一种基于深度学习的海洋石油泄漏检测方法及其在无人机图像中的应用

《Marine Policy》：A deep learning-based method for marine oil spill detection and its application in UAV imagery

本研究分析了2024年12月刻赤海峡漏油事件中重质燃料油的流变特性，发现温度低于20℃时样品从牛顿流体转变为剪切应力流，伴随结构分散相形成。通过采集海底油样、船体油样及受污染沙滩样本，系统研究了不同环境条件下的流变行为，证实低温结晶（结晶峰18℃）是屈服应力产生的关键因素。实验表明添加分散剂Tween 80可降低粘度一个数量级，促进油水乳化及生物降解。研究成果为寒区原油泄漏应急处置提供了流变学参数支持。

　　2024年12月，克里姆海峡发生了一起严重的油污事件，两艘俄罗斯油轮在风暴中受损，导致大量重质燃料油（mazut）泄漏。这一事故引发了对海洋生态环境的严重威胁，也促使科学家们对泄漏油品的物理化学特性及流变行为展开深入研究。研究团队对事故现场收集的样本进行了系统的流变学分析，以期更全面地理解这些油品在不同环境条件下的行为模式，以及它们在海洋沉积物中的转化机制。

研究发现，当温度低于20摄氏度时，所测试的油品表现出从牛顿流体向具有屈服应力的流变行为转变的显著特征。这种转变表明油品中形成了具有结构的分散相。这与油品在海洋环境中的冷却过程密切相关，油品在冷却过程中可能经历复杂的物理变化，如蜡质成分的结晶化，从而改变其流变特性。通过差示扫描量热法（DSC）分析，研究人员确认了油品在18摄氏度时出现结晶峰，表明其在低温下的结构变化与环境温度密切相关。

除了油品本身的流变特性，研究团队还对被油品污染的沿海沉积物进行了分析。这些沉积物表现出粘塑性行为，即使在低剪切应力下也能承受显著的不可逆变形。这一特性意味着，污染沉积物在物理上可能形成较稳定的结构，从而影响油品的迁移和扩散。同时，研究还发现，添加非离子型表面活性剂Tween 80可以显著改变油品的流变行为，使其形成具有时间依赖性的油水乳液，其粘度较原始油品降低了一个数量级，从而提高了油品在海洋环境中的分散性和生物降解潜力。

研究的另一重要发现是，油品在不同环境条件下的机械强度和凝聚力存在显著差异。例如，油品在海床上的沉积状态可能与在油轮上的状态截然不同，这导致了其在物理性质上的变化。这种变化可能与油品的冷却速率、环境压力以及沉积时间有关。因此，在实际的油污治理过程中，需要充分考虑这些因素，以制定更加有效的治理策略。

此外，研究还强调了流变学特性在油污治理中的重要性。流变学特性不仅决定了油品在海洋环境中的迁移行为，还影响了污染沉积物的物理结构和稳定性。例如，油品在低温下的粘塑性行为可能使其更难以被物理方法回收，而更易于通过化学方法或生物方法进行降解。因此，在制定油污治理方案时，必须充分考虑油品的流变特性，以提高治理效率。

研究团队还指出，油品的流变特性受到多种因素的影响，包括温度、剪切应力、剪切速率以及时间。这些因素共同作用，决定了油品在不同环境下的行为模式。例如，油品在高温下可能表现出较低的粘度和较高的流动性，而在低温下则可能表现出较高的屈服应力和较低的流动性。这种行为模式的变化可能对油污治理策略的选择产生重要影响。

为了更准确地理解这些变化，研究团队在实验中对油品的流变特性进行了系统的测量和分析。他们使用了多种实验方法，包括流变仪测试、差示扫描量热法（DSC）分析以及显微镜观察等，以期全面掌握油品在不同环境条件下的行为特征。这些实验结果不仅为油污治理提供了重要的科学依据，也为未来的研究和实践奠定了基础。

研究还发现，油品的流变特性与油品的组成密切相关。例如，蜡质成分较多的油品在低温下更容易形成结构化的分散相，而残余油品则可能表现出不同的流变行为。这种差异可能与油品的来源、加工过程以及储存条件有关。因此，在进行油污治理时，需要对油品的组成进行详细的分析，以制定更加针对性的治理方案。

此外，研究还强调了流变学特性在油污治理中的应用价值。通过了解油品的流变特性，可以优化油污治理设备的设计和使用，提高油污回收的效率。例如，选择适合低温条件的泵送设备，可以有效提高油污的回收率。同时，了解油品的流变特性也有助于开发新的油污治理技术，如利用表面活性剂或生物方法进行油污的分散和降解。

研究团队还指出，油污治理不仅需要关注油品本身的特性，还需要考虑其对周围环境的影响。例如，油品在海洋环境中的扩散和沉积过程可能对海洋生态系统造成严重破坏，因此需要采取有效的措施来减少这种影响。通过流变学分析，研究人员可以更好地理解油品在海洋环境中的行为模式，从而制定更加科学和有效的治理策略。

总之，这项研究为理解油污在海洋环境中的行为提供了重要的科学依据，同时也为优化油污治理策略提供了新的思路。通过深入研究油品的流变特性，可以更有效地应对油污事件，减少其对海洋生态系统的破坏。未来的研究可以进一步探索油品在不同环境条件下的行为模式，以及如何通过不同的治理手段来优化油污治理效果。