CC BY
43
ПЛЕНАРНОЕ ЗАСЕДАНИЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗЛИВОВ НЕФТИ ДЛЯ ПЛАНИРОВАНИЯ МЕРОПРИЯТИЙ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ
А.В. Калач, д.х.н, доцент Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
А.Ю. Васенин
Новороссийский филиал ФГКОУ ВПО "Краснодарский университет МВД России", г. Новороссийск
В настоящее время математическое моделирование чрезвычайных ситуаций (ЧС) может оказывать существенную помощь подразделениям МЧС России и МВД России при планировании аварийно-спасательных мероприятий, а также при разработке профилактических мер защиты от ЧС. В настоящей работе предлагаются методы моделирования ЧС, связанных с движением жидкости: разливов нефти на водной поверхности. Несмотря на то, что указанные ЧС относятся к различным типам и имеют различную физическую природу, их объединяет необходимость учета при моделировании сложного гидродинамического поведения жидкости. В связи с этим, цель данной работы заключалась в разработке универсального метода моделирования движения жидкости, который можно использовать для моделирования широкого спектра ЧС, в частности, разливов нефти в акваториях портов.
Акватории портов подвергаются высокому риску нефтяного загрязнения из-за высокой концентрации нефтяных танкеров и интенсивных нефтеналивных работ в порту. Источником нефтяного загрязнения могут быть как утечки и аварии на неподвижных и движущихся танкерах, так и технологические утечки и аварии на нефтеналивных терминалах [3]. Для прогнозирования характера разлива нефти в акватории порта и проверки эффективности мер по устранению нефтяного загрязнения представляется уместным и актуальным использование методов математического моделирования [3].
Предлагаемая математическая модель разлива нефти является двухуровневой: на макроскопическом уровне моделируется движение нефти в пределах акватории порта (характерный масштаб расстояний порядка 101104 м); на мезоскопическом уровне модель воспроизводит физические аспекты загрязнения с детализацией до отдельных волн (масштаб расстояний
_-5
порядка 10 -101 м).
Проверка эффективности модели производилась в первую очередь для Новороссийского морского порта - одного из крупнейших портов на Черном море. Для макроскопического уровня модели оцифрована реальная карта акватории порта. В модели акватория заключена в пределах квадратной
области размером 3 х 3 км2. Карта акватории, при программной реализации, хранится в двумерном массиве размером 300x300 ячеек.
Массив имеет логический тип: ячейка массива имеет значение "истинно", если соответствует свободной водной поверхности, и значение "ложно", если в соответствующих координатах расположен фрагмент берега или сооружения инфраструктуры порта. Ввод карты осуществлялся с помощью специально разработанной компьютерной программы.
На макроскопическом уровне расширение и движение нефтяного пятна моделируется в результате решения уравнения распространения жидкости по поверхности, основанного на уравнении диффузии:
— Н{г,I) = у[о(й,г,I) УЛ(г,I) 1
где , ^) - толщина слоя нефти в данной точке г акватории; ? - время;
Х7-1. ~ А ~
^ ~ дх1 + ду ^ - оператор набла; х, у - декартовы координаты исследуемой
точки акватории; i, J - единичные векторы декартова пространства; [ ] -
векторное произведение; D(h, r, t) - коэффициент распространения нефти (коэффициент диффузии), зависящий от высоты слоя нефти, положения в акватории и от времени.
Решение уравнения производится численно на квадратной сетке, соответствующей сетке дискретизации акватории порта. Для реализации предлагаемого метода моделирования нами разработана компьютерная программа "Программа для моделирования разлива нефти в заданной акватории" на языке Object Pascal в интегрированной среде программирования Borland Delphi 7. Программа может имитировать единовременный вылив определенного объема нефти (случай аварии танкера или нефтеналивного терминала), постепенный вылив нефти, например, по равномерному закону (в случае утечки), множественные очаги загрязнения. В процессе работы программа с определенным временным шагом выводит изображение карты нефтяного загрязнения и зависимость концентрации нефти от координаты вдоль выбранной линии.
Наибольшей проблемой является адекватность "диффузионного" моделирования разлива нефти, так как коэффициент диффузии
(распространения нефти) D(h, r, t) существенно зависит от множества факторов: реологических свойств нефти и морской воды, температуре, скорости ветра, характера волн на водной поверхности. Поэтому для обоснованного определения коэффициента D использовали второй уровень моделирования - мезоскопический.
Разработанные модели имеют высокие показатели адекватности, точности, сходимости, устойчивости. Необходимо отметить большое число возможных областей применения моделей: изучение физических механизмов
процессов, определяющих чрезвычайные ситуации; прогнозирование характера протекания чрезвычайной ситуации в конкретной местности; проектирование и оценка эффективности мер по предотвращению и устранению чрезвычайных ситуаций; использование предварительного моделирования в режиме реального времени в комплексных системах оповещения населения. Разработанные модели являются высокодетализованными и позволяют с высоким пространственным разрешением анализировать заданную акваторию (при моделировании разлива нефти) или заданный склон (при моделировании селевых потоков). Предлагаемые модели являются в высокой степени надежными: работоспособны при изменении входных параметров модели в широких пределах. Важным преимуществом разработанных моделей является их относительная простота и интуитивная понятность, а также наличие удобных программных средств, что должно способствовать быстрому их освоению сотрудниками различных подразделений МЧС и МВД. Предлагаемые модели предоставляют широкие возможности для визуализации процессов, а сами модели доведены до имитационного уровня.
Таким образом, в рамках данной работы предложен комплекс методов для моделирования чрезвычайных ситуаций, связанных со сложным движением жидкости. Для охвата в модели широкого диапазона расстояний от 1 мм до 10 км целесообразно использовать двухуровневое моделирование (мезо- и макроскопическая модель). Разработан комплекс программ, позволяющих моделировать разлив нефти в заданной акватории и сход селевого потока в заданной местности.
АНАЛИЗ РАБОТЫ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ И СИЛ ПО РЕАГИРОВАНИЮ НА ЧРЕЗВЫЧАЙНУЮ СИТУАЦИЮ ФЕДЕРАЛЬНОГО ХАРАКТЕРА, СВЯЗАННУЮ С ПРОХОЖДЕНИЕМ ЛЕТНЕ-ОСЕННЕГО ПАВОДКА 2013 ГОДА НА ТЕРРИТОРИИ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА
А.Х. Авгуцевичс, научный сотрудник научно-исследовательского
направления,
А.В. Сафонов, научный сотрудник научно-исследовательского
направления ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), г. Москва
С июля текущего года на Дальнем Востоке, практически во всех субъектах Российской Федерации (кроме Сахалинской области и Чукотского автономного округа) метеорологическая обстановка характеризовалась выпадением обильных осадков. Наиболее сложная гидрологическая обстановка сложилась в бассейне реки Амур и её притоках.
