Экологические проблемы безопасности транспортных коридоров в черноморском регионе

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ТРАНСПОРТНЫХ КОРИДОРОВ  В ЧЕРНОМОРСКОМ РЕГИОНЕ 

Рубрика: Транспортная конференция  
 
 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ТРАНСПОРТНЫХ КОРИДОРОВ  В ЧЕРНОМОРСКОМ РЕГИОНЕ  

А. Г. Тарнопольский, А. В. Маслаков 
 

Одесский государственный  экологический университет  

Азово-Черноморский регион имеет исключительно важное значение для Украины, так как он обеспечивает наш выход к морю и в мировой океан. Украина участвует в ряде международных соглашений и конвенций об охране морской среды от загрязнения, что требует решения проблемы экономически эффективного и экологически безопасного хозяйственного использования морских акваторий и приморских территорий.  

В настоящее время  обеспечение экологической безопасности Чёрного моря приобрело особую актуальность. Весь черноморский нефте-оборот включает внешний (из Средиземноморского бассейна и в Средиземноморский) и внутренний (между портами Черного и Азовского морей, а также портами на реках, впадающих в Черное море). Поэтому в настоящее время существует реальная опасность экологической катастрофы при прохождении через пролив Босфор, а также в северо-западной мелководной части Черного моря – районы интенсивного судоходства. Особенностью черноморских нефтеперевозок является наличие ряда опасных районов, как с экологической точки зрения, так и с точки зрения судоходства и жизни прибрежного населения. Это Босфор, Мраморное море и Дарданеллы; западная и северо-западная часть Черного моря, где только крупных аммиаковозов проходит в год более двух сотен; акватории, прилегающие к Крыму и Кавказу.  

Нефть является наиболее распространенным и значительным по количеству видов загрязнения моря продуктом. Известно, что наиболее высокие  уровни содержания углеводородов нефти  характерны для прибрежных и шельфовых  зон эстуариев и приустьевых  районов, а также для акваторий, где пролегают традиционные маршруты транспортировки нефти. При загрязнении обширных акваторий возникает реальная опасность нарушения процессов массо- и энергообмена между морем и атмосферой. По оценке специалистов, только 1 т разлитой нефти нарушает  
 

естественные процессы на морской акватории на площади 8,4 км2. По заниженной оценке 100-тонный сброс нефти на площади 8 км2 при средней толщине 0,02 мм отрицательно влияет на процессы, протекающие в море, в течение 100 суток [1].  

Основными источниками  поступления сырой нефти в  море при аварийных ситуациях  являются:  

– танкеры при  повреждениях корпуса (во время шторма, при посадке на мель, столкновениях, пожаре или взрыве);  

– нефтепроводы, расположенные  под судоходными трассами на дне  моря, в результате механических повреждений, из-за эрозии или оползания дна, шторма, перемещения якорей, дноуглубительных работ;  

– морские перевалочные базы и порты во время погрузки или выгрузки нефти вследствие повреждения  рукавов трубопроводов и их соединительных узлов;  

– береговые нефтехранилища и нефтеперерабатывающие заводы в результате каких-либо непредвиденных обстоятельств;  

– морские нефтяные скважины при нарушении технологических  операций.  

Мировой опыт эксплуатации танкерного флота говорит о том, что всегда существует значительная вероятность аварии. Для всего  современного морского флота аварийность  составляет в среднем 20 случаев в  год на каждую 1000 судов.  

При планировании мероприятий  по ликвидации разливов нефти в море очень важно заблаговременно  знать основные параметры нефтяного  пятна и скорость его формирования. Руководителю операции на месте разлива  всегда важно знать, где находится  нефтяное пятно, куда оно перемещается, в каком оно состоянии. Несмотря на большую ценность оперативных  данных авиационного обследования района разлива, позволяющих получить реальную картину на данный момент, такое обследование не позволяет определить перспективу развития событий. Этот недостаток можно компенсировать моделированием процесса перемещения нефти и составлением соответствующего прогноза. При этом важно правильно учесть сложившиеся и ожидаемые гидрометеорологические и гидрофизические условия. Поэтому математическому моделированию процесса перемещения нефтяных сливов придаётся большое значение. Требования к разработке таких прогнозов содержатся в ряде национальных планов борьбы с разливами нефти (в частности, в плане "Польмар", Франция).  

Механическое перемещение, физические и химические изменения  нефти, разлившейся на поверхности  моря, осуществляется по сложным законам, часть которых ещё не выяснена с достаточной полнотой. Нефть  и продукты её переработки представляют собой смесь веществ, главным  компонентом которой являются углеводороды, в небольших количествах содержатся соединения кислорода, серы и азота. Некоторые компоненты нефти относятся  к поверхностно-активным веществам (ПАВ). Благодаря своим физико-химическим свойствам нефть и нефтепродукты  в море могут существовать в виде пленок, "смоляных шариков", в растворенном и эмульгированном (взвешенном) виде. В отличие от пленок чистых ПАВ, растекающихся до мономолекулярного слоя, пленки нефти имеют толщину, по крайней мере, на порядок превышающую диаметр молекул. В зависимости от условий и времени растекания толщина пленок нефти изменяется в широких пределах – от десятков сантиметров до долей миллиметра [2].  

Распространение нефтяной пленки по поверхности моря можно  представить как результирующий эффект двух условно независимых  процессов:  

– перенос пленки как целого под действием приводного ветра, морских течений и поверхностных  вод, т. е. дрейф пленки;  

– растекание пленки по спокойной воде, приводящее к  увеличению ее площади со временем. При этом обычно выделяют три стадии растекания нефти – инерционная, гравитационно-вязкая и поверхностного натяжения [2].  

Явлению растекания нефтяного пятна, образовавшегося  в результате аварийного разлива, по поверхности воды посвящено немало исследований. Выявлено, что объём  вылитой нефти, оказывает определяющее влияние и максимальную площадь  пятна. Согласно исследованиям Фэя, максимальная площадь пятна определяется по эмпирической формуле , где – объём вылитой нефти (м3),  – максимальная площадь пятна (м2). Однако было показано, что прекращение растекания по этой формуле даёт заниженное значение для малых разливов и завышенное – для больших разливов. В случае же больших разливов природные процессы испарения и эмульгирования при значительном времени существования нефтяного пятна так увеличивают плотность нефти, что она переходит в водную фазу и распространяется не на поверхности моря, а в объёме воды.  

В соответствии с  вышеизложенным подходом задача моделирования  динамики распространения нефти  после аварийного разлива разбивается  на три этапа:  

– количественная оценка поверхностных течений, формирующихся  под воздействием основных физических факторов [3];  

– расчет траектории движения центра тяжести пятна нефти [4];  

– учет растекания пятна  в горизонтальной плоскости в  зависимости от стадии развития процесса [4].  

Логически связанное  математическое описание всех этих блоков в одной модели позволяет рассматривать  ее в качестве теоретической основы для последующей разработки экспресс-методики расчета перемешивания нефтяного пятна и поддержи принятия специальных хозяйственных решений по ликвидации негативных последствий аварийных разливов нефти.  

Важной составляющей при математическом моделировании  процесса распространения нефтяных пятен является своевременная гидрометеорологическая информация. Диагностические и прогностические  поля ветра необходимы для расчета  перемещения пятен нефти по поверхности  моря в случае аварийного разлива, а  также они могут быть использованы в качестве входной информации для  моделей расчета поверхностных  волн и сгонно-нагонных явлений.  

В настоящее время  УкрНЦЭМ совместно с Одесским государственным экологическим университетом (ОГЭКУ) на базе Гидрометцентра Черного и Азовского морей (ГМЦ ЧАМ) осуществляет разработку и внедрение в оперативную практику численного метода прогноза скорости ветра. Диагноз и прогноз скорости ветра выполняется в рамках трехмерной модели атмосферного пограничного слоя (АПС), разработанной в УкрНЦЭМ и ОГЭКУ с использованием информационных потоков мировых метеорологических центров.  

Необходимость и  актуальность указанной работы обусловлена  тем, что в настоящее время  прогноз скорости приводного ветра  указывается в качественных градациях, он составляется по прогностическим  картам давления путем расчета градиентного ветра и перехода к фактическому ветру с использованием эмпирических коэффициентов и правил. Значения этих коэффициентов зависят от большого числа внешних факторов (стратификация, бароклинность, волнение, шероховатость и др.), которые требуют количественной оценки, поэтому их использование в оперативной работе затруднено. Предложенный УкрНЦЭМ-ОГЭКУ метод корректно учитывает многообразие действующих физических факторов и с помощью компьютерной программы легко реализуется на практике.  

Для комплексного описания вышеизложенных процессов, а также  в целях получения обрабатываемой информации необходим также комплексный  экологический мониторинг на постоянной основе районов базовых портов и  транспортных коридоров в Черном море, исследование пространственного  распределения и временной динамики приоритетных загрязняющих веществ, их связи с интенсивностью судоходства  и тоннажем судов. Подобные вопросы  могут быть успешно решены с помощью  специально разработанной системы  наблюдений, сбора и обработки  экологической информации по Черному  морю, предложенной учеными УкрНЦЭМ [5].  

На основании изложенной проблемы обеспечения экологической безопасности эксплуатации транспортных коридоров можно сформулировать следующие возможные направления научно-технических исследований:  

– разработка математических моделей перемещения пятен нефти  на поверхности моря после аварийного разлива с учетом сложившихся  и ожидаемых гидрометеорологических и гидрофизических условий с  целью адекватного выбора последовательности работ и технических средств для ликвидации последствий аварии;  

– адаптация к  условиям Азово-Черноморского бассейна математических моделей упорядоченного переноса и турбулентного рассеяния  лёгких фракций нефтепродуктов в  атмосфере над морем для оценки последствий аварийного выброса  опасных примесей в воздушный  бассейн;  

– внедрение в  оперативную практику метода диагноза и прогноза поля приводного ветра  на базе математической модели УкрНЦЭМ-ОГЭКУ.

Литература 

1. Нельсон-Смит А.  Нефть и экология моря. – М.: Прогресс, 1977. – 302с.  

2. Монин А. С., Красицкий В. П. Явления на поверхности океана. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 376 с.  

3. Тарнопольский А. Г. Турбулентность шельфовой зоны моря // Морской гидрофизический журнал, 1991. – № 1. – С. 29-35.  

4. Тарнопольский А. Г. Моделирование распространения нефтяной плёнки по поверхности моря после аварийного разлива // Метеорологія, кліматологія та гідрологія, 2001. – Вип. 43. – С. 198-210.  

5. Михайлов В. М., Тарнопольский А. Г., Гудзь П. К. О проведении комплексного мониторинга Черного моря. – В сб.: Диагноз состояния морской среды Азово-Черноморского бассейна. – Севастополь: МГИ НАН Украины, 1994. – С. 84-88.