CC BY
14
Технические науки — от теории к практике ________________№ 10 (46), 2015 г
СЦЕНАРНАЯ ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ГАЗОПРОВОДОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ КЛИМАТА
Гайдукова Екатерина Владимировна
канд. техн. наук, доцент Российского государственного гидрометеорологического университета (РГГМУ),
РФ, г. Санкт-Петербург E-mail: oderiut@mail. ru
Судакова Наталья Валерьевна
аспирант, Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ), РФ, г. Санкт-Петербург
Бонгу Сотима Эрнесто
аспирант, Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ), РФ, г. Санкт-Петербург
СибАК
www.sibac.info
SCENARIO SAFETY ASSESSMENT PIPELINES IN CLIMATE CHANGE
Ekaterina Gaidukova
Ph.D., associate professor of Russian State Hydrometeorological University (RSHU),
Russia, St. Petersburg
Natalya Sudakova
graduate student, Russian State Hydrometeorological University (RSHU),
Russia, St. Petersburg
Bongu Sotima Ernesto
graduate student, Russian State Hydrometeorological University (RSHU),
Russia, St. Petersburg
Исследования финансировались Министерством образования и науки Российской Федерации в рамках проектов № 14.B37.21.0678, № 1413
136
ЛГ СибАК
Технические науки — от теории к практике
№ 10 (46)), 2015г._____________________________________www.sibac.info
АННОТАЦИЯ
В статье рассматривается географическое распределение аномальных зон формирования максимального слоя стока весеннего половодья в перспективе климатических изменений в речных бассейнах России, пересекаемых магистральными газопроводами. Для выявления аномалий применяется методология оценки гидрологических последствий изменения климата, основанная на использовании уравнения Фоккера-Планка-Колмогорова.
ABSTRACT
The geographic distribution of the anomalous zones of forming maximum runoff in the long term climate change in river basins of Russia with the pipelines is considered in the article. To detect anomalies applied assessment methodology of hydrological impacts of climate change, based on the use of Fokker-Planck-Kolmogorov equation.
Ключевые слова: максимальный сток; многолетний речной сток; изменение климата; оценка последствий изменения климата.
Keywords: the maximum runoff; long-term river runoff; climate change; assessment of the impact of climate change.
Введение. В связи с происходящими климатическими
изменениями появляется мотивация к изучению их последствий для экономики, экологии и национального хозяйства России в целом. В этой комплексной проблеме центральное место занимают вопросы, связанные с изменениями географических закономерностей распределения различных видов многолетнего речного стока в результате реализации тех или иных климатических сценариев. Целью данного исследования является оценка географического распределения аномальных зон формирования максимального слоя стока весеннего половодья в перспективе климатических изменений в речных бассейнах России, пересекаемых магистральными газопроводами.
Добываемый в Российской Федерации газ поступает в магистральные газопроводы, которые объединены в Единую систему газоснабжения. В состав этой системы входят 161,7 тыс. км магистральных газопроводов и отводов, 215 линейных компрессорных станций, 6 комплексов по переработке газа и газового конденсата, 25 объектов подземного хранения газа [1]. Газопроводы покрывают практически всю Европейскую и юг Азиатской территории России, пересекая водные преграды, относящиеся к различным водосборам (рис. 1).
137
Рисунок 1. Единая система газоснабжения России [1]
Методика оценки долгосрочных изменений вероятностных характеристик максимального стока. На кафедре гидрофизики и гидропрогнозов РГГМУ была разработана методология долгосрочной оценки гидрологических последствий изменения климата [2; 3]. В ее основе лежит уравнение Фоккера-Планка-Колмогорова, которое аппроксимируется системой алгебраических уравнений для начальных моментов mn (n =1, 2, 3, 4). При ряде допущений (см. [3]) эта система сводится к следующему виду:
-cml + N = 0,
-2 еда + 2Nm, + Gir = 0.
I 1 N -
где: c = 1/ kt — параметр обратный коэффициенту стока k и времени релаксации речного бассейна t , отражающий свойства подстилающей поверхности водосбора (для многолетнего стока t = 1 год);
m1, m2 — первый и второй начальные моменты, зная которые можно определить норму и коэффициент вариации стока;
N = Х/т — показатель нормы интенсивности осадков X ;
— интенсивность внешнего климатического шума, связанного с показателем N.
138
Технические науки — от теории к практике № 10 (46)), 2015 г______________________
www.sibac.info
Алгоритм долгосрочной оценки сводится к следующим действиям (рис. 2): в начале по рядам наблюдений вычисляются mn, затем производится параметризация системы уравнений (1) — находится численное значение параметра, отвечающего за интенсивность внешнего климатического шума. Затем параметры системы изменяются за счет факторов подстилающей поверхности (с) или/и за счет климата (X пр, Тпр — прогнозные значения норм осадков и температуры воздуха). Далее производится вычисление новых оценочных моментов т„, по которым определяются прогнозные гидрологические характеристики (норма, коэффициенты вариации и асимметрии), зная которые можно построить прогнозные кривые обеспеченности и оценить значения расходов любой обеспеченности
ОQp%)■
Фактические данные
Климатический сценарий
0 10 20 30 40 30 «О 70 80 90 у, к
Рисунок 2. Алгоритм долгосрочной оценки последствий изменения
климата
Рассмотренную методику можно применить не только к оценке безопасности магистральных газопроводов (в газовой промышленности), но и в таких секторах экономики как гидроэнергетика, сельское хозяйство, строительное проектирование, мелиорация [7] и рыбное хозяйство.
Исходные данные. Для речных бассейнов расположенных на территории распространения газопроводов была собрана база данных по максимальному стоку половодья. В исследовании рассматривались гидрологические станции наблюдений, у которых площадь водосбора находится в пределах от 1500 до 50 000 км2,
139
Технические науки — от теории к практике __________________№ 10 (46), 2015 г
и имеются продолжительные ряды наблюдений за суммарным слоем стока весеннего половодья за период до 1980 года, именно до этого года информация по постам распространена и является общедоступной. Кроме того, примерно с этого года начинаются статистически значимые тренды по средним показателям стока, связанные предположительно с изменениями климата [5]. Всего получилось 314 речных бассейнов.
Гидрологические ряды были статистически обработаны: проверены на однородность по критериям Стьюдента и Фишера, построены разностно-интегральные кривые для подтверждения наличия многоводных и маловодных фаз водности, определены погрешности статистических характеристик.
Информация о фактических нормах осадков за период с 1931 по 1990 гг. и прогнозных нормах осадков была взята с сайта http://www.ipcc-data.org [6]. Данные о нормах осадков использованы при определении коэффициентов максимального стока k по аналогии с годовым стоком [4].
Выявление аномальных зон формирования максимального стока. С использованием климатических сценариев COMMIT, SRA1B, SRA2, SRB1 (модель HadCM3) по описанной методике были рассчитаны прогнозные нормы стока, коэффициентов вариации, коэффициентов асимметрии на период с 2040 по 2069 год. Три из четырех климатических сценария (SRA1B, SRA2, SRB1) относятся, к так называемым, «политическим» сценариям, учитывающим различные темпы экономического развития и роста плотности населения наряду с учетом концентрации парниковых газов в атмосфере. Сценарий COMMIT подразумевает, что тенденция изменения концентрации парниковых газов останется на уровне XX века.
С практической точки зрения, интересны не столько прогнозные значения гидрологических характеристик, сколько отклонение прогнозных значений от фактических. По таким отклонениям выявлены и нанесены на карты аномальные зоны формирования максимального стока (рис. 3). Под аномальными зонами понимается совокупность бассейнов, в которых отклонение прогнозных от фактических норм стока превышает 15 %, для коэффициента вариации — 20 %. Подобные процентные значения связаны
с погрешностями определения рассматриваемых характеристик. Следует отметить, что при прогнозах были взяты постоянные коэффициенты стока, т. е. предполагается, что в будущем климате коэффициент максимального стока останется неизменным.
СибАК
www.sibac.info
140
ЛГ СибАК
Технические науки — от теории к практике
№ 10 (46)), 2015г.___________________________________________________________www.sibac.info
Рисунок 3. Распределение зон аномалий норм (а) и коэффициентов вариации (б) максимального стока по сценариям COMMIT (1), SRA1B (2), SRA2 (3), SRB1 (4)
На рис. 3 видно, что норма суммарного слоя стока за половодье по всем сценариям на территории Восточной Сибири увеличивается, в Западной Сибири уменьшается, а на ЕТР изменяется незначительно, по сравнению с фактическими значениями. Разница сценарных норм от фактических достигает 300 мм, в среднем составляет 25 мм. Прогнозные значения коэффициентов вариации по всем сценариям в Восточной Сибири уменьшаются, в Западной Сибири увеличиваются, а в ЕТР изменяются незначительно.
Большая часть Восточной Сибири находится в аномальных зонах по норме по всем четырем сценариям (COMMIT, SRA1B, SRA2, SRB1). К таким зонам относится бассейны верхних течений рек Колыма, Алдан, Лена, Амур, Ангара, Енисей (отклонения достигают -140 %). В Западной Сибири к аномальным зонам относятся бассейн
141
Технические науки — от теории к практике ___________________№ 10 (46), 2015 г
реки Тобол и бассейн верхнего течения реки Обь (отклонения достигают 50 %). На остальной территории Западной Сибири отклонения прогнозных норм остаются в пределах 15 %. Большая часть ЕТР находится в благоприятных зонах по норме по всем сценариям. По сценариям SRA1B, SRA2, SRB1 к аномальным зонам относятся бассейн реки Печора и несколько небольших одиночных районов в бассейне реки Волга (отклонения достигают -30 %).
На территории Восточной Сибири зоны аномалий по коэффициенту вариации распространяются на бассейны верхних течений рек Колыма, Алдан, Лена, Амур, Ангара, Енисей (отклонения достигают 60 %). В Западной Сибири к зонам аномалий по коэффициенту вариации относятся бассейн реки Тобол и бассейн верхнего течения реки Обь (отклонения достигают -100 %). Для ЕТР самый благоприятный сценарий COMMIT. По этому сценарию отклонения прогнозных коэффициентов вариации остаются в пределах 20 %. По сценариям SRA1B, SRA2, SRB1 к аномальным зонам по коэффициенту вариации относится бассейн нижнего течения реки Печора.
Выводы. Выявлены статистически значимые отклонения сценарных оценок от фактических значений вероятностных характеристик многолетнего максимального речного стока (аномальные зоны) в перспективе климатических изменений для речных бассейнов России, пересекаемых магистральными газопроводами. В аномальных зонах следует ожидать изменения характеристик стока, которые повлияют на характеристики стока наносов и, следовательно, на нагрузки на переходы газопроводов через водные преграды, деформации береговых и русловых участков, оголение или обнажение подводных газопроводов.
Список литературы:
1. ГАЗПРОМ // ГАЗПРОМ. — 2015. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.gazprom.ru. Свободный. — На рус. яз.
2. Коваленко В.В., Викторова Н.В., Гайдукова Е.В. Моделирование гидрологических процессов. Изд. 2-е, испр. и доп. Учебник. — СПб.: изд. РГГМУ, 2006. — 559 с.
3. Методические рекомендации по оценке обеспеченных расходов проектируемых гидротехнических сооружений при неустановившемся климате. / Под ред. В.В. Коваленко — СПб.: изд. РГГМУ, 2010. — 50 с.
4. Шевнина Е.В. Анализ связи норм годовых и зимних осадков с нормами стока весеннего половодья рек Российской Арктики // Ученые записки РГГМУ, — № 20, — 2011. — С. 6—12.
СибАК
www.sibac.info
142
Технические науки — от теории к практике № 10 (46)), 2015 г______________________
www.sibac.info
5. Шевнина Е.В. Параметризация модели формирования стока весеннего половодья на территории Российской Арктики // Ученые записки РГГМУ, — № 21, — 2011. — С. 38—46.
6. The IPCC Assessment Reports // IPCC. — 2009. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: htpp//www.ipcc.ch. Свободный. — На англ. яз.
7. Viktor V. Kovalenko and Ekaterina V. Gaidukova. The phenomenon of nonzero norm of long-term changes in the total water supply in river basins // American Journal of Environmental Sciences, Volume 11, Issue 2, Pages 76—80, 2015. — DOI: 10.3844/ajessp.2015.76.80.
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СТЕНКИ РЕЗЕРВУАРА
Глянько Максим Анатольевич
специалист, АО «ИркутскНИИхиммаш»,
РФ, г. Иркутск E-mail: Glyanko@mail.ru
ASSESSMENT OF TECHNICAL CONDITION AND CALCULATION OF THE STRESS-STRAIN STATE CONDITION OF THE WALL OF THE TANK
Maksim Glyanko
specialist, “Irkutskniikhimmash ”, Russia, Irkutsk
АННОТАЦИЯ
В статье рассматривается технология проведения оценки технического состояния и расчет напряженно-деформированного состояния металлоконструкций, в частности, стенки резервуара на наличие допустимых и недопустимых дефектов согласно действующей нормативной и руководящей технической доку мен -тации. Предложенная технология обеспечивает минимальный уровень опасности выявленных дефектов в зависимости от фактических условий эксплуатации резервуара.
143
