海上溢油模拟预测预警研究进展

鹿宏宇，蔡 宇，宋 军*，郭俊如

（1.大连海洋大学海洋科技与环境学院，辽宁 大连 116023；2.大连海洋大学应用海洋学研究所，辽宁 大连 116023）

近几十年来，随着经济的飞速发展，社会生产活动对石油需求大幅度增加，加之陆上石油资源储备不断减少，各国纷纷将目光投向海洋。海洋石油的开采、运输和储存活动日益频繁，不可避免地伴随海上石油溢漏的风险，如果发生漏油事故，对海洋生态环境、经济的发展和社会稳定的危害不可估量。海洋溢油根据溢油位置可以分为海面溢油和水下溢油，海面溢油主要是由海上石油设施故障、船舶触礁、碰撞等事故引起的，水下溢油是由沉船溢油、井喷、海底输油管线破裂等造成的。当溢油事故发生后，部分油粒子不断分散沉降在水环境中与泥沙相互作用，是溢油行为和归宿的重要部分。由此，溢油模拟预测预警对制定溢油应急措施具有重要意义。

在海面石油发生泄漏后，油膜受海水密度、温度、盐度等因素的影响发生多种物理、化学和生物变化过程，如扩展、分散、蒸发、乳化、沉降及生物降解等，针对溢油行为和归宿特征，研究者构建出不同的模型，具有代表性的Fay 油膜扩展[1]及其改进模型[2]、溢油风化模型[3-4]、漂移扩散模型[5]和油粒子模型[6]。与海面溢油不同，水下溢油在深水环境中的输移扩散行为难以预测，2010 年美国墨西哥湾“深水地平线”和2011 年“蓬莱19-3”溢油事故的发生使得水下溢油预测成为热点。目前水下溢油模型以质量守恒、动量守恒和能量守恒等控制方程为基础，较为成熟且应用广泛的有DeepBlow[7]和CDOG（Comparison Deepwater of Gas）[8]深海溢油模型。同时，也有许多学者研究了油粒子在水中沉降过程与悬浮泥沙颗粒物相互碰撞的过程，建立油—泥沙相互作用模型[9]。溢油数值模型的不断发展和完善可以大大减少溢油事故带来的环境损失和经济损失，具有实际应用价值。

海上溢油事故发生后，通常采用物理方法（围油栅、吸附沉淀等）和化学方法（燃烧、集油剂、凝油剂等），以及生物净化法来减轻或控制污染[10]。但无论采取何种措施都无法完全将油污清除，石油泄漏到海洋中蒸发、溶解、沉降至消失，将对海洋环境和海洋生物产生不利影响。为了增强海上溢油事故的应急反应能力，相关溢油预测预警系统研究是应对海上溢油的关键技术，可为海上溢油应急响应工作提供理论支持，促进我国海上航运业的长期稳定发展[11]。

1 海面溢油模型

当海面溢油发生后，在海面上会形成一定范围的油膜，受到风、海流影响的同时，其自身也在不断扩展，并随着时间推移不断蒸发、乳化及沉降。早期，油膜的扩展范围和变化受到研究者的广泛关注，BLOKKER P C[12]根据油膜质量守恒定律，在自由平面上建立了油膜扩展直径公式，但只考虑了溢油体积和重力因素。FAY J A[1]针对油膜扩展阶段提出三阶段理论，运用最为广泛并与实际溢油扩展更为接近，该理论综合考虑了重力和惯性力、表面张力及粘性力的作用，将油膜扩展过程分为3 个阶段：重力和惯性力作用阶段、表面张力作用阶段和粘性力作用阶段，不同阶段油膜直径的数学模型分别如下。

重力和惯性力作用阶段：

表面张力作用阶段：

粘性力作用阶段：

式中，D 为油膜直径；K1、K2、K3为不同扩展阶段的经验系数；ρw为海水密度；γ=1-ρ0/ρw，ρ0为油的密度；δ 为水、油、空气三者之间的表面张力系数；vw为水的运动粘滞系数；g 为重力加速度；V为溢油的体积；t 为时间。以扩展直径大小是否相等为依据来区分各个阶段，当δ = 0 时，扩展直径达到最大值，假设油膜直径不变，油膜表面积Af见式（4）。

Fay 三阶段理论提出后，许多学者在其基础上不断改进，构建出更多新的扩展模型，MACKAY D等[3-4]在油膜表面张力扩展阶段通过记录观测数据，考虑了风化作用对油膜的影响，建立了厚油膜和薄油膜的扩散模型，LEHR W J 等[2]全面考虑了风场和流场对油膜的影响，得出油膜在海面上是以近似椭圆形扩展，并与风向保持一致，模拟结果与实际相符，可广泛应用于海上溢油预测。

随着海面溢油模型的不断发展，油粒子模型日趋成熟，最早是JOHANSEN O[13]和ELLIOTT A J 等[14]基于蒙特卡罗粒子追踪的方法，将油膜在水中视为众多离散的粒子，每个油粒子含有一定量的油，在海洋复杂的水动力环境下，溢油随着剪切流和湍流等随机运动，一定海水表面积内油粒子的质量、体积和个数分布不同厚度的油膜，溢油的蒸发和乳化等作用反映在油粒子质量的损失上，每一个粒子都是独立运动的，不会相互干涉，所有的油粒子必须追踪到同一时刻才能进行下一步监测。油膜的扩散也是油粒子的扩散，由于油粒子粒径大小、剪切流和湍流等作用的影响，可以用类似于布朗运动模拟油粒子的不规则运动，而平流过程模拟可用拉格朗日方法[15]。油粒子概念是基于输移扩散过程提出的，符合质量守恒方程，计算不是对方程的求解，而是对粒子轨迹的计算，可以模拟出溢油在重力扩散后的扩展现象，也能准确地描述出各个海流动力因素的影响程度，定量化描述油粒子扩散方程的物理过程。

油粒子轨迹预测采用拉格朗日粒子追踪模拟，将溢油分离扩散成大量的油粒子，由于油粒子自身的体积、质量、浓度、位置等物理属性，在海浪、海流和湍流等水动力作用下，油粒子在随机运动下主要进行平流和湍流扩散两个过程。而后HUNTER J R[16]、AL-RABEH A H 等[17]、WANG S D 等[18]、DASANAYAKA L K 等[19]不断对拉格朗日在溢油方面的运用进行发展和完善，使得该方法能够较为契合地模拟溢油在海面的真实扩散过程。

油粒子的三维运动如下。

式中，S =（x，y，z）代表油粒子的位移矢量，x，y，z 代表油粒子的三维坐标；V 是通过海洋模式计算得出的近似海流速度；wb为油粒子的浮力速度，与油粒子的密度和直径大小，以及海水的粘度和密度有关，具体计算时可依据油滴直径的不同使用双方程计算[6]；V10表示风应力作用，V10=α（u10cos β+v10sin β，-u10sin β+v10cos β），u10、v10为海面10 m 高度的风速分量；k 为常数，与油品性质相关；V′是随机变量，代表湍流扩散作用，可按照式（6）计算。

式中，R 为在区间[-1，1] 内分布均匀的随机数；Kh和Kz分别表示水平扩散系数和垂向扩散系数；Δt 为油粒子位移时间差。现将扩展模型和油粒子模型综合考虑，模拟的结果与实际更加接近，但仍没有解决油品性质对油粒子漂移扩散轨迹的影响，还需不断改进。

2 水下溢油模型

在水下高温低压的环境中，溢油的输移扩散过程不能得到有效观测，污染物的输移动态范围不能确定，使得污染清除难度增加。

由于早期的浅水水域集中了大量的油气开发设施，最早的水下溢油模型实验研究也是由浅水模型开始。早在20 世纪70 年代，MCDOUGALL T J[20]、FANNELOP T 等[21]、MILGRAM J H[22]、LEE J H W等[23]、YAPA P D 等[24]和RYE H 等[25]在浅水水域建立水下溢油模型。在近水水域，浮射流理论广泛应用于溢油输移扩散，FANNELOP T 等[21]、MILGRAM J H[22]考虑垂直方向浮射流的作用，在水下井喷模型的基础上研究出溢油扩散的计算模型，但对周边流体环境的影响分析方面存在缺陷。

后来的研究主要致力于深水溢油模型的发展，以挪威JOHANSEN Ø[7]建立的DeepBlow 深海溢油模型和美国ZHENG L 等[8]建立的CDOG 模型为代表，在深水环境中可以预测模拟出油粒子的行为和归宿。国内学者针对水下溢油数值模拟取得了相关成果，如王晶等[26]根据渤海海底管道出现的裂痕和被腐蚀的小孔而发生的溢油建立蠕孔溢油预测模型，高清军等[27]针对海底输油管道破裂溢油现象建立二维水下溢油模型，模拟结果表明管道内压力和水流速度是影响溢油量和溢油行为归宿的重要原因，杨毅[28]运用拉格朗日法模拟海底管道溢油的输移扩散行为，亓俊良等[29]建立深水溢油模型模拟油气在上升过程中各种行为过程，陈海波等[30]基于拉格朗日积分法和粒子追踪法分析了影响溢油在水下扩散过程的因素，建立羽流动力扩散模型，廖国祥等[31]通过水下溢油浮射流的物理模拟实验，分析出当横向水流速度大时，浮射流的轨迹弯曲程度越明显。也有部分学者如WANG S 等[32]、WANGC 等[33]、GUO W J等[34]、LI Y 等[35]针对渤海海域开展溢油数值模拟研究，而后CHEN H 等[36]建立了一个深水区水下溢油的模型，并结合实验数据资料对模型进行了验证，在南海深水区油气田区块的水下溢油事故的数值模拟过程中得到应用。与国外相比，国内对水下溢油输移扩散的研究主要在浅海区域，深海溢油模型研究还比较少。

当原油在海底泄漏，油膜到达海面的时间与泄漏速率、泄漏直径、流速和原油密度等因素有关，其漂移扩散范围随原油的密度、流速、泄漏直径和泄漏速率的增大而增大[37]。在海洋环境中油粒子的输移扩散过程主要分为3 个阶段：喷发阶段、浮射羽流阶段和平流扩散阶段。喷发阶段主要发生在距泄漏源几米的范围内，在压力作用下油气混合物连续喷出进入水体后，受到水环境的影响破裂为油滴和气泡，破裂油滴的大小对其进入浮射羽流阶段的扩散运动有很大影响。溢油在运动几米后其初始动能很快消失殆尽，随之进入浮射羽流阶段，在高温低压的环境中部分气泡与海水混合形成水合物，水合物在水环境的浮力作用和卷吸作用下不断抬升，密度也更加接近周边海水的密度，这是羽流上升时的自发过程，如果气体在上升过程中消失，羽流速度会变慢，在水中漂移时间变长，则有更多的气体会溶于水中。当浮射流与较强的横向水流相遇时，气泡将与浮射流逐渐分离，油滴成长到一定程度后，油滴开始逐渐失去浮射动力，随着周边水环境的作用向不规则方向输移扩散，溢油过程进入平流扩散阶段。油滴的运动状态与其粒径大小有关，较小的油滴保持悬浮状态，较大的向上漂浮至海面，扩散形成油膜。

在喷发阶段和浮射羽流阶段也含有较弱的平流扩散作用，3 个阶段没有明显界限，在每个阶段中都有各个阶段的存在，只是主导因素不同。前两个阶段都是将水和少量溢油作为一个整体，考虑了油与周围水的相互作用，可以用羽流动力模型模拟，对流扩散阶段溢出的油被离散，可以使用平流扩散模型模拟。羽流动力模型利用拉格朗日积分法将沿着轨迹中心线的油粒子视为控制单元体，它们之间互不影响，控制单元体的运动轨迹满足质量守恒、动量守恒和能量守恒方程，综合所有控制单元体的运动漂移轨迹得到溢油扩散轨迹，控制单元体中的浓度变化也是溢油浓度的变化，如图1 所示为羽流动力模型的控制。其中，每个控制单元体的厚度为h= |v |Δt，|v |为浮力射流速度，Δt 为时间间隔，Δt=0.1 b0/|v |，b0为控制单元体释放点半径，质量为m=ρπb2h，b 为控制单元体的半径，ρ 为控制单元体的密度。溢油在真实的水环境中，作用于羽流表面与水体之间的卷吸作用是影响羽流形态和扩散轨迹的主要因素，根据FRICK W E[38]和LEE J H W等[23]研究，卷吸体积通量Qe计算为：Qe=Qs+ Qf，其中，Qs和Qf分别表示剪切卷吸体积通量和强迫卷吸体积通量。在平流扩散模型中，每个控制单元体代表一组大小相同的油滴，油滴的大小与油品的密度、界面张力、粘度及初始动力条件等因素有关，当各个控制单元体被引入到羽流作用的最后位置，最终会随着剪切流、湍流和浮力移动。目前在水中油粒子的漂移扩散轨迹方面忽略了沉降过程，使得模拟结果不是足够精确，因此，有必要研究油粒子与水中泥沙悬浮物的相互作用。

图1 羽流动力模型的控制单元体示意图

3 油—悬浮泥沙相互作用对溢油的影响

溢油存在于富含泥沙沉积物的水域时与泥沙相互作用，是油粒子分散在水中的一种行为和归宿，同时也是水环境自然清除溢油的过程。当油滴与泥沙相碰撞时会形成聚合体，并通过毛细作用和表面活性离子作用，碰撞和溶解的油滴吸附在沉积物中，这个过程会改变溢油和泥沙的输移扩散路径。在水环境中泥沙浓度较高时，对油粒子的作用不容忽视，对溢油轨迹预测和应急对策具有重要意义。

近年来，油—沙相互作用已被确定为近海岸石油运输的重要过程。溢油以两种方式与泥沙相互作用，一种是油滴与泥沙形成聚合体[39-40]，溶解后的油可分解为沉积物[41]，由于沉积物携带有油滴，使溢油的输移路径发生变化，另一种是当溢油大量喷出时会改变泥沙的运动轨迹，沿海水域湍流度越高，油沙的碰撞过程越明显。对于溢油与悬浮泥沙的相互作用，自二十世纪八九十年代以来有许多学者进行了大量研究，LICK W 等[42]研究了湖泊中的流体剪切和沉积浓度对细粒沉积物的作用，SHRESTHA P L 等[43]扩展了二维平均有限元模型，以预测泥沙沉积物输入河口系统的时空分布，WINTERWERP J C[44]提出一个简单的模型来描述细粒粘性沉积物中聚合体的演变过程，该模型结果与实际观察到的聚合体尺寸具有一致性，WEISE A M等[45]通过模拟环境条件下的摇瓶实验，油—矿物的相互作用促进了细菌的生长，并加快烃类降解的速度和程度，这些结果支持了油矿相互作用对加速海岸线清理技术的应用，而后MUSCHENHEIM D K等[46]将碳氢化合物分配到沉积物上是地表油的主要去除途径，而不是油—泥沙的聚集，油—泥沙相互作用能够显著影响溢油的垂向分布，使得海面油量减少，水中油量增多，SPAULDING M L[47]对相关的工作进行了综述研究。水体中的溶解油部分被分成悬浮沉积物，而将溶解油中的沉积物析出可得到水体，当溢油量较大时，尽管溶解油所占比例较小，但其影响不容忽视，最终石油分离的沉积物会沉降，这也是一种溢油自然净化的过程，例如，在波罗的海的Tsesis 号邮轮溢油事故中，300 t 泄漏的石油中约有10%～15%是被分离的泥沙沉积物[48]。

悬浮泥沙浓度是水体中油—沙聚合物形成的关键因素，在海洋环境中，由于泥沙沉积和在水下的再悬浮，悬浮泥沙浓度会随时间变化，因此，更好的模拟油—沙相互作用需要考虑悬浮泥沙的输移路径。而粘性和非粘性沉积物都可以与油滴形成油—沙聚合体，前者占主导地位，当沉积物存在于盐水中时，往往变得更有粘性。粘性沉积物相互碰撞导致聚合，由于其密度和沉降速度等特性的变化，沉积物的水动力特性也随之变化[49]，由此，河床的沉积可以大量去除水体中泥沙，而由于有效面积的变化，碳氢化合物的分配也会发生变化。因此，考虑粘性沉积物的聚合性对泥沙输移建模非常重要，BANDARA U C 等[9]提出一个模拟溢油输移扩散行为的油—泥沙悬浮物相互作用的模型，并运用该模型使用多源汇项的三维平流扩散方程计算不同类型的油、泥沙沉积物、聚合体的形成和归宿，并模拟出近岸水域油与泥沙悬浮物的相互作用，并将模型运行结果与实验数据进行对比分析，研究结果表明高达65%的释放油可能会以聚合体的形式在水体中除去，当油粒子和沉积物粒径越小（小于0.1 mm），形成聚合体的数量就越多，泥沙沉积物吸附作用的油量比油—沙聚合体中的油量少4～5 个数量级。油粒子与悬浮泥沙之间除了聚合作用，也有少部分油量会与泥沙互相吸附，由分子间的相互作用力引起的“活性离子吸附”和“毛细吸附”，悬浮泥沙模拟是一项复杂的工作，会受到溢油量、水动力环境等因素的影响，油—沙相互作用的研究仍任重道远。

3.1 聚合体的形成

由于剪切流和不均匀的沉降速度，会引起油—泥沙聚合体的相互碰撞，根据不同物质种类、不同粒径大小等级的聚合率如下。

总聚合率表示如下。

3.2 聚合体的密度与沉降速度

由于聚合体密度影响沉降速度，所以聚合体密度可靠估计是重要的。海底石油泄漏后，石油的密度变化很小，悬浮泥沙聚合体的密度主要取决于泥沙颗粒最初的密度及其堆积的性质。而聚合体因聚集过程不断变化，组合密度取决于聚合体中各组分的密度和性质。

聚合体的密度ρf可利用油的密度ρo和泥沙的密度ρs进行计算。

式中，ρw为水的密度；xo为油粒子的体积分数，xo=Vo/Vf；xs为泥沙颗粒的体积分数，xs=Vs/Vf，其中，Vo、Vf和Vs分别为油的体积、聚合体的体积和泥沙的体积；e 为聚合体的孔隙率，计算公式如下。

F 为分形维数，计算如下。

聚合体的沉降速度计算公式如下。

式中，μ 为动力粘度；Rep= wsD/v；g 为重力加速度。

3.3 聚合体的碰撞率

碰撞率是油—泥沙聚合体成功聚合的次数与碰撞事件总数的比率，聚合取决于颗粒大小、沉积物阳离子交换容量、盐度和水温环境等物理或化学性质。MCANALLY W H 等[49]考虑了所有可能控制参数影响的碰撞率表达式，但由于一些参数如阳离子交换容量不易计算，所以表达式的可用性会受到限制。

油粒子与悬浮泥沙的相互作用对溢油的行为和归宿有着不可忽视的影响，能够为海上溢油预测和环境损害评估提供理论指导和技术支持，具有实际社会效益和经济效益。

4 溢油预测预警系统

在数值预测模型发展的基础上，国内外学者在相关海域建立和完善了海上溢油预测预警系统，在国际上主要有美国研制的OILMAP、英国开发的OSIS 遥感监测系统、意大利的BOOM 系统和MEDSLIK-II、挪威的OSCAR 系统和西班牙研发的MOHID-TESEO 系统。这些模型有着各自的特点，如美国ASA 公司研发的OILMAP 系统，可以根据不同需要进行二维或三维溢油溯源与归宿计算模拟，也可以将系统模块有机结合，对海洋资源环境进行风险评估；OSCAR 由挪威科技工业研究院开发，不仅可以模拟出溢油的漂移扩散轨迹，还可以模拟溢油深度、浓度和近海岸的油污吸附程度；MEDSLIK-II 是模拟支持石油泄漏紧急情况的短期溢油预测二维模型，采用拉格朗日模型和欧拉环流模型相结合的方法模拟溢油在海水中的漂移、扩展和分散过程[50]。以MEDSLIK-II 模型下测试的2008年8 月6 日阿尔及利亚溢油事件为例，大约在（38.240°N，5.981°E） 附近溢油总量达680 t，每1 h 更新一次流速，每6 h 更新一次风速，模拟了36 h 油膜的漂移轨迹，输出结果如图2 所示。

图2 ALGERIA 测试用例输出图

现今国际上最先进的海上溢油模拟工具之一是荷兰的Delft3D 模型系统，能够对各个模块进行耦合，实现三维水动力模拟，可广泛用于多种水域。同时，溢油模拟也有很多较为成熟的软件，如丹麦Delft3D-PART 是其中的一个模块，可以对溢油的输移扩散进行模拟，根据拉格朗日算法建立三维粒子跟踪模型，通过模拟油粒子随时间的变化预测油膜的输移动态。溢油是由无数油粒子组成的油膜，油粒子随着水流的水平方向和垂直方向输移扩散，Delft3D-Part 模块对不同原油性质，结合风的对流效应和科氏力效应，进行三维模拟溢油的迁移、蒸发、乳化和沉降。

近十年来，我国海上结合数值模拟、遥感卫星监测、雷达与航空监测等先进方式建立了溢油预测预警系统。国家海洋信息中心李欢等[51-52]根据海洋动力要素以及系统可视化和业务化应用（图3），以GIS（Geographic Information System）技术为支撑平台，集成基础地理信息子数据库、海洋环境信息子数据库以及油品子数据库和数值模拟预测模型，与海洋潮流场和风场预报环境子系统相互耦合，建立了中国近海海上溢油预测预警系统，当溢油事故发生后，及时调用应急数据库，启动系统对溢油区域进行模块一体化计算，可以清晰地看到油膜的漂移轨迹，预测油膜抵岸或到达环境敏感区的时间，从而及时展开应急救援行动，发出溢油预警和应急部署。

图3 系统界面可视化

此外，中国海洋大学焦俊超[53]通过集成GIS 系统与溢油模型研发了渤海湾溢油预测系统，大连海事大学张晓霞[54]开展了辽东湾海域溢油应急决策支持信息系统研究，王永刚等[55]基于Visual C++开发了我国近海海域溢油预报系统，通过考虑油粒子的漂移、蒸发和乳化等过程实现溢油轨迹预测，并已成功应用于溢油应急演习。这些系统具有相同的特点，具体表现如下。

（1）各系统主要运用油粒子模型，将“油粒子”概念与溢油在海上输移、扩展、沉降、蒸发和乳化等过程相结合计算溢油的输移轨迹，是溢油预测的常用模型，预测结果与实际轨迹具有高度的一致性。

（2）各个系统都实现了模块化集成，根据不同功能分为不同模块，各个模块分工合作，将信息有序传递，最后集成汇总，提高了溢油应急反应速度。溢油预测模块主要进行溢油行为预测，潮流模块预报潮流，大气模块预报海面风，各个模块之间又将信息相互传递，例如，大气模块中收集的风向、风速等信息驱动潮流和海浪模块的运行，预报的风场和流场信息传递给溢油预测模块进行溢油输移扩散行为预测，再结合油品数据库，计算出溢油的蒸发量、乳化量、溶解量，以及溢油面积和溢油体积等信息，各个系统之间相互独立又紧密联系，如图4 所示。

图4 系统功能划分

（3）可视化的系统构建。中国近海海上溢油预测预警一体化系统是通过GIS 技术提供了各类数据的可视化，使用户能够更为直观的获得对溢油事故状态和发展趋势。以电子海图、卫星遥感图像和电子地图为基础，利用各个系统专业模型预测的信息，传输到网页或数据库中，再对信息进行集成分析。

所有系统侧重预报模块的附加功能和针对性不一样。在附加功能方面，一些系统不仅可以进行溢油预测预警，还可以针对环境敏感区域进行风险评估，制定溢油应急方案。如YU F J 等[56]基于渤海海域28 个石油平台的溢油轨迹和沿岸地区环境敏感性，确定了5 个溢油高风险区。也有部分系统能够根据溢油模拟结果做出资源应急调配方案，中国近海海域溢油预测系统和OSIS 系统实现了这一功能。在海域针对性方面，OILMAP 商业系统和GNOME开源系统能够在任何海域进行预测预警，并提供相应的基础地理信息位置。而对于OSIS、MOHID、BOOM，以及中国近海海域溢油一体化多节点的预测和应急反应系统等非公开性系统，只能用于其所属国家的近海海域漏油事件。

5 结 论

首先，本文以溢油发生的位置不同为切入点介绍了海面溢油模型和水下溢油模型，在海面溢油方面，油膜扩展的范围与厚度变化是研究者普遍关注的问题，Fay 预测理论将油膜扩展过程分为重力和惯性力、表面张力、粘性力扩展3 个阶段，而后基于拉格朗日粒子追踪法的油粒子模型模拟能够更接近海洋溢油的真实扩散过程；其次是水底溢油预测模型，由于油粒子在不同深度水域的受力不一，主要分为喷发阶段、浮力羽流阶段和平流扩散阶段，前两个阶段将溢油作为一个整体进行研究，模拟采用羽流动力模型，第三个阶段中油团破裂为大量油粒子，在水中运用平流扩散模型模拟；最后，针对溢油在水中与油沙的相互作用，详细地分析油与泥沙颗粒物的作用对溢油的影响，基于油滴与泥沙的碰撞理论建立模型，并被进一步用来预测油的种类和混合能量对油—颗粒物聚合作用的影响，但目前我国对油和泥沙相互作用研究较少。溢油数值模拟需要综合考虑多种行为和归宿，各类模型模拟预测准确度会受到不同海域环境场数据精度、油品种类、模型参数（扩散系数、蒸发系数）等的影响，针对我国近海海域进行分区，计算不同油品性质的模型参数并建立数据库将是一项有意义的工作。

随着溢油事故的频繁发生，预测预警系统是保障海上安全的重要措施，国内外的溢油预测预警系统在油粒子模型的基础上，以GIS 系统为支撑平台，包含多个环境预报子系统及溢油应急数据库，实现了模块化、可视化，对溢油扩散行为和归宿的展示更为直观。目前，国内外仍在不断改进溢油预警系统，针对重点油港和航运建立的预测预警信息服务平台包括海上溢油监测、模拟、预警，以及资源调配和生态经济损失评估的完整过程，系统的集成和优化部署是未来研究的重要内容，不同的溢油预测预警系统在各个沿海国家溢油应急响应工作中发挥着极其重要的作用，也代表着海上溢油应急预测预警领域的最高水平。