。

WS_e，k＝AS_e×A3_e，k×T_e，k式-1

WD_e，m＝A_d，m×WS_e，k式-2

WS′_e，k＝AS_e×A3_e×T_e，k+S_e，k×AS_e×H_e，k×A_s，k式-3

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，以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泵(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、BOD₅、含油量等水质指标，探测分析单元选用集水温、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(9)，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C_i，j，k与其背景浓度C_0，j，k之差)、同类油品和环境条件下的真实溢油事故浓度变幅ΔC′_i，j，r(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H_e，k与真实环境水深H_r的比值、第k油品风化实验油膜厚T_e，k度与其在真实环境中油膜厚度T_r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M_i，j，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ΔC_i，j，r，用于后续适用环境的溢油水质影响评估。

$M_{i,j,k}=\frac{{\mathrm{\ΔC}}_{i,j,r}^{\′}\×T_{e,k}/T_r}{(C_{i,j,k}-C_{0,j,k})\×H_{e,k}/H_r}$ 式-4

$\stackrel{\‾}{K_{j,k}}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^i{\mathrm{\ΔC}}_{i,j,r}^{\′}}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^i(C_{i,j,k}-C_{0,j,k})}$ 式-5

${\mathrm{\ΔC}}_{i,j,r}=\frac{M_{i,j,k}\×(C_{i,j,k}-C_{0,j,k})\×H_{e,k}/H_r}{T_{e,k}/T_{\text{r}}}$ 式-6

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：为好； $1:20>\stackrel{\‾}{K_{j,k}}\≥1:200$ 或 $1:0.1>\stackrel{\‾}{K_{j,k}}\≥1:0.5$ 为较好； $1:200>\stackrel{\‾}{K_{j,k}}$ 或 $\stackrel{\‾}{K_{j,k}}\≥1:0.1$ 为有待优化。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以及重新开展实验，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。

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；以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。

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，以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。

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。

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。

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、气温、水温、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。

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、逐月气温光照水温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、气温、水温、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。

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，以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以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。

所述水质评估分析模块的评估分析方法如下：

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H_r和第k油种风化实验水深H_e，k：(2)获得溢油案例水域油膜厚度T_r和第k油种风化实验油膜厚度T_e，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_0，j，k和第i时段实验浓度C_i，j，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ΔC″_i，j，k。

${\mathrm{\ΔC}}_{i,j,k}^{\′\′}=\frac{(C_{i,j,k}-C_{0,j,k})\×H_{e,k}/H_r}{T_{e,k}/T_r}$ 式-7

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ΔC′_i，j，r；(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M_i，j，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_j，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以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。

$M_{i,j,k}=\frac{{\mathrm{\ΔC}}_{i,j,k}^{\′}}{{\mathrm{\ΔC}}_{i,j,k}^{\′}}$ 式-8

SSE_j，k＝好，当 $1:0.5>\stackrel{\‾}{K_{j,k}}\≥1:20$ 式-9

SSE_j，k＝较好，当 $1:20>\stackrel{\‾}{K_{j,k}}\≥1:200$ 或 $1:0.1>\stackrel{\‾}{K_{j,k}}\≥1:0.5$ 式-11

SSE_j，k＝有待优化，当 $1:200>\stackrel{\‾}{K_{j,k}}$ 或 $\stackrel{\‾}{K_{j,k}}\≥1:0.1$ 式-12

第3步，适用区域影响评估模型根据适用区域匹配模块提取的风化实验数据和待评估区域的相关数据，进行溢油水质影响程度的评估，具体步骤为：(1)获得待评估区域平均水深H_r和第k匹配油种风化实验水深H_e，k：(2)获得待评估区域溢油(或溢油风险)的油膜厚度T_r和第k匹配油种风化实验油膜厚度T_e，k：(3)获得待评估区域第j种水质指标的本底浓度C′_0，j，C′_0，DO，第k匹配油种风化实验第j种水质指标的本底浓度C_0，j，k和第i时段实验浓度C_i，j，k；(4)按式-6计算待评估区域第j种水质指标第i时段环境浓度变幅ΔC′_i，j，r；(5)按式-13估算采用第k匹配油种风化实验第j种水质指标第i时段测试数据评估真实环境水质影响的缩比仿真比值K_i，j，k；(6)参考式-9～式-11说明该第k匹配油种第j种水质指标第i时段测试数据用于真实环境水质影响评估的缩比仿真效果，必要时更换匹配油种或优化改进风化实验；(7)根据第j种水质指标的第n类水质标准值S_j，n，S_DO，n，以及DO饱和浓度C_sat(取8mg/L)，按式-14和式-15计算第i时段单因素水质指标P_i，j，n，P_i，DO，n；(8)按式-16估算待评估区域溢油(或溢油风险)第i时段第n类的综合水质指标WQI_i，n。

K_i，j，k＝M_i，j，k×H_e，k/H_r×T_r/T_e，k式-13

P_i，j，n＝(C′_0，j+ΔC′_i，j，k)/S_j，n式-14

$P_{i,\mathrm{DO},n}=\frac{C_{\mathrm{sat}}-(C_{0,\mathrm{DO}}^{\′}+{\mathrm{\ΔC}}_{i,\mathrm{DO},k}^{\′})}{C_{\mathrm{sat}}-S_{\mathrm{DO},n}}$ 式-15

${\mathrm{WQI}}_{i,n}=\frac{1}{m+1}({\mathrm{\Σ}}_{j=1}^m{P}_{i,j,n}+P_{i,\mathrm{DO},n})$ 式-16

第4步，适用区域影响评估模型根据适用区域匹配模块提取的风化实验数据和待评估区域的相关数据，进行分阶段溢油水质影响超标面积的评估，具体步骤为：(1)获得待评估区域第j时段溢油(或溢油风险)的溢出规模及油品密度A3_r；(2)获得待评估油种重度、中度、轻度污染区油膜厚度调整因子C1_r、C2_r、C3_r，以及其他污染区油膜厚度调整因子C4_r；(3)按式-17计算待评估区域溢油(或溢油风险)油膜在第i时段的覆盖面积(4)根据风化实验结果按第3步(4)计算第k油种第i时段水中含油量浓度变幅ΔC′_i，oil，k；(5)获得待评估区域第i时段溢油回收量(或风险溢油预期回收量)(6)按式-18估算待评估区域第i时段进入水体溢油的重量(7)按式-19估算溢油在第i时段对非封闭水域水质造成超第n类水质标准的影响区域面积式中F_i，k为第k匹配油种第i时段水质影响系数。

${\mathrm{AP}}_{{r\_\mathrm{slick}}_i}=W_{{r\_\mathrm{spill}}_i}/{A3}_r/\left[T_r({C1}_r+{C2}_r+{C3}_r+{C4}_r)\right]$ 式-17

$W_{{r\_\mathrm{dspsnd}}_i}=\max \left\{\begin{array}{c}\max \left\{{\mathrm{\ΔC}}_{i,\mathrm{oil},k}^{\′}\right\}\×{\mathrm{AP}}_{{r\_\mathrm{slick}}_i}\×H_r,\\ \left(W_{{r\_\mathrm{spill}}_i-}{W}_{{r\_\mathrm{recover}}_i}\right)\end{array}\right\}$ 式-18

${\mathrm{AP}}_{{r\_\mathrm{dspsnd}}_{i,n}}=W_{{r\_\mathrm{dspsnd}}_i}/H_r/(S_{\mathrm{oil},n}-C_{0,\mathrm{oil}}^{\′})\×F_{i,k}$ 式-19

(3)优点和功效

本发明的优点是系统化地创建了溢油风化水质影响模拟及评估实验系统与方法，包括：溢油风化模拟装置、油品及分散剂计量添加模块、水质取样分析模块、溢油案例比对模块、适用区域匹配模块和水质评估分析模块及数据库与专用的实验方法，用于在缩比仿真环境中模拟溢油风化(包括溢油分散)对水质的影响，并将特定油品和缩比仿真环境条件下的分阶段实验结果还原换算为同类溢油在真实环境风化中造成的水质指标浓度变幅，以及综合分析评估溢油的影响程度和面积。实验油品主要包括：柴油、燃料油、原油、添加了溢油分散剂的原油及燃料油等，缩比仿真的风化影响区域可以是实验地点、时间、环境条件相同或相似的海洋、河口、河流及湖泊，水质指标主要为溶解氧、COD、BOD₅、含油量等，水质影响评价指标包括溢油后分阶段的污染物水中浓度、综合指数、超标倍数及面积、油膜覆盖面积等。本发明为科学地认识溢油及其分散后的环境归宿与危害，开展溢油环境影响评价和环境风险评估，积极有效地采取污染防备、应急处置、环境修复对策措施提供实验技术支持。

本发明针对溢油量、水面油膜、水深、水流及波浪、自然光照等风化条件、溢油风化及分散的水质浓度变化等影响因素，创建了模拟实验装置集成系统及其专用的实验方法，以及缩比仿真定量换算与水质影响评估模型系统及其专用的分析评估方法，弥补了难以利用溢油风化实验结果准确反映溢油风化对真实环境水质影响的缺憾，填补了溢油风化缩比仿真实验及其水质影响评估方法的空白。

附图说明

图1：溢油风化对水质影响的模拟实验系统组成示意图；

图2：溢油案例比对模块组成示意图；

图3：适用区域匹配模块组成示意图；

图4：水质评估分析模块流程示意图；

图5：阿曼原油水质影响模拟动态分布图(现场油膜厚度取0.1cm)；

图6：阿曼原油水质影响模拟动态分布图(现场油膜厚度取0.8cm)；

图7：文昌原油水质影响模拟动态分布图(现场油膜厚度取0.1cm)；

图8：文昌原油水质影响模拟动态分布图(现场油膜厚度取0.8cm)；

图9：大连“7.16”溢油事故当年和次年黄渤海新增污染面积影响模拟结果与实测结果对比图。

图中序号说明如下：

具体实施方式

本发明一种模拟溢油风化对水质影响的实验系统与方法。包括：溢油风化模拟装置、油品及分散剂计量添加模块、水质取样分析模块、溢油案例比对模块、适用区域匹配模块和水质评估分析模块及数据库与专用的实验方法，它们相互之间的关系是：油品及分散剂计量添加模块根据油品特性及油膜厚度特性、被分散剂分散特性，向溢油风化模拟装置计量添加适宜的油品以及需要时添加溢油分散剂，水质取样分析模块定时探测溢油风化模拟装置内的实验水体水质指标或定量取样分析相关指标，风化实验水质测试结果既可以用于与溢油案例比对模块及数据库的比对，提取溢油案例相关信息，经判别缩比仿真效果符合不失真准则时，还原换算为待模拟真实水域溢油后的水质浓度变幅，也可以将测试和比对结果共同输入水质评估分析模块，反推水质指标浓度变幅调整因子，以及根据缩比仿真效果提出优化风化实验条件、改进缩比仿真效果的建议，还可以用于与适用区域匹配模块及数据库的适宜匹配，提取区域溢油及溢油风险基础信息和适用油品风化实验信息，共同输入水质评估分析模块，评估溢油对单因素水质指标(溶解氧、COD、BOD₅、含油量等)和综合水质指标分阶段的影响程度和范围，为科学地认识溢油及其分散后的环境归宿与危害，开展溢油环境影响评价和环境风险评估，积极有效地采取污染防备、应急处置、环境修复对策措施提供实验技术支持。

溢油风化模拟装置的圆形实验水池采用硬质材质拼接框架(不锈钢管+硬质塑料底部、顶部四通连接器)及整体外包橡胶制作，直径4.37m，高度1.2m，框架的圆心处带有高度约1.3m的固定杆，多契型推水板采用PVC板制作，高度0.9m(距池底约0.05m，水深约1m)，近水面端长度4.37m，沿两端并每隔0.54m以约80°角度至近池底端削空，呈八个连为一体的契型，中心套在固定杆托架上，两端连接于圆形水池框架顶部滑轨上的电动滑轮拖带连接器上。电动滑轮在速度和频率控制器的控制下，按40s的周期和0.2m/s的速度往复转动，与之相连的多契型推水板在水池内部依次做正向10s圆周运动、静止10s、反向10s圆周运动、再静止10s，带动水体形成一定起伏的流速及波浪，水流流速随深度的增加而递减，流速范围0～0.3m/s，平均流速约0.05m/s。

所述的油品及分散剂计量添加模块根据溢油风化模拟装置的水体表面积及水深、实验油品的粘度、密度、常见油膜厚度以及添加溢油分散剂后的溢油形态(选择柴油为替代油品)，按式-1计算3种油品(燃料油、阿曼原油、文昌原油)及按式-3计算1种替代油品(柴油)的缩比仿真风化实验添加重量，并分别计量添加至实验水池。水质取样分析模块的探测分析单元采用美国sensionTM156便携式多参数测量仪现场检测实验水体的水温、溶解氧(DO)等指标，取样分析单元采用专用输送计量泵从实验水池自动计量抽取一定体积水样并输送至储样瓶，在实验室采用红外光度法、碱性高锰酸钾法、生化培养法分别测定采集水样中的含油量、化学耗氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD₅)等水质指标，用于后续水质影响分析以及模拟仿真效果优化。溢油风化实验的油品重量、油膜厚度、环境条件、水质指标背景值及其在溢油风化8hr、48～168hr期间平均浓度值如表1所示。

表1溢油风化实验的油品重量、油膜厚度、环境条件和水质状况

以2002年11月23日发生于渤海湾的“塔斯曼海”轮溢油事故作为溢油案例，泄漏油品为轻质原油，20℃以下密度为889.0kg/m³，油膜厚度较薄(取0.01cm)，平均水深较浅(取15m)，平均水流流速约0.06m/s，气温0～5℃，水温约5～10℃，水质指标DO、COD、含油量的环境背景值分别为9.03mg/L、0.99mg/L、0.053mg/L，48～168hr风化时段的实测浓度平均值分别为7.25、1.72、0.114mg/L。

缩比仿真效果判别模块向水质取样分析模块输入“塔斯曼海”溢油案例海域48～168hr风化时段DO、COD、含油量的平均环境浓度变幅(分别为-1.78、0.73、0.061mg/L)，经水质取样分析模块分析测试获得的相同风化时段柴油风化实验DO、COD、BOD₅、含油量的平均测试浓度变幅分别为-2.61、8.24、5.20、14.65mg/L，经采用式-4反推的DO、COD、含油量浓度变幅调整因子分别为265.94、34.55、1.62，采用式-5估算的DO、COD、含油量环境浓度与风化实验浓度的平均缩比仿真比值分别为1∶1.5、1∶11.3、1∶240.2，依据缩比仿真效果判别准则，DO、COD的缩比仿真效果为好，含油量缩比仿真效果为有待优化(接近于较好)，通过适当减少风化实验油膜厚度，可显著提高其缩比仿真效果。

以2010年7月16日大连“7.16”溢油事故作为水质影响评估实例，泄漏油品为重质原油，油膜厚度较厚(取0.1～0.8cm)，在喷洒了溢油分散剂后，油膜厚度明显变薄(取0～0.01cm)，重污染区平均水深较浅(取10m)，最大水流流速约0.3m/s，气温25℃，水温约21℃，DO、COD、含油量环境背景值分别为7.80、1.01、0.032mg/L，溢出后8hr7个水质采样点中除1个点符合海水水质二级标准外，其他6个点均超过海水水质二极标准，石油类最大值超标16.5倍，溢油面积达到50到60平方公里。

经水质评估分析模块计算，采用两种原油风化实验DO、COD、BOD₅、含油量的平均测试浓度变幅，当调整因子分别取5、8、4、1时，采用式-6以及式-14、式-15计算的8hr风化时段单因子水质指标分别介于-0.1～0.1、0～1.3、0.5～1.0、2.4～17.2，采用式-11计算的综合水质指标分别介于1.4～4.5，据此评估的石油类和综合水质指标超标状况与上述现场实测结果吻合。进一步使用8～120hr期间的6个风化时段测试结果进行溢油对水质影响的评估分析，DO、COD、BOD₅、含油量的单因子水质指标分别介于-0.1～1.5、0～1.4、0.1～1.2、1.2～27.9，综合水质指标分别介于0.6～7.8，采用式-5估算的各水质指标缩比仿真比值分别介于1∶6.1～1∶0.7、1∶3.8～1∶0.4、1∶7.7～1∶0.9、1∶30.7～1∶3.5，采用式-9～式-12判别，上述比值大多位于缩比仿真效果好的判别区间，其余位于缩比仿真效果较好的判别区间，达到了不失真缩比仿真的效果。因此，可以采用不同油品(阿曼原油和文昌原油)和不同现场油膜厚度(0.1cm和0.8cm)模拟评估大连“7.16”溢油不同风化时段对不同水质指标动态分布的影响，相应的动态分布图详见图5～图8。

采用溢油案例比对模块、适用区域匹配模块和和水质评估分析模块及数据库可进一步综合分析评估大连“7.16”溢油事故在事故当年(2010年)和次年的水质环境影响，并对评估结果进行验证。具体评估、验证内容如下：

(1)该起溢油事故造成港区附近水域约50km²的海面污染，其中重度污染区约10km²，最厚油层厚度达30cm[吴伟红等人《溢油事故对沿海城市旅游业影响的研究——以2010年大连新港“7.16”溢油事故为例》，EcologicalEconomy，2012，02：183-186]，经统计的污染海域面积达1118km²[李楠等人《大连新港石油管道爆炸溢油对保护区影响跟踪评价》，河北渔业，2012，05：14-24]，中国海监船2010年7月19日13时30分的监测结果显示，受污染海域约430平方公里，《2011年中国海洋环境状况公报》显示，与2009年相比，2010年和2011年渤海和黄海海域超二、三、四类标准水域合计面积分别增加10470km²和10080km²，其中，渤海分别增加4420km²和4370km²，黄海分别增加6050km²和5710km²。

(2)根据国家海洋局对2011年6月蓬莱19-3油田溢油事故的监测[http：//news.xinhuanet.com/fortune/2011-07/05/c_121626131_2.htm]，该溢油事故已形成劣四类海水面积840km²。因此，大连“7.16”溢油事故2011年的实测影响面积应扣除蓬莱19-3油田溢油事故的影响面积，包括840km²劣四类海水面积(渤海)和1660km²超二类海水水质面积(设定渤海占30％、黄海占70％)。扣除蓬莱19-3油田溢油事故影响面积后的2011年超标水域合计增加面积为：渤海3032km²，黄海4548km²。

(3)设定溢油密度按856kg/m³，中度和轻度污染区各20km²，油膜厚度按0.3cm计，重度、中度、轻度、其他污染区油膜厚度调整因子分别按0.67、0.1、0.033、0.0022cm计，其他污染区面积按1068km²计，则按式-17估算的重度、中度、轻度、其他污染区溢油量分别约1.712、0.514、0.171、0.603万吨，合计溢油量约3.0万吨。根据温艳萍和吴传雯的调查(《大连新港“7.16溢油事故”直接经济损失评估》，中国渔业经济，2013(4)：91-96)，溢油事故期间利用渔船收油约57.222万桶，每桶收油奖励300元，每桶收油量按20升计，合计收油量约9796吨，再加上其他溢油回收量2618吨，总计回收溢油12414吨，其余约17586吨溢油有可能进入水体。若渤海和黄海的平均水深分别取18m和44米，受影响水体体积分别占22％和78％，水中含油量本底值按0.032mg/L计，2010年和2011年的溢油水质影响系数分别取1.00和0.75，水中含油量超二、三、四类海水水质标准(0.05、0.3、0.5mg/L)面积各占1/3，则按式-18～式-19计算的超二类海水水质标准(0.05mg/L)的海域面积2010年约10644km²(其中渤海4344km²，黄海6300km²)，2011年约10116km²(其中渤海3258km²，黄海4725km²)，与2010、2011年黄渤海实测新增污染面积(扣除蓬莱19-3油田溢油事故污染面积)基本一致，进一步证实了本发明模拟溢油风化对水质影响的实验系统具有可实用性和准确性。大连“7.16”溢油事故当年和次年黄渤海新增污染面积影响模拟结果与实测结果对比图详见图9。

Claims (6)

1.一种模拟溢油风化对水质影响的实验系统与方法，其特征在于提供一种溢油风化对水质影响的缩比仿真与真实还原分析的完整实验系统与方法，其组成包括缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置(含溢油风化模拟装置、油品及分散剂计量添加模块、水质取样分析模块)、溢油案例比对模块及数据库、适用区域匹配模块及数据库、水质评估分析模块、专用实验方法，它们的主要构成及其联接关系如下：

第1.1溢油风化模拟装置包括安装于室外的拼接式圆柱形水池框架、多契型推水板、水池圆心轴固定杆、圆柱形整体外包橡胶水池、水池顶部滑轨及配有拖带固定器的电动滑轮、电动滑轮速度频率控制器，油品及分散剂计量添加模块配有专用输送计量泵以及专用的计量添加计算模块，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，以及专用的缩比仿真效果判别模块，该取样分析单元带有专用输送计量泵。溢油风化模拟装置+油品及分散剂计量添加模块+水质取样分析模块即形成了对溢油量、水面油膜、水深、水流及波浪、自然光照等风化条件、溢油风化及分散的水质浓度变化等影响因素进行缩比仿真的实验装置。

第1.2溢油案例比对模块及数据库包括溢油案例数据库、实验条件优化数据库和相似比对检索优化模块，可检索出与风化实验油种和环境条件较为相似的溢油案例及提取其水质监测等真实数据，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；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。

第1.3适用区域匹配模块及数据库包括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，可检索出与区域溢油及其溢油风险的油种、区域水流、气温、水温、光照、水质背景综合匹配的溢油风化实验数据及提取区域环境条件基础数据，用于为水质取样分析模块计算真实环境溢油(或溢油风险)水质指标浓度变幅、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，以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。

第1.4水质评估分析模块及数据库包括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，形成了估算风化实验水质指标浓度变幅调整因子和缩比仿真比值、评估区域溢油或溢油风险油膜覆盖区域范围和进入水体的溢油量及其不同时段水质指标浓度变幅、单因素指标及综合指标影响程度和面积的水质影响评估模型系统。

2.采用权利要求1所述的实验系统与方法，其特征在于具体实验方法如下：

第2.1根据实验环境的需要选择合适的实验地点和时间，架设特制的露天溢油风化模拟装置，定量添加所需要的实验用水(海水、河水或配水等)，采用水质取样分析模块分析测试实验用水水质指标的环境背景值。

第2.2根据溢油风化模拟装置的水体表面积及水深、实验油品的粘度、密度及其常见油膜厚度，采用油品及分散剂计量添加模块计算溢油风化模拟实验需要添加的油品体积和重量，自动计量和添加实验油品以及需要时的溢油分散剂。

第2.3启动溢油风化模拟装置的水流模拟推水系统，根据需要设定推水板往复移动速度及间歇时间，在缩比仿真环境中模拟溢油的风化过程(包括添加溢油分散剂时的分散作用)以及对水质的影响，同时采用水质取样分析模块按照一定的时间间隔分析测试水质指标。

第2.4采用溢油案例比对模块及数据库，检索出与实验油种和溢油风化实验条件较为相似的溢油案例，提取其水质监测等真实数据。

第2.5采用水质评估分析模块的实验数据换算校正模型及数据库，根据第2.4步骤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，以及不同水质指标浓度变幅调整因子的反推或校正，判别溢油风化实验缩比仿真效果，必要时更换溢油案例或调整实验参数，重复上述相应的实验步骤，优化缩比仿真效果。

第2.6采用适用区域匹配模块及数据库，检索出与区域溢油(或溢油风险)的油种和环境条件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，以及真实溢油或溢油风险评估相关数据。

第2.7采用水质评估分析模块的适用区域影响评估模型及数据库，利用第2.6步骤检索出的溢油风化实验数据以及区域环境条件等数据，首先判别溢油风化实验的仿真模拟效果，在符合不失真判别准则的前提下，评估适用区域溢油或溢油风险对环境水质的单因素指标及综合指标的影响，包括影响的程度、面积、持续时间等，如果有可利用的真实溢油相关数据，则对评估结果的准确性进行验证，进一步保证评估结果的可靠性。

第2.8水质取样分析模块的缩比仿真效果判别模块采用与第2.5相同的方法反推水质指标浓度变幅调整因子和判别溢油风化实验缩比仿真效果，并在达到不失真缩比仿真效果时，将水质浓度变幅的实验结果还原换算为适用区域溢油后真实环境的水质浓度变幅。

第2.9溢油风化模拟达到预定结束时间，完成最后一次水质指标分析测试及必要的重复实验后，关闭各实验模块电源，采用小型收油机回收实验用油，请有资质的处理机构抽走实验水池内含油废水，对拆卸后的溢油风化模拟装置进行专业清洗，晾干后储存备用。

3.根据权利要求2所述的实验系统与方法，其特征在于，第2.4所述的溢油案例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、气温、水温、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相似比对检索优化方法为：

第3.1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；

第3.2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；

第3.3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。

4.根据权利要求2所述的实验系统与方法，其特征还在于，第2.5所述水质评估分析模块的实验数据换算校正模型用于判别溢油风化实验缩比仿真效果的具体分析方法如下：

第4.1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，换算公式为：

${\mathrm{\ΔC}}_{i,j,k}^{\′\′}=\frac{(C_{i,j,k}-C_{0,j,k})\×H_{e,k}/H_r}{T_{e,k}/T_r}$

这里，ΔC″_i，j，k为经源项和水体容量换算的风化实验水质浓度变幅；H_r为溢油案例水域水质采样点平均水深；H_e，k为第k油种风化实验水深；T_r为溢油案例水域油膜厚度；T_e，k为第k油种风化实验油膜厚度；C_0，j，k为第k油种风化实验第j种水质指标的本底浓度；C_i，j，k为第i时段第j种水质指标的实验浓度。

第4.2根据检索出的溢油案例水质浓度变幅监测结果，反推水质指标的浓度变幅调整因子和平均缩比仿真比值，反推公式为：

$M_{i,j,k}=\frac{{\mathrm{\ΔC}}_{i,j,k}^{\′}}{{\mathrm{\ΔC}}_{i,j,k}^{\′\′}}$

$\stackrel{\‾}{K_{j,k}}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^i{\mathrm{\ΔC}}_{i,j,k}^{\′}}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^i(C_{i,j,k}-C_{0,j,k})}$

这里，M_i，j，k为第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；ΔC″_i，j，k：第k油种溢油案例水域第j种水质指标第i时段环境浓度变幅；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；C_0，j，k、C_i，j，k含义同第4.1。

第4.3进行风化实验缩比仿真效果的判别及优化，判别准则公式为：

SSE_j，k＝好，当 $1:0.5>\stackrel{\‾}{K_{j,k}}\≥1:20$

SSE_j，k＝较好，当 $1:20>\stackrel{\‾}{K_{j,k}}\≥1:200$ 或 $1:0.1>\stackrel{\‾}{K_{j,k}}\≥1:0.5$

SSE_j，k＝有待优化，当 $1:200>\stackrel{\‾}{K_{j,k}}$ 或 $\stackrel{\‾}{K_{j,k}}\≥1:0.1$

这里，SSE_j，k为风化实验中第j种水质指标的缩比仿真效果，含义同第4.2。

5.根据权利要求2所述的实验系统与方法，其特征还在于，第2.6所述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、逐月气温光照水温水质水深等基础数据，所述适用区域匹配模块的搜索匹配检索步骤如下：

第5.1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。

第5.2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、气温、水温、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。

6.根据权利要求2所述的实验系统与方法，其特征还在于，第2.7所述水质评估分析模块的适用区域影响评估模型用于评估溢油对环境水质影响的具体分析方法为：根据适用区域匹配模块提取的风化实验数据和待评估区域的相关数据，计算待评估区域溢油(或溢油风险)的油膜覆盖面积、进入水体溢油的重量、分阶段水中含油量浓度变幅、超过分类标准影响区域面积，计算公式如下：

${\mathrm{AP}}_{r\_\mathrm{slic}{k}_i}=W_{{r\_\mathrm{spill}}_i}{/A3}_r/\left[T_r({C1}_r+{C2}_r+{C3}_r+{C4}_r)\right]$

$W_{r\_\mathrm{dspsn}{d}_i}=\max \left\{\begin{array}{c}\max \left\{{\mathrm{\ΔC}}_{i,\mathrm{oil},k}^{\′}\right\}\×{\mathrm{AP}}_{r\_\mathrm{slic}{k}_i}\×H_r,\\ (W_{r\_\mathrm{spi}{\mathrm{ll}}_i}-W_{r\_\mathrm{recove}{r}_i})\end{array}\right\}$

ΔC′_i，oil，k＝(C_i，oil，k-C_0，oil，k)×M_i，oil，k×H_e，k/H_r×T_r/T_e，k

${\mathrm{AP}}_{r\_\mathrm{dspsn}{d}_{i,n}}=W_{r\_\mathrm{dspsn}{d}_I}/H_r/(S_{\mathrm{oil},n}-C_{0,\mathrm{oil}}^{\′})\×F_{i,k}$

这里，为待评估区域溢油(或溢油风险)在第i时段的油膜覆盖面积；为待评估区域溢油(或溢油风险)在第i时段的溢出规模；T_r、A3_r为待评估区域溢油(或溢油风险)最大油膜厚度、油品密度；C1_r、C2_r、C3_r、C4_r为待评估油种重度、中度、轻度、其他污染区油膜厚度调整因子；ΔC′_i，oil，k为根据风化实验结果计算的第i时段水中含油量环境浓度变幅；C_0，j，k、C_i，j，k为第k匹配油种风化实验第j种水质指标的本底浓度和第i时段实验浓度；M_i，oil，k为第k油种风化实验第i时段水中含油量浓度变幅调整因子；H_e，k、H_r、T_e，k的含义同第4.1；为待评估区域第i时段溢油回收量(或风险溢油预期回收量)；为待评估区域第i时段入水溢油量；为溢油对非封闭水域水质造成超第n类水质标准的影响区域面积；S_oil，n为第n类水中含油量水质标准；C′_0，oil为待评估区域第j种水质指标的背景浓度；F_i，k：第k匹配油种第i时段水质影响系数。

至此，模拟溢油风化对水质影响的实验系统与方法可以完成近海和内河关注区域包括了溢油量、水面油膜、水深、水流及波浪、自然光照等风化条件、溢油风化及分散水质浓度变化等影响因素的缩比仿真模拟实验和实验结果的真实环境浓度变幅定量还原换算与分阶段水质影响程度及范围的分析评估。