CC BY
165
7. Мисейко, Г.Н. Зообентос озера Чаны: биоразнообразие, биопродуктивность, значение в биоиндикации (Западная Сибирь) // Стратегия развития аквакультуры в условиях XXI века: матер. междунар. конф. - Минск, 2004.
8. Общая природная характеристика и экологические проблемы Чановской и Кулундинской озерных систем и их бассейнов / О.Ф. Васильев, В.А. Казанцев, П.А. Попов, В.В. Кириллов // Сибирский экологический журн. - 2005. - № 2.
9. Практическая гидробиология. - М., 2006.
10. Пульсирующее озеро Чаны. - Л., 1982.
11. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем. - СПб., 1992.
12. The lakes handbook. V. 1. Limnology and limnetic ecology / Ed. by P.E. OSullivan and C.S. Reynolds. - Blackwell Publishing, 2004.
Bibliography
1. Alimov, A.F. Ehlementih teorii funkcionirovaniya vodnihkh ehkosistem. - SPb., 2000.
2. Bezmaternihkh, D.M. Zoobentos kak indikator ehkologicheskogo sostoyaniya vodnihkh ehkosistem Zapadnoyj Sibiri (analitich. obzor). -Novosibirsk, 2007.
3. Bezmaternihkh, D.M. Sostav, struktura i kolichestvenna kharakteristika zoobentosa ozera Chanih v 2001 godu // Sibirskiyj ehkolo-gicheskiyj zhurn. - 2005. - № 2.
4. Bezmaternihkh, D.M. Sovremennoe sostoyanie i mnogoletnyaya dinamika zoobentosa ozera Chanih / D.M. Bezmaternihkh, K.V. Chernihshkova, K.V. Marusin // Problemih regionaljnoyj ehkologii, 2008. - № 6.
5. Vizer, L.S. Dinamika kormovoyj bazih ozera Chanih / L.S. Vizer, D.I. Naumkina // Sibirskaya zoologicheskaya konferenciya: tez. dokl. vseros. konf., posvyath. 60-letiyu ISiEhZh SO RAN. - Novosibirsk, 2004.
6. Kitaev, S.P. O sootnoshenii nekotorihkh troficheskikh urovneyj i «shkalakh trofnosti» ozer raznihkh prirodnihkh zon // V sjhezd Vsesoyuznogo gidrobiologicheskogo obthestva. - Kuyjbihshev, 1986. - Ch. 2.
7. Miseyjko, G.N. Zoobentos ozera Chanih: bioraznoobrazie, bioproduktivnostj, znachenie v bioindikacii (Zapadnaya Sibirj) // Strategiya razvitiya akvakuljturih v usloviyakh XXI veka: mater. mezhdunar. konf. - Minsk, 2004.
8. Obthaya prirodnaya kharakteristika i ehkologicheskie problemih Chanovskoyj i Kulundinskoyj ozernihkh sistem i ikh basseyjnov / O.F. Va-siljev, V.A. Kazancev, P.A. Popov, V.V. Kirillov // Sibirskiyj ehkologicheskiyj zhurn. - 2005. - № 2.
9. Prakticheskaya gidrobiologiya. - M., 2006.
10. Puljsiruyuthee ozero Chanih. - L., 1982.
11. Rukovodstvo po gidrobiologicheskomu monitoringu presnovodnihkh ehkosistem. - SPb., 1992.
12. The lakes handbook. V. 1. Limnology and limnetic ecology / Ed. by P.E. OSullivan and C.S. Reynolds. - Blackwell Publishing, 2004.
Статья поступила в редакцию 13.12.11
УДК 502.55
Vragova E. V. Mathematical model of the behavior of oil spills in the waters of rivers and swampy areas. In this paper we consider the behavior of oil spills in the water. Forecast for the oil spilled on the surface, known as the simulation trajectory. The equations of the model, representing a modification of the traditional system of equations of "shallow water", obtained by a perturbation in the small parameter of the original three-dimensional problem. The advantage of using the model is an environmental risk assessment and decision making during oil spill response organization.
Key words: model, oil spill, parameterization, simulation trajectory.
Е.В. Врагова, канд. тех. наук, научный сотрудник Институт почвоведения и агрохимии СО РАН,
E-mail: [email protected]
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОВЕДЕНИЯ НЕФТЯНЫХ РАЗЛИВОВ НА АКВАТОРИИ РЕК И БОЛОТНОЙ МЕСТНОСТИ
В статье рассматривается поведение нефтяных разливов в воде. Прогноз движения нефти, разлитой по поверхности воды, известен как моделирование траектории. Уравнения модели, представляющие модификацию традиционной системы уравнения «мелкой воды», получены методом возмущения по малому параметру из исходной трехмерной задачи. Преимуществом при использовании модели является оценка экологического риска и принятия решений при организации ликвидации разлива нефти.
Ключевые слова: модель, нефтяной разлив, параметризация, моделирование траектории.
Поведение нефтяных разливов в воде определяется как физико-химическими свойствами самой нефти, так и состоянием водной среды. Схематически процесс распространения нефти в воде можно представить следующим образом. На начальной стадии разлива происходит растекание нефти по водной поверхности, обусловленное ее положительной плавучестью. Скорость растекания может варьироваться в широких пределах и зависит, в основном, от физических свойств нефти при данных гидрометеорологических условиях. В зависимости от объема нефти, этот процесс может продолжаться от нескольких минут до нескольких часов и даже дней в особо крупных разливов. Дальнейшее распространение нефти по поверхности обусловлено действием поверхностного натяжения и турбулентной диффузии или точнее турбулентным характером касательных напряжений на границах раздела нефть-вода и нефть-воздух. Деформация и перенос нефтяного пятна определятся совместным действием ветра и при наличии поверхностных течений в месте нахождения нефтяного слика. С момента разлива начинается испарение летучих фракций нефти, при этом меняются физико-химические свойства растекающейся нефти (плотность, вязкость). Поскольку количество испарившейся нефти определяется типом нефти, площадью испарения и гидрометеорологическими условиями (ветер темпера-
тура), процессы растекания и испарения достаточно тесно связаны. При достаточно сильных ветрах и развитом волнении часть нефти естественно диспергируется в воду в виде капель. Дальнейшая судьба диспергированной нефти определяется, в основном, динамической структурой поля течений. Перенос эмульсии определяется практически теми же факторами, что и пленочной нефти. Внутренняя динамика эмульсии слабо изучена и обычно полагается несущественной [1].
Из приведенного схематического описания поведения нефти в воде видно, что оно определяется свойствами нефти и окружающей средой. Часть процессов выветривания нефти изучена достаточно хорошо и может быть промоделирована, часть процессов может быть описана на уровне простых параметризаций, основанных на экспериментальных данных, данные по ряду процессов практически отсутствуют.
Моделирование траектории нефтяного пятна: Прогноз движения нефти, разлитой по поверхности воды, известен как моделирование траектории. Нефть движется по поверхности воды в основном под воздействием движущих сил в виде преобладающих ветров и поверхностных течений.
Моделирование процессов трансформации нефти: при попадании нефти на водную поверхность ее характеристики начи-
нают меняться вследствие ряда физико-химических процессов. Основными процессами, влияющими на процессы трансформации большинства нефтяных разливов, являются следующие:
• растекание;
• испарение;
• дисперсия;
• растворение;
• эмульгирование.
Эти процессы преобладают в течение первых нескольких дней или недель после разлива и существенно изменяют природу нефти. Кроме того, происходит ряд более длительных процессов, включающих:
• биодеградация;
• фото- и самоокисление;
• осаждение.
Это более длительные процессы являются менее важными по сравнению с первыми пятью в отношении прогнозирования процессов трансформации разлитой нефти и их вклад в процессы трансформации нефти обычно в моделях не учитывается.
После попадания нефти на поверхность воды в ее движении участвуют два компонента:
• растекание;
• адвекция под действием преобладающих местных ветров и течений
Растекание происходит на ранних стадиях разлива.
В соответствии с результатами, полученными J.A. Fay [2] растекание проходит в три стадии, а именно:
• Первая стадия - силы гравитации - силы инерции: эта ранняя стадия имеет место непосредственно после попадания нефти в окружающую среду и заключается в движении нефти под действием гравитационных сил. Это происходит в силу того простого факта, что частицы нефти, которая является жидкостью, не остаются в связанном друг с другом состоянии. Скорость перемещения нефти зависит от инерционных свойств; т.е., в силу наличия массы, для начала ее движения требуется время. Процесс происходит в течении периода времени от нескольких минут до часов и в основном завершается до начала принятия мер ликвидации разлива нефти.
■ Вторая стадия - силы гравитации - вязкость: эта стадия также начинается непосредственно после вытекания нефти в окружающую среду и также обусловлена действием гравитационных сил. На этой стадии, однако, скорость перемещения нефти
падает в результате вязкости. То есть, легкая нефть будет растекаться быстрее тяжелой. Процесс происходит в течении периода времени от минут до многих часов. По мере протекания других процессов, вызывающих трансформацию нефти (например - испарение), ее вязкость возрастает, что замедляет процесс растекания.
• Третья стадия - силы поверхностного натяжения - вязкость. Эта стадия является заключительной стадией растекания и протекает в период времени от многих часов до дней. Движущей силой данного этапа является поверхностное натяжение, сила которая на молекулярном уровне позволяет нефти растекаться по поверхности воды. Замедляющей силой является вязкость нефти.
Данные концепции включены в общее уравнение, применяемое для вычисления параметров растекания нефти. Существует несколько основных подходов к моделированию распространения нефти:
• в традиционной диффузионной постановке [3], как неконсервативной пассивной примеси с положительной и нейтральной плавучестью;
• при помощи асимптотических формул [4], полученных из рассмотрения идеализированных гидродинамических сценариев растекания;
• путем решения уравнения движения для ограниченного объема пленки вязкой жидкости, движущейся по поверхности более плотного субстрата в условиях поглощающих контактных границ. Именно этот подход и реализован в используемой модели.
Для описания распространения нефтепродуктов при аварийных ситуациях и используется эта модель. Она основана на использовании осредненных по вертикальной координате уравнений Навье-Стокса, позволяет производить расчеты, в том числе для начальных стадий процесса, в областях сложной геометрии, при наличии свободных и контактных границ, наличии ледяного покрова.
Основные уравнения.
Рассматривается двумерная область О(/,х) с границей ЗО . Нефть или нефтепродукт занимает подобласть , вообще
говоря, многосвязную. В подобласти О" е О' действует источник, обеспечивая поток нефтепродуктов - Q на поверхность воды. Область х), ограничена кусочно-линейной функцией, аппроксимирующей береговой контур произвольной конфигурации. Основные уравнения модели, для области О' представляются в следующем виде:
О': H+ uVu j = -HgVH - ß\(u - (ud + uc))(u - (ud + uc)) + -P V.T
dH „,rTs k+ kd - Q
-+ V. (Hu ) =—2-d—-
dt p
где
u
P
(1) (2)
плотность нефти;
u
d
вертикально осредненная скорость нефти;
- скорость поверхностного дрейфового течения, задаваемая параметрически;
и
с - скорость приливного, сгонно-нагонного и дрейфового течения на горизонте 2м, рассчитанная по модели течения; Н - толщина нефтяной пленки;
V -
к kd Q
И V.
V g
T
кинематическая вязкость нефтепродукта;
- поток массы за счет испарения;
- поток массы за счет обрушения волн;
- поток нефти на поверхность от источника разлива;
- вязкость нефтепродукта;
- оператор горизонтальной дивергенции;
- оператор горизонтального градиента;
- ускорение силы тяжести;
- тензор вязких напряжений в слое нефти.
Tx = ЦН
f .dU „dV}
Tvx = ЦИ
4-+ 2
dx dy
f dU + 8V ^ dy dx J
J
Txy = цН
Tyy = LH
f dU + 8V_ ^ dy dx J
f dU dV
2-+ 4—
dx dy
Если граница области X, у) есть Ь(/, X, у) и Ь = Ь1 (/,X,у) и Ь2 (х, у), где Ь1 - свободная граница и Ь2
контактная (твердая) граница, система уравнений (1)-(2) должна быть дополнена следующими граничными условиями: Кинематическое
А + „УК ИИ у* = 0
1 4 р (УНУК)
где х, у) = 0 - уравнение свободной границы; и динамическое условие
Ь : Н = 0
ди,
dn
= 0
(3)
(4)
(5)
ди
где и, - тангенциальная к границе компонента скорости, П - нормаль к рассматриваемому участку границы, --
дп
производная по нормали.
Первые два члена в уравнении (3) традиционны и описывают движение границы как движение частиц ее составляющих. Последний член этого уравнения описывает движение границы за счет стока массы, обусловленного процессами испарения нефти и фильтрации.
На фиксированной (контактной) границе Ь2 (если таковая существует) должно выполняться условие непротекания
Ь2 : ип = 0 , где ип - нормальная к Ь2 компонента и . Параметризация
Параметризация скорости и поворота ОСа поверхностного дрейфового течения от направления ветра была выбрана [5] в виде:
(6)
ud = 0,03Ww
ad = I 1 - expl -
400 - 8(Ww )
W10 < 25м / с
ad = 0 W10 > 25м / с
где Нл - глубина места в точке нахождения нефтяного слика, Н0 - некоторая относительная глубина.
Нефть или нефтепродукт представляется как смесь нескольких (8-20) компонентов с известными температурами кипения и плотностями фракций. Своеобразие типов нефтей связано с различными процентными соотношениями компонентов в каждом конкретном случае.
Поток массы за счет испарения представляется в виде:
к = ку MWkVPkXk е к КТ
где к - эмпирический коэффициент, зависящий от скорости ветра; VPk - парциальное давление пара к -ой фракции нефти;
- молекулярный вес фракции; Xк - молярная концентрация фракции; К - универсальная газовая постоянная; Т - температура подстилающей поверхности.
Для эмпирического коэффициента выбрана следующая параметризация:
Щ0 > 4м / с
(7)
k = 0,0018(W10)°
если
(8)
W0 <4м/с
к = 0,005
если
При развитом волнении дополнительным фактором уменьшения поверхностной концентрации нефтепродуктов является поток капель в среду за счет обрушения волн. Этот поток может быть параметризован следующим набором расчетных соотношений.
1. Уравнение, описывающее изменение толщины (массы) нефти на поверхности воды за счет диспергирования нефти. h - средняя толщина нефти:
Р ^ = рЬКР (г0 ) (9)
2. Р (г0 ) - функция, показывающая какая часть нефти из объема, проникшего под воду при обрушении не вернется на поверхность. Vd - условная скорость диффузии капель воды:
Г0 Р{г)ёг
Р (г ) = V Г
"0 ) + Vd ; Vd = 0,0015^1о
3. w(r) - скорость всплывания капли нефти с радиусом Г , Vw - кинематическая вязкость воды, g - гравитационная
постоянная:
w(r) = 2 (pw - p)gr!
9 Pw Vw
4. Р (г) - функция распределения объема диспергированной нефти по размерам капель:
r 07
P(r ) = 1,7"Ö7
Г 0J 'о
5. Г0 - условный максимальный размер капель нефти:
Г0 = maX (Г max , h)
6. rdо - максимальный размер эталонной нефти, Гmax - максимальный размер капель рассматриваемой нефти:
rd max = rd 0 kd
7. kd - коэффициент, h - условная толщина слика: h = kdh
8. 7, jU - поверхностное натяжение и вязкость нефти, <70, JU0 - поверхностное натяжение и вязкость эталонной нефти
к = — kd -
—
3
Г И >18
V ^о У
9. 71 - поверхностное напряжение нефть - вода после применения диспергатора ((1 = 1):
((а) = 71 +(ст(о)-ст1 )10-а
10. Ол - количество диспергатора [м3], О - объем нефти подвергаемый обработке:
О л
а = 20 ~ л
О ф
унфтъ
11. ^нефтъ - площадь слика, обработанная диспергатором:
ООнефтъ ^^нефтъ
12. Си - коэффициент сопротивления водной поверхности, К - скорость оборота водной поверхности без пленки нефти, Ж10 - скорость ветра на горизонте 10м/с:
К = kg VI = ^13о
9 8/ \3
ki=0014 (Йг(с)3
C = 10-3 (1 + 0,07^о)
и
где V - динамическая скорость в приводном слое атмосферы, £' = £ -, Vw - динамическая скорость в воде;
Pw
УМ1 - кинематическая вязкость воды; СТ = 0,8Ж10критич , ^10критич - критическая скорость ветра, при которой происходит обрушение волн.
Содержание воды в нефти (при образовании эмульсии типа вода - в- нефти) параметризуется следующим образом:
С1 - к2Fw )eXP
- 25Fw 1 - kFw
= exp(k3t)
(10)
Изменение вязкости нефти, за счет забивания воды, описывается соотношением:
ß(Fw ) =
^oexP
- 25Fw
1 - к, F.,
(11)
где Fw - доля воды в нефти, k2 - величина, обратная максимальной доле воды в нефти; k1 = 0,65, kз = 2 -10-6 (Щ0 )2.
В начальный момент времени распределение толщины H(х, у,0) и поле скорости U(x, у,0) и область 0'(0)
предполагаются известными. Требуется определить И(х, у, t), и(х, у, t) и ) при t > 0 . Дальнейшее увеличение
области загрязнения нефтью, когда толщина слоя нефти станет тоньше 0,05 мм, контролируется процессами турбулентной диффузии. Математическая формализация этой стадии традиционна:
дС
_ + пс УС = У. кт УС (12)
дt с т
где поверхностная концентрация нефти на водной поверхности [кг/м 2], ис - скорость поверхностного слоя воды, kT -
коэффициент турбулентной диффузии, зависящей от пространственного масштаба описанных явлений и гидрометеорологических условий, с граничным условием на контактной границе
дп
где й - поток массы нефти за счет освобождения на берег.
Потеря массы нефти, которая может быть поглощена и задержана на различном типе побережья, вычисляются по следующему алгоритму:
й - КИип(5)
где ks - эмпирический коэффициент, зависящий от морфологического состава побережья, ип (5) - компонента скорости нефти, нормальная к береговой черте на расстоянии 5 от берега.
Модель описывает процессы [6]:
• растекание нефтяного пятна за счет положительной плавучести;
• перемещение и деформацию нефтяного пятна под действием ветра и течений;
• диффузионное рассеивание нефти по поверхности и в водной толще;
• испарение многокомпонентной смеси нефтепродуктов;
• забивание нефти в воду, образование эмульсии типа нефть - в - воде;
• старение нефти за счет процессов испарения и эмульгирования;
• взаимодействие нефти с боновыми заграждениями и ским-мерами;
• трансформация нефти под действиями диспергаторов.
Испарение. Различные компоненты нефтяного разлива испаряются с различными скоростями, а так же транспортируются и растворяются под воздействием атмосферных процессов. Эти процессы в основном протекают со значительно большей скоростью, чем соответствующие процессы, в результате которых нефть переходит в объем водной толщи. В результате испарения в течение периода времени от нескольких до 24 часов теряется, вероятно, от одной до двух третей массы нефтяного разлива. На скорость испарения нефти, разлитой по поверхности воды, оказывает влияние ряд параметров:
• Свойства нефти: легкая нефть испаряется быстрее тяжелой.
• Температура: при более высокой температуре скорость испарения возрастает.
• Скорость ветра: нефть испаряется с большей скоростью при возрастании скорости ветра.
• Площадь контакта нефти с воздухом: чем больше площадь контакта, тем больше скорость испарения. Поскольку скорость растекания зависит от вязкости нефти, легкие нефти испаряются быстрее, вследствие как увеличения площади контакта, так и большего процентного содержания в их составе более легких компонентов.
Дисперсия. Естественная дисперсия представляет собой процесс удаления нефти с водной поверхности путем ее включения, в результате действия волн, в объем водной толщи в форме небольших капелек. Скорость дисперсии зависит от величины волновой энергии на поверхности реки. В условиях низкоэнергетических волн скорость дисперсии мала. В условиях высокоэнергетических волн дисперсия может преобладать, приводя к тому, что большая часть нефти удаляется с водной поверхности в течении нескольких часов. Чем выше вязкость нефти, тем ниже скорость дисперсии. В водной толще диспергированная нефть присутствует в форме небольших капелек, и таким образом, обладает гораздо большей площадью поверхности, находящейся в контакте с водой. Благодаря этому скорость растворения и естественной биодеградации возрастает. Скорость, как испарения, так и растворения увеличивается с возрастанием скорости ветра и уменьшения вязкости. Таким образом, эти два процесса являются конкурирующими в отношении массового баланса нефти.
Эмульгирование. Процесс эмульгирования представляет собой включение воды в состав нефти, и таким образом, является процессом противоположным дисперсии. Небольшие капли воды оказываются окруженные нефтью. Нефть может оставаться в виде пятна, содержащего до 70% воды по весу, и может обладать значениями вязкости от ста до тысячи раз превышающими вязкость исходной нефти. Вследствие высокой вязкости удаление эмульгированной нефти с поверхности воды затруднительно. Для протекания процесса эмульгирования необходима внешняя энергия волнового действия. В общем случае, более тяжелые нефти эмульгируются с большими скоростями, чем более легкие. Процессы эмульгирования слабо изучены, вследствие чего используемые в модели алгоритмы выведены эмпирическим путем.
Растворение: большинство компонентов нефти обладают очень низкой растворимостью, однако, некоторые из них хорошо растворимы в воде и становятся частью водной толщи. Следует отличать этот процесс от дисперсии, в результате которой происходит образование частиц или капелек нефти в воде. Те самые компоненты нефти, которые легко растворяются в воде, так же
быстро испаряются, в силу чего эти два процесса являются конкурирующими.
Для инициализации модели используется следующая информация:
• гидрометеорологические условия - ветер, течения, температура воды;
• сведение о нефти - фракционный состав, плотность, вязкость, поверхностное натяжение;
• координаты источника выброса;
• сведения об источнике сброса - количество брошенной нефти или интенсивность сброса или задание контура нефтяного пятна и его средней толщины по аэрокосмической информации;
• контур береговой линии - координаты отрезков, составляющих полигональную аппроксимацию берегов;
• положение и скорость движения боновых заграждений;
• информация о воздействии на нефтяное пятно химических диспергентов или механических средств сбора.
В результате моделирования предоставляется информация:
• карты концентрации нефти на поверхности водного объекта (река, залив, болото);
• количество испарившейся нефти;
• количество нефти забитой в воду;
• количество нефти на берегу и распределение ее вдоль берегового контура;
• изменение содержания компонентов в пятне на поверхности, следовательно, изменение его плотности.
Модель обладает следующими особенностями.
• Процессы, связанные с положительной плавучестью нефти описываются полными уравнениями гидродинамики. Для их решения формируется набор адаптивных (самонастраивающихся) сеток - лагранжевых и эйлеровых, что представляет широкие возможности для параметрического описания процессов типа испарения, эмульгирования старения нефти, осаждения ее на береговом контуре и взаимодействие с подвижными боновыми заграждениями. Полигональная аппроксимация берегового контура в модели позволяет использовать в расчетах электронные карты.
• Математическая постановка задачи и разработанная ус-ловно-эйлерово-лагранжевая вычислительная технология позволяет анализировать разливы нейти из разнообразных источников, в том числе и множественных.
• В модель не включено описание динамики очень тонких пленок нефти (порядка нескольких молекулярных слоев). Физические механизмы растекания таких пленок изучены недостаточно. Параметризация этого процесса могут быть включены в систему, однако с практической точки зрения эти пленки несущественны, ибо они содержат малую менее 5% часть сброшенной нефти.
Параметры ветрового волнения рассчитываются по локальному ветру для параметризации забивания капель нефти в воду. Волнение оказывает влияние на процессы эмульгирования нефти и эффективность механических и химических методов борьбы с разливом.
Библиографический список
Нефтяное пятно, находясь в контакте с берегом или торфяными кочками на болоте, частично осаждается на их поверхность. Количество нефти, задержавшейся или осевшей на берегу, может быть оценено. Использующаяся параметризация процесса осаждения нефти на твердом контуре построена на схеме, в которой элементы имеют изменяющуюся поглощающую способность, а скорость осаждения предполагается пропорциональной толщине нефти, находящейся в контакте с ним.
Для использования в модели нефть или нефтепродукт должен быть задан своими физическими свойствами - плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением, а так же фракционным составом нефти. Нефть представляется как смесь углеводородных соединений. Разбиение на группы с известными свойствами может быть различным. Наиболее распространенными является представление нефти как набора компонентов различающихся температурой кипения (ГОСТ 11011-85).
Эмульсия типа вода в нефти, или, как ее часто называют «шоколадный мусс» резко увеличивает вязкость нефти и объем материала за счет вбивания капель воды в нефть.
Применяемая модель с модификацией, учитывающие низкие температуры и наличие льда, может рассчитывать основные характеристики разлива нефти при заданных внешних гидрометеоусловиях.
Математическая постановка задачи и специальные вычислительные технологии ее реализации, позволяющие рассчитывать большинство из интересующих параметров разлива нефти на поверхности воды дают преимущества при использовании модели в различных приложениях, главными из которых являются оценки экологического риска принятия решений при организации ликвидации разлива нефти.
В рассматриваемой модели разлива нефти в рамках одной математической модели описаны практически все наиболее важные процессы физико-химической трансформации нефти на поверхности воды, а так же включены возможности для имитации мер борьбы с разливом нефти для проверки эффективности той или иной стратегии действий. Реализация системы как ГИС- приложения существенно упрощает восприятие результатов расчетов и позволяет наглядно отображать различную информацию в зависимости от конкретного приложения системы.
Уравнения модели, представляющие модификацию традиционной системы уравнения «мелкой воды», получены методом возмущения по малому параметру из исходной трехмерной задачи, в которой движение внутри слоя нефти или нефтепродукта описывается системой уравнений Навье-Стокса для несжимаемой ньютоновской жидкости. На поверхности раздела нефть-вода и нефть-воздух, которые также являются искомыми функциями, заданы условия непрерывности напряжений и кинематические условия.
Тем самым разработана математическая модель и специальные вычислительные технологии ее реализации, позволяющие рассчитывать большинство из интересующих параметров разлива нефти на поверхности воды. Преимущества при использовании модели в различных приложениях существенны, главным из которых является оценка экологического риска и принятия решений при организации ликвидации разлива нефти.
1. Copeland, G. Wee Thiam-Yew Current data assimilation modeling for oil spill contingency planning // Environmental Modeling & Software, 2006. 21. 142-155.
2. Fay, J.A. Physical Processes in the Spread of Oil on a Water Surface // MIT. NTIS report #AD726281, 1971.
3. Johansen, O. Dispersion of oil from drifting slicks // Spill Technology Newsletter, 1982.
4. Mackay, D., Buist, I., Mascarenhas, R., Paterson, S. Oil Spill Processes and Models // Report EE8. Environment Canada, Ottawa, 1980.
5. Tkalich, P.A. CFD solution of oil spill problems // Environmental Modeling & Software, 2006. 21. 271-288.
6. Врагова, Е.В. Сценарный подход к устойчивому развитию нефтегазового комплекса // Новосибирск. Архивариус. - Новосибирск, 2011. Bibliography
1. Copeland, G. Wee Thiam-Yew Current data assimilation modeling for oil spill contingency planning // Environmental Modeling & Software, 2006. 21. 142-155.
2. Fay, J.A. Physical Processes in the Spread of Oil on a Water Surface // MIT. NTIS report #AD726281, 1971.
3. Johansen, O. Dispersion of oil from drifting slicks // Spill Technology Newsletter, 1982.
4. Mackay, D., Buist, I., Mascarenhas, R., Paterson, S. Oil Spill Processes and Models // Report EE8. Environment Canada, Ottawa, 1980.
5. Tkalich, P.A. CFD solution of oil spill problems // Environmental Modeling & Software, 2006. 21. 271-288.
6. Vragova, E.V. Scenarnihyj podkhod k ustoyjchivomu razvitiyu neftegazovogo kompleksa // Novosibirsk. Arkhivarius. - Novosibirsk, 2011.
Статья поступила в редакцию 02.12.11
УДК 612(025.8)
Oparin R.V., Kulikova N.A., Shchigreva S.N. TRADITIONAL AND NONCONVENTIONAL WAYS OF ADAPTATION OF THE RADICAL PEOPLE OF SIBERIA TO CLIMATIC CHANGES «LEARN ITSELF, TEACH ANOTHER». The problem of anthropogenous climate change has got global character. Comprehension of importance of consequences of climate change concerning variety of aspects all over the world grows: ecological, economic, physiological, psychological, social. Medical and biologic and socially-psychological researches of last years show interrelation of the listed direct and indirect consequences of anthropogenous climate change with deterioration not only physical a condition of the person, but with its mental health. It is necessary for modern person to realize inevitability of occurring changes and to develop mechanisms of ecologically expedient organization of ability to live at this conjuncture. In given article the decision of the given problem is proved lies in the tideway of ethno-ecological interactions with the nature of the small and radical people. The analysed and developed mechanisms of adaptation allow to create strategy of ecologically expedient organization of ability to live in the conditions of Siberia. Key words: climatic changes, adaptation, ethnic traditions of interaction with the nature.
Р.В. Опарин, канд. пед. наук, доц. каф. социальной педагогики ГАГУ; Н.А. Куликова, канд. филол. наук, ст. преп. каф. русского языка; С.Н. Щигрева, зам. директора по экопросвещению Алтайского природного биосферного заповедника, г. Горно-Алтайск, E-mail: [email protected]
ТРАДИЦИОННЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ СПОСОБЫ АДАПТАЦИИ КОРЕННЫХ НАРОДОВ СИБИРИ К КЛИМАТИЧЕСКИМ ИЗМЕНЕНИЯМ
Проблема антропогенного изменения климата приобрела глобальный характер. Во всём мире растёт осознание важности последствий изменения климата в отношении целого ряда аспектов: экологического, экономического, физиологического, психологического, социального. Медико-биологические и социально-психологические исследования последних лет показывают взаимосвязь перечисленных прямых и косвенных последствий антропогенного изменения климата с ухудшением не только физического состоянием человека, но с его психическим здоровьем. Современному человеку необходимо осознать неизбежность происходящих изменений и выработать механизмы экологически целесообразной организации жизнедеятельности в сложившихся условиях. В данной статье обосновывается решение данной проблемы лежит в русле этно-экологических взаимодействиях с природой малых и коренных народов. Проанализированные и выработанные механизмы адаптации позволяют создать стратегию экологически целесообразной организации жизнедеятельности в условиях Сибири.
Ключевые слова: климатические изменения, адаптация, этнические традиции взаимодействия с природой.
В настоящее время, проблема антропогенного изменения климата приобрела глобальный характер. Во всём мире растёт осознание важности последствий изменения климата в отношении целого ряда аспектов: экологического, экономического, физиологического, психологического, социального. По мнению ряда экологов, в настоящий момент человек уже не способен остановить запущенный в биосфере механизм изменения климата [1]. Резкие изменения температуры, экстремальные погодные явления, засуха, наводнения, спад сельскохозяйственной урожайности, недостаток чистой питьевой воды — это далеко не весь список последствий глобального изменения климата, на который мы уже не в силах повлиять. Кроме того, человек испытывает воздействие СМИ, активно позиционирующих изменившуюся окружающую среду, как агрессивную. Медико-биологические и социально-психологические исследования последних лет показывают взаимосвязь перечисленных прямых и косвенных последствий антропогенного изменения климата с ухудшением не только физического состоянием человека, но с его психическим здоровьем [2].
В данной ситуации необходимо осознать неизбежность происходящих изменений и выработать механизмы экологически целесообразной организации жизнедеятельности в сложившихся условиях. По мнению исследователей разных областей (этнологов, психологов), решение данной проблеме лежит в этно-экологических взаимодействиях с природой малых и коренных народов.
У данных этнических групп существуют определенные механизмы органичного существования в меняющейся среде. Представляется целесообразным обеспечение психологической защиты (устранение негативных, травмирующих личность переживаний, связанных с внутренними или внешними конфликтами с окружающей средой состояниями тревоги и дискомфорта) с учетом этнических традиций.
Решение подобного рода задач выходит за рамки деятельности учреждений образования, здравоохранения, социальной поддержки. Общественные организации, являясь более мобильными структурами способны не только увидеть проблему в целом, вне рамок ведомственных структур, но и предложить не-
традиционные подходы к позитивному изменению ситуации. В русле решения данной проблемы, в течение ряда лет осуществляется деятельность экоинициативной группа «Boreas», возникшей в 1996 году, и являющейся объединением преподавателей, студентов ГАГУ, специалистов Горно-Алтайского ботанического сада. Ее основными целями является осуществление эко-лого-просветительской, природоохранной деятельности, ознакомления населения с этно-экологическими традициями народов Горного Алтая. Координаторами инициативной группы подготовлена и проведена серия семинаров по адаптации к климатическим изменениям, налажена связь с экологическими движениями других регионов (Барнаул, Новосибирск, Междуреченск, Томск), занимающимися региональными и глобальными вопросами изменения климата. Координаторы группы имеют опыт организации и проведения летних экологических лагерей для школьников и студентов; образовательных тренингов, семинаров, конференций для преподавателей, как в рамках сотрудничества с образовательными учреждениями, так и при поддержке международных экологических фондов («Грингрантс», «Всемирный фонд дикой природы», «ИСАР-Сибирь»)
Осознавая значимость проблемы изменения климата, эко-инициативной группой был разработан и осуществлен международный проект «Традиционные и нетрадиционные способы адаптации коренных народов Сибири к климатическим изменениям "Научись сам, научи другого"» руководителями проекта были обозначены цели и задачи. В соответствии с целью был проведен анализ и обобщен опыт традиций взаимодействия с природой малых и коренных народов Алтая, нетрадиционных способов, их интеграция в современные технологии адаптации к климатическим изменениям, приемлемые для современного человека.
Для реализации задач проекта на первоначальном этапе организован сбор материала по технологиям адаптации человека к климатическим изменениям, составлена программа обучения тренеров, На втором этапе обучено 10 тренеров. На третьем этапе организовано и проведено 2 тренинг-семинара где прошло обучение 100 человек разных социальных групп (студенты-медики, студенты, планирующие работу в сфере моло-
