基于GIS的溢油污染对海洋生物资源损害评估研究

论文摘要

定量化评估溢油污染对海洋生物资源的损害程度一直是国内外溢油污染案件赔偿过程中亟待解决的科学难题。本文在总结分析我国溢油污染生态损害索赔,海洋溢油生态损害评估技术和生物资源定量化评估方法的研究和应用现状的基础上,以建立溢油污染对海洋生物资源损害数值评估模式为主线,对其主要组成部分海上溢油行为归宿模型、油污染海洋生物暴露影响模型、溢油污染生物资源损害评估系统开发与应用等内容展开研究。主要研究内容及成果概述如下:1.通过模拟污染物的迁移转化及其对暴露生物的损害过程,提出溢油污染生物资源损害的数值评估模式:在污染事故现场监测数据的基础上,首先通过潮流数值模型和溢油行为归宿模型获得海上溢油污染的时空分布,然后利用生物暴露模型和急性毒性模型模拟不同类型海洋生物的活动方式以及暴露于油污染时的急性毒性效应,最后得到溢油污染对海洋生物资源的损害评估结果。2.应用“油粒子”理论建立三维溢油行为归宿模型（OSTFM）,用于模拟溢油在海洋环境中的时空动态分布:包括适用于近岸海区的三维潮流模型;能够模拟固定点源瞬时泄露、固定点源连续泄露、移动点源连续泄露以及多个点源连续泄露等溢油泄露模式,以及模拟溢油的漂移、扩散、蒸发、乳化、溶解、分散、密度和粘度变化等运动和风化过程;采用可动态调整的计算网格和“粒子—浓度”转换方法计算水中石油烃浓度场。3.通过对油污染生物急性毒性试验数据的统计回归,建立能够反映溢油污染和海洋生物“时间—浓度—效应”相互关系的生物急性毒性模型（OSATM）,可用于计算实际溢油事故污染对海洋生物的损害程度,并初步建立海洋生物毒理数据库。应用拉格朗日原理建立溢油污染生物暴露模型（OSBEM）:采用拉格朗日“生物粒子”来表示浮游生物、海洋鱼类和底栖生物,通过追踪每个“生物粒子”在油污染环境中的行动方式,并记录其暴露时间和暴露浓度,结合生物急性毒性模型来推算其受损程度;根据海鸟、海洋哺乳动物等野生动物被一定厚度的油膜粘住后致死的概率,来估算其死亡损害程度。4.提出应用COM组件技术开发溢油模型控件（OSMAC）,实现海洋动力、溢油行为动态以及生物影响等数值模型的计算核心、数据管理及可视化功能的有机组成。通过基于组件的高效集成方案,综合应用地理信息系统技术、组件开发技术以及数值模拟技术,在面向对象集成开发平台Visual C++支持下,设计和开发基于GIS的溢油污染生物资源损害评估软件系统（OILASSESS）,实现了GIS应用功能,以及海区潮流模拟、溢油行为动态模拟、溢油事故生物资源损害评估等专业应用功能。5.应用本文提出的损害评估模式评估大连湾的“阳澄湖”轮和“阿提哥”轮两起溢油事故对海洋生物资源的共同损害影响,以及评估大连湾的“千岛油1”溢油事故对海洋生物资源的损害影响。两个评估案例的溢油污染范围模拟结果与实际调查、监测结果吻合较好。通过与海洋渔业部门的“专家评估方法”估算结果的比较分析,表明本文数值评估模式得到的生物资源损害程度评估结果更为客观合理。由于我国目前仍缺乏能够有效应用于溢油污染事故生态损害索赔的定量化评估技术,本文的研究可为完善和提高我国海洋溢油事故生态损害评估技术方法提供理论参考和实践经验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 海洋溢油污染的特点及现状
• 1.1.2 溢油污染对海洋生态的损害
• 1.1.3 溢油污染海洋生态损害赔偿
• 1.2 溢油对海洋生物资源损害评估技术研究现状
• 1.2.1 溢油对海洋生态环境损害评估技术
• 1.2.2 溢油对生物资源损害定量化评估模型
• 1.2.3 存在的主要问题分析
• 1.3 论文主要内容
• 1.3.1 溢油污染对海洋生物资源损害数值评估技术路线
• 1.3.2 溢油污染生物资源损害评估系统的开发及应用
• 1.4 论文研究框架
• 第2章 三维潮流及溢油行为归宿模拟
• 2.1 概述
• 2.2 三维潮流场模拟
• 2.2.1 潮流控制方程及求解条件
• 2.2.2 大连湾海域潮流场模拟
• 2.3 三维溢油行为动态模拟
• 2.3.1 “油粒子”模型
• 2.3.2 溢油泄漏模式
• 2.3.3 溢油运动及性质变化
• 2.3.4 水中石油烃浓度计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 溢油污染生物急性毒性模型与暴露影响模拟
• 3.1 概述
• 3.2 溢油污染生物急性毒性模型
• 3.2.1 “浓度—效应”关系分析
• 3.2.2 “时间—效应”关系分析
• 3.2.3 油污染生物损害程度计算
• 3.3 海洋生物毒理数据库的建立
• 3.3.1 生物急性毒性试验数据
• 3.3.2 文献报道毒性试验数据
• 3.3.3 急性毒性模型参数确定
• 3.4 溢油污染海洋生物暴露模拟
• 3.4.1 浮游生物油污染暴露模拟
• 3.4.2 海洋鱼类油污染暴露模拟
• 3.4.3 底栖生物油污染暴露模拟
• 3.4.4 野生动物油污染暴露模拟
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于GIS的溢油污染生物资源损害评估系统开发
• 4.1 概述
• 4.2 系统总体设计
• 4.2.1 总体设计原则
• 4.2.2 开发技术路线
• 4.2.3 系统运行环境
• 4.2.4 系统结构框架
• 4.3 系统开发集成
• 4.3.1 组件技术及组件式GIS
• 4.3.2 溢油损害评估数据库的建立
• 4.3.3 电子海图（GIS）平台的开发
• 4.3.4 溢油数值模型组件的开发
• 4.3.5 溢油模型与GIS的集成
• 4.4 系统功能实现
• 4.4.1 电子海图平台应用功能
• 4.4.2 海上溢油行为动态模拟
• 4.4.3 溢油事故生物资源损害评估
• 4.5 本章小结
• 第5章 应用案例研究
• 5.1 系统运行步骤
• 5.2 ”阳澄湖”与”阿提哥”溢油事故对海洋生物资源的共同损害评估
• 5.2.1 溢油事故概况及模拟参数
• 5.2.2 溢油污染模拟结果与分析
• 5.2.3 生物资源损害评估结果
• 5.2.4 溢油事故污染影响范围验证
• 5.3 ”千岛油1”轮溢油事故对海洋生物资源的损害评估
• 5.3.1 溢油事故概况及模拟参数
• 5.3.2 溢油污染模拟结果与分析
• 5.3.3 生物资源损害评估结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历