Оценка ущерба при разливах нефти на объектах транспортного комплекса Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 502.1/2:656

В. С. Наумов,

д-р техн. наук, проф., ФГОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»;

А. Е. Пластинин,

канд. техн. наук, доц., ФГОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»

ОЦЕНКА УЩЕРБА ПРИ РАЗЛИВАХ НЕФТИ НА ОБЪЕКТАХ ТРАНСПОРТНОГО

КОМПЛЕКСА

ESTIMATING THE LOSSES DUE TO OIL SPILLING FROM THE OBJECTS

OF TRANSPORT COMPLEX

Рассматриваются вопросы оценки ущерба от разливов нефти и нефтепродуктов на акваториях с объектов транспортного комплекса с применением современных информационных технологий. Выполнен анализ существующих подходов к оценке ущерба окружающей среды. Предложена оригинальная методика построения области возможного загрязнения для расчета ущерба биоресурсов и приведен пример ее использования. Результаты исследований могут быть полезны при создании документов, разрабатываемых в рамках Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (планов локализации и ликвидации разливов нефти, деклараций промышленной безопасности) при эксплуатации и проектировании объектов транспортного комплекса, а также при проведении тренажерной подготовки персонала.

The article considers the problems of estimating the losses due to oil and oil products spilling from the objects oftransport complex by using modern information technologies. The existing methodfor estimation the environment damage is analyzed. We also suggest the original method of possible region construction to estimate bioresources losses, an example of using the method is cited. The results of the investigation may be useful in developing documents for the United state system of prevention emergency situations (localization plans and oil spills elimination, declarations of industry safety), operation and designing the objects oftransport complex, personnel simulator training.

Ключевые слова: аварийный разлив нефтепродуктов, оценка ущерба, транспортный комплекс

Key words: emergency oil products spilling, losses estimation, transport complex

ДНИМ из видов чрезвычайных ситуаций (ЧС), имеющих непосредственное отношение к транспортной

ЧС(Н). Следует отметить, что наибольшую опасность представляют ЧС(Н) на водных объектах, которые всегда характеризуются значительными размерами ущерба.

отрасли, являются аварийные разливы нефти (ЧС(Н)), которые сопровождаются интенсивным загрязнением важнейших компонентов природной среды (поверхностных водных объектов, почвы, атмосферного воздуха, биоресурсов), вызывают их последующую деградацию и (или) гибель на достаточно больших территориях вокруг источника загрязнения, что обусловливается физико-химическими свойствами нефти и параметрами ОС. При этом объекты транспортного комплекса (трубопроводный, железнодорожный, автомобильный и водный виды транспорта) являются как источниками ЧС, так и реципиентами — объектами, нормальное функционирование которых нарушается в результате

Оценка ущерба при ЧС(Н) на акваториях связана со значительными, в том числе объективными, трудностями методического характера: большое разнообразие ситуаций, при которых возникает аварийный разлив нефти; обширная география местоположения возможных источников ЧС(Н); разнообразие типов водных путей (поверхностных водотоков) и гидрометеорологических условий; учет эффективности мероприятий по ликвидации ЧС(Н); значительное количество сценариев ЧС(Н) и составляющих ущерба (компоненты природной среды); множество методик для расчета ущерба и отсутствие механизмов расчета, учитывающих специфику разливов не-

фти как самостоятельного вида негативного воздействия на ОС и т. п.

В связи с этим определение размеров ущерба при ЧС(Н) является нетривиальной задачей, при решении которой целесообразно применять современные информационные технологии, которые обеспечивают интегрирование и обработку информации [1]. В настоящее время наиболее перспективным программным продуктом в этой области является «Система поддержки принятия управленческих решений в чрезвычайных ситуациях CMS» (от аббревиатуры Crisis Management System), которая представляет собой усовершенствованную версию компьютерной программы «Система моделирования и анализа аварий, связанных с загрязнением окружающей среды PISCES II» (аббревиатура от Pollution Incident Simulation, Control and Evaluation System) производства компании ТРАНЗАС.

Программно-аппаратный комплекс PISCES II, входящий в «Каталог компьютерных программ и информации в Интернете, касающихся борьбы с разливами нефти IMO» (Catalogue of computer programs and Internet information related to responding to oil spill (MERC 367) IMO), представляет собой современную информационно-моделирующую систему, в состав которой входит имитационное моделирование и воспроизведение ЧС в морских и речных условиях; формирование базы данных по силам и средствам, погодным условиям, течениям, природоохранным зонам; автоматическое отслеживание и графическое отображение развернутых сил и средств и ЧС(Н) в целом с использованием геоинформационных систем (за основу программы была принята геоинформационная система ArcGIS 9 производства компании ESRI, являющейся лидером рынка ГИС-компонентов); расчет финансовых затрат по ликвидации ЧС; получение информации из систем Интернета и GPS; выдача рекомендаций по принятию управленческих решений соответствующего уровня по ликвидации ЧС.

Одним из главных направлений совершенствования PISCES II для создания CMS является сокращение времени, необходимого для выработки и принятия оптимального решения, направленного на ликвидацию пос-

ледствий ЧС, с целью уменьшения потерь среди населения, финансового и экологического ущерба, а также других видов ущерба, в том числе косвенного.

Решение этого вопроса связано с созданием в составе CMS модуля оценки ущерба при ЧС(Н), для разработки которого требуется соответствующее научно-методическое обеспечение.

Анализ существующих подходов к оценке ущерба ОС показал, что большинство методик расчета основаны на косвенном (укрупненном) подходе, при котором экономический ущерб определяется как произведение ряда показателей, отражающих значения ущербообразующих факторов [2-9]. При этом ряд методик не в полной мере учитывает специфику разливов нефти и нефтепродуктов на водных объектах. В основном это касается биоресурсов, где необходимо построение области возможного загрязнения (ОВЗ) и ее деление на зоны, что в соответствии с [9] является основным этапом при определении размеров ущерба, поскольку для каждой зоны ОВЗ устанавливается коэффициент реагирования объектов животного мира на воздействие, который позволяет определить численность объектов животного мира в каждой зоне после воздействия на основе данных о численности объектов животного мира на этой же территории до начала воздействия.

При разливах нефти на водных объектах ОВЗ представляет собой совокупность участков акватории, ложа водоема и береговой черты (при условии, что нефть достигла берега), загрязненных нефтью за выбранное время с момента разлива, площадь которых в рамках одного сценария является детерминированной величиной и может быть найдена как сумма площадей последовательных конфигураций нефтяного пятна и загрязненных нефтью береговых участков.

Очевидно, что площадь и границы прогнозируемой ОВЗ являются случайными величинами, поскольку разлив нефти может развиваться по множеству сценариев, каждый из которых уникален из-за практически бесконечного набора различных природных и антропогенных факторов в данном месте и в конкретное время. В этом случае конту-

ры ОВЗ можно определить путем построения огибающей всех возможных положений нефтяного пятна, а далее разделить ОВЗ на зоны с одинаковой степенью воздействия на биоресурсы или, что то же самое, на участки, характеризующиеся заданными диапазонами изменения коэффициентов реагирования. Свойство пространственной неоднородности прогнозируемой ОВЗ по степени воздействия для ансамбля сценариев обусловлено эффектом наложения конфигураций нефтяных пятен при совмещении данных по всем возможным сценариям ЧС(Н), имеющих различные

характеристики (вероятность реализации, толщина пятна, количество диспергировавшей и утонувшей нефти и т. п.), а также вариацией значений базовой численности объектов животного мира в границах ОВЗ, что требует исследования ОВЗ как географического объекта с применением геоинформационных технологий.

Исходя из механизма воздействия нефти на живые организмы, все реципиенты можно разделить на две группы:

1) водоплавающие птицы и животные, которые находятся в непосредственном кон-

СМЯ — импорт данных местонахождение источника разлива (электронная картографическая система), скорость течения, скорость и направление ветра, время сценария, карты биологического разнообразия, данные но базовым численностям водоплавающих птиц и животных

Определение места разлива нефти (идентификация участка водного пути)

I

Проверка гидрологического режима (межень, паводок)

I

Определение периодов года с устойчивыми повторениями направлений

ветра

I

Расчет конфигураций нефтяных пятен по полному ансамблю сценариев с различными метеорологическими условиями (сила и направление ветра, характерные для рассматриваемого участка водного пути)

I

Идентификация внешних границ ОВЗ путем построения огибающей всех возможных конфигураций нефтяного пятна

I

Разбивка ОВЗ на подобласти или ячейки. Расчет вероятности загрязнения

для каждой ячейки

I

Определение коэффициентов реагирования и внутренних границ ОВЗ путем объединения ячеек с заданными диапазонами изменения вероятностей

загрязнения

I

Экспорт полученных результатов в С’Л/Л’

Рис. 1. Последовательность построения области возможного загрязнения и ее деление на зоны

такте с нефтяной пленкой, что приводит к их гибели (эффекты покрытия и удушения);

2) гидробионты, степень поражения которых зависит не только от контакта с нефтяным пятном, но и от величины концентрации нефтепродуктов в воде, а также от периода экспозиции (например, для рыбных ресурсов).

В данной статье рассматривается решение задачи построения и зонирования ОВЗ для реципиентов первой группы. Поскольку для указанных живых организмов вероятность снижения численности и продуктивности на конкретном участке непосредственно связана с вероятностью поражения этого участка нефтью, то при разделении области загрязнения на зоны по степени воздействия в качестве критерия деления наиболее целесообразно использовать вероятность загрязнения.

В соответствии с этим, была предложена следующая последовательность построения ОВЗ и ее деления на зоны для реципиентов первой группы (рис. 1).

В процессе зонирования ОВЗ разбивается на подобласти или ячейки, число которых принимается в зависимости от требуемой точности результатов. При этом для каждой ячейки подсчитывается вероятность загрязне-

ния за выбранное время по формуле

ЯЧ

конф

(1)

7=1

р. — вероятность загрязнения 7-й ячейки ОВЗ, %;

конф . ^

р — вероятность реализации]-й кон-

фигурации нефтяного пятна попавшей в 7-ю ячейку, равна среднегодовой совместной повторяемости или совместной вероятности скорости и направления ветра, %;

к — количество конфигураций нефтяных пятен, попавших в 7-ю ячейку за время 7.

В качестве примера на рис. 2 представлены результаты разбивки ОВЗ на подобласти или ячейки для источника разлива нефти, расположенного на 906 км р. Волги.

Определение коэффициентов реагирования и внутренних границ ОВЗ осуществляется путем объединения ячеек с заданными диапазонами изменения вероятностей загрязнения в соответствии с таблицей.

Следует отметить, что вероятность, рассчитываемая по формуле (1), является условной, т. е. вычисленной в предположении, что выполнен ряд условий: разлив уже произошел, известны тип нефтепродукта, масса разлива, гидрологический режим и т. п.

Таблица 1

Зоны воздействия для первой группы реципиентов

№ п/п Зоны воздействия Вероятность загрязнения (вред среде ЯЧ обитания), диапазоны изменения, р. , % Коэффициент реагирования

1 Прямого уничтожения 80-100 1

2 Сильного воздействия 60-79,9 0,80

3 Среднего воздействия 40-59,9 0,60

4 Умеренного воздействия 20-39,9 0,40

5 Слабого воздействия 0-19,9 0,20

В общем случае вероятность загрязнения подобласти или ячейки определяется по формуле

р = р ■ р ■ р ■ р ■ р пт (2)

Загр. ТП ТП(тип) ТП(разл.) Гидр.реж. н/п ' '

где р ТП — вероятность возникновения транспортного происшествия;

рТП(тип) — вероятность того, что в транспортном происшествии участвует судно определенного типа;

рТП(разл.) — вероятность возникновения разлива нефти при транспортном происшествии;

р — вероятность появления гид-

Гидр. реж.

рологического режима реки (паводок или межень);

рн/п — вероятность появления данного вида нефтепродукта (мазут, дизельное топливо и т. п.).

Рис. 2. Разбивка области возможного загрязнения на подобласти или ячейки

Таким образом, предложенный подход позволяет разрабатывать специальные матрицы коэффициентов реагирования объектов животного мира на воздействие со своей системой факторов, что дает возможность рассчитывать ущерб биоресурсов при разливах нефти и нефтепродуктов на водных объектах.

Разработанный алгоритм построения ОВЗ и ее деления на зоны интегрирован в программный продукт CMS, установленный в Национальном центре по управлению кризисными ситуациями природного и техногенного характера МЧС РФ (Москва).

Список литературы

1. Наумов В. С. Информационные аспекты создания функциональной подсистемы организации работ по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на внутренних водных путях / В. С. Наумов, А. Е. Пластинин // Наука и техника транспорта. — 2007. — № 3. — С. 74-77.

2. Методика исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства: утв. приказом МПР РФ от 13 апреля 2009 г. № 87.

3. Методика определения предотвращенного экологического ущерба: утв. председателем Го -сударственного комитета РФ по охране окружающей среды В. И. Даниловым-Данильяном 30 ноября 1999 г.

4. Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды: одобрена Постановлением Госплана СССР, Госстроя СССР, Президиума АН СССР от 21 октября 1983 г. № 254/284/134.

5. Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах: утв. Минтопэнерго РФ 1 ноября 1995 г., согласована с Департаментом государственного экологического контроля Минприроды РФ.

6. Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами: утв. председателем Комитета РФ по земельным ресурсам и землеустройству 10 ноября 1993 г.

7. Методика определения размеров ущерба от деградации почв и земель: утв. министром охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ В. И. Даниловым-Данильяном 11 июля 1994 г.. председателем Комитета РФ по земельным ресурсам и землеустройству Н. В. Комовым, 1994 г.

8. Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель: утв. Роскомземом 28 декабря 1994 г., Минсельхозпродом РФ 26 января 1995 г. и Минприроды РФ 15 февраля 1995 г.

9. Методика оценки вреда и исчисления размера ущерба от уничтожения объектов животного мира и нарушения среды их обитания: утв. Госкомэкологией РФ 28 апреля 2000 г.

УДК 502.5:537.8 С. П. Зубрилов,

д-р техн. наук, проф., СПГУВК

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БЕЗРЕАГЕНТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ С ЧАСТОТАМИ 106-500 106 ГЦ

TEORETICAL BASES NONREAGENT WATER PROCESSING BY ELEKTROMAGNETIC FIELDS WITH FREQUENCIES 106-500 106 HZ

Реагентная водоподготовка приводит к вторичному загрязнению водоемов, которое в экономических обоснованиях проектов не учитывается. Предлагается очистку воды осуществлять электромагнитными полями с частотами 106-500106 Гц (СВЧ).

Reagentic water preparation results in secondary pollution reservoirs which in economic substantiations of projects is not considered. It is offered to carry out water treating by electromagnetic fields with frequencies 106-500106 hz.

Ключевые слова: энергия Гиббса, резонанс, кинетическая энергия, потенциальный барьер

Key words: Gibb’s energy, a resonance, kinetic energy, a potential barrier

СОЗДАНИЕ новых экологически чистых безреагентных (взамен реагент-ных) технологий очистки воды возможно только при знании процессов физических, химических, взаимодействий на границе фаз [1, 2].

Воде, водным растворам, а также методам очистки вод посвящена обширная литература, на основании которой можно сделать

следующие выводы:

1) законченная теория строения воды, объясняющая всю экспериментальную информацию, отсутствует;

2) очистка и обеззараживание питьевых и сточных вод осуществляется в основном с применением химических реагентов (коагулянтов, флокулянтов и т. д.), приводящих ко вторичному загрязнению воды;