CC BY
31УДК 504.4.054: 502.4
Н.В. Бывшева, аспирантка ФГБОУВО «ВГУВТ»
В.С. Наумов, д.т.н., академик РАТ, профессор ФГБОУ ВО «ВГУВТ»
603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ БЕРЕГОВОЙ ЛИНИИ ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЕЙ ПРИ РАЗЛИВАХ НЕФТИ
Ключевые слова: разлив нефти, внутренние водные пути, загрязнение окружающей среды, береговая линия, компоненты природной среды, физико-химические свойства нефти, предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций.
В статье выполнено обоснование актуальности проблемы загрязнения береговой линии внутренних водных путей от разливов нефти на примере Нижегородской области. Произведена оценка размеров загрязнения береговой линии при авариях на водном объекте, с использованием моделирования большого количества сценариев разливов нефти.
Транспортные происшествия на внутренних водных путях (ВВП) достаточно часто приводят к аварийным разливам нефти и нефтепродуктов [1]. При разливах нефти ущерб наносится практически всем компонентам природной среды (гидросфере, атмосфере, литосфере и биосфере), что обусловливается физико-химическими свойствами нефти и параметрами окружающей среды [2, 3].
Ликвидация последствий таких комплексных загрязнений окружающей среды является сложной и достаточно дорогостоящей операцией. Особенно это касается загрязнения береговой линии ВВП, для ликвидации которых необходимо использовать специальные средства и технологии [4]. Поэтому проблема загрязнения береговой линии ВВП является важным аспектом при планировании и осуществлении мероприятий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций, связанных с разливами нефти. Решение этой проблемы, прежде всего, связано с оценкой степени загрязнения береговой линии ВВП при различных параметрах разлива нефти и окружающей среды.
В данной статье выполнена оценка загрязнения береговой линии р. Волга в пределах Нижегородской области на основе моделирования различных сценариев разлива нефти.
Моделирование проводилось с использованием программно-аппаратного комплекса PISCES II «Система моделирования и анализа аварий, связанных с загрязнением окружающей среды», производства компании ТРАНЗАС, установленного на базе учебно-тренажерного центра по управлению кризисными ситуациями природного и техногенного характера Волжского государственного университета водного транспорта [8, 9].
При моделировании учтен гидрологический режим межени. Так как данная статья является постановочной, рассмотрены только два типа нефтепродукта, наиболее часто используемые на водном транспорте - мазут и дизельное топливо, а также приняты определенные температурные условия, типичные для периода навигации - температура воды 10°С, температура воздуха 15°С. Учет большего количества видов нефтепродукта и различных температур приводит к резкому увеличению количества сценариев в данной работе, в чем нет необходимости, в силу постановочного характера статьи. Высота волны принималась равной 0 м (совместно с наиболее вероятной скоростью ветра) и 1,2 м (совместно с максимально возможной скоростью ветра), водоем разряда «Р». Отдельно рассматривались разливы от наливных судов и судов, относя-
щихся к другим видам флота (неналивные суда), поскольку тип судна определяет объем разлива.
Дальнейшее комбинирование исходных данных позволило выделить группы сценариев. Количество сценариев в группе принималось равным 8 (количество рассмотренных направлений ветра). Необходимость расчетов параметров нефтяного загрязнения для такого количества направлений ветра вызвана значительными трудностями определения наиболее опасного направления ветра с точки зрения распространения нефтяных полей, что обусловлено большой извилистостью реки Волга.
Максимально возможный разлив для наливного судна определяется 50% максимальной грузоподъемности [5] наливного судна на реке Волга - 320 м3 или 275 т (при плотности топлива 0,86) и 304 т (при плотности топлива 0,95). Максимально возможный разлив нефтепродуктов для судов других видов флота для условий межени на реке Волга принимается по наибольшему запасу топлива и смазки у неналивных теплоходов на реке Волга - 108,5 т.
Моделирование разливов нефти было выполнено из очагов аварийности 857,9 км; 510 км; 598 км; 688 км, которые были выбраны из базы данных, содержащей информацию по границам участков аварийности с 95% вероятностью. Эта база данных определена в результате статистического анализа транспортных происшествий произошедших в Волжском бассейне за период 1980-2010 год, и содержится в программно аппаратном комплексе PISCES II [6, 7]. Очаг аварийности - это территория, в пределах которой произошла утечка нефтепродукта в результате аварии.
Результаты моделирования представлены в таблицах 1-5 и на рисунках 1-5.
Таблица 1
Характеристики группы сценариев (1 и 2): Очаг аварийности 857,9 км. Разлив при аварии наливного судна. Межень. Объем разлива 304 т. Мазут
№ сценария Масса нефти на берегу, т Масса разлива, т Масса нефти на берегу, % Тип нефтепродукта Скорость ветра, м/с Направление ветра На-правление ветра, градусы Очаг аварийности
1 84,4 304 27,76 Мазут 3,7 С 0 857,9
2 47,8 304 15,72 Мазут 3,7 СВ 45 857,9
3 53,8 304 17,69 Мазут 3,7 В 90 857,9
4 14,05 304 4,62 Мазут 3,7 ЮВ 135 857,9
5 124,4 304 40,92 Мазут 3,7 Ю 180 857,9
6 146,5 304 48,19 Мазут 3,7 ЮЗ 225 857,9
7 60,6 304 19,93 Мазут 3,7 З 270 857,9
8 93,9 304 30,88 Мазут 3,7 СЗ 315 857,9
9 69,99 304 23,02 Мазут 17 С 0 857,9
10 84,95 304 27,94 Мазут 17 СВ 45 857,9
11 0 304 0 Мазут 17 В 90 857,9
12 0 304 0 Мазут 17 ЮВ 135 857,9
13 37,2 304 12,23 Мазут 17 Ю 180 857,9
14 77,6 304 25,52 Мазут 17 ЮЗ 225 857,9
15 52 304 17,10 Мазут 17 З 270 857,9
16 121,4 304 39,93 Мазут 17 СЗ 315 857,9
Рис. 1. Таблица 1, сценарий 6. Через 4 часа после аварии
Из 16 представленных в таблице 1 сценариев, на рисунке 1 обозначен сценарий №6. Черным цветом на берегу обозначены зоны загрязнений мазутом, попавшем туда через 4 часа после аварии. Значения массы нефти на берегу, представленные в таблице 1, также рассчитывались для четырех часового периода времени. В сценариях 11 и 12 видно, что значения массы нефти на берегу 0. Т.е. при определенных условиях, заложенных в данных сценариях, через 4 часа после аварии нефть не успеет дойти до берега. В данном случае группа сценариев 1 рассчитана для скорости ветра 3.7 м/с, а группа сценариев 2 - для скорости ветра 17 м/с.
Таблица 2
Характеристики группы сценариев (1 и 2): Очаг аварийности 510 км. Разлив при аварии наливного судна. Межень. Объем разлива 108,5 т. Дизельное топливо
№ сце- Мас- Масса Мас- Тип нефте- Ско- Направле- Направле- Очаг ава-
нария са разли- са продукта рость ние ветра ние ветра, рийности
нефти ва, т нефти ветра, градусы
на на м/с
бере- бере-
гу, т гу, %
1 77,6 108,5 71,85 Дизельное 5 С 0 510
топливо
№ сценария Масса нефти на берегу, т Масса разлива, т Масса нефти на берегу, % Тип нефтепродукта Скорость ветра, м/с Направление ветра Направление ветра, градусы Очаг аварийности
2 57,1 108,5 52,87 Дизельное топливо 5 СВ 45 510
3 66,1 108,5 61,20 Дизельное топливо 5 В 90 510
4 61,1 108,5 56,57 Дизельное топливо 5 ЮВ 135 510
5 97,6 108,5 90,37 Дизельное топливо 5 Ю 180 510
6 91,2 108,5 84,44 Дизельное топливо 5 ЮЗ 225 510
7 103 108,5 95,37 Дизельное топливо 5 З 270 510
8 68,8 108,5 63,70 Дизельное топливо 5 СЗ 315 510
9 28,5 108,5 26,39 Дизельное топливо 17 С 0 510
10 34 108,5 31,48 Дизельное топливо 17 СВ 45 510
11 34 108,5 31,48 Дизельное топливо 17 В 90 510
12 4,1 108,5 3,79 Дизельное топливо 17 ЮВ 135 510
13 36,9 108,5 34,16 Дизельное топливо 17 Ю 180 510
14 36,7 108,5 33,98 Дизельное топливо 17 ЮЗ 225 510
15 45,9 108,5 42,50 Дизельное топливо 17 З 270 510
16 31,2 108,5 28,89 Дизельное топливо 17 СЗ 315 510
Рис. 2. Таблица 2, сценарий 7. Через 4 часа после аварии
Из 16 представленных в таблице 2 сценариев, на рисунке 2 обозначен сценарий №7. Здесь синим цветом на берегу обозначена зона загрязнений дизельным топливом через 4 часа после аварии. Здесь группа сценариев 1 рассчитана для скорости ветра 5 м/с, а группа сценариев 2 - для скорости ветра 17 м/с.
Таблица 3
Характеристики группы сценариев (1 и 2): Очаг аварийности 688 км. Разлив при аварии наливного судна. Межень. Объем разлива 275 т. Дизельное топливо
№ сценария Масса нефти на берегу, т Масса разлива, т Масса нефти на берегу, % Тип нефтепродукта Скорость ветра, м/с Направление ветра Напрвление ветра, градусы Очаг аварийности
1 71,9 275 26,14 Дизельное топливо 5 С 0 688
2 33,2 275 12,07 Дизельное топливо 5 СВ 45 688
3 62,8 275 22,83 Дизельное топливо 5 В 90 688
4 37,2 275 13,53 Дизельное топливо 5 ЮВ 135 688
5 56,3 275 20,47 Дизельное топливо 5 Ю 180 688
№ сценария Масса нефти на берегу, т Масса разлива, т Масса нефти на берегу, % Тип нефтепродукта Скорость ветра, м/с Направление ветра Напрвление ветра, градусы Очаг аварийности
6 53,3 275 19,38 Дизельное топливо 5 ЮЗ 225 688
7 49,3 275 17,92 Дизельное топливо 5 З 270 688
8 96,7 275 35,16 Дизельное топливо 5 СЗ 315 688
9 27,7 275 10,07 Дизельное топливо 17 С 0 688
10 13,2 275 4,80 Дизельное топливо 17 СВ 45 688
11 14,0 275 5,09 Дизельное топливо 17 В 90 688
12 7,7 275 2,80 Дизельное топливо 17 ЮВ 135 688
13 15,6 275 5,67 Дизельное топливо 17 Ю 180 688
14 39,8 275 14,47 Дизельное топливо 17 ЮЗ 225 688
15 80,4 275 29,23 Дизельное топливо 17 З 270 688
16 77,4 275 28,14 Дизельное топливо 17 СЗ 315 688
Из 16 представленных в таблице 3 сценариев, на рисунке 3 обозначен сценарий №8. Здесь синим цветом на берегу обозначена зона загрязнений дизельным топливом через 4 часа после аварии. В данном случае группа сценариев 1 рассчитана для скорости ветра 5 м/с, а группа сценариев 2 - для скорости ветра 17 м/с.
Таблица 4
Характеристики группы сценариев (1 и 2): Очаг аварийности 598 км. Разлив при аварии наливного судна. Межень. Объем разлива 108,5 т. Дизельное топливо
№ сценария Масса нефти на берегу, т Масса разлива, т Масса нефти на берегу, % Тип нефтепродукта Скорость ветра, м/с Направление ветра Направление ветра, градусы Очаг аварийности
1 79,4 108,5 73,51 Дизельное топливо 5 С 0 598
2 73,8 108,5 68,33 Дизельное топливо 5 СВ 45 598
3 64,6 108,5 59,81 Дизельное топливо 5 В 90 598
4 36,9 108,5 34,16 Дизельное топливо 5 ЮВ 135 598
5 45,7 108,5 42,31 Дизельное топливо 5 Ю 180 598
6 52,7 108,5 48,79 Дизельное топливо 5 ЮЗ 225 598
7 57,4 108,5 53,14 Дизельное топливо 5 З 270 598
8 21,8 108,5 20,18 Дизельное топливо 5 СЗ 315 598
9 53,2 108,5 49,25 Дизельное топливо 17 С 0 598
10 39,0 108,5 36,11 Дизельное топливо 17 СВ 45 598
11 16,8 108,5 15,55 Дизельное топливо 17 В 90 598
12 7,7 108,5 7,13 Дизельное топливо 17 ЮВ 135 598
13 28,4 108,5 26,29 Дизельное топливо 17 Ю 180 598
14 32,7 108,5 30,28 Дизельное топливо 17 ЮЗ 225 598
15 22,5 108,5 20,83 Дизельное топливо 17 З 270 598
16 1,1 108,5 1,02 Дизельное топливо 17 СЗ 315 598
Из 16 представленных в таблице 4 сценариев, на рисунке 4 обозначен сценарий № 1. Здесь синим цветом на берегу обозначена зона загрязнений дизельным топливом через 4 часа после аварии. В данном случае группа сценариев 1 рассчитана для скорости ветра 5 м/с, а группа сценариев 2 - для скорости ветра 17 м/с.
При моделировании было отдельно рассмотрено 13 различных факторов, влияющих на содержание нефти на берегу при разливе.
Таблица 5
Количество нефти на берегу, %, в зависимости от различных факторов
Фактор Средний процент нефти на берегу,%
1 Скорость ветра 3,7 м/с 35,60
2 Скорость ветра 17 м/с 19,54
3 Скорость ветра 5 м/с 34,81
4 Мазут 20,03
5 Дизельное топливо 31,44
6 Северное направление ветра 33,16
7 Северо-восточное направление ветра 26,87
8 Восточное направление ветра 20,70
9 Юго-восточное направление ветра 12,19
Фактор Средний процент нефти на берегу,%
10 Южное направление ветра 29,45
11 Юго-западное направление ветра 32,44
12 Западное направление ветра 34,67
13 Северо-западное направление ветра 28,81
Среднее итоговое значение 27,67
Фактор
Рис. 5. Количество нефти на берегу, %, в зависимости от различных факторов
Таким образом, в результате моделирования достаточно большого количества сценариев разливов нефти установлено, что в среднем на береговую линию попадает свыше 27% от общего количества разлитой нефти. Это подтверждает важность решения проблемы ликвидации последствий загрязнения береговой линии ВВП при разливах нефти и дальнейшего совершенствования и разработки технологий, направленных на ликвидацию ущерба окружающей среде [10, 11].
Список литературы:
[1] Наумов В. С. Оценка ущерба при разливах нефти на объектах транспортного комплекса // Журнал университета водных коммуникаций. - 2010. - № 5(1). - С. 152-157.
[2] Наумов В. С. Проблема аварийных сбросов опасных грузов с судов // Журнал университета водных коммуникаций. - 2011. - № 11(3). - С. 149-156.
[3] Наумов В. С. Проблема защиты экологически чувствительных территорий при разливах нефти на внутренних водных путях // Журнал университета водных коммуникаций. - 2013. -№ 19 (3). - С. 130-135.
[4] Наумов, В.С. Оценка нефтяного загрязнения от подводных источников // Журнал университета водных коммуникаций. - 2013. - №17(1). - С. 90-94.
[5] Постановление Правительства РФ от 21.08.2000 № 613 «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов».
[6] Наумов В. С. Моделирование процессов ликвидации разливов нефти с судов // Речной транспорт (XXI век). - 2014. - № 3. - С. 65-70.
[7] Пластинин А. Е. Оценка риска возникновения разливов нефти на внутренних водных путях // Наука и техника транспорта. - 2015. - № 1. - С. 39-44.
[8] Воробьев Ю.Л. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. - М.: Ин-октаво, 2005. - С. 106-107.
[9] Липатов И.В. Оценка гидродинамических условий при ликвидации разливов нефти // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова - 2014. - №5 - С.127-134.
[10] Пластинин А.Е. Оценка механического воздействия на окружающую среду при взрывах на танкерах // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2015. - № 1. - С.42-52.
[11] Пластинин А.Е. Оценка размера вреда, причинённого почве, при разливах нефти с судов // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2015. - № 3. - С.74-83.
ASSESSMENT OF POLLUTION OF COASTAL LINE OF INLAND WATERWAYS AFTER THE OIL SPILLS
N. V. Byvsheva, V.S. Naumov
Keywords: oil spill, inland waterways, pollution, coastline, environmental components, the physico-chemical properties of the oil emergency management.
The article substantiates the problem of pollution of coastline of inland waterways from oil spills by the example of the Nizhniy Novgorod region. The estimation of the size of pollution of coastline in case of accidents on a water body, using simulation of a large number of oil spill scenarios .
Статья поступила в редакцию 10.04.2016 г.
УДК 551.46.086
С.Н. Гирин, к.т.н, профессор ФГБОУВО «ВГУВТ» В.И. Плющаев, д.т.н, профессор ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5 Е.Р. Штейн, к.т.н. ФНПЦ ОАО «НПП» Полет г. Нижний Новгород, Комсомольская пл., 1
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ВОЛНОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЕЙ
Ключевые слова: ветровое волнение, волноизмерительный буй, передача информации, автоматическая идентификационная система
Рассматривается проблема измерения высоты волны в заданной точке водного бассейна внутренних водных путей и передача полученной информации на удаленный диспетчерский пункт. Излагаются функциональные схемы волноизмерительного буя и берегового приемного устройства. В качестве средства передачи информации предлагается использовать каналы автоматической идентификационной системы, используемой на судах внутреннего плавания. Приводятся результаты натурных испытаний системы.
В соответствии с Правилами Российского Речного Регистра [1] внутренние водные бассейны РФ классифицированы по степени интенсивности возможных для них волновых режимов. Допуск судна для плавания в данном бассейне осуществляется, если класс судна, характеризующийся допустимой высотой волны определенной обеспеченности, равен или выше разряда бассейна. Однако иногда возникают ситуации, когда в бассейне имеет место волнение, интенсивность которого превышает режимное. В настоящее время прогноз высоты волнения осуществляет гидрометеоцентр на базе косвенных измерений силы и направления ветра. Точность таких прогнозов
