CC BY
70
УДК 504.054
DOI: 10.24411/1728-323X-2019-11056
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ РАЗЛИТОЙ НЕФТИ В ЗОНАХ ПРИЛИВНОЙ ОСУШКИ МОРЕЙ ЗАПАДНОГО СЕКТОРА РОССИЙСКОЙ АРКТИКИ
А. С. Лохов, младший научный сотрудник, Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, a.s.lohov@yandex.ru, Архангельск, Россия, И. В. Мискевич, д. г. н, главный научный сотрудник, Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, szoioras@yandex.ru, Архангельск, Россия
Вопрос сохранения хрупких экосистем Арктических морей для западного сектора Российской Арктики является особенно актуальным в связи с активной хозяйственной деятельностью нефтедобывающей отрасли. С этой целью важно уметь прогнозировать последствия аварийных ситуаций для применения адекватных мер реагирования.
Авторами предложен подход к оценке потенциальных негативных последствий аварийных разливов нефти на приливной осушке в безледный период года. Зона осушки с точки зрения моделирования является сложным объектом, так как требует учета особенностей периодической смены физико-химической среды, в которой распространяется разлившаяся нефть.
Предложенный подход основан на синтезе математических моделей распространения нефти по поверхности суши и диффузии примесей в воде и продемонстрирован на примере наиболее вероятных сценариев разливов нефти и нефтепродуктов в Кянд-ской губе Белого моря.
The issue of the preservation of the Arctic seas ecosystems is especially important for the Russian Arctic Region due to the economic activity of oil industry. The assessment of the potential environmental damage is necessary for the appropriate implementation of the accidental oil spills response measures.
The authors proposed an approach to the assessment of possible environmental damage from oil spills in the foreshore area during the ice free season. This area is complicated for simulating, because it is under the influence of the periodic change of physical and chemical characteristics of the environment in which the spilled oil spreads.
This approach is based on the synthesis of two mathematical models: the first is the model of oil spreading on the land surface; the second is the model of additives diffusion in the water. This method is described in the most likely cases of possible oil spills in the Kyanda Bay of the White Sea.
Ключевые слова: моделирование разливов нефти, нефтяное загрязнение, зона приливной осушки, Арктические моря.
Keywords: oil spill modeling, oil pollution, foreshore area, the Arctic seas.
На территории российской Арктики максимальная интенсивность по освоению углеводородных месторождений в настоящее время наблюдается в ее западном секторе, который включает в себя три моря — Баренцево, Белое и Карское. Для сохранения их экосистем крайне необходимо знать возможные негативные последствия этого вида хозяйственной деятельности, особенно в случае аварийных утечек нефти и нефтепродуктов. Их оценка и прогнозирование, в том числе с привлечением модельных расчетов, требует обязательного учета природной специфики исследуемой территории.
Необходимость предсказывать пространственно-временные характеристики миграции нефти востребована, в первую очередь для планирования действий по ликвидации последствий ее аварийных разливов. С другой стороны, эти оценки можно использовать при проектировании объектов, связанных с добычей, хранением, транспортировкой и переработкой нефти, с целью выбора наиболее благоприятных условий и технологий при минимизации потенциального ущерба, наносимого окружающей среде.
Одной из специфических черт природных условий вышеуказанных морей является наличие хорошо развитых приливных явлений, генерируемых движением луны и солнца. Наибольшей величины прилив достигает в прибрежных районах и, особенно, в устьях рек в западных районах Баренцева моря и в северной части Белого моря. Здесь средняя величина прилива обычно составляет 2,6—6,4 м, а его максимальная величина может достигать 9 м. По мере продвижения на восток этот параметр снижается и в Печорском море он в среднем составляет около 1 м. В рассматриваемом регионе наблюдается полусуточный тип прилива с наличием в течение суток двух полных вод (наибольшего уровня воды) и двух малых вод (наименьшего уровня воды). Помимо полусуточной гармоники в колебаниях уровня воды здесь хорошо прослеживаются суточный и полумесячный (квадратурно-сизигийный) циклы.
В прибрежных районах, включая устья рек, с наличием прилива более 1,5—2,0 м формируются обширные приливные осушки, ширина которых чаще всего составляет сотни метров, но иногда может достигать нескольких километров. Однако, и при малой величине прилива (0,5—1 м), но в условиях низменных приморских территорий осушки могут получать значительное развитие.
В устьевых областях рек для зон осушек, как правило, наиболее характерны илистые и илисто-глинистые (связанные) отложения, для участков, удаленных от устьев рек — песча-
ные, реже, гравийные отложения. Возрастание высоты прилива влечет за собой увеличение скоростей приливо-отливных течений, которые могут достигать 0,5—1,5 м/с и даже более. Подобные скорости вызывают взмучивание донных отложений, в первую очередь, илистых, поэтому в устьях рек и на граничащих с ними участках моря могут наблюдаться аномально высокие концентрации взвесей [1]. Под ними условно будем понимать величины, которые на 2—3 порядка и более превышают их максимальные значения, характерные для речных вод и для морских вод на участках, примыкающих к устьевым взморьям рек. Например, в вершине Мезенского залива Белого моря они могут достигать 10 000—13 000 мг/дм3 [2], в эстуарии р. Чеши в Чешской губе Баренцева моря — 1000—4000 мг/дм3 [1].
Кроме этого, при оценке поведения нефти в морских экосистемах арктических районов необходимо учитывать специфику их гидрометеорологических параметров, в первую очередь, наличие низких температур воздуха и воды и хорошо развитых ледовых явлений [3].
К сожалению, моделирование (прогнозирование) поведения нефти, в том числе при возникновении аварийных ситуаций, на периодически осыхаемых и периодически заливаемых морскими водами прибрежных участках не получило должного развития, в отличие от чисто морских акваторий.
Наиболее сложным сценарием поведения аварийной нефти на границе суши с морем, по нашему мнению, является ее разлив в зоне приливной осушки на обезвоженном участке (на «суше») перед его последующем затоплении морскими (устьевыми) водами. В случае попадания нефти на залитую водой приливную осушку расчет ее миграции в водной среде с соответствующими потерями на граничных средах следует проводить по уже апробированным расчетным алгоритмам, которых разработано достаточно много. В частности, можно воспользоваться рекомендациями, приведенными в монографии ГОИН [4]. В нашей ситуации расчетная имитация поведения нефти, которая периодически оказывается то на суше, то в воде с сильно меняющимся объемом (глубиной), требует специализированного подхода.
Для численной оценки масштабов распространения нефтяного пятна на обезвоженном участке можно использовать разработанную в Северо-Западном отделении Института океанологии РАН (СЗО ИО РАН) модель распространения нефти на поверхности суши [5, 6]. Данная модель модифицирована с учетом процессов растекания нефти по поверхности, ее просачивания в почву
и грунт и испарения в атмосферу. Она основана на уравнении диффузионных волн, законе Дарси и полученном эмпирическом законе испарения нефти [7].
Процесс растекания по поверхности определяется рельефом местности, шероховатостью почвенного покрова, типом растительности, а также вязкостью нефти. На просачивание нефти, помимо ее физико-химических свойств, влияет пористость и обводненность грунта. Испарение, в свою очередь, определяется климатическими параметрами среды и фракционным составом нефти [8].
Любая математическая модель требует верификации с целью проверки выполнения законов в реальной среде. Ее можно провести путем лабораторного или натурного эксперимента. Воспроизвести в лаборатории все условия нефтяного разлива чрезвычайно сложно, так как существует большое количество факторов, влияющих на разлив. Эксперимент в природной среде с сырой нефтью, так же не представляется возможным, так как будет нанесен ущерб окружающей среде.
Решить данную проблему м ожно сымитировав нефть другой вязкой жидкостью, которая не нанесет большого ущерба. Такой жидкостью, например, является растительное масло. Было выбрано подсолнечное масло плотностью 920 кг/м3 и вязкостью 72,7 сСт, которое по характеристикам соответствует сырой нефти средней тяжести. Вязкость масла была измерена в «Инновационно-технологическом центре арктических нефтегазовых лабораторных исследований» Института нефти и газа Северного Арктического Федерального Университета имени М. В. Ломоносова в соответствии с ГОСТ Р 55475—2013.
Эксперимент с «квазиразливом нефти» был проведен в зоне приливной осушки в Кяндской губе Онежского залива Белого Моря (64°16,637' с. ш. 37°58,458' в. д.), которая относится к устьевому взморью мезоприливного устья реки Кянда. Ширина приливной осушки в этой губе колеблется в диапазоне 0,1—1,8 км. Данный водный объект является полигоном для проведения многолетних натурных наблюдений СЗО ИО РАН. Грунт осушки на исследуемом участке был представлен силь-нообводненным среднезернистым песком. Гало-фитная растительность на нем отсутствовала.
В ходе проведения эксперимента было разлито 10 л растительного масла за 6 мин 30 с, исходя из этого, расход источника равен 2,56 х 10-5 м3/с. Общее время наблюдения составило 2 ч 20 мин.
Несмотря на тщательный подбор места, найти ровную горизонтальную поверхность необходимой площади не представлялось возможным. В первые 10 мин разлива форма пятна изменя-
Рис. 1. Фотография участка, на котором проводился эксперимент, по прошествии 30 минут
лась от окружности, с центром в точке источника разлива, к эллипсу с источником в верхнем, по направлению уклона, фокусе. До закрытия источника образовалась достаточно толстая пленка толщиной порядка 1 см, которая впоследствии растекалась.
Спустя 10 мин после начала разлива площадь пятна составила «2,3 м2, и в дальнейшем увеличивалась уже с намного м еньшей скоростью. Через 30 мин после начала разлива пятно представляло из себя эллипс размером 1,8 на 2,8 м, чья площадь составила « 5 м2. В последующие 2 ч площадь основного пятна была практически неизменна.
Для вычислительного эксперимента использовалась модифицированная модель с учетом трех основных процессов, а также переменной по времени вязкости. В таблице 1 приведены резуль-
таты натурного и вычислительного эксперимента, а именно площади нефтяной пленки по прошествии трех различных промежутков времени.
Различия м ежду результатами натурного и вычислительного экспериментов для объема разлива в 10 л нефти имеют место, однако, для решения ряда прикладных задач их м ожно считать несущественными. Они имеют свое объяснение. На площадь разлива повлиял следующий процесс — вода с приливной осушки уходит достаточно медленно, и остаются небольшие лужицы, постепенно стекающиеся в локальные понижения рельефа. При смешивании воды с маслом образуется эмульсия, и в виде этой эмульсии масло может перемещаться значительно быстрее, чем по поверхности без скоплений воды. При проведении эксперимента часть масла попала в микроручеек и переместилась на расстояние 5—8 м от основного пятна. Учитывать данное явление в модели нецелесообразно, так как при изменении объемов разлива количество перемещающейся таким образом нефти увеличится не столь значительно.
В месте проведения эксперимента на песке четко выделялся волновой рисунок, его высота составляла 1—2 см. При больших масштабах разлива такие микронеровности рельефа не внесут значительных изменений. Но при масштабах эксперимента с разливом 10 л флюида могут оказать влияние.
В связи с высокой обводненностью грунта процесс фильтрации не внес значительного вли-
Таблица 1 Результаты расчета разливов флюида на обезвоженном участке объемами 10 и 20 л
Эксперимент Объем разлившегося флюида, л Площадь разлива спустя
10 мин, 51, м2 30 мин, 52, м2 2 ч, 5з, м2
Натурный 10 2,3 5 5
Вычислительный 10 2,7 3,8 4,7
20 4,3 6,4 8,6
яния, так как глубина проникновения масла в грунт составила менее 1 мм. Это следует связать с наличием в нем градиента минерализации под влиянием периодического заливания приливной осушки солеными морскими водами с содержанием солей в 10—25 г/дм3. За счет этого процесса идет засоление верхнего слоя донных отложений на глубину единицы-десятки сантиметров, но одновременно идет эпизодическое опреснение его приповерхностного слоя при выпадении дождевых осадков. Накопление солей в верхних слоях донного грунта достигает своего максимума осенью, однако при установлении ледового покрова начинает наблюдаться обратный процесс. Это происходит за счет периодической изменчивости высоты прилива. Лед на отливе ложится на приливную осушку, вызывая примерзание к нему верхнего слоя донных отложений, а затем на приливе он всплывает, вызывая деформацию их вертикальной структуры донного грунта и их промывку морскими водами. Данное явление, в частности, вызывает появление зимой аномально высокой солености морских вод (до 38—40 %о) в прибрежных зонах приливных морей западного сектора российской Арктики при уровне океанской солености 35 %о [9]. Весной процесс рас-преснения донных отложений в устьях рек и на прибрежном мелководье может продолжаться за счет поступления в море паводковых речных вод.
Таким образом, наличие в верхних слоях донных отложений на приливной осушке вод высокой минерализации создает препятствие для вертикальной миграции нефти или нефтепродуктов. Их плотность составляет около 700—1000 кг/м3 при плотности приповерхностной грунтовой воды в 1010—1025 кг/м3 и более. В данной ситуации приоритет получает гравитационная миграция нефти в направлении уклона поверхности осушки к морю при его наличии. При попадании «сползающей» нефти в понижение (яму, ложбину и т.п.) происходит ее аккумуляция на приливной осушке до прихода морской воды в фазу прилива.
При разливе нефти на горизонтальной поверхности приливной осушки в безводный период ее распространение идет по пути диффузионного расширения нефтяного пятна. Фаза отлива в прибрежной зоне моря, как правило, составляет около 6—7 ч. В устьях рек она может возрастать до 8—11 ч. Таким образом, характерный период нахождения верхней половины приливной осушки без воды, где при наличии береговой инфраструктуры, связанной с использованием нефти или нефтепродуктов, наиболее вероятен разлив нефти, составляет около 3 ч, на устьевых участках
рек — около 2 ч. В данном временном масштабе размер пятна нефти, согласно проведенным исследованиям, сначала начинает интенсивно возрастать, но потом он достигает квазистационарного уровня. Данная квазистационарность должна сохраняться в течение нескольких часов, т.е. подобное его состояние будет наблюдаться в дальнейшем в течение всей фазы отлива. Площадь пятна при этом составит: Л* = пЯ2, где Я — радиус пятна при его выходе на квазистационарный уровень. При наличии уклона участка в сторону морской акватории круглая форма пятна за счет гравитационной адвекции приобретает форму эллипса с площадью Л = пЯг, где Я — большая полуось эллипса, г — малая полуось эллипса при выходе размеров пятна на квазистационарный уровень.
Далее получаем, что нефтяное пятно с площадью Л в фазу прилива будет залито морской водой. Одновременно при этом будет наблюдаться резкое взмучивание донных отложений приливной осушки, сопровождающееся сорбцией нефти на взвешенных частицах. Данное утверждение, в частности, подтверждается результатами проведенного эксперимента — при прохождении приливной волны на исследуемом участке большая часть масла преобразовалась в эмульсию, и лишь незначительная — образовала тонкую пленку на поверхность воды.
Влияние скоростей приливных течений на размыв донных отложений в морских прибрежных районах и их взмучивание сравнительно хорошо изучено. Оно, с учетом неоднородности дисперсности донных отложений, носит сложный нелинейный характер, при соблюдении общей тенденции к увеличению интенсивности взмучивания наносов при возрастании скорости течения. Наиболее ярко данный эффект возникает в начале фазы прилива (рис. 2), способствуя переходу нефти из верхних слоев донных отложений во взвешенное состояние в сорбционной форме с взмучиваемыми частицами донного грунта
Для моделирования поведения нефти на фазе прилива, вступающей в контакт с морскими (устьевыми) водами в сорбированной на взвесях форме, можно воспользоваться моделью ради-ально-симметричной диффузии примеси, которая в том числе используется для расчета распространения аварийной нефти [10, 11]. Для наших условий целесообразно применить ее вариант, модифицированный в Государственном океанографическом институте (ГОИН) для расчета рассеивания взвесей при операциях дампинга грунта. Он, в ч астности, рекомендуется для использования в условиях приливного моря [12, 13].
H, м 2,5
2
I,5 1
0,5 0
20 Т, час
V, см/с
60-
40
20
0
0
-20-
-40-
-60-
80 --100-
Отлив
б)
Мутность, у. е 4,0
20 Т, час
Рис. 2. Короткопериодная изменчивость уровня воды (а), проекции скорости течения на ось водотока (б) и мутности (в) на створе 6 км выше морской границы устья р. Кянды 4 августа 2016 года
Модель радиально-симметричной диффузии примеси имеет следующий вид:
С(Я, t*) = q-e-R/af -e-Vt/D,/2п(ю -t*)
*\2
(1)
пример, таких как в прибрежных районах приливного моря, не корректно.
В рассматриваемом варианте модели для учета квазимгновенного расширения пятна загрязненной воды до некоторого начального радиуса за счет энергии утечки взвеси расчет концентраций взвешенных веществ следует проводить для фик-
У*
тивного времени ? .
Оно связано с реальным временем, отсчитываемым от момента поступления взвешенного материала в водную среду, следующим соотношением:
t* = (t0 + t), в котором
t0 = R0/® 'З0'5,
(2)
(3)
где ^ — отрезок времени, эквивалентный времени достижения начального радиуса Я^ при точечной аппроксимации поступления грунта в водную среду. При этом полагается, что начальное распределение взвешенных веществ подчиняется нормальному закону Гаусса с дисперсией ст2 = Я2/3 при ст =
Решения уравнения (1) должны рассматриваться как некие средние характеристики для большого числа одинаковых ситуаций для оцениваемых операций по дноуглублению. Таким образом, их целесообразно использовать не для расчета мгновенных значений взвесей, а для вычисления осредненных интегральных параметров, описывающих процесс распространения взвешенных веществ после их вымывания из грунта. Для этой цели применяется следующий набор параметров:
1) продолжительность существования изолинии нормативной концентрации (/с). Данный параметр вычисляется с помощью формул:
t = t * — lc lc
t0,
kt* + 2ln t* - a1 = 0,
(4)
(5)
В ней д — суммарное количество взвешенного материала на единицу глубины в пределах толщины Б; Я — расстояние от центра пятна воды, загрязненного взвесями; V — эффективная скорость осаждения ч астиц взвеси в слое толщиной Б; ю — скорость диффузии. В отличие от широко распространенных стандартных моделей адвек-тивно-турбулентного переноса примесей в водных объектах рассматриваемая модель не использует постоянный коэффициент диффузии, применение которого в условиях течений с наличием сложной спектральной плотности [11, 14], на-
где й1 = ln(q/2ra»2C) + k^, C — значение исследуемой изолинии, k = V/D;
2) интервал времени, необходимый для того, чтобы определенная изолиния достигла максимального развития (Т). Этот параметр вычисляется по таким формулам:
tj = Т
t0,
kt*T + 2lnt* - a2 = 0, где а2 = in(q/2nro2C) + Щ - 2;
(6) (7)
3) максимально возможное удаление изолиний от центра пятна (Ят), рассчитываемое по формулам:
Rt = R( tT) =
= [ln(q/2ra»2C) - 2lnt* - ktT]rn t*T.
(8)
Уравнения (5), (7) и (8) решаются итерационными методами, например, по «правилу ложного положения».
В нашей ситуации необходимо рассматривать миграцию облака примеси, формируемого не при сбросе грунта сверху, а при взмучивании донных отложений с сорбированной на них нефтью. Тогда параметр V может интерпретироваться как эффективная скорость взмучивания загрязненных частиц взвеси в слое толщиной Б.
Далее, имея набор вышеупомянутых параметров, можно рассчитать продолжительность существования нормативной концентрации (изолинии) нефтяных углеводородов (?с), интервал времени, необходимый для максимального развития этой концентрации (изолиния) (Т) и максимально возможное удаление нормативной концентрации от центра пятна (Ят) при поступлении воды на приливную осушку. Здесь необходимо принимать во внимание, что речь идет о миграции пятна аварийной нефти только с приливным течением. В фазу отлива нефть, разлитая на приливной осушке, не будет контактировать с водой, пока не наступит фаза прилива. В прибрежной зоне приливное течение, как правило, ориентировано вдоль береговой полосы. При разливе нефти в устьевой области реки ее пятно в фазу прилива будет мигрировать вверх по устьевому водотоку (вглубь эстуария).
Для учета дальности переноса пятна, загрязненного сверхнормативными концентрациями нефти с радиусом Ят необходимо воспользоваться следующей формулой:
L пр tc 'ипр,
(10)
В качестве примера реализации вышепред-ложенного подхода рассмотрим гипотетический сценарий разлива бензина на приливной осушке эстуария р. Кянды при минимальном уровне воды и на половине фазы прилива осенью при холодной погоде, когда испарение бензина минимально. Учитывая интенсивное использование этого устьевого водотока в рекреационных целях, здесь на приливной осушке может иметь место разлив бензина в объеме 10 или 20 л. Это стандартные объемы для бензобаков, используемых на моторных лодках. По крайней мере, вероятность подобного события хоть и мала, но не равна нулю.
Для моделирования последствий разлива вышеуказанного объема бензина выберем створ 6 км выше морской границы устья р. Кянды, на котором СЗО ИО РАН проводит многолетние комплексные исследования. Исходные данные для расчета масштабов распространения бензинового пятна в период сизигии для 2-х выбранных ситуаций указаны в таблице 1, а результаты соответствующих вычислений в таблице 2.
В таблице 2 параметр V был взят из расчета скорости изменения уровня воды от минимальной отметки до величины, соответствующей максимальной мутности, по данным, представленным на рис. 2. Для 2-х фаз прилива такая скорость в среднем составит 0,2535 м/час или 0,00007 м/с. Необходимо заметить, что полученная величина близка к характерной скорости осаждения взвесей (7,5-10-5 м/с) в морской воде [13]. В качестве нормативной концентрации С используем
Таблица 2
Исходные данные для расчета параметров дрейфа пятна загрязненной бензином воды в устье р. Кянды в фазу прилива
в которой ипр — средняя скорость горизонтального переноса загрязненного пятна в фазу прилива. Тогда максимальную площадь дна, над которым проходит объем воды, загрязненный сверхнормативными концентрациями нефтяных углеводородов, можно определить по формуле
БпР = Хпр(*0 + Ят) + 0,5п(Я0 + Ят). (11)
Затем объем воды, загрязненный сверхнормативными концентрациями нефти, можно рассчитать по следующему выражению:
Wпр Sпр ' D.
(12)
Параметр Сценарии разлива бензина в объеме 10/20 литров
На нижней границе осушки при малой воде На середине осушки при малой воде
Время, нахождения пятна 0,5 2,0
без контакта с водой, ч
5, м2 3,8/4,7 6,4/8,6
р, кг/м3 750 750
V, м/с 7,0-10-5 7,0-10-5
Б, м 2 1
и, м/с [13, 14] 0,014 0,014
ипр, м/с 0,35 0,35
С, мг/дм3 0,3 0,3
предельно допустимую концентрацию (ПДК) в воде нефти и нефтепродуктов для культурно-бытовых и хозяйственно-питьевых объектов водопользования, равную 0,3 мг/дм3. Это обусловлено наличием опасности проникновения загрязненной воды на территорию деревни Кянды, расположенной на удалении 5 км от створа разлива бензина. Плотность бензина возьмем равной плотности бензина марки АИ-92.
Результаты соответствующих расчетов с использованием компьютерной модели для ведения итерационных расчетов приведены в таблице 3. В ней параметр Ro определялся из формулы Ro = (S/n)0,5, в которой S — площадь пятна разлитого бензина к началу его контакта с морской водой на фазе прилива (табл. 2). Параметр q рассчитывался по формуле q = р *P/D, в которой P — объем разлитого бензина.
Анализ полученных результатов показывает, что полный разлив бензина из стандартных лодочных бензобаков на рассматриваемом створе эстуария не несет угрозу для водопользователей в деревне Кянда. Дальность проникновения пятна
Таблица 3
Характеристика параметров рассеивания пятна загрязненной бензином воды в устье р. Кянды в фазу прилива
со сверхнормативным содержанием нефтепродуктов не превысит 2 км. Полученные данные, в принципе, можно использовать и для оценки возможной гибели гидробионтов, т.е. для оценки ры-бохозяйственного ущерба, но рассмотрение этой проблемы выходит за рамки настоящей статьи.
Предложенная схема расчета поведения нефти или нефтепродуктов в условиях смены параметров окружающей среды «с суши на воду» в прибрежных зонах и устьях рек приливных морей, разумеется, далека от идеала. Однако в отсутствии хорошо проработанных и апробированных вычислительных схем для получения подобных оценок она может успешно использоваться для решения ряда прикладных задач, в том числе связанных с выдвижением спецтехники для ликвидации последствий аварии. Здесь необходимо подчеркнуть, что мы использовали «перестраховочный вариант» расчета поведения пятна аварийной нефти, не обращая внимание на ее «потери» (на процессы самоочищения) за счет действия различных факторов. Одним из них может быть улавливание нефтяных частиц с последующей их биодеградацией в зарослях водных гало-фитных растений, характерных для осушек эстуария р. Кянды. Но подобный подход распространен при решении прикладных задач в экологии, когда необходимо учитывать максимально возможную угрозу загрязнения водной экосистемы.
Следует также заметить, что одним из ч астных выводов настоящей работы является заключение о наиболее вероятной аккумуляции аварийной нефти в различных понижениях рельефа на приливной осушке по пути гравитационного сползания нефтяного пятна под уклон местности. В зависимости от их размеров и глубины можно предусмотреть наиболее эффективные меры для устранения угрозы высокого загрязнения окружающей среды. Для мелких понижений (0,3—0,5 м) с накопленной нефтью возможно наиболее приемлемым будет засыпка их чистым песком, например, с помощью бульдозера, учитывая возможность последующей почвенной биодеградации нефти с помощью морских червей [15]. Для более глубоких образований видимо появляется необходимость изъятия загрязненного грунта. При этом используемые технические средства должны учитывать связность донных отложений, сорбирующих аварийную нефть. Необходимо отметить, что при проникновении ее на обширную приливную осушку, покрытую мощными иловыми отложениями толщиной 1—2 м и более, особенно при наличии дрейфующего льда, проблема изъятия загрязненного грунта в техническом аспекте становится крайне сложной проблемой.
Сценарии разлива бензина
Параметр На нижней границе осушки при малой воде На середине осушки при малой воде
Объем 10 л
Ro, м 1,10 1,22
к, с-1 0,000035 0,000070
С с 2978 3888
tj, с 1104 1527
Rj, м 32 44
Lnp, м 1043 1361
м2 48 080 61 615
Wp, м3 96 160 61 615
Объем 20 л
R0, м 1,43 1,65
к, с-1 0,000035 0,000070
tc, с 4146 5257
tj, с 1568 2131
Rj, м 45 61
Lnp-, м 1451 1840
м2 67 582 115 319
Wp, м3 135 164 115 319
Авторы надеются, что предложенный подход по оценке последствий разлива нефти на приливных осушках позволит получать необходимые оценки потенциально возможного ущерба при проектировании объектов промышленной инфра-
структуры в прибрежных районах западного сектора арктической зоны РФ, а также рационально использовать силы и средства, необходимые для ликвидации возможных разливов нефти и нефтепродуктов.
Библиографический список
1. Мискевич И. В., Коробов В. Б. Гидродинамические аспекты формирования высоких концентраций взвешенных веществ в мезоприливных и макроприливных устьях рек Белого и Баренцева морей // Труды Всероссийской конференции «Гидрометеорология и экология: научные и образовательные достижения и перспективы развития». К 70-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки, доктора физико-математических наук, профессора Льва Николаевича Карлина. — СПб.: Аграф, 2017. — С. 344—347.
2. Демиденко Н. А. Формирование максимума мутности воды в сильноприливных эстуариях Мезени и Кулоя // Геология морей и океанов: Материалы XVIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии, Т. III. — М.: ГЕОС, 2009. — С. 22—26.
3. Губайдуллин М. Г., Коробов В. Б. Экологический мониторинг нефтегазодобывающих объектов Европейского Севера России: учеб. пособие. Архангельск: САФУ. — 2012. — 236 с.
4. Грузинов В. М., Борисов Е. В., Григорьев А. В. Прикладная океанография. — Обнинск: Изд-во «Артифекс», 2012. — 384 с.
5. Павленко В. И., Муангу Ж., Коробов В. Б., Лохов А. С. Актуальные проблемы предотвращения, ликвидации разливов нефти в Арктике и методы оценки экологического ущерба прибрежным территориям Арктики: Экология и экономика. — № 3 (19). — 2015. — С. 4—11.
6. Губайдуллин М. Г., Естбел Н., Золотухин А. Б. и др. Моделирование разливов нефти в западном секторе Российской Арктики. Архангельск: САФУ, 2016. — 220 с.
7. Губайдуллин М. Г., Лохов А. С., Коробов В. Б., Тарасова Г. М. Экспериментальное исследование испаряемости нефти с целью моделирования загрязнения природной среды при разливах на земную поверхность в Арктике // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. — № 4 (106). — 2016. — С. 137—145.
8. Кормак Д. Борьба с загрязнением моря нефтью и химическими веществами. М.: Транспорт, 1989. — 365 с.
9. Мискевич И. В. Гидрохимия устьев рек Чешской губы Баренцева моря // Известия ВГО. — Т. 119. — Вып. 5. — 1987. — С. 443—447.
10. Ниуль Ж. Модели дисперсии пассивных субстанций // Моделирование морских экосистем. — Л.: Гидрометеоиздат, 1978. — С. 70—96.
11. Борисов Е. В. Оперативные методы оценки распределения концентрации загрязняющих веществ в море // Тр. ГОИН. — 1980. — Вып. 154. — С. 61—76.
12. Гончаров А. А., Кравчук М. А., Цвецинский А. С. Оперативный метод расчета распространения взвеси в районе дампинга грунтов в приливном море // Труды ГОИН. — 1984. — Вып. 174. — С. 98—107.
13. Борисов Е. В., Гончаров А. А., Кравчук М. А., Лебедев И. М. Методы оперативного расчета рассеивания взвешенных материалов при сбросах грунта в море // В кн.: Итоги исследований в связи со сбросом отходов в море. — М.: Гидрометеоиздат, 1988. — С. 63—73.
14. Озмидов Р. В. Диффузия примесей в океане. — Л.: Гидрометеоиздат, 1986. — 279 с.
15. Самохина Л. А., Мискевич И. В. Характеристика бентосных сообществ прибрежных участков Белого и Баренцева морей, сильно загрязненных нефтепродуктами // Труды Всероссийской конференции «Гидрометеорология и экология: научные и образовательные достижения и перспективы развития». К 70-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки, доктора физико-математических наук, профессора Льва Николаевича Карлина. — СПб.: Аграф, 2017. — С. 419—421.
OIL SPILL MODELLING IN THE FORESHORE AREA OF THE RUSSIAN WESTERN ARCTIC SEAS
A. S. Lokhov, Junior Researcher, Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences, a.s.lohov@yandex.ru, Arkhangelsk, Russia,
I. V. Miskevich, Ph. D. (Geography), Dr. Habil, Leading Researcher, Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences, szoioras@yandex.ru, Arkhangelsk, Russia
References
1. Miskevich I. V., Korobov V. B. Gidrodinamicheskie aspekty formirovaniya vysokih koncentracij vzveshennyh veshchestv v mezoprilivnyh i makroprilivnyh ust yah rek Belogo i Barenceva morej. Trudy Vserossijskoj konferencii Gidrometeorologiya i ehkologiya nauchnye i obrazovatel nye dostizheniya i perspektivy razvitiya. [Hydrodynamic aspects of the formation of high concentrations of suspended solids in mesotidal and macrotidal estuaries of the White and Barents Seas. Proceedings of the Russian national conference «Hydrometeorology and ecology: scientific and educational achievements and perspectives»]. Saint-Petersburg: Agraf, 2017. P. 343—347. [in Russian].
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15
Demidenko N. A. Formirovanie maksimuma mutnosti vody v silnoprilivnykh estuariiakh Mezeni i Kuloia Geologiia morei i okeanov Materialy XVIII Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii Shkoly po morskoi geologii [Formation of the turbidity maximum in macrotidal Mezen and Kuloy estuaries. Geology of the seas and oceans: Proceedings of XVIII International Conference on Marine Geology]. Moscow, GEOS, 2009. Vol. III. P. 22—26. [in Russian].
Gubaydullin M. G., Korobov V. B. Ekologicheskii monitoring neftegazodobyvaiushchikh obieektov Evropeiskogo Severa Ros-sii. [Environmental monitoring of oil and gas production bodies of the European North of Russia]. Arkhangelsk: NArFU, 2012. 236 p. [in Russian].
Gruzinov V. M., Borisov E. V., Grigorev A. V., Prikladnaia okeanografiia. [Applied oceanography]. Obninsk, Artifeks, 2012. 384 p. [in Russian].
Pavlenko V. I., Muangu Zh., Korobov V. B., Lokhov A. S. Aktualnye problemy predotvrashcheniia likvidatsii razlivov neftti v Arktike i metody otsenki ekologicheskogo ushcherba pribrezhnym territoriiam. [Current issues of the prevention and removal of oil spills in the Arctic Zone and the methods of the assessment of environmental damage to coastal areas]. Arktika Ekologiia i ekonomika. 2015. Vol. 3 (19). P. 4—11. [in Russian].
Gubaydullin M. G., Estbel N., Zolotukhin A. B. Modelirovanie razlivov neftti v zapadnom sektore Rossiiskoi Arktiki. [Oil spill modeling in the Russian Western Arctic Zone]. Arkhangelsk, NArFU, 2016. [in Russian].
Gubaydullin M. G., Lokhov A. S., Korobov V. B., Tarasova G. M. Eksperimentalnoe issledovanie ispariaemosti neftti s tseliu modelirovaniia zagriazneniia prirodnoi sredy pri razlivakh na zemnuiu poverkhnost v Arktike. [Experimental study of oil evaporation, related to the problems of modelling environmental pollution by spillages on the ground in the Arctic Region]. Problemy sbora podgotovki i transporta nefti i nefteproduktov. 2016. Vol. 4 (106). P. 137—145. [in Russian]. Cormack D. Borba s zagriazneniem moria nefttiu i khimicheskimi veshchestvami. [Response to Oil and Chemical Marine Pollution]. Moscow, Transport, 1989. 365 p. [in Russian].
Miskevich I. V. Gidrohimiya ustev rek Cheshskoy gubyi Barentseva morya. [Hydrochemistry of rivers estuaries of the Chesh-skii Bay of the Barents Sea]. Izvestiya VGO, 1987. Vol. 119, No. 5. P. 443—447 [in Russian].
Nihoul J. C. J. Modeli dispersii passivnykh substantsii. Modelirovanie morskikh ekosistem. [Dispersion models of passive substances. Modelling Marine Systems]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1978. P. 70—96. [in Russian].
Borisov E. V. Operativnyie metodyi otsenki raspredeleniya kontsentratsii zagryaznyayuschih veschestv v more [Operational assessment methods of distribution of pollutant concentration in the sea]. Tr. GOIN. 1980. Vol. 154. P. 61—76. [in Russian]. Goncharov A. A., Kravchuk M. A., Tsvetsinskiy A. S. Operativnyiy metod rascheta rasprostraneniya vzvesi v rayone dampinga gruntov v prilivnom more. [Operational method for calculating the distribution of suspended matter in the soils dumping area of the tidal sea]. Tr. GOIN. 1984. Vol. 174. P. 98—107. [in Russian].
Borisov E. V., Goncharov A. A., Kravchuk M. A., Lebedev I. M. Metodyi operativnogo rascheta rasseivaniya vzveshennyih materialov pri sbrosah grunta v more. V kn.: Itogi issledovaniy v svyazi so sbrosom othodov v more. [Operational methods for calculating distribution of suspended matter in the soils dumping area of the sea. Results of research of waste discharging into the sea]. Moscow, Gidrometeoizdat, 1988. P. 63—73. [in Russian].
Ozmidov R. V. Diffuziya primesey v okeane. [Diffusion of additives in the ocean]. Leningrad:Gidrometeoizdat, 1986. 279 p. [in Russian].
Samokhina L. A., Miskevich I. V. Kharakteristika bentosnykh soobshchestv pribrezhnykh uchastkov Belogo i Barentseva morei silno zagriaznennykh neftteproduktami. Trudy Vserossiiskoi konferentsii Gidrometeorologiia i ekologiia nauchnye i obrazovatelnye dostizheniia i perspektivy razvitiia. [Characteristics of the bentos communities of the coastal areas of the White and Barents Seas of the mostly polluted by petroleum products. Proceedings of the Russian national conference "Hydromete-orology and ecology: scientific and educational achievements and perspectives"]. Saint-Petersburg, Agraf, 2017. P. 419—421. [in Russian].
