CN106949864A - 一种水下原油泄漏点溯源的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水下原油泄漏点溯源的方法。本发明属于水下探测技术领域。一种水下原油泄漏点溯源的方法，包括以下步骤：1)根据现场油膜位置信息，通过水下溢油源回推模型确定水下原油泄漏点的初始位置区域；2)在初始位置区域上开展声呐探测的布线工作，采用声呐设备对目标海域进行扫测，实时记录海底反向散射强度数据，根据声呐图像分类识别原油泄漏点；3)在声呐探测识别原油泄漏点基础上，利用水下航行器开展水下原油泄漏点精细化监视检测；4)启动水下航行器上的采样装置对沉积物和水质进行采样，分析沉积物及水样组分，判定原油泄漏点的位置。本发明具有快速、准确地找到水下原油泄漏点等优点，为事故应急和抢维修提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于水下探测技术领域，特别是涉及一种水下原油泄漏点溯源的方法。
背景技术
海底管道破裂、地层破裂和沉船事故会造成水下溢油事故。针对管道破裂常用方法包括流量平衡法、内测球法、负压波法、分布式光纤法和压力梯度法等，而地层破裂和沉船事故常用的方法是派潜水员水下探摸，但是效率低、环境条件受限。上述方法不适于海上跑冒滴漏型的小型事故，且检测灵敏度、定位精度和准确度不能得到有效保障。
目前针对海上跑冒滴漏型的事故需要几天以上时间判定泄漏点，不仅对海上作业生产和海洋环境造成负面效应，而且在人力物力方面产生较大损失。鉴于此，研究了一种“三步走”的溯源策略，即水下溢油源回推数值模拟、基于声呐图像的探测识别和水下原油泄漏点精细化监视检测快速定位水下原油泄漏点，具有反应速度快、定位精度高和误报率低等特点。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种水下原油泄漏点溯源的方法。
本发明的目的是提供一种应用在跑冒滴漏型小型的溢油事故中，保障应急人员快速、准确地找到水下原油泄漏点的特点，为事故应急和抢维修提供技术支撑。
本发明水下原油泄漏点溯源的方法，通过水下溢油源回推数值模拟技术、基于声呐图像的探测识别技术和水下原油泄漏点精细化监视检测快速定位技术“三步走”的探测策略准确找到泄漏点，获取数据两个小时内即可判定泄漏点，准确度达到85％以上。
水下原油泄漏点溯源的方法，包括以下步骤：
步骤一：根据现场应急人员反馈的油膜位置信息，确定海上油膜漏出海面的初始位置区域，选取区域内3-5个点作为水下溢油源回推的初始条件，运行水下溢油源回推模型，分析处理模拟结果，模拟重合区域可判定为预测溢油源可疑范围。
步骤二：在步骤一计算结果所确定的可疑区域基础上开展声呐探测的布线工作，工作母船携带高分辨的宽带声呐设备对目标海域进行扫测，实时记录海底反向散射强度数据。在泄漏点附近海底沉积物会被泄漏的油污侵入形成含油沉积物，在声呐图像上会形成黑色的暗斑，根据声呐图像底质分类识别可判定原油泄漏点，同时在水体中伴有气泡等现象时也可以通过水柱功能进行判别。在渤海水深20m范围内，可识别大小20cm的斑块，锁定5m*5m的区域。
步骤三：在步骤二识别结果所确定的可疑区域基础上开展水下原油泄漏点精细化监视检测工作。工作母船携带水下航行器至可疑区域，操控水下航行器在水面上移动，到达可疑点后垂直下潜。在下潜的过程中，操控水下航行器的前进、后退及平移保证水下航行器处于该点的位置附近。到达可疑泄漏点附近后开启水下航行器搭载的传感器，包括荧光传感器、声学检测器、温度传感器、摄像仪和采样器。
步骤四：在水下航行器操作控制模块中预设水中油浓度、温度场、图像灰度和声信号振幅的限值，当探测数据的值超过预设值的范围时,PC机控制模块判断是否存在水下原油泄漏的情况，并启动采样装置对沉积物和水质进行采样，后将水下航行器返回水面，分析采集的沉积物及水样。如果水质和沉积物与海面油膜有相似的物化性质，即可判定原油泄漏点的位置。最后派潜水员至可疑区域最终确认泄漏点位置。
本发明水下原油泄漏点溯源的方法所采取的技术方案是：
一种水下原油泄漏点溯源的方法，其特点是：水下原油泄漏点溯源的方法包括以下步骤：
1)确定泄漏点初始位置区域
根据现场油膜位置信息，通过水下溢油源回推模型确定水下原油泄漏点的初始位置区域；
2)声呐探测识别原油泄漏点
在初始位置区域上开展声呐探测的布线工作，采用声呐设备对目标海域进行扫测，实时记录反向散射强度数据，根据声呐图像分类识别原油泄漏点；
3)水下泄漏点监视检测
在声呐探测识别原油泄漏点基础上，利用水下航行器开展水下原油泄漏点精细化监视检测；
4)判定原油泄漏点位置
水下航行器操作控制模块启动采样装置对沉积物和水质进行采样，分析采集的沉积物及水样，判定原油泄漏点的位置。
本发明水下原油泄漏点溯源的方法还可以采用如下技术方案：
所述的水下原油泄漏点溯源的方法，其特点是：确定海上油膜漏出海面的初始位置区域时，选取区域内3-5个点作为水下溢油源回推的初始条件，运行水下溢油源回推模型，分析处理模拟结果，模拟重合区域可判定为预测溢油源可疑范围。
所述的水下原油泄漏点溯源的方法，其特点是：根据声呐图像底质分类识别原油泄漏点时，在水体中伴有气泡现象时也通过水柱功能进行判别。
所述的水下原油泄漏点溯源的方法，其特点是：水下监视检测时，工作母船携带水下航行器至可疑区域，操控水下航行器在水面上移动，到达可疑点后垂直下潜；在下潜的过程中，操控水下航行器的前进、后退及平移保证水下航行器处于该点的位置附近；到达可疑泄漏点附近后开启水下航行器搭载的传感器，包括荧光传感器、声学检测器、温度传感器、摄像仪和采样器。
所述的水下原油泄漏点溯源的方法，其特点是：在水下航行器操作控制模块中预设水中油浓度、温度场、图像灰度和声信号振幅的限值，当探测数据的值超过预设值的范围时,控制模块判断存在水下原油泄漏情况后，启动采样装置对沉积物和水质进行采样，如果水质和沉积物与海面油膜有相似的物化性质，即可判定原油泄漏点的位置。
所述的水下原油泄漏点溯源的方法，其特点是：判定原油泄漏点位置时，最后派潜水员至原油泄漏区域，最终确认泄漏点位置。
本发明具有的优点和积极效果是：
水下原油泄漏点溯源的方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明建立了水下溢油源回推数值模拟、基于声呐图像的探测识别和水下原油泄漏点精细化监视检测快速定位“三步走”的溯源策略，循序渐进地在获取数据两个小时内可判定水下原油泄漏点，具有反应速度快、定位精度高和误报率低等优点。弥补了潜水员受海水水深、温度、光线及流速等作业环境影响的缺陷。
附图说明
图1是本发明水下原油泄漏点溯源的方法流程示意图；
图2是水下原油泄漏点溯源的区域范围示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参阅附图1和图2。
实施例1
一种水下原油泄漏点溯源的方法，包括以下步骤：
1)确定泄漏点初始位置区域
根据现场油膜位置信息，通过水下溢油源回推模型确定水下原油泄漏点的初始位置区域；
2)声呐探测识别原油泄漏点
在初始位置区域上开展声呐探测的布线工作，采用声呐设备对目标海域进行扫测，实时记录反向散射强度数据，根据声呐图像分类识别原油泄漏点；
3)水下泄漏点监视检测
在声呐探测识别原油泄漏点基础上，利用水下航行器开展水下原油泄漏点精细化监视检测；
4)判定原油泄漏点位置
水下航行器操作控制模块启动采样装置对沉积物和水质进行采样，分析采集的沉积物及水样，判定原油泄漏点的位置。
本实施例水下原油泄漏点溯源的方法，具体实施过程主要包括以下四个方面的步骤：
步骤一：输入海面油膜位置和物化性质，调用水下溢油源回推数值模型，模拟水下泄漏点可疑区域A，如附图2，在渤海水深20m范围内，可锁定可疑水平区域40*40m的区域。具体实施方式如下：
(1)假设τ时刻溢油的发现位置为Xτ(x,y,z)，通过化学成分分析得到的溢油在海面漂移的时间为T，用于回推的总粒子数为N，那么这些粒子的初始位置就是Xτ，假设在溢油发现时刻之前的较长一段时间(远大于T)的流场和风场是已知的，那么这些粒子在海流、风、湍流和浮力的作用下的运动满足以下关系：
其中，t为回推时长，Xt为粒子在t时刻的位置，Vc和Vw分别为粒子所在位置的海流和风速，V′表示脉冲速度，是一个随机变量，代表湍流扩散作用，wb为油滴的上浮速度，为垂直向上的单位向量，负号表示流场、风场以及油滴的上浮被反转。
(2)脉冲速度V′按照如下公式计算
其中，Kh和Kv分别为水平和垂向扩散系数，R为在区间[-1,1]内均匀分布的随机数。
(3)油滴的上浮速度wb由油滴的直径和密度、以及海水的粘度和密度决定，可以根据油滴的直径将油滴的上浮速度wb分为两种情况计算。首先定义一个临界直径：
其中，μ表示海水的动力粘度，量级为10-3Ns/m2；ρ和ρa分别为油滴和海水的密度。当油滴直径d＜dc时，根据Stokes定律计算上升速度：
当油滴直径d≥dc时，根据Reynolds定律计算上升速度：
(4)溢油源的位置采用概率分布场的形式通过统计所有粒子的空间分布得到，设溢油源位于(x0,y0,z0)的概率密度为f(x0,y0,z0)，计算方式为：
其中，wi(x0,y0,z0)为第i个粒子(位置为(xi,yi,zi))在空间点(x0,y0,z0)处的权重，其计算方式为：
f(x0,y0,z0)场的大值分布区即意味着溢油源有较大的可能分布在该区域内。
步骤二：在步骤一模拟出的区域A基础上，工作母船根据区域内布线设计，开展声呐的探测扫描工作，确定可疑泄漏区域B，如附图2。具体实施方式如下：
(1)声呐数据的获取：在泄漏点附近海底沉积物会被泄漏的油污侵入形成含油沉积物，在声呐图像上会形成黑色的暗斑，根据声呐图像底质分类识别可判定原油泄漏点。因此在区域A基础上由工作母船携带高分辨的宽带声呐设备对目标海域进行扫测，实时记录海底反向散射强度数据。
(2)基于声学图像的水下原油泄漏点判定识别：根据获得的不同沉底油条件下的海底反向散射强度随入射角变化的一般关系提取反向散射强度的角度响应特征量，基于海底反向散射强度数据与声图像信息完成特征提取。综合运用反向散射强度角度响应与海底声图像获得的多种特征量，实现对海底不同介质类型区域以及沉底油区域的有效分类判别。分类识别方面采用目前国际上技术先进的多种分类器进行综合应用与性能比较，特征提取方面需要对大量声呐图像样本进行反复有规则训练，建立原油探测的目标特征库，通过特征库有效识别泄漏点。
步骤三：在可疑区域B基础上开展水下原油泄漏点精细化监视检测。工作母船携带水下航行器至可疑区域，利用水下航行器搭载传感器下潜至可疑泄漏点处精细化监视检测工作。
(1)工作母船携带水下航行器至可疑区域B，操控水下航行器在水面上移动，到达可疑点后垂直下潜。在下潜的过程中，操控水下航行器的前进、后退及平移保证水下航行器处于该点的位置附近。
(2)到达可疑泄漏点附近后开启水下航行器搭载的传感器，包括荧光传感器、声学检测器、温度传感器、摄像仪和采样器。荧光传感器灵敏度0.002ppb；温度传感器多用途的单通道记录器，采样频率可达2Hz，精度可达±0.002℃；声音检测器最大采样率512kSps，接收灵敏度-193dB，水平指向性±1.5dB(50kHz)；摄像机实现1m距离范围内的监测；沉积物采样器最大采样体积45mL，水质采样器最大采样体积100mL。
步骤四：在所述操作控制模块中预设水中油浓度、温度场、图像灰度和声信号振幅的限值，当探测数据的值超过预设值的范围时,PC机控制模块判断存在水下原油泄漏的情况，并启动采样装置对沉积物和水质进行采样，确定泄漏区域C，如附图2。最终选择海况条件允许的情况下派潜水员核实泄漏点。
本实施例具有所述的本发明建立了水下溢油源回推数值模拟、基于声呐图像的探测识别和水下原油泄漏点精细化监视检测快速定位“三步走”的溯源策略，循序渐进地在获取数据两个小时内可判定水下原油泄漏点，具有反应速度快、定位精度高和误报率低等积极效果。
Claims (6)
1.一种水下原油泄漏点溯源的方法，其特征是：水下原油泄漏点溯源的方法包括以下步骤：
1)确定泄漏点初始位置区域
根据现场油膜位置信息，通过水下溢油源回推模型确定水下原油泄漏点的初始位置区域；
2)声呐探测识别原油泄漏点
在初始位置区域上开展声呐探测的布线工作，采用声呐设备对目标海域进行扫测，实时记录反向散射强度数据，根据声呐图像分类识别原油泄漏点；
3)水下泄漏点监视检测
在声呐探测识别原油泄漏点基础上，利用水下航行器开展水下原油泄漏点精细化监视检测；
4)判定原油泄漏点位置
水下航行器操作控制模块启动采样装置对沉积物和水质进行采样，分析采集的沉积物及水样，判定原油泄漏点的位置。
2.根据权利要求1所述的水下原油泄漏点溯源的方法，其特征是：确定海上油膜漏出海面的初始位置区域时，选取区域内3-5个点作为水下溢油源回推的初始条件，运行水下溢油源回推模型，分析处理模拟结果，模拟重合区域可判定为预测溢油源可疑范围。
3.根据权利要求1所述的水下原油泄漏点溯源的方法，其特征是：根据声呐图像底质分类识别原油泄漏点时，在水体中伴有气泡现象时也通过水柱功能进行判别。
4.根据权利要求1所述的水下原油泄漏点溯源的方法，其特征是：水下监视检测时，工作母船携带水下航行器至可疑区域，操控水下航行器在水面上移动，到达可疑点后垂直下潜；在下潜的过程中，操控水下航行器的前进、后退及平移保证水下航行器处于该点的位置附近；到达可疑泄漏点附近后开启水下航行器搭载的传感器，包括荧光传感器、声学检测器、温度传感器、摄像仪和采样器。
5.根据权利要求4所述的水下原油泄漏点溯源的方法，其特征是：在水下航行器操作控制模块中预设水中油浓度、温度场、图像灰度和声信号振幅的限值，当探测数据的值超过预设值的范围时,控制模块判断存在水下原油泄漏情况后，启动采样装置对沉积物和水质进行采样，如果水质和沉积物与海面油膜有相似的物化性质，即可判定原油泄漏点的位置。
6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的水下原油泄漏点溯源的方法，其特征是：判定原油泄漏点位置时，最后派潜水员至原油泄漏区域，最终确认泄漏点位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170714 |