Моделирование возможных аварийных разливов и оценка применения механического сбора нефти в арктических ледовых условиях. Моделирование разливов нефти


Методы моделирования разливов нефти Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук»

УДК 009.942

Р. П. Романов, В. А. Алексеев

МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАЗЛИВОВ НЕФТИ

Ключевые слова: моделирование, разлив нефти, нефтепродукты.

В данной статье рассмотрены различные зарубежные так и отечественные модели разлива нефти для различных случаев, описаны их особенности и на чем основаны эти модели.

Keywords: modeling, oil spill, oil.

This article describes thevarious foreignand domesticoil spillmodelfor various casesare describedandtheir featuresbasedon whatthese models.

В последние десятилетия в Российской Федерации происходит рост добычи нефти, однако и растет количество аварий связанных с разливом нефти. Разлив нефти может произойти как при добыче нефти, так и при транспортировке ее судами или по нефтепроводу. Основное количество разливов нефти на территории России происходит из-за аварий на нефтепроводах. Это обусловлено тем, что большая часть нефтепроводов построена 30-35 лет при нормативном сроке эксплуатации этих систем 20-25 лет [1].

Невозможно заранее предугадать точное место, время и объемы разливов нефти. Объем вытекшей нефти может оказаться значительным даже при относительно небольших повреждениях, если они остаются незамеченными в течение длительного времени [2].Поэтому необходима разработка планов по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов (ПЛРН). Для планирования действий по предотвращению и ликвидации возможных разливов нефти необходимо уметь прогнозировать последствия этих разливов: возможные маршруты стекания и места скопления нефти, воздействие нефти на природные объекты (реки, озера, леса и др.), население (колодцы с питьевой водой, пастбища, сельскохозяйственные угодья и др.).Информация о поведении и характере пятна в том или ином случае позволяют максимально быстро ввести механизм борьбы с разливом, тем самым, сокращая количество разлившегося нефтепродукта и уменьшить экологический ущерб [3].

Система прогнозирования последствий разливов нефти опирается на современные методы математического моделирования, учитывающие гидродинамические и климатические особенности зоны пролива.

Моделирование разливов нефти весьма проблематично из-за большого числа факторов, влияющих на передвижение и эволюцию пятна нефти в водной среде. К ним относятся изначальный объем и физико-химические характеристики пятна нефти, характеристики региона разлива, состав и циркуляция воды под пятном нефти и вокруг него, ветровое поле над поверхностью разлива. Некоторые физико-химические и биологические процессы: перенос пятна, турбулентная диффузия, гидродинамическое рассеивание, растворение, фотоокисление, погружение и всплытие и др. Все эти процессы и характеристики взаимосвязаны и должны рассмат-

риваться вместе для получения более точных оценок поведения нефти.

Также во многом влияет на поведение пятна характеристика источника разлива. Соответственно разработаны модели, описывающие и отдельные, и разные источники разливов. Например, ReedM. [4] описывает образование пятна нефти при прорыве нефтепровода и не рассматривающие поведение пятна после его образования.

Модель SLROSM позволяет моделировать разные источники выброса. Начальная область разлива, толщина пятна и свойства нефти определяются для различных сценариев разлива, а затем основная модель поведения нефти используется для расчета поведения нефти на поверхности воды. SLROSM также позволяет одновременно моделировать поведение нескольких пятен, расчет которых, осуществляется раздельно, т. к. у разных пятен, в виду различного времени образования, различная ветровая динамика.

Многие современные модели опираются на ранние работы Fay [5] и Mackay [6] с некоторой их модификацией, К примеру, Belore R использует модификацию, учитывающую изменение плотности нефти и определение растяжения нефти в точке разлива. Что касается вертикальной динамики, то чаще всего используется модель всплытия Delvigne [7].

Для более адекватного описания поведения пятна нефти рассматриваются трехмерные модели, описывающие передвижение пятна нефти по поверхности воды и вертикальное взаимодействие с водным столбом. Ранние модели (Fay [5], Mackay [6]) определяли временную динамику пятна нефти, а не его форму (предполагалось, что форма окружность или эллипс). Johansen [8] и Elliott [9] предложили гипотезу, что наблюдаемое растекание пятна возникает как результат погружения и всплытия капель нефти. На основании чего была разработана кинетическая модель вертикального смешения капель нефти под действием волн [10].

Основные характеристики нефти, разрушающих волн и водного столба собраны в единый «фактор смешивания», определяющем доли распределения нефти в пленке и водяном столбе. Он включает вязкость нефти, зависимость от высоты волн, коэффициент напряжения между поверхностями и плотность нефти. Этот подход обобщает модель всплытия Delvigne.

Одной из наиболее полных является следующая трехмерная модель [11]. В ней одновременно рассчитываются несколько переменных состояний нефти: толщина пятна на поверхности воды, концентрация растворенной, рассеянной (в виде капель) и эмульгированной нефти в водном столбе, концентрация растворенной и эмульгированной нефти в донных отложениях.

Модель представляет собой систему уравнений. Уравнения LNS управляют горизонтальным перемещением пятна, связанным с объединенным влиянием ветра и поверхностных течений, а также растеканием пятна под действием гравитационных сил и вязкости. Набор уравнений адвекции-диффузии описывают перемещение нефти в водном столбе, которые определяют обмен между рассеянной, растворенной и эмульгированной фазах нефти согласно определенной кинетики. Для адекватного описания вертикальной динамики капель нефти, вводится слой смешивания, находящийся сразу под пятном нефти. Находясь в этом слое большие капли нефти могут возвращаться назад в пятно, а могут погружаться в водный столб.

Являясь наиболее подробной, эта модель требует значительного объема данных, которые не всегда имеются в наличие. Выбор степени подробности модели исходит из ее назначения, требований и имеющихся данных. К примеру, в зависимости от типа нефти рассматриваемой в модели испарение либо учитывается, либо нет. В мобильных системах прогноза, из-за скорости жертвуют глубинным разрешением [12].

Разработанная в ААНИИ [13] модель переноса и трансформации нефтяных загрязнений в арктических ледовитых морях OilMARS (Oil Spill Modelforthe Arctic Seas) учитывает перенос и трансформацию нефтяных загрязнений на поверхности моря в результате длительных или моментальных разливов нефти от неподвижных или движущихся источников. А также распространение обнаруженных на поверхности моря пятен нефтяных загрязнений.

В настоящее время модель работает в трехмерном варианте, рассчитывая внутриводное распространение дисперсионного шлейфа и нефти, погрузившейся в воду. Модель способна рассчитывать появление и распространение вторичного нефтяного загрязнения на поверхности воды и загрязнение морского дна. Кроме того, модель учитывает влияние сплоченности и дрейфа ледяного покрова на распространение загрязнения, а также попадание нефти на верхнюю поверхность ледяного покрова и под лед в результате сжатия дрейфующего льда.

Модель SpillMod [14,15,16]учитывает основные процессы, происходящие в разливе под воздействием окружающей среды (растекание, перенос и деформацию под действием ветра и течений, испарение компонентов разлива, естественное диспергирование и изменение свойств разлива с течением времени). Модель основана на использовании ос-редненных по вертикальной координате уравнениях Навье - Стокса и позволяет проводить необходимые расчеты, в том числе для начальных стадий процес-

са, в областях сложной геометрии, при наличии свободных и контактных границ, наличии ледяного покрова.Уравнение модели, представляющие определенное развитие традиционной системы уравнений «мелкой воды», получены методом возмущений по малому параметру из исходной трехмерной задачи, в котором движение внутри слоя нефти описывается системой уравнений Навье - Стокса для несжимаемых ньютоновской жидкости. На поверхностях раздела нефть-вода и нефть-воздух, которые также являются искомыми функциями, заданы условия непрерывности напряжений и кинематические условия.

Российским научно-исследовательским институтом безопасности [17] разработана технология моделирования возможных разливов нефти и нефтепродуктов, которая включает в себя создание геоинформационной модели территории, построение корректной модели рельефа, определение маршрутов стекания нефти и нефтепродуктов, определение мест скопления.

Результатом моделирования движения пятна нефти по водной поверхности является расчет наиболее важных характеристик загрязнения, таких как площадь нефтяного пятна и его длина по фарватеру реки, концентрация загрязнителя в центре пятна. Однако данную модель нельзя применять к малым рекам.

В результате проведенного анализа доступных материалов можно сделать вывод о том, что прогнозирование пятна нефти затруднено из-за сложности процессов возникающих при разливе нефти, таких как адвекция, растекание, испарение, эмульгирование, диспергирование, осаждение, фильтрация в грунт, а также изменение состава и свойств нефти. Все эти процессы должны быть рассмотрены и описаны в математической модели для адекватной оценки поведения нефти и создания плана по ликвидации разлива нефти.

Литература

1. Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы (проектирование и строительство). - М: Недра, 1982. с.11-22.

2. Шарапов М.Э., Алексеев В.А. Численное моделирование разлива при разгерметизации трубопровода./ Вестник Казанского технологического университета, 2012, №16, с. 221-223.

3. ВицинД.Ю., АлексеевВ.А. Моделирование аварийного истечения нефтепродуктов на проницаемой поверхности./ Вестник Казанского технологического университета, 2014, №4, с. 263-265.

4. ReedM., EmilsenM.H., HetlandB., JohansenO., Buffing-ton S., Hoverstad B. Numerical model for estimation of pipeline oil spill volumes // Environmental Modelling & Software. 2006. 21. 178-189р.

5. Fay, J. A Physical Processes in the Spread of Oil on a Water Surface // MIT. NTIS report AD726281. 1971.

6. Mackay, D., Buist, I., Mascarenhas, R, Paterson, S. Oil Spill Processes and Models // Report EE8. Environment Canada, Ottawa. 1980.

7. Delvigne, G. A. L., Sweeney, C. E. Natural dispersion of oil // Oil and Chemical Pollu-tion. 1988. 4. 281-310 р.

8. Johansen, O. Dispersion of oil from drifting slicks // Spill Technology Newsletter. 1982. 134-149 р.

9. Elliott, A. J. Shear diffusion and the spread of oil in the surface layers of the North Sea // Deutsche HydrographischeZeitschrift. 1986. 39. 113-137 р.

10. Tkalich, P., Chan, E. S. Vertical mixing of oil droplets by breaking waves // Marine Pol-lution Bulletin. 2002. 44 (11), 152-161 р.

11. Tkalich, P. A. CFD solution of oil spill problems // Environmental Modelling & Soft-ware 2006. 21. 271-288 р.

12. Copeland G., Wee Thiam-Yew Current data assimilation modelling for oil spill contin-gency planning // Environmental Modelling & Software. 2006. 21. 142-155 р.

13. Становой В.В., Лавренов И.В., Неелов И.А. Система моделирования разливов нефти в ледовитых морях. // Проблемы Арктики и Антарктики, № 77, 2007

14. Ovsienko, S., Zatsepa, S., Ivchenko, A., Study and Modeling of Behavior and Spreading of Oil in Cold Water and in Ice Conditions. 15th International Conference on Port and

Ocean Engineering under Arctic Conditions, Espoo, Finland. 1999

15. Овсиенко С.Н., Зацепа С.Н., Ивченко А.А. Моделирование разливов нефти и оценка риска воздействия на окружающую среду.. Труды ГОИН. вып. 209. М.: Гидро-метеоиздат, 2005

16. Овсиенко С.Н., Зацепа С.Н., Ивченко А.А. Математическое моделирование как элемент информационной поддержки принятия решения при выборе стратегии защиты морской среды от нефтяного загрязнения, Труды ГОИНа, вып.213, М.Гидрометеоиздат, 2011

17. Моделирование аварийных разливов нефти и нефтепродуктов для планирования действий в условиях ЧС / С. В. Павлов [и др.] // ArcReview № 3 (26), DATA+, г. Москва, 2003. - C. 15-16.

© Р. П. Романов - магистрант каф. машин и аппаратов химических производств КНИТУ, [email protected]; В. А. Алексеев - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, [email protected]

cyberleninka.ru

Разумное природопользование: Моделирование возможных аварийных разливов и оценка применения механического сбора нефти в арктических ледовых условиях

Авторы:

Марсель Губайдуллин Заведующий кафедрой транспорта, хранения нефти, газа и нефтегазопромыслового оборудования Северного (Арктического) федерального университета (САФУ) им. М.В. Ломоносова, профессор, доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики (ФИЦКИА) РАН

Максим Ваганов Аспирант кафедры транспорта, хранения нефти, газа и нефтегазопромыслового оборудования САФУ им. М.В. Ломоносова

Аннотация

Изучение вопросов, связанных с возможными аварийными разливами нефти в акваториях ледовых морей при освоении углеводородных ресурсов Арктики, имеет актуальное значение. В статье рассматривается возможность применения программного комплекса OSCAR с целью моделирования и прогнозирования поведения последствий разливов нефти в результате аварийных ситуаций. Имитационное моделирование позволяет также определить оптимальные сценарии реагирования, ликвидации последствий аварий с использованием различных средств сбора. Методы механического сбора нефти могут оказаться достаточно эффективными при разливе в условиях сплошного ледяного покрова, а также – в мелкобитом льду.

Моделирование нефтяных разливов в большинстве своем используется для планирования и осуществления подготовки к потенциально возможным ситуациям, которые могут сопровождаться разливами нефти [2]. При планировании действий в случае возможных аварий рассматриваются различные альтернативные стратегии возможного реагирования на разлив с учетом баланса в них экономических показателей, и экологических преимуществ.

Сценарии, лежащие в основе анализа, должны включать обстоятельства, с которыми связан максимальный риск, определяемый как высокая вероятность события, отягощенная его возможными последствиями. Небольшой разлив с высокой вероятностью возникновения, но ожидаемым более низким экологическим воздействием, может оказаться сопоставимым по риску с крупными разливами с масштабным экологическим воздействием, но очень низкой вероятностью возникновения [5].

Рассмотрение и оценка альтернативных стратегий требует отбора объективных критериев для оценки их успеха. Типичными примерами таких критериев являются:

  • минимальный экологический ущерб (птицам, морским млекопитающим, рыбе, береговой линии),
  • максимальная степень уборки нефти,
  • минимальные затраты, включающие прямые экономические издержки, а также расходы на ликвидацию экологических последствий разлива.

Для того чтобы обеспечить статистическую (или стохастическую) основу для принятия решений, создается множество имитационных моделей. После анализа вероятных сценариев далее рассматривается детальное моделирование одного сценария, который называется детерминированным. На его основе исследуется возможность применения различных конкретных мер реагирования, отбираются лучшие из них, и затем эти меры включаются в план действий по предотвращению и ликвидации разлива. Например, при разработке плана действий по предотвращению и ликвидации разлива как самый худший из стохастических имитационных моделей может быть выбран сценарий, основанный на 95-процентной оценке максимального загрязнения нефтью береговой линии, при этом подбираются варианты мер реагирования для предотвращения или уменьшения загрязняющего воздействия нефти на берег.

Для оказания содействия в принятии решений в случае реального разлива осуществляется имитационное моделирование данного разлива, при котором используются оперативные гидрометеорологические данные по гидродинамике и параметрам ветра. Одним из современных программных комплексов, используемых для решения научно-практических задач, является информационная система для имитационного моделирования разливов OSCAR (The Oil Spill Contingency And Response model). Она разработана специалистами норвежской компании SINTEF и ассимилирует имеющиеся реальные наблюдения для того, чтобы адаптироваться к более точному представлению морских и погодных условий [6]. В дополнение программа по моделированию разливов имеет возможность использовать изображения разлива в реальном времени, получаемые с воздуха или со спутников с тем, чтобы обновлять прогноз по распространению нефти на поверхности и ее перемещению. Итерационная корректировка расчетов при моделировании, предшествующая выработке новых прогнозов, значительно повышает пользу получаемых данных, на основании которых осуществляется принятие решений во время ситуации разлива. Общая схема данной операционной системы показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема интеграции системы моделирования разливов в общую систему оперативного прогнозирования в режиме реального времени

Система имитационного моделирования OSCAR успешно применяется для решения оперативных задач в Норвегии, а также использовалась компанией BP (British Petroleum) для осуществления прогнозирования в режиме реального времени во время инцидента с платформой Deepwater Horizon в Мексиканском заливе. Рассматриваемая модель может интегрироваться с другими системами, существующими в разных странах, для осуществления оперативного прогнозирования в режиме реального времени…

Полная версия материала доступнапо подписке на журнал «Инженерная защита»

Литература

  1. Бадратдинов М.В., Ваганов М.А., Губайдуллин М.Г. Анализ методов ликвидации аварийных разливов нефти и возможности их применения в условиях Арктики // Материалы международного семинара «Рассохинские чтения». Ч. 2. Ухта: УГТУ, 2015. С. 257–261.
  2. Губайдуллин М.Г., Худякова Т.П., Воеводкин Д.А. Использование современных программных комплексов для моделирования разливов нефти в Арктических морях // Материалы Международной научно-практ. конф. «Теория и практика разведочной и промысловой геофизики». ПГНИУ, Пермь, 2014. С. 92–96.
  3. Губайдуллин М.Г., Конюхов А.В., Конюхов Д.А., Ваганов М.А., Рожман Д.А. Способ и устройство для сбора нефти из-под ледяного покрова водоема. Патент на изобретение № 2533920 Федеральной службы по интеллектуальной собственности РФ от 27.11.2014 г. Бюл. № 33 на заявку № 2013119311/13 от 25.04.2013.
  4. Мансуров М.Н., Сурков Г.А., Журавель В.И., Маричев А.В. Ликвидация аварийных разливов нефти в ледовых морях. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. 424 с.
  5. Эстбел Х., Губайдуллин М.Г. Основные элементы анализа экологического риска возможных аварийных разливов нефти в Баренцевом море // Сб. научн. трудов «Природные ресурсы и комплексное освоение прибрежных районов Арктической зоны» / Отв. ред. проф. В.И. Павленко. Архангельск, 2015. С. 70–74.
  6. Reed M., Aamo O. M., Daling P. S. Quantitative analysis of alternate oil spill response strategies using OSCAR. Spill Science and Technology, Pergamon Press 2(1),1995. Р. 67–74.
  7. Sørstrøm S.E., Brandvik P.J., Buist I., Daling P.S., Dickins D., Faksness L.-G., Potter S., Rasmussen J.F., Singsaas I. 2010. Joint Industry Program on Oil Spill Contingency for Arctic and Ice-covered Waters: Summary Report. Oil in Ice JIP Report No. 32, SINTEF, Trondheim, Norway.
Марсель Губайдуллин Связаться Марсель Губайдуллин

Заведующий кафедрой транспорта, хранения нефти, газа и нефтегазопромыслового оборудования Северного (Арктического) федерального университета (САФУ) им. М.В. Ломоносова Профессор, доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики (ФИЦКИА) РАН

territoryengineering.ru

Моделирование аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

В соответствии с проектом строительства скважины при бурении наличия углеводородов по траектории скважины ПБ-407 не ожидается. Все вскрываемые интервалы будут предположительно водоносными.

В качестве консервативного варианта далее рассматривается максимальный разлив 1500 т (1765 м3).

Зоной ЧС (Н) является территория, граница которой соответствует максимально возможной площади загрязнения нефтью, с учетом неблагоприятных гидрометеорологических условий, времени года, суток, экологических особенностей и характера использования акваторий (согласно “Правилам разработки и согласования планов по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации”, утв. приказом МЧС от 28.12.2004 г. № 621).

Для определения границ зон ЧС (Н) была выполнена оценка зон риска загрязнения акваторий и побережья в результате возможных аварийных ситуаций при добыче нефти на Пильтун-Астохском месторождении.

Зона риска – область акватории, где разлив нефти теоретически может оказаться в пределах заданных промежутков времени после начала аварии (1 день, 3 дня, 5 дней и т.д.), если не будут предприняты меры по локализации и ликвидации разлива нефти. Зоны риска определяются статистической обработкой множества вероятных траекторий движения нефтяных пятен, обусловленных гидрометеорологическими условиями рассматриваемого региона и режимом аварийного сброса нефти.

Оценка риска воздействия аварийных разливов нефти на окружающую среду проводится на основе результатов математического моделирования возможных сценариев распространения нефти для проектных аварий различных уровней. Оценка риска воздействия на окружающую среду (риск-анализ) включает определение зон вероятного распространения нефти в случае разлива, расчёт вероятности загрязнения выделенных участков акватории и побережья, включая зоны особой значимости, определение масштабов и формы вероятного загрязнения, выделение сценариев аварии, приводящих к загрязнению зон приоритетной защиты.

Математическое моделирование распространения нефти в результате возможных аварийных ситуаций для Пильтун-Астохского месторождения выполнено в Плане ликвидации аварийных разливов нефти ("План по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов для Пильтун-Астохского месторождения", 2013 г.).

Для моделирования, а также для расчета сил и средств ликвидации аварии использовались максимальные объемы разливов, определенные в соответствии с требованиями постановления Правительства РФ от 21.08.2000 г. № 613, а именно 1500 т (1765 м3).

Уровни реагирования

В соответствии с законодательством РФ любые чрезвычайные ситуации ЧС, начиная с объектового уровня и заканчивая федеральным, должны ликвидироваться силами и средствами Российской системы предотвращения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС). ЧС применительно к разливам нефти как на местности и в пресных внутренних водоемах, так и на море классифицируются по категориям ЧС, в зависимости от которых определяется и уровень реагирования. Повышение уровня реагирования может определяться многими факторами, но в целом, если ЧС не может быть локализована и ликвидирована имеющимися в наличии ресурсами данного уровня, то соответствующая Комиссия по чрезвычайным ситуациям (КЧС) может обратиться в вышестоящую КЧС с просьбой об оказании помощи. В этом случае вышестоящая КЧС может принять на себя функции по координации и/или управлению аварийными работами и предоставить необходимые ресурсы. Предусмотрены три уровня реагирования на разливы нефти на море.

Уровень 1 (локальный)

Уровень 1 определяется как уровень реагирования на разливы нефти, которые эффективно ликвидируются силами и средствами компании – собственника объекта или привлекаемого на договорной основе профессионального АСФ, подготовленного и оснащенного специализированными средствами для ликвидации возможных разливов, указанных в плане ЛРН организации. Компания обязана немедленно уведомить уполномоченные государственные органы о разливе, постоянно информировать их о состоянии нефтяного пятна и принимаемых мерах по его ликвидации.

Уровень 2 (региональный)

Если оператор объекта не может локализовать разлив своими силами, должны привлекаться дополнительные ресурсы.

На втором уровне реагирования локализация и ликвидация разлива нефти проводится силами и техническими средствами организации, на объекте которой произошел разлив, с привлечением профессиональных аварийно-спасательных формирований (ПАСФ),, сил подрядных организаций по ЛРН, имеющих соответствующие лицензии.

При необходимости проводится мобилизация региональных сил и средств РСЧС, других нефтяных компаний и вспомогательных организаций.

Управление реагированием принимает на себя Штаб руководства операциями (ШРО), в состав которого входят представители КЧС и ОПБ Сахалинской области или Дальневосточного округа, ФБУ «Госморспасслужбы России» и владельца объекта.

Уровень 3 (федеральный)

Это наивысший уровень реагирования на разливы нефти на море. На третьем уровне реагирования, кроме сил и средств, указанных выше, для локализации и ликвидации разливов нефти могут привлекаться силы и средства РСЧС: МЧС России; ФБУ «Госморспасслужбы России», специализированных организаций по ЛРН, а также ресурсы зарубежных компаний по согласованию с уполномоченными органами РФ.

На этом уровне руководство аварийными работами осуществляют федеральные органы управления. При этом может быть принято решение о созыве для координации действий Правительственной комиссии по ЧС и ОПБ (п.7 Правил, утвержденных постановлением Правительства РФ от 15 апреля 2002г. № 240).

Решение об отнесении аварийного разлива нефти к уровню реагирования 2 или выше принимается региональными и федеральными уполномоченными государственными органами. Категория реагирования может быть изменена, исходя из оценки факторов, необходимых для успешного завершения аварийных работ, а не из конкретных значений объемов.

В соответствии Положений Приказа Министерства транспорта РФ № 53 от 06.2009 г. применение сил и средств функциональной подсистемы осуществляется на основе соответствующих планов по предупреждению и ЛРН в море.

На основании п. 26 Приказа № 53 взаимодействие при проведении операций по ЛРН на морских бассейнах организуется и осуществляется в соответствии с федеральным планом, соответствующими региональными и объектовыми планами по предупреждению и ЛРН в море. Взаимодействие с соответствующими спасательными службами иностранных государств при ЛРН осуществляется согласно действующим двусторонним и многосторонним международным договорам РФ по сотрудничеству в борьбе с загрязнением моря нефтью и нефтепродуктами и планами совместных действий, разработанных в рамках этих договоров.

При ликвидации разливов регионального значения могут быть привлечены персонал и оборудование МЧС России, базирующиеся на Дальнем Востоке, Приморского филиала ФГУП «Балтийское БАСУ» и другие региональные ресурсы.

При разливах федерального значения могут привлекаться ресурсы МЧС России, Государственной морской аварийно-спасательной службы Минтранса России (ФБУ Госморспасслужба), ОАО «Центра аварийно-спасательных и экологических операций» («ЦАСЭО»/«Экоспас»), с филиалами на Дальнем Востоке, АСФ других компаний, а также международные ресурсы.

На основе соглашения о взаимопомощи компании «ЭНЛ» и «Сахалин Энерджи» имеют доступ к оборудованию ЛРН на взаимной основе, размещенное на АВП «Ноглики» Сахалин Энерджи и на складе ЛРН на ОБТК «Чайво» ЭНЛ.

Реагирование на нефтеразливы уровня 3 потребует координации как российских, так и международных сил и средств. Через компанию «Шелл Респонс Лимитед» (Shell Response Ltd.) компании «СТАСКО» (STASCO) могут быть привлечены ресурсы международных Центра ЛРН 3 уровня, расположенные на базах в г. Саутгемптон, Великобритания и Сингапуре, принадлежащие компании «ОСРЛ» (Оил Спил Респонс Лимитед)/«OSRL» (Oil Spill Response Limited), который является мировым лидером в области предупреждения и ликвидации разливов нефти.

studlib.info

Системы моделирования разливов нефти

В последние годы эмпирические формулы способствовали быстрому росту числа моделей, которые описывают поведение нефтяного пятна и способствовали модернизации плана ликвидации аварийных ситуаций, опсанного на http://xrl.ru. Но иногда предпочтение отдается менее точным, но простым методам. Благодаря нынешним разработкам в экологической и вычислительной области, системы моделирования разливов нефти предполагают использование физически верных и точных математических формул.

Моделировать разливы нефти довольно проблематично. Это зависит от многих факторов, влияющих на эволюцию и передвижение разлившейся нефти в воде. К ним можно отнести физико-химические характеристики продукта, изначальный объем, регион разлива, состав воды и ее циркуляцию под пятном нефти, ветер, течение, такие процессы как перенос пятна, гидродинамическое рассеивание, турбулентную диффузию, растворение, погружение, фотоокисление и всплытие. Эти характеристики и процессы взаимосвязаны. Для получения точной оценки поведения нефти их нужно рассматриваться вместе.

Нефтяное пятно может образоваться из-за прорыва подводного нефтепровода (кратковременная или долговременная утечка) и выброса нефтепродуктов на поверхность при перегрузке или перевозке.Характеристики источника разлива очень влияют на поведение нефтяного пятна. Существуют модели, описывающие и отдельные, и разные источники разливов. К примеру, Reed M. (2006) описывает пятно, возникшее при прорыве нефтепровода, но не рассматривает его дальнейшее поведение.

С помощью модели SLROSM можно моделировать вышеперечисленные источники выброса. Сначала для разных вариантов разлива определяется начальная область разлива, свойства нефти и толщина пятна, затем основная модель моделирует поведения нефти на водной поверхности (не только одного, но и нескольких пятен). Их расчет осуществляется раздельно, так как у разных пятен различная ветровая динамика (отличается время разлива).Более подробно можно узнать прочитав полностью нашу статью.

Многие современные модели берут в основу ранние работы Mackay (1980) и Fay (1971), только немного их изменяют. Например, Belore R модифицирована. Здесь определяется растяжение нефти и изменение плотности в точке аварийного разлива. Что же касается вертикальной динамики, зачастую используется модель Delvigne (определяет всплытие).

Существуют трехмерные модели, моделирующие передвижение пятна по водной поверхности и вертикальное взаимодействие нефти с водным столбом. С помощью ранних моделей можно было определить только временную динамику нефтяного пятна, при этом считалось, что оно имеет округлую форму. За гипотезами Johansen и Elliott удлинение (растекание) пятна возникает из-за погружения и всплытия частичек нефти. На основании этих теорий разработали кинетическую модель вертикального смешения капель под воздействием волн (Tkalich and Chan, 2002).

Главные характеристики нефти, водного столба и разрушающих волн собраны в один «фактор смешивания», который определяет долю распределения продукта в воде. Он включает коэффициент напряжения между поверхностями, вязкость и плотность нефти, высоту волн. Все это предусмотрено в модели всплытия Delvigne.

omskgazeta.ru

Моделирование аварийных разливов нефти и нефтепродуктов



В соответствии с проектом строительства скважины при бурении наличия углеводородов по траектории скважины ПБ-407 не ожидается. Все вскрываемые интервалы будут предположительно водоносными.

В качестве консервативного варианта далее рассматривается максимальный разлив 1500 т (1765 м3).

Зоной ЧС (Н) является территория, граница которой соответствует максимально возможной площади загрязнения нефтью, с учетом неблагоприятных гидрометеорологических условий, времени года, суток, экологических особенностей и характера использования акваторий (согласно “Правилам разработки и согласования планов по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации”, утв. приказом МЧС от 28.12.2004 г. № 621).

Для определения границ зон ЧС (Н) была выполнена оценка зон риска загрязнения акваторий и побережья в результате возможных аварийных ситуаций при добыче нефти на Пильтун-Астохском месторождении.

Зона риска – область акватории, где разлив нефти теоретически может оказаться в пределах заданных промежутков времени после начала аварии (1 день, 3 дня, 5 дней и т.д.), если не будут предприняты меры по локализации и ликвидации разлива нефти. Зоны риска определяются статистической обработкой множества вероятных траекторий движения нефтяных пятен, обусловленных гидрометеорологическими условиями рассматриваемого региона и режимом аварийного сброса нефти.

Оценка риска воздействия аварийных разливов нефти на окружающую среду проводится на основе результатов математического моделирования возможных сценариев распространения нефти для проектных аварий различных уровней. Оценка риска воздействия на окружающую среду (риск-анализ) включает определение зон вероятного распространения нефти в случае разлива, расчёт вероятности загрязнения выделенных участков акватории и побережья, включая зоны особой значимости, определение масштабов и формы вероятного загрязнения, выделение сценариев аварии, приводящих к загрязнению зон приоритетной защиты.

Математическое моделирование распространения нефти в результате возможных аварийных ситуаций для Пильтун-Астохского месторождения выполнено в Плане ликвидации аварийных разливов нефти ("План по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов для Пильтун-Астохского месторождения", 2013 г.).

Для моделирования, а также для расчета сил и средств ликвидации аварии использовались максимальные объемы разливов, определенные в соответствии с требованиями постановления Правительства РФ от 21.08.2000 г. № 613, а именно 1500 т (1765 м3).

Уровни реагирования

В соответствии с законодательством РФ любые чрезвычайные ситуации ЧС, начиная с объектового уровня и заканчивая федеральным, должны ликвидироваться силами и средствами Российской системы предотвращения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС). ЧС применительно к разливам нефти как на местности и в пресных внутренних водоемах, так и на море классифицируются по категориям ЧС, в зависимости от которых определяется и уровень реагирования. Повышение уровня реагирования может определяться многими факторами, но в целом, если ЧС не может быть локализована и ликвидирована имеющимися в наличии ресурсами данного уровня, то соответствующая Комиссия по чрезвычайным ситуациям (КЧС) может обратиться в вышестоящую КЧС с просьбой об оказании помощи. В этом случае вышестоящая КЧС может принять на себя функции по координации и/или управлению аварийными работами и предоставить необходимые ресурсы. Предусмотрены три уровня реагирования на разливы нефти на море.

Уровень 1 (локальный)

Уровень 1 определяется как уровень реагирования на разливы нефти, которые эффективно ликвидируются силами и средствами компании – собственника объекта или привлекаемого на договорной основе профессионального АСФ, подготовленного и оснащенного специализированными средствами для ликвидации возможных разливов, указанных в плане ЛРН организации. Компания обязана немедленно уведомить уполномоченные государственные органы о разливе, постоянно информировать их о состоянии нефтяного пятна и принимаемых мерах по его ликвидации.

Уровень 2 (региональный)

Если оператор объекта не может локализовать разлив своими силами, должны привлекаться дополнительные ресурсы.

На втором уровне реагирования локализация и ликвидация разлива нефти проводится силами и техническими средствами организации, на объекте которой произошел разлив, с привлечением профессиональных аварийно-спасательных формирований (ПАСФ),, сил подрядных организаций по ЛРН, имеющих соответствующие лицензии.

При необходимости проводится мобилизация региональных сил и средств РСЧС, других нефтяных компаний и вспомогательных организаций.

Управление реагированием принимает на себя Штаб руководства операциями (ШРО), в состав которого входят представители КЧС и ОПБ Сахалинской области или Дальневосточного округа, ФБУ «Госморспасслужбы России» и владельца объекта.

Уровень 3 (федеральный)

Это наивысший уровень реагирования на разливы нефти на море. На третьем уровне реагирования, кроме сил и средств, указанных выше, для локализации и ликвидации разливов нефти могут привлекаться силы и средства РСЧС: МЧС России; ФБУ «Госморспасслужбы России», специализированных организаций по ЛРН, а также ресурсы зарубежных компаний по согласованию с уполномоченными органами РФ.

На этом уровне руководство аварийными работами осуществляют федеральные органы управления. При этом может быть принято решение о созыве для координации действий Правительственной комиссии по ЧС и ОПБ (п.7 Правил, утвержденных постановлением Правительства РФ от 15 апреля 2002г. № 240).

Решение об отнесении аварийного разлива нефти к уровню реагирования 2 или выше принимается региональными и федеральными уполномоченными государственными органами. Категория реагирования может быть изменена, исходя из оценки факторов, необходимых для успешного завершения аварийных работ, а не из конкретных значений объемов.

В соответствии Положений Приказа Министерства транспорта РФ № 53 от 06.2009 г. применение сил и средств функциональной подсистемы осуществляется на основе соответствующих планов по предупреждению и ЛРН в море.

На основании п. 26 Приказа № 53 взаимодействие при проведении операций по ЛРН на морских бассейнах организуется и осуществляется в соответствии с федеральным планом, соответствующими региональными и объектовыми планами по предупреждению и ЛРН в море. Взаимодействие с соответствующими спасательными службами иностранных государств при ЛРН осуществляется согласно действующим двусторонним и многосторонним международным договорам РФ по сотрудничеству в борьбе с загрязнением моря нефтью и нефтепродуктами и планами совместных действий, разработанных в рамках этих договоров.

При ликвидации разливов регионального значения могут быть привлечены персонал и оборудование МЧС России, базирующиеся на Дальнем Востоке, Приморского филиала ФГУП «Балтийское БАСУ» и другие региональные ресурсы.

При разливах федерального значения могут привлекаться ресурсы МЧС России, Государственной морской аварийно-спасательной службы Минтранса России (ФБУ Госморспасслужба), ОАО «Центра аварийно-спасательных и экологических операций» («ЦАСЭО»/«Экоспас»), с филиалами на Дальнем Востоке, АСФ других компаний, а также международные ресурсы.

На основе соглашения о взаимопомощи компании «ЭНЛ» и «Сахалин Энерджи» имеют доступ к оборудованию ЛРН на взаимной основе, размещенное на АВП «Ноглики» Сахалин Энерджи и на складе ЛРН на ОБТК «Чайво» ЭНЛ.

Реагирование на нефтеразливы уровня 3 потребует координации как российских, так и международных сил и средств. Через компанию «Шелл Респонс Лимитед» (Shell Response Ltd.) компании «СТАСКО» (STASCO) могут быть привлечены ресурсы международных Центра ЛРН 3 уровня, расположенные на базах в г. Саутгемптон, Великобритания и Сингапуре, принадлежащие компании «ОСРЛ» (Оил Спил Респонс Лимитед)/«OSRL» (Oil Spill Response Limited), который является мировым лидером в области предупреждения и ликвидации разливов нефти.

referatwlj.nugaspb.ru referatwil.nugaspb.ru refaoan.ostref.ru refamvw.ostref.ru Главная Страница

nereff.ru

Системы моделирования разливов нефти

В последние годы эмпирические формулы способствовали быстрому росту числа моделей, которые описывают поведение нефтяного пятна и способствовали модернизации плана ликвидации аварийных ситуаций, опсанного на http://xrl.ru. Но иногда предпочтение отдается менее точным, но простым методам. Благодаря нынешним разработкам в экологической и вычислительной области, системы моделирования разливов нефти предполагают использование физически верных и точных математических формул.

Моделировать разливы нефти довольно проблематично. Это зависит от многих факторов, влияющих на эволюцию и передвижение разлившейся нефти в воде. К ним можно отнести физико-химические характеристики продукта, изначальный объем, регион разлива, состав воды и ее циркуляцию под пятном нефти, ветер, течение, такие процессы как перенос пятна, гидродинамическое рассеивание, турбулентную диффузию, растворение, погружение, фотоокисление и всплытие. Эти характеристики и процессы взаимосвязаны. Для получения точной оценки поведения нефти их нужно рассматриваться вместе.

Нефтяное пятно может образоваться из-за прорыва подводного нефтепровода (кратковременная или долговременная утечка) и выброса нефтепродуктов на поверхность при перегрузке или перевозке.Характеристики источника разлива очень влияют на поведение нефтяного пятна. Существуют модели, описывающие и отдельные, и разные источники разливов. К примеру, Reed M. (2006) описывает пятно, возникшее при прорыве нефтепровода, но не рассматривает его дальнейшее поведение.

С помощью модели SLROSM можно моделировать вышеперечисленные источники выброса. Сначала для разных вариантов разлива определяется начальная область разлива, свойства нефти и толщина пятна, затем основная модель моделирует поведения нефти на водной поверхности (не только одного, но и нескольких пятен). Их расчет осуществляется раздельно, так как у разных пятен различная ветровая динамика (отличается время разлива).Более подробно можно узнать прочитав полностью нашу статью.

Многие современные модели берут в основу ранние работы Mackay (1980) и Fay (1971), только немного их изменяют. Например, Belore R модифицирована. Здесь определяется растяжение нефти и изменение плотности в точке аварийного разлива. Что же касается вертикальной динамики, зачастую используется модель Delvigne (определяет всплытие).

Существуют трехмерные модели, моделирующие передвижение пятна по водной поверхности и вертикальное взаимодействие нефти с водным столбом. С помощью ранних моделей можно было определить только временную динамику нефтяного пятна, при этом считалось, что оно имеет округлую форму. За гипотезами Johansen и Elliott удлинение (растекание) пятна возникает из-за погружения и всплытия частичек нефти. На основании этих теорий разработали кинетическую модель вертикального смешения капель под воздействием волн (Tkalich and Chan, 2002).

Главные характеристики нефти, водного столба и разрушающих волн собраны в один «фактор смешивания», который определяет долю распределения продукта в воде. Он включает коэффициент напряжения между поверхностями, вязкость и плотность нефти, высоту волн. Все это предусмотрено в модели всплытия Delvigne.

omskgazeta.ru

Моделирование аварийных разливов нефтепродуктов на акватории водоема с использованием геоинформационных технологий

страница 1

МОДЕЛИРОВАНИЕ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА АКВАТОРИИ ВОДОЕМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Бирюков Петр Андреевич (Ростов-на-Дону, Южный научный центр РАН) Разработан прототип геоинформационной системы, включающей в себя математические модели для расчета траекторий перемещения разливов нефти. В качестве основного инструмента применяется программный комплекс ArcGIS Desktop 9.3 компании ESRI. Математическая модель реализована на языке Visual Basic for Applications и встроена в ArcMap в виде модуля. Созданный комплекс предоставляет возможность моделировать разливы нефти большого масштаба (более 1000 тонн) благодаря реализации комбинированного подхода к переносу нефти. Проведена реконструкция экологической катастрофы, произошедшей 11 ноября 2007 г. в Керченском проливе.

Введение. Распространение нефтяных пятен представляет собой совокупность процессов, зависящих от большого числа факторов, определяющих как состояние окружающей среды, так и свойства самого вещества. При постановке задачи о переносе нефтяного загрязнения в водоеме необходимо адекватно описывать не только физико-химические свойства самой нефти и характер источников загрязнения, но и такие характеристики водной среды как течения, волнение, стратификацию, взаимодействие с атмосферой и другие. Все эти процессы связаны между собой и должны совокупно рассматриваться для получения адекватных результатов. Решение этой многофункциональной задачи требует комплексного подхода. Для моделирования необходимо использовать комплекс математических моделей, включающий в себя гидродинамические модели, модели расчета траектории перемещения и ряд моделей, отвечающих за различные процессы, происходящие с нефтью при попадании в водную среду, такие как перенос, растекание, испарение, эмульгирование и диспергирование.

В качестве основы для моделирования переноса нефтепродуктов выбраны следующие этапы:

1. Подготовка исходных данных для моделирования.

2. Выявление или расчет характерных течений.

3. Начальное растекание под действием течений и ветра.

4. Разделение пятна на совокупность отдельных частиц и их перенос Лагранжевым методом под действием ветра и течений.

Для проверки адекватности модели была проведена реконструкция экологической катастрофы 11 ноября 2007 г., произошедшей в Керченском проливе. Здесь и вдоль черноморского побережья от Новороссийска до Севастополя ночью из-за сильного шторма потерпели крушение 13 судов. Часть из них села на мель, три судна с грузом серы затонули.

Основная часть мазута, попавшего в Керченский пролив, находилась на танкере «Волгонефть-139». Во время шторма судно разломилось на 2 части, корма начала дрейфовать по течению, и в акваторию пролива вылился мазут, по крайней мере, из двух танков – 1000-1200 тонн [1].

Для оценки и анализа направлений переноса нефтепродуктов наряду с полем ветра необходимо иметь представление о течениях в районе аварии. Эти данные служат основой для калибровки и верификации параметров гидрофизических моделей.

Течения Керченского пролива. Южный научный центр РАН занимается сбором океанографических данных по Азовскому морю, Керченскому проливу и прилегающей акватории Черного моря. Результатом этой работы стало создание базы первичных океанографических данных и наблюдений.

Для анализа течений использовалась база данных по Керченскому проливу, которая содержит более 13 тысяч записей данных наблюдений за течениями с 1923 по 1974 г. В базе данных находится следующая информация: координаты станции, дата и время измерения, глубина, горизонт, скорость и направление ветра, скорость и направление течения.

Используя средства геоинформационных систем (ГИС), были выделены и проанализированы четыре характерных района с наиболее сильно выраженными течениями:

Район I — порт Крым – порт Кавказ.

Это самое узкое место Керченского пролива, ширина около 4 км, и поэтому скорости течений здесь наиболее высоки. Площадь данного участка приблизительно равна 26 км2. В районе находится 37 станций наблюдений и за весь рассмотренный период на них проведено 5326 измерений. Через район проходит Еникальский канал, поэтому максимальная глубина составляет 10 м, а средняя 4 м.

Район II — мыс Белый (Ак-Бурун) – остров Тузла.

Район занимает площадь равную 12 км2. Он содержит 18 станций, на которых проведено 2806 измерений. Через район также проходит судоходный Еникальский канал, максимальная глубина около 10 м, средняя 4 м.

Район III — мыс Тузла – остров Тузла.

Площадь 19 км2. В районе расположено 35 станций с 922 измерениями. Мелководный район Керченского пролива, максимальная глубина 4 м, средняя менее 3 м. В 1925 г. после сильного шторма в косе образовалась промоина и к. Тузла стала островом [2]. В рассматриваемый период с 1925 по 1974 г. не существовало Тузлинской дамбы.

Район IV — мыс Малый – мыс Тузла.

Район расположен юго-западнее острова Тузла. Он содержит 310 измерений на 7 станциях. Максимальная скорость течения, зарегистрированная в этом районе, составляет 42 см/с, а средняя 13 см/с. В связи с непосредственной близостью Черного моря средняя глубина в районе около 10 м.

В ходе анализа данных выявлены наиболее характерные течения Керченского пролива, построены корреляционные зависимости полей ветра и течений [3].

Описание математической модели. Реализованный комплекс учитывает следующие процессы, происходящие с нефтью:

1. Растекание.

Для процесса растекания более легкой жидкости по поверхности воды принято выделять несколько переходящих друг в друга стадий [4], из которых для разливов менее 2000 м3 наиболее важной является фаза распространения под действием сил поверхностного натяжения до тех пор, пока пятно остается единым целым.

Изменения параметров пятна на фазе распространения под действием сил поверхностного натяжения могут быть описаны уточненными на основе результатов натурных экспериментов полуэмпирическими формулами Дж. Фея [5], [6] в модификации [7], [8]. Диаметр пятна в направлении перпендикулярном направлению ветра (Ry):

Ry = asMbtc, s = [(rw-r0)/r0]a,

где: rw - плотность морской воды;

r0 - плотность нефти;

M - объем первоначального разлива;

t - время после разлива;

a=42.5; a=1/3; b=1/3; c=1/4.

Диаметр пятна нефти в направлении ветра (Rx):

Rx = Ry + bWdte,

где: W - скорость ветра;

b=1.82; d=4/3; e=3/4.

2. Перемещение под действием течений и ветра.

В модели принято допущение, что нефтепродукты перемещаются под действием 3 основных факторов: течений, ветра и волнового воздействия вблизи береговой линии.

Расчет перемещения происходит по следующей формуле:

Vt = kwWt + kuUt + ks(L) Ft,

где: Vt - вектор скорости смещения центра «микропятна»;

Wt - вектор скорости ветра на высоте 10 м от поверхности;

Ut - вектор суммарных поверхностных (ветровых и приливных) течений;

Ft - вектор влияния берега;

kw - коэффициент влияния ветра; в модели принято, что каждое «микропятно» имеет свой коэффициент, случайным образом выбранный из допустимого диапазона 2-4%;

ku - коэффициент влияния течений, при расчетах принят равным 100%;

ks - коэффициент влияния берега, зависящий от расстояния до береговой линии.

3. Волновое воздействие вблизи береговой линии.

В рамках данной модели учтено, что в береговой зоне по мере уменьшения глубины волны начинают разворачиваться к берегу, и на «микропятна» начинает действовать береговой фактор. Данное воздействие «работает» лишь в случаях, когда угол между нормалью к берегу и вектором ветра отличаются не более чем на 90°. С уменьшением расстояния до берега воздействие увеличивается. Коэффициент влияния берега - эмпирическая величина, подбираемая в ходе вычислительных экспериментов.

Программная реализация. Для оценки риска воздействия на окружающую среду аварийных сбросов нефтепродуктов в Керченском проливе был создан прототип ГИС «Керченский пролив», включающий в себя ряд математических моделей для расчета траекторий перемещения разливов нефти. В качестве основного инструмента применяется программный комплекс ArcGIS Desktop 9.3 компании ESRI (США). Математическая модель реализована на языке Visual Basic for Applications и встроена в ArcMap в виде модуля. Реализация в среде ГИС имеет ряд преимуществ, связанных с удобством визуализации результатов после или в процессе выполнения расчетов.

Созданный комплекс предоставляет возможность моделировать разливы нефти большого масштаба (более 1000 тонн) благодаря реализации комбинированного подхода к переносу нефти:

1. Начальное формирование слика в результате действия гравитационных, инерционных, вязких сил и сил поверхностного натяжения и его перемещение под действием течений и ветра в консолидированном состоянии в течение определенного времени.

2. Последующее деление пятна нефти на совокупность отдельных «микропятен» - «частиц» и моделирование их переноса под действием ветра и течений методом Лагранжа с включением элементов стохастики как в формирование первоначального запаса нефти в каждом «микропятне», так и в оценки параметров влияния ветра и течений на перенос «частиц».

В качестве основы для расчетов модель использует регулярную сетку. Вся область покрывается регулярной сеткой с шагом Δх = Δу. Для Керченского пролива был выбран размер ячейки 240 на 240 м (рисунок 1).

Рисунок 1 — Расчетная область модели

В качестве входных данных используется следующая информация:

1. Конфигурация водоема.

2. Метеорологическая ситуация на весь период моделирования.

3. Реальные или рассчитанные течения.

4. Место и динамика разлива нефтепродуктов.

Алгоритм расчетов. Сразу после разлива начинается растекание и перемещение нефти по акватории водоема. При достижении заданной толщины пленки или по таймеру пятно случайным образом делится на N частей, каждая из которых обладает определенной массой и в дальнейшем считается «микропятном». Для каждой из таких частиц с помощью генератора случайных чисел определяется коэффициент влияния ветра. Затем для каждой из частиц начинается итерационный процесс расчета траектории её перемещения. Итерационный процесс продолжается до тех пор, пока для каждой из частиц не выполнится одно из следующих условий:

1. Достижение берега.

2. Выход за границы расчетной области.

По окончанию моделирования выводится статистика по проведенному эксперименту, содержащая коэффициенты влияния ветра для каждой из частиц, конечное местоположение (выход за границы расчетной области или достижение берега).

Реконструкция катастрофы 11 ноября 2007 г. На рисунке 2 показано расположение разломившегося танкера «Волгонефть-139» на 11:00 11.11.07 г. и траектория перемещения кормы.

Рисунок 2 — Место кораблекрушения танкера «Волгонефть-139» и траектория дрейфа кормы

При моделировании ситуации использовался следующий сценарий: был произведен ряд залповых сбросов мазута с «носа», «кормы», и траектории перемещения. За первые 3 часа после аварии (с 05:00 до 08:00 11 ноября) было сброшено 1080 т. В результате растекания мазута по акватории пролива было сформировано генерализованное пятно. Это пятно было разделено на 1080 «элементарных» частиц, каждая из которых имеет массу 1 т. Оставшиеся 120 т равномерно сбрасывались из «носа» в течение 4 суток (96 часов) после аварии. В результате этого на акватории образовались 1200 частиц массой по 1 т, каждая из которых обладает собственным уникальным поведением (т.е. для каждой частицы с помощью генератора случайных чисел из диапазона выбирается коэффициент влияния ветра). Далее каждая из этих частиц перемещается по акватории водоема, пока не достигнет берега или границы расчетной области.

В результате моделирования были построены распределения мазута по акватории и береговой линии для следующих моментов времени: 12, 24 (рисунок 3), 36, 48, 60, 72 и 240 (рисунок 4) часов после аварии. Для них приводится следующая статистика: количество мазута на акватории и берегах, количество мазута вынесенного в Азовское море.

Рисунок 3 — Распределение мазута по акватории пролива, через сутки после аварии

Рисунок 4 — Распределение мазута по акватории пролива, через 10 суток после аварии Заключение. Движение пятен мазута в Керченском проливе, а также изменение их количества в процессе переноса в значительной мере определяется полем ветра, состоянием водной поверхности и собственными свойствами мазута, контролирующими характер его взаимодействия с окружающей средой. Применение метода разделения пятна на элементарные частицы дает возможность оценки количества распределения мазута на конкретных территориях. Этот метод позволяет следить за траекторией перемещения каждой отдельной частицы.

По результатам расчетов (таблица 1) на побережье Таманского залива от Тамани до пос. Приморского вынесено 280 т мазута. На внутреннюю часть косы Чушка – 82 т. Внешняя часть к. Чушка приняла на себя основную часть загрязнения – 347 т мазута. На косу Тузла – 114 т. 281 тонна мазута, которая вынесена в Азовское море, (т.е. за пределы зоны моделирования) вероятнее всего распределена по береговой линии от м. Ахиллеон до м. Пеклы. На украинское побережье Керченского пролива (в основном район Керчи) попало 90 т (рисунок 4). На рисунке 5 показано распределение мазута по зоне моделирования.

Таблица 1 — Параметры распределения мазута

Время после аварии, часы Акватория Береговая линия Вынос в Азовское море
% т % т % т
12 98% 1176 2% 24 0% 0
24 83,83% 1006 16,17% 194 0% 0
36 49,25% 591 41,42% 497 9,33% 112
48 34,5% 414 52,42% 629 13,08% 157
60 20,25% 243 66,75% 801 13% 156
72 14,92% 179 71,75% 861 13,33% 160
240 4,25% 51 72,33% 868 23,42% 281

Рисунок 5 — Распределение мазута, где 1 - мазут на акватории Керченского пролива; 2 - мазут, распределенный по береговой линии Керченского пролива; 3 - мазут, вынесенный в Азовское море

ЛИТЕРАТУРА

  1. Матишов Г.Г., Бердников С.В., Савицкий Р.М. Экосистемный мониторинг и оценка воздействия разливов нефтепродуктов в Керченском проливе. Авария судов в ноябре 2007 г. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2008. 80 с.
  2. Брянцев В.А. Возможные экологические последствия сооружения Тузлинской дамбы (Керченский пролив) // Морський екологiчний журнал, №1, Т. IV., 2005.
  3. Бирюков П.А., Бердников С.В. Анализ данных наблюдений за течениями в Керченском проливе с использованием геоинформационных технологий // Материалы международной научной конференции «Современные проблемы морской инженерной экологии (изыскания, ОВОС, социально-экономические аспекты)» (г. Ростов-на-Дону, 9-11 июня 2008г). Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2008. С.42-45
  4. Blokker P.C. Spreading and evaporation of petroleum productson water. Proceeding of the Joint International Harbor Conference. Antwerp. 1964.
  5. Fay J.A. Phisical processes in the spread of oil on a water surface. Proceeding of the Joint Conference on Prevention and Control of Oil Spills, Washington, DC, American Petroleum Institut, 1971, pp. 117-125.
  6. Lehr W.J., Cekirge H.M., Fraga R.J., Belen M.S. Новая методика определения первоначального разлива с применением усовершенствованной формулы Фея. (Из бюллетеня по загрязнению морской среды, 1984, том 15, № 9, стр. 326-329).
  7. Зуев А.Н., Ильин Г.B. "Оценка вероятности загрязнения акватории и побережья юго-восточной части Баренцева моря при разливе нефти в районе Приразломного месторождения", с.136-145.- В книге: "Экосистемы, биоресурсы и антропогенное загрязнение Печорского моря", КНЦ РАН, Апатиты, 1996. 162 с.
  8. Зуев А.Н. Отчет по теме регионального заказа I.7.8.29. "Разработать метод краткосрочного прогноза переноса загрязняющих веществ в Баренцевом море под действием атмосферных факторов", фонды МФ ААНИИ, Мурманск, 1993, 165 с.
страница 1

     

zaeto.ru