石油工业是经济发展的血液,管道运输是石油工业的主干动脉,维护输送管道的安全稳定运行已经成为油气产业的重要主题。人为因素和自然因素会导致输油管道发生泄漏,输油管道的泄漏不仅影响了正常输送,并且还造成人员伤亡和巨大的经济损失。输油管道泄漏检测是保障管道安全可靠运行的必要手段。目前,激光技术由于其非接触、快速测量等优点在输油管道泄漏污染物地面检测中具有潜在的应用前景,但是泄漏区域污染物扩散特征、污染物光学物性均对其检测产生了一定的影响,因此开展输油管道泄漏污染物扩散及其激光检测研究具有重要的应用价值。本文以输油管道泄漏污染物为研究对象,结合实验测量和数值模拟两种手段,研究了泄漏油类污染物扩散及其光谱特征,分析了油类污染物介质的光谱特性。在此基础上,数值研究了泄漏条件对于埋地、水域输油管道泄漏污染物扩散及油类污染物激光检测的影响。开展了土壤红外热像实验,并通过搭建激光检测实验台研究了测量条件对油类污染物激光检测的影响。主要研究内容如下:1.实验介质光谱测量实验。实验测量石油和含油污水的红外透射光谱,采用―双厚度‖法反演得到了石油的光学常数,折射率在1.814~1.901之间,吸收指数在0.0261~0.0488之间,结合已有水光学常数的公开文献数据,计算水的反射比为0.036,可以获得地面含油污水的反射特性。2.建立了输油管道泄漏污染物传质过程二维计算模型。通过FLUENT软件模拟分析了泄漏条件对埋地、水域输油管道泄漏油类污染物扩散影响,结合反演石油光学常数,分析了激光检测中地面、水面油类污染物的光学特征。泄漏孔径、泄漏位置和泄漏速度均对泄漏污染物的扩散影响较大,油品密度、粘度和含水率影响则相对较小。激光检测与含油率和油膜厚度密切相关,地面、水面含油率和油膜厚度越大,激光检测强度越大;水面溢油扩散到同一位置的时间越长,造成可检测区域更广。3.土壤红外热像实验及油类污染物的激光检测实验。开展了含油土壤的红外热像实验,分析了太阳辐照时间和含油量对于含油土壤表面红外特性的影响。搭建了地面油类污染物激光检测实验台,测量了地面油类污染物光学特性,分析了激光入射角度和测量距离对其检测的影响。激光入射角度增大,无污染土壤和含油土壤的漫射激光强度增大;激光测量距离增大,无污染土壤和含油土壤漫射激光强度减小。通过本文的研究,获得了石油和含油污水的红外光谱特性和埋地、水域输油管道泄漏扩散规律,以及激光入射角度和测量距离对油类污染物激光检测影响,为输油管道泄漏激光检测技术发展提供了一定的参考依据。