Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря

Ларионов, Андрей Викторович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря"

На правах рукописи

Ларионов Андрей Викторович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ НЕФТЯНОГО СЛИКА С УЧЕТОМ ДЕСТРУКЦИИ НЕФТИ В ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ ЧЕРНОГО МОРЯ

03.00.16 - экология (физико-математические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Краснодар - 2009

003487826

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет"

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Дембицкий Станислав Иосифович

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, профессор

Семенчин Евгений Андреевич

Защита диссертации состоится " 29 " декабря 2009 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д212Ю1.07 при государственном образовательном учреждении "Кубанский государственный университет" по адресу: 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149, ауд. 231.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО "Кубанский государственный университет".

Автореферат разослан " 2.7 " ноября 2009 г.

кандидат физико-математических наук, доцент Письменский Александр Владимирович

Ведущая организация

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (г. Краснодар)

Ученый секретарь диссертационного совета

Смирнова А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена математическому моделированию и установлению основных закономерностей процессов переноса, диффузии и деструкции нефти как загрязняющего вещества в водной среде.

Актуальность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью решения фундаментальной научной проблемы обеспечения экологической безопасности акватории морей и морского побережья при аварийных ситуациях, связанных с разработкой нефтяных месторождений на шельфе и транспортировкой нефти. Проблема загрязнения морей и океанов уже давно приобрела глобальный характер, как по своим масштабам, так и по степени экологической опасности. Среди многочисленных загрязняющих веществ, поступающих различными путями в моря, особое место занимают нефтяные углеводороды. Нефть попадает в море со сточными водами промышленных предприятий, при авариях на буровых установках, расположенных на континентальном шельфе, при авариях танкеров и нефтеналивных терминалов, и по степени воздействия на морскую среду является одним из наиболее опасных загрязнителей.

Масштабы взаимодействия человека с морской средой постоянно возрастают, увеличивается вероятность и степень загрязнения моря, прибрежной зоны и донных отложений нефтепродуктами вследствие роста объёма добычи и транспортировки. Аварийные разливы нефти в море приводят к значительному ухудшению условий жизнедеятельности и здоровья людей, пагубно воздействуют на флору, фауну и рекреационные ресурсы морей. Помимо экологических последствий аварии при морских перевозках нефти влекут за собой серьезные экономические потери, связанные со сбором разлившейся нефти и очисткой загрязненного побережья.

В этих условиях приоритетной задачей является построение комплексных математических моделей переноса, диффузии и деструкции нефтяного загрязнения на акваториях морей, в частности - в прибрежной зоне акватории Черного моря, для обеспечения возможности прогнозирования поведения нефтяного загрязнения при заданных условиях окружающей среды, что позволит повысить эффективность мероприятий по организации аварийно-спасательных работ по минимизации и предотвращению последствий нефтяного загрязнения окружающей среды.

Существующие математические модели конвективно-диффузионного

переноса нефтяного загрязнения с учетом процессов деструкции нефтяных углеводородов, разработанные различными исследователями (Foster J., Панина О.В., Howlett Е., Paladino Е., Шарпан М.В., Оби Э.О. и др.), описывают процессы естественной деструкции нефтяных углеводородов, однако, совместное влияние нескольких процессов деструкции не исследовано достаточно полно. При разработке практических способов искусственной деструкции загрязнения путем обработки нефтяного пятна биопрепаратом имеет место задача по нахождению оптимального количества биопрепарата, внесение которого необходимо для получения заданной степени деструкции нефти за заданное время. Такая задача до настоящего времени является малоисследованной, существует необходимость в разработке алгоритмов ее решения.

Таким образом, тема диссертационного исследования является актуальной и практически значимой.

Работа выполнена в рамках грантов РФФИ № 00-01-96026 и 03-01-96511.

Объектом исследования являются процессы техногенного загрязнения акваторий углеводородами, процессы переноса, диффузии и деструкции нефтяного загрязнения в прибрежной зоне акватории моря.

Предметом исследования выступают математические модели процессов конвективно-диффузионного переноса, естественной и искусственной деструкции нефтяного загрязнения.

Целью работы является построение и исследование математических моделей переноса и диффузии нефтяного загрязнения с учетом деструкции нефти под воздействием физико-химических и микробиологических процессов при аварийном разливе нефти в прибрежной зоне Черного моря, а также разработка специального программного обеспечения для автоматизации расчетов, визуализации и анализа результатов, полученных при помощи соответствующих математических моделей.

Задачи диссертационной работы:

1. Исследование техногенных загрязнений акватории Черного моря и определение значимости и последствий углеводородных загрязнений.

2. Математическое моделирование и исследование процесса растекания пятна нефти с учетом процессов деструкции нефти, а также изучение законов изменения пространственных характеристик нефтяного пятна от момента выброса до момента установления сформировавшегося пятна.

3. Математическое моделирование и исследование процессов переноса и

диффузии нефтяного загрязнения с учетом процессов деструкции нефти, связанных с испарением и микробиологическим окислением нефтяных углеводородов.

4. Математическое моделирование и исследование процесса взаимодействия нефтяного пятна с берегом с учетом геоморфологической структуры побережья и гидрометеорологических условий исследуемого района моря.

5. Разработка алгоритмов программной реализации математических моделей процессов переноса и деструкции нефти в море, а также алгоритмов визуального представления полученных результатов.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

1. Разработана новая комплексная математическая модель динамики нефтяного пятна в море с учетом процессов конвекции, диффузии, испарения и биодеградации различных нефтяных фракций.

2. Предложен алгоритм решения обратной задачи для разработанной математической модели переноса и диффузии нефтяного загрязнения в море с учетом микробиологической деструкции нефтяного загрязнения нефтеокисляющими бактериями, внесенными искусственным способом, позволяющий определить количество и начальную концентрацию биопрепарата, необходимую для получения требуемой степени деструкции загрязнения за заданное время.

3. Впервые исследовано совместное действие процесса испарения и микробиологического окисления нефти на процесс очищения морской среды от нефтяного загрязнения.

4. На основе разработанных моделей определены основные закономерности динамики и деструкции нефтяного пятна в исследуемом районе акватории моря, позволяющие оценивать вероятность и степень опасности загрязнения побережья в зависимости от гидрометеорологических ситуаций и геоморфологической структуры побережья исследуемого района прибрежной зоны моря.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель переноса и диффузии нефтяного загрязнения в море с учетом влияния процессов испарения и разложения углеводородов нефтеокисляющими бактериями, существующими в естественных условиях морской среды или внесенными искусственным способом.

2. Алгоритм определения количества и начальной концентрации

биопрепарата, которая необходима для получения требуемой степени деструкции нефтяного загрязнения за заданный промежуток времени.

3. Процедура оценки степени экологической опасности последствий аварийных разливов нефти и построения карт экологической уязвимости различных участков побережья акватории.

4. Программный комплекс имитационного моделирования ОП_тос1е1, реализующий алгоритмы расчетов и визуализации результатов математического моделирования процессов переноса и деструкции нефти, а также алгоритмы определения вероятности и степени экологической опасности нефтяного загрязнения побережья.

Научная и практическая значимость работы определяется тем, что новые математические модели, предложенные в работе, предоставляют возможность исследования характеристик и закономерностей процессов переноса и диффузии нефтяного загрязнения с учетом процессов естественной и искусственной деструкции нефтяных углеводородов. Результаты работы могут быть использованы для принятия адекватных мер по минимизации или предотвращению последствий аварийных разливов нефти и защите от загрязнения нефтью рекреационных зон побережья и береговых сооружений. Предлагаемые математические модели и программный комплекс имитационного моделирования ОП_тос1е1 ориентированы на использование в организациях, осуществляющих разведку и освоение нефтяных месторождений в море, а также включены в технологию геоэкологического мониторинга внутренних морей и прибрежных зон Азово-Черноморского бассейна.

Методологическую базу исследования соискателя составляют математическое моделирование на основе фундаментальных законов природы, опирающееся на работы отечественных и зарубежных авторов.

Апробация работы. Основные результаты диссертации были представлены на XXXVIII Международной конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2000); ХЬ Международной конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2002); II объединенной научной конференции факультета прикладной математики КубГУ "Прикладная математика XXI века" (Краснодар, 2002); Международной школе "Современные методы эколого-химической оценки состояния и изменений окружающей среды" (Новороссийск, 2003); II школе-семинаре научных центров Черноморского Экономического сотрудничества (Краснодар, 2003); IX объединенной научной конференции студентов и аспирантов

факультета компьютерных технологий и прикладной математики КубГУ "Прикладная математика XXI века" (Краснодар, 2009); VI Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов "Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах" (Анапа, 2009).

По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, из них 7 статей, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования научных результатов диссертаций, 1 монография и 8 тезисов докладов, 1 свидетельство об отраслевой регистрации программного комплекса в Отраслевом фонде алгоритмов и программ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка основных обозначений, библиографического списка цитируемой литературы, включающего 140 наименований, 2 приложений. Диссертация занимает 142 страницы машинописного текста, содержит 32 рисунка и 20 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность и глубокую признательность своему научному руководителю д.т.н, профессору Дембицкому С.И. за постоянное внимание к работе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определены ее цель и задачи, объект и предмет исследования, показана научная новизна и практическая значимость результатов диссертации, представлены положения, выносимые на защиту, изложено краткое содержание работы.

В первой главе "Проблемы загрязнения морей при авариях нефтеналивных судов" приведен обзор и анализ научных исследований по теме диссертационной работы, выполненных отечественными и зарубежными учеными: Афанасьевой H.A., Богдановскоим A.A., Дембицким С.И., Затучной Б.М, Зданьски А.К., Израэлем Ю.А., Крыловой Т.О, Марчуком Г.И., Мониным A.C., Овчинниковым И.М., Озмидовым Р.В., Печуркиным Н.С., Прокоповой О.И., Ризниченко Г.Ю., Рубиным А.Б., Тарасенко JI.H., Титовым В.Г., Уртеновым М.Х., Цыбань A.B., Бэрриджем С. (Berridge), Блоккером П. (Blokker), Эллиотом A. (Elliot), Фэем И. (Fay), Фингасом М. (Fingas), Герлахом С. (Gerlach), Йохансеном О. (Johansen), Макеем Д. (Mackay), Нельсоном-Смитом A. (Nelson-Smith), Уильямсом Дж. (Williams).

Проведен анализ и обобщена информация об источниках техногенного загрязнения моря, в том числе в результате разливов нефти при авариях

танкеров, что позволило произвести оценку масштабов экологической угрозы нефтяного загрязнения Мирового океана. Изучено влияние физико-химических свойств и состава нефти на ход процессов растекания, переноса, диффузии, испарения, растворения, фотоокисления, эмульгирования, седиментации и биодеструкции нефти при ее попадании в морскую воду. Рассмотрены характеристики и изучен вклад указанных процессов деструкции в уменьшение количества дрейфующей нефти и изменение ее токсических свойств.

Рассмотрены экологические последствия аварийных разливов нефти для морских животных, рыб и птиц, проявляющиеся в изменении их поведения, уменьшении численности популяций и путей миграции. Особое внимание уделено проблеме загрязнения морского побережья. Приведена классификация типов побережья, каждому типу сопоставлено некоторое числовое значение, называемое индексом экологической чувствительности (ESI) на основании того, что чувствительность к нефти возрастает по мере увеличения защищенности берега от воздействия волн, проникновения нефти в подстилающий слой почвы, времени естественного удержания нефти на берегу и биологической продуктивности береговых организмов.

Изучены работы, посвященные моделированию процесса растекания нефти, а также выявлению зависимости скорости перемещения пятна нефти от скорости ветра и поверхностного течения. Особое внимание уделено исследованиям отечественных и зарубежных авторов, в которых предложены различные подходы к моделированию процессов конвективно-диффузионного переноса, испарения и биодеградации нефти. Отдельно изучены подходы и принципы создания карт чувствительности прибрежных зон морских акваторий на основе применения системы индексов чувствительности побережья.

Рассмотрены основные характеристики, сервисные и функциональные возможности некоторых из современных программных средств моделирования и визуализации аварийных разливов нефти на акваториях морей (OilGuard, OSIS, VOS-RT и др.), построенных при помощи существующих геоинформационных систем или реализующих алгоритмы обработки пространственной информации.

В результате проведенного анализа работ сделаны следующие выводы:

1. Систематизация данных об аварийных разливах нефти показывает, что существует несколько различных вариантов загрязнения моря с судов, а именно: однократный залповый выброс нефти на поверхность моря; протяженный во времени выброс нефти на поверхность моря (поврежденное

нефтеналивное судно при этом может либо дрейфовать, либо быть неподвижным в пространстве); залповый выброс нефти с затонувшего судна; протяженный во времени выброс нефти с затонувшего судна. В каждом из указанных случаев загрязнения моря нефтью математическое моделирование переноса и деструкции нефти имеет свою специфику и приводит к различным начально-краевым задачам. Особый научный и практический интерес представляет изучение и математическое моделирование поведения и изменения физико-химических свойств нефтяного загрязнения в результате однократного залпового выброса нефти на поверхность моря в прибрежной зоне морской акватории.

2. Результаты анализа основных характеристик процессов, происходящих с нефтью после ее попадания в воду, и влияния различных процессов деструкции на уменьшение количества нефти в море, показывают, что для решения задачи обеспечения безопасности морских акваторий и побережья при аварийном разливе нефти в прибрежной зоне моря наряду с процессами растекания и конвективно-диффузионного переноса нефтяного загрязнения необходимо учитывать следующие процессы:

- испарение, как наиболее значимый и интенсивный процесс деструкции, способствующий уменьшению концентрации и изменению токсических характеристик нефти в море;

- разложение нефти микроорганизмами, существующими в естественных условиях или внесенными искусственным способом, как процесс, способствующий очищению морской среды от нефтяных углеводородов;

- взаимодействие нефти с берегом для определения участков побережья, которые в наибольшей степени могут подвергаться загрязнению в условиях конкретной гидрометеорологической ситуации.

3. При решении проблемы обеспечения экологической безопасности побережья и прибрежных зон морей важной задачей является определение количества и начальной концентрации искусственно вносимого биопрепарата, необходимого для получения требуемой степени деструкции нефтяного загрязнения за заданное время. Такая задача ставится и исследуется нами впервые.

4. Автоматизация расчетов при моделировании переноса и деструкции загрязнения, а также визуализация результатов вычислений могут осуществляться как с применением существующих универсальных систем хранения и обработки пространственной информации, так и при помощи вновь

создаваемых программных средств, построенных с использованием технологий геоинформационных систем с учетом положений и требований национальных и международных нормативных документов, применяемых при разработке планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти.

Во второй главе "Математические модели переноса и деструкции нефтяного загрязнения в море" приведено описание построенных нами математических моделей переноса и диффузии нефтяного загрязнения с учетом процессов испарения и биодеструкции нефти морскими микроорганизмами, существующими в естественных условиях или внесенными искусственным способом. Предложены алгоритмы для численного решения прямой и обратной задач биодеструкции.

Моделирование процессов переноса и деструкции нефтяного загрязнения основано на следующих предположениях:

1. Нефть рассматривается как многофракционная жидкость, реальные компоненты нефти группируются по физико-химическим свойствам, формируются формальные псевдофракции с характеристиками, типичными для групп рассматриваемых компонентов при рассмотрении конкретного моделируемого процесса.

2. Моделируемые процессы - испарение и биодеструкция - происходят независимо друг от друга, т.е. взаимным влиянием этих процессов пренебрегаем.

3. Предполагается, что взаимодействием между псевдофракциями в процессе деструкции можно пренебречь.

4. В качестве уравнения, описывающего распространение /-той псевдофракции с концентрацией С,- под влиянием диффузии, полей ветров и течений с учетом у'-того процесса деструкции Лр примем следующее уравнение:

81 дх ду дх2 у ду2 V ' '' К )

где С;(х,у,1) - концентрация загрязнения, г/и2; t - время, с\х, у - декартовы координаты текущей точки, м\и, V - компоненты вектора скорости суммарного

. ди ду . ^ „ течения, м/с, удовлетворяющего уравнению неразрывности — н--= 0; Кх, Ку-

дх ду

коэффициенты турбулентной диффузии в плоскости (х,у), м2/с; F(C., ) -функция, определяющая деструкцию г'-той факторизованной фракции в

результате у'-того процесса деструкции Rj (испарение, биологическое

окисление), мг/(м2с).

Турбулентность считаем гомогенной и изотропной в плоскости (х,у), т.е. Кх = Ку = const = Кху, поскольку такой вариант наиболее приближен к реальной обстановке и его обычно рассматривают при океанографических расчетах.

5. Оператор деструкции F{CnRj) строится моделированием

соответствующего процесса деструкции Rp при этом к уравнению (1)

добавляется уравнение, описывающее соответствующий процесс деструкции, и полученная система уравнений совместно с начальными и краевыми условиями описывает математическую модель динамики /-той факторизованной фракции при учете процесса Rj.

6. Математическая модель динамики нефтяного загрязнения с учетом всех процессов деструкции получается при использовании суперпозиции результатов для каждой фракции с учетом каждой процесса деструкции, а именно: концентрация нефти в любой точке поверхности моря есть сумма значений функций в указанной точке, являющихся решениями соответствующих уравнений.

7. Уравнение задается в некоторой ограниченной области поверхности моря I, граница которой представляет собой объединение береговой границы X, и водной границы Е,.

Начальные условия в зависимости от содержания задачи могут быть сформулированы следующим образом:

а) мгновенный выброс мощности Q в точке {х0,у0)

С{х,у,0)=а,8{х-х0)5(у-у0), (2)

где Qi - мощность /-той фракции нефтяного загрязнения; (х0,у0) - координаты источника загрязнения; S(x) - дельта-функция Дирака;

б) задана поверхностная концентрация ¡'-той фракции нефтяного загрязнения на части поверхности моря

^-¡|/J),(i,v)6S, =б(>С||ы>.(»,,)«$, =0, (3)

где Qt - средняя поверхностная плотность /-той фракции нефтяного загрязнения; S/ — область, покрытая первоначальным неразорвавшимся пятном.

Граничные условия задаются для береговой границы и водной границы Е,. При достижении границы в зависимости от физико-химических

свойств нефти и морфологической структуры побережья происходит отражение, частичное или полное прилипание нефти. Соответствующие граничные условия можно задать в виде

ВС,

^Г1=Р" (4)

где п - нормаль к линии берега I,; р - коэффициент прилипания нефтепродуктов к берегу, зависящий в общем случае от координат и 0 < р < 1. Если р(х,у)=1, то условие (4) описывает полное поглощение нефти берегом в точке (х,у); если р(х,у)~0, то условие (4) означает полное отражение нефти.

Для свободной водной границы рассматриваемого района граничные условия для уравнения (1) записываются следующим образом

(5)

Это означает, что за границей области Б концентрация нефти в расчетах не учитывается.

Заметим, что предположение о независимости деструкции каждой фракции в первом приближении позволяет получить распадающуюся систему уравнений для С,-.

При моделировании процесса испарения нефти в уравнении (1) функция Р(Си Др) приобретает смысл доли нефтепродуктов, испаряющихся из слика. Для псевдофракций, неподверженных процессу испарения, полагаем Р(С„ Я^ = 0. Получим систему уравнений, описывающую конвективно-диффузионный перенос нефтяного загрязнения в море с учетом влияния процесса испарения нефти. Волнение моря мы в данном случае не учитываем.

дС дС, дС, [З'С, 8~С,

+ К"Х'Р< М\т) = 0, 1 = 1,..„к, (6) ЯТ

Ы дх ду дх2 ду2

+ = 0, 1 = к+!,...,п, (7)

6С. дС дС „ (82С д'С.

-'- + Ч—+ У— К„ ^г-г + ^—г

дх ду д дх" ду"

С, | - С10 > 1= 0 '

где п — общее число псевдофракций, к — количество псевдофракций, подверженных испарению; М - количество вещества фракции с номером моль; 1 - время, с; КЕ = 2,5 ■ 10'3и°'" - коэффициент массопереноса для углеводорода, м/с; X, - молярная доля фракции с номером /; Р1 - давление паров фракции с номером /', Па; Я - газовая постоянная, 8,314 Дж/моль-К; Т -температура окружающей среды над поверхностью слика, К; А — площадь

нефтяного пятна, л/'; X¡P¡ - парциальное давление паров фракции с номером

Таким образом, система уравнений (6), (7) практически позволяет оценить вклад процесса испарения в уменьшение поверхностной концетрации нефти, а также получить значение С{х,у,7)=С, где 7- время с момента аварийного разлива, в течение которого произошло испарение всех ароматических токсичных соединений нефти, т.е. С - значение начальной поверхностной концентрации нефти для задачи микробной деструкции.

При моделировании процесса микробной деструкции нефти в море, в уравнении (1) представим F(C¡, Rj) как функцию, значение которой имеет смысл доли нефтепродуктов, поглощенных микроорганизмами. Такая функция зависит от времени, концентрации загрязнения и численности бактерий, питающихся нефтью. При этом предполагается, что процесс микробного окисления происходит при некоторой фиксированной температуре и достаточном количестве кислорода.

Для описания динамики популяции нефтеокисляющих микроорганизмов будем использовать уравнения Мальтуса и Моно с учетом отмирания микроорганизмов. Рост микробной популяции в единицу времени пропорционален величине концентрации нефти и зависит от количества лимитирующего субстрата, а убыль популяции происходит за счет естественной смертности микроорганизмов.

Учитывая сделанные выше предположения и тот факт, что все входящие в состав нефти углеводороды, оставшиеся после испарения летучих компонентов, подвержены атаке различными видами морских бактерий, оказывающих различное влияние на различные компоненты нефти на основе уравнения (1) запишем систему уравнений, описывающую изменение численности т популяций нефтеокисляющих микроорганизмов при условии ограниченности по субстрату и конвективно-диффузионный перенос пятна нефти с изменением концентрации п псевдофракций нефти при биодеструкции

дМ. дм, дМ,

— +и--+ v-

гд2М, д:М л

dt дх ду

дС дС дС „ —'- + и—- + v—'--К dt дх ду

дх: ду'

д'С, о С,

i—1

±мА

- + ЯМ. = 0, (8)

я . +1ГТ l + Z',-—-Mj=0, (9)

дх % ) ¡ ' +

С,.Ц(„М, = С»>С.Ц(«)«, =0^ = 1..п,] = 1..т,

где С; - поверхностная концентрация ¿-той псевдофракции, мг/м2; Mj -численностьу-ого вида бактериального населения; А,- - скорость отмиранияу'-ого вида бактерий; - максимальная скорость роста у'-ого вида бактерий при питании компонентами /'-той псевдофракции нефти, при этом Цц«\ и коэффициент кг0, если у'-й вид бактериального населения не оказывает существенного влияния на г'-ю псевдофракцию нефти, коэффициент к,—1 в противном случае; Кр - коэффициент насыщения, имеющий размерность, аналогичную размерности субстрата; /¡,- - коэффициент пропорциональности между количеством бактерий и поглощенным субстратом.

Для борьбы с нефтяным загрязнением и минимизации его последствий используют искусственное микробиологическое окисление путем периодической обработки нефтяных пятен биопрепаратами, содержащими специально выращенные бактерии, способные разлагать нефтяные углеводороды.

Предположим, что биопрепарат вносится равномерно по всей площади нефтяного пятна, т.е. его концентрация не зависит от координат, тогда получим

дМ дМ дМ „и(д2М д!мЛ ц-С

-+ и-+ у--К"

8( дх ду

дС дС 8С „

— + и—+ v--Кх

д1 дх ду

(ii)

с + к. к '

_ дх2 ду2

Обратная задача для (10),(11) ставится следующим образом: необходимо определить количество биопрепарата, позволяющего при его использовании получить заданную степень деструкции нефти за заданное время, другими словами, требуется найти значение М\^0=М0 = const, такое, что к моменту времени 1 = Т концентрация нефти уменьшится под воздействием нефтеокисляющих бактерий в к раз по сравнению с начальной:

а) в центре нефтяного пятна (хс,ус)

C\t=T,Uc,!c)~~^C^l=0J.Xcic) , (12)

б) во всей области нефтяного пятна

\\c{x,y,f)dxdy = {\\C0{x,yfi)dxdy. (13)

s, К s,

Для численного решения краевых задач разработаны и реализованы программно соответствующие алгоритмы, применимые к комплексной математической модели, учитывающей конвекцию, диффузию и вклад двух рассмотренных процессов деструкции. Для дискретизации дифференциальных операторов используется неявная разностная схема, на основе которой получена система нелинейных матричных уравнений специального вида, для ее решения используется метод последовательных приближений, учитывающих специфику этой системы уравнений и метод поперечно-продольной прогонки. Обоснована сходимость метода последовательных приближений и устойчивость метода поперечно-продольной прогонки.

Для решения обратной задачи предложен алгоритм, основанный на комбинировании двух итерационных методов - метода последовательных приближений для нахождения решения системы уравнений задачи (10), (11) и метода простой итерации для нахождения искомого начального условия М0.

Уравнения (10), (11) линеаризуются на начальном приближении (М0,С0) и путем замены переменных M = ехр(а,х + fi,y M,

С = expia,х + р:у + S ■ i) ■ С линейные уравнения приводятся к виду дМ

V-

дГК"

дх2 ду1

д'и+ь-ё-\-т-». а«

Пусть М„'" - текущее приближение к искомому начальному условию, тогда приближения порядка к+1 будем искать по следующему алгоритму:

1. Решение уравнения (14) будем искать в виде

М{к) = А/(1) + Mik)

JKI IVI оп -Г IVI ио ,

где Мда - решение соответствующего однородного уравнения с неоднородными начальными условиями и М^ - решение неоднородного уравнения с однородными граничными условиями с учетом некоторого начального приближения С{к).

2. Решение уравнения (15) будем искать в виде

— »-о// т '-'да '

где С'0к*" - решение соответствующего однородного уравнения с неоднородными граничными условиями и С(,к*" - решение неоднородного

уравнения с однородными граничными условиями, для этого подставим найденное ранее на шаге 2 приближение Мт в уравнение (15).

3. Уточним текущее значение начального условия М^ по методу простой итерации следующим образом

МГ =М<" + -{с^(хМ1т -С(х„л4.Г), (15)

где ^ - итерационный параметр.

Таким образом, приближение порядка к+1 будет определено полностью.

4. Будем повторять итерации до тех пор, пока не выполнится условие

Iм<0М) -м(„к)\+\\м<Ы) -м("||+|]с,4+" -с">|<*. (16)

На основе построенных математических моделей динамики и деструкции нефти разработана процедура оценки степени экологической опасности последствий аварийных разливов нефти и построения карт экологической уязвимости различных участков побережья исследуемого района моря, позволяющая:

1. При заданном сценарии аварийного разлива и гидрометеорологических условиях определить существование угрозы нефтяного загрязнения побережья и указать район возможного выброса нефти на берег.

2. Определить время, по истечении которого пятно нефти достигнет указанного района берега.

3. Определить время, прошедшее с момента разлива, по истечении которого испарятся токсичные компоненты нефти и начнется процесс биодеструкции нефти.

4. На основе решения обратной задачи определить количество биопрепарата, для обработки нефтяного пятна и достижения требуемой степени деструкции нефти к моменту времени, определенному в п.2.

5. Определить остаточную концентрацию нефти при достижении нефтяным пятном береговой линии.

6. С учетом данных о геоморфологической структуре побережья и индексах Е81 сделать вывод об уровне загрязнения побережья и степени экологической опасности последствий аварийного разлива нефти.

В третьей главе "Автоматизация расчетов и визуализация результатов при моделировании разливов нефти" приведено описание программного комплекса имитационного моделирования ОП_тос1е1, разработанного для численных расчетов, визуализации и анализа результатов моделирования динамики и деструкции нефтяного загрязнения в море.

Программный комплекс позволяет решать следующие основные задачи:

1. Моделировать и визуализировать процесс растекания и переноса пятна нефти с учетом процессов деструкции нефти, связанных с испарением и микробиологическим окислением нефтяных углеводородов.

2. Моделировать процесс взаимодействия нефтяного слика с берегом с учетом геоморфологической структуры побережья и при заданных параметрах выброса и окружающей среды определять наиболее вероятный район контакта пятна нефти с линией берега, а также возможные последствия нефтяного загрязнения побережья.

3. Строить карту экологической уязвимости побережья исследуемого района акватории моря.

На рис. 1 показана структура программного комплекса ОП_тос1е1. Информационное обеспечение представлено соответствующими базами данных, программное обеспечение - набором взаимосвязанных модулей. Связи по управлению обозначены стрелками пунктирной линией, информационные связи - стрелками сплошной линией.

Рис. 1 - Структура программного комплекса Для решения указанных задач программный комплекс наделен набором

функциональных возможностей, позволяющих:

- производить математические расчеты в соответствии с заданной моделью деструкции;

- осуществлять визуализацию результатов решения указанных задач

посредством отображения на графиках и карте района;

- протоколировать данные об изменении траектории движения и формы пятна во времени;

- определять поверхностную концентрацию загрязняющего вещества;

- осуществлять наблюдение за интенсивностью процессов деструкции и изменением первоначальной массы загрязняющего вещества;

- производить через сеть Интернет отправку информации о параметрах аварийного разлива и результатах моделирования переноса и деструкции нефтяного пятна.

Разработанное программное обеспечение обладает широким спектром сервисных возможностей по работе с электронной картой исследуемого района, а именно возможно визуальное указание места аварийного разлива нефти; масштабирование изображения карты; измерение расстояний по карте; измерение линейных размеров пятна; использование навигатора для отображения всей карты и быстрого перехода к интересующему участку; получение информации о геоморфологической структуре побережья, индексе чувствительности данного участка и возможных последствиях загрязнения.

В четвертой главе "Обсуждение результатов исследования" приведены результаты, полученные на основе построенных математических моделей конвективного переноса и диффузии с учетом влияния процессов испарения и микробиологического разложения нефтяного загрязнения и описывающие основные закономерности динамики и деструкции пятна нефти на поверхности моря, а также сценарии развития ситуации после аварийного разлива нефти в условиях различных гидрометеорологических ситуаций.

В качестве примера конкретного исследуемого района в диссертационной работе рассматривается прибрежная зона акватории Черного моря на участке от мыса Мысхако до мыса Толстый. Предположим, что в некоторой точке акватории Цемесской бухты Черного моря (рис. 2) произошел аварийный залповый разлив нефти.

Поскольку нефтяное пятно перемещается в том же направлении и с той же скоростью, что и поверхностный слой воды, будем определить скорость и направление результирующего поверхностного течения следующим образом

К=УС + ГЖ, (17)

где V,. - вектор скорости результирующего течения; Ус - вектор скорости осредненного стационарного течения; У51Г - вектор скорости ветрового течения.

Предполагаем, что поле скоростей стационарного течения задано при помощи карты течений района, в котором произошел аварийный разлив нефти. Зависимость скорости ветрового течения от скорости ветра \'ж описывается посредством ветрового коэффициента кк е [0,0.0б\

Согласно классической теории Экмана, в северном полушарии установившееся ветровое течение в открытом море отклоняется от направления вызвавшего его ветра на угол 45° вправо, однако измерения показывают, что угол отклонения составляет от 20 до 40°, поскольку в прибрежной зоне дополнительное влияние на течение оказывают рельеф дна и конфигурация берегов.

л, Новороссийск с

м.

-в(

ы.Шесхарис

Суджукская Рыбачий коса бухта «Пенай Мыскам ^^ Цемесская

^^очка , Кабардинка

м. Мысхгко аварийного

^ разлива

ЧЕРНОЕ п й ®

и. Дооб

МОРЕ

Рис. 2 - Исследуемый район акватории и точка аварийного разлива В таблице 1 приведены результаты расчетов наиболее вероятных (Р, %) направлений движения нефтяного пятна и наиболее уязвимых участков берега, общей оценки степени деструкции пятна (Б, % уменьшения объема нефти вследствие деструкции), а также ориентировочного времени ? движения пятна от момента аварийного разлива в выбранной точке до момента контакта с участком берега в условиях гидрометеорологических ситуаций, характерных для каждого из четырех времен года, с учетом осредненного значения температуры воздуха Т, средней скорости V и направлений Я ветров, наиболее часто повторявшихся в исследуемом районе Черного моря по данным наблюдений за 2008 год. Ветровой коэффициент при таких значениях скорости ветра равен 0,024. Отклонение поверхностного ветрового течения вправо от направления ветра, который вызвал это течение, в точке аварийного разлива при глубинах моря в 30-35 м составляет 40°.

Таблица 1 - Перенос нефтяного пятна из точки аварии

Ветер т, Уязвимость берега D,

R V, м/с °с участок берега /, ч:м Р, % %

Зима

С-В 11,27 +4 пос. Рыбачий 6:40 53 4,07

Ю 3,87 +4 мыс Шесхарис - мысДооб 8:30 17 5,20

Весна

С-В 7,45 +13 пос. Мысхако - пос. Рыбачий 10:15 30 14,24

Ю 2,93 +13 мыс Шесхарис - мыс Пенай 11:20 32 14,60

Лето

С-В 5,9 +29 пос. Мысхако - пос. Рыбачий 14:15 46 25,19

Ю 2,38 +29 мыс Шесхарис - мыс Пенай 12:35 24 24,24

Осень

С-В 8,17 +16 пос. Мысхако - пос. Рыбачий 9:30 52 17,49

ю 2,49 +16 мыс Шесхарис - мыс Пенай 11:40 12 18,84

В таблице 2 представлена информация об индексах чувствительности ESI, геоморфологической структуре, характере нефтяного загрязнения участков побережья рассматриваемого района, указанных в таблице 1. Таблица 2 - Характер загрязнения участков побережья исследуемого района

ESI Геоморфология берега Характер загрязнения

мыс Мысхако - пос. Рыбачий

6 Крупногалечниковый и глыбовый материал, сложенный из известняка и известкового мергеля Нефть проникает глубоко и образует погребенные слои; при больших скоплениях нефти может сформироваться твердое асфальтовое покрытие Существует угроза экологической безопасности рекреационных ресурсов

пос. Рыбачий

6 Галечниковый, мелкогалечниковый материал Нефть проникает глубоко и образует погребенные слои; при больших скоплениях нефти может сформироваться твердое асфальтовое покрытие Существует угроза загрязнения мест обитания водоплавающих птиц

мыс Шесхарис - мыс Пенай

1 Отвесные скальные отроги При сильном волнении обычно не загрязняются, нефть удерживается на некотором расстоянии от берега Существует угроза загрязнения гидротехнических сооружений

6 Крупногалечниковый и глыбовый материал, галька, щебень Нефть проникает глубоко и образует погребенные слои; при больших скоплениях нефти может сформироваться твердое асфальтовое покрытие Существует опасность длительного сохранения нефтяного загрязнения на берегу

Уровень экологической опасности и масштаб загрязнения побережья в исследуемом районе значительно возрастают в зимний период, поскольку процесс испарения нефти протекает с меньшей интенсивностью, чем в летние месяцы (рис. 3), вследствие чего берега достигает большее количество нефти.

_1. мин___

| Зима-Весна-Лето Осенъ\

Рис. 3 - Интенсивность процесса испарения нефти в различные сезоны

Таким образом, можно сделать вывод, что аварийный разлив нефти в Цемесской бухте при северо-восточном и южном направлениях ветра влечет за собой опасные экологические последствия загрязнения побережья в силу особенностей геоморфологической структуры берега. Дополнительно следует отметить, что на восточном берегу бухты расположено множество гидротехнических сооружений, способствующих накоплению нефтяного загрязнения и образованию застойных зон непосредственно у берега.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Построены новые математические модели динамики и деструкции нефтяного загрязнения после разлива нефти в результате залпового аварийного выброса нефти в прибрежной зоне акватории моря, учитывающие совместное влияние процесса испарения как наиболее интенсивного в климатических условиях Цемесской бухты процесса деструкции, в значительной степени способствующего уменьшению концентрации нефти в морской воде, и процесса бактериального разрушения нефти морскими микроорганизмами, существующими в естественных условиях морской среды и внесенными искусственным способом.

2. Предложен алгоритм решения обратной задачи, позволяющий определить количество и начальную концентрацию биопрепарата, необходимую для получения требуемой степени деструкции загрязнения за

заданное время.

3. Разработана и реализована процедура оценки степени экологической опасности последствий аварийных разливов нефти и построения карт экологической уязвимости различных участков побережья исследуемого района прибрежной зоны моря.

4. Разработан специальный программный комплекс имитационного моделирования ОП_тос1е1, позволяющий выполнять численные расчеты для предложенных математических моделей переноса, диффузии и деструкции нефтяного загрязнения, реализующий процедуру построения карт экологической уязвимости побережья и алгоритмы визуального представления результатов моделирования.

5. Результатом работы программного комплекса является набор данных, представляющих собой карту экологической уязвимости исследуемого района побережья Черного моря, которая позволяет сделать выводы о том, за какое время пятно нефти вышло за пределы рассматриваемого участка акватории или достигло берега и какие последствия для данного участка побережья повлечет его загрязнение нефтью в случае аварийного разлива в различных гидрометеорологических условиях.

6. Исследованы основные закономерности динамики и деструкции нефтяного пятна, полученные на основе построенных математических моделей и результатов расчетов траектории дрейфа пятна нефти в прибрежной зоне акватории Черного моря с учетом влияния гидрометеорологических условий, геоморфологической структуры и гидротехнических сооружений берега.

7. Произведена оценка степени экологической опасности аварийных нефтяных разливов, построена карта экологической уязвимости побережья исследуемого района моря, определены вероятности загрязнения различных участков побережья исследуемого района моря в условиях различных гидрометеорологических ситуаций, типичных для каждого времени года.

8. Результаты исследования могут быть использованы для изучения поведения нефти в море при реальном аварийном разливе, оценки масштабов последствий загрязнения акватории нефтью, принятия превентивных мер по предотвращению последствий аварийных разливов нефти и защите от загрязнения рекреационных зон побережья и береговых сооружений, а также для повышения эффективности мероприятий по организации аварийно-спасательных работ по минимизации степени нефтяного загрязнения морских акваторий и береговой линии.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монография:

1. Дембицкий С.И., Дунаев И.М., Лаврентьев A.B., Ларионов A.B. Уртенов М.Х. Математические модели динамики и деструкции нефтяного слика на акватории моря. Краснодар: КубГУ, 2003. 71 с.

Публикации автора в изданиях, рекомендованных ВАК:

2. Дембицкий С.И., Лаврентьев A.B., Ларионов A.B., Уртенов М.Х. Динамика нефтяного пятна в море с учетом процессов деструкции. Математические модели // Известия вузов. Сев.-Кав. регион. Естественные науки, 2004, №1. С. 6- 10.

3. Дембицкий С.И., Ларионов A.B., Уртенов М.Х. Оценка последствий залпового выброса нефти в прибрежной зоне моря на основе математического моделирования процессов переноса и деструкции // Экологический вестник научных центров Черноморского Экономического Сотрудничества. Геология, Геофизика, Экология, к 80-летию КубГУ и 10-летию кафедры геофизических методов поиска и разведки,_Краснодар, 2004. С. 41 - 47.

4. Дембицкий С.И., Ларионов A.B., Уртенов М.Х. О некоторых результатах моделирования переноса нефтяного загрязнения в прибрежной зоне моря с учетом влияния процесса испарения нефти модели // Известия вузов. Сев.-Кав. регион. Естественные науки, 2010, №2 (в печати).

Другие публикации автора по теме диссертационной работы!

5. Ларионов A.B. Разработка ГИС для решения задач экологического мониторинга в Краснодарском крае // Материалы ХХХУШ международной научной конференции "Студент и научно-технический прогресс". Новосибирск: НГУ, 2000. С. 42 - 43.

6. Дембицкий С.И., Лаврентьев A.B., Ларионов A.B., Уртенов М.Х. Визуализация динамики нефтяного пятна на поверхности моря посредством двумерной анимации // Краснодар: Наука Кубани, 2002, № 1. С. 33 - 38.

7. Дембицкий С.И., Уртенов М.Х., Ларионов A.B. Математическое моделирование процессов бактериальной деструкции нефтяного пятна в море // Материалы Международной школы "Современные методы эколого-химической оценки состояния и изменений окружающей среды". Новороссийск: РГУ, 2003.

8. Ларионов A.B. Применение ГИС-технологий при интерпретации результатов моделирования загрязнения моря нефтепродуктами // Материалы XL международной научной конференции "Студент и научно-технический прогресс". Новосибирск: НГУ, 2002. С. 21-22.

9. Ларионов A.B. Анимация как средство визуализации динамики нефтяного пятна в море // Материалы XL международной научной конференции "Студент и научно-технический прогресс". Новосибирск: НГУ, 2002. С. 10- 11.

10. Ларионов A.B. Учет химических процессов в динамике распространения нефтяного пятна на водной поверхности // Материалы П объединенной научной конференции факультета прикладной математики "Прикладная математика XXI века". Краснодар: КубГУ, 2002. С. 57 - 58.

11. Денисова H.A., Ларионов A.B. К проблеме моделирования процесса растворения нефти в воде с учетом диффузии и конвекции // Материалы П школы-семинара.

Экологический вестник научных центров Черноморского Экономического сотрудничества. Приложение. Краснодар, 2004. С. 110- 112.

12. Панина О.В., Ларионов A.B. О математическом моделировании биологической деструкции нефтяного слика с учетом диффузии и конвекции // Материалы П школы-семинара. Экологический вестник научных центров Черноморского Экономического сотрудничества. Приложение. Краснодар, 2004. С. 139 - 140.

13. Дембицкий С.И., Уртенов М.Х., Ларионов A.B., Панина О.В., Шарпан М.В. Прогностическая математическая модель биологической деструкции нефтяного загрязнения акваторий // Наука Кубани, 2005, № 4. С. 5 - 8.

14. Дембицкий С.И., Ларионов A.B., Уртенов М.Х. Программный комплекс автоматизации расчетов и визуализации результатов при моделировании аварийного разлива нефти // Компьютерные учебные программы и инновации, 2005, №12. С. 44.

15. Ларионов A.B. Анализ результатов моделирования аварийного разлива нефти в Цемесской бухте // Материалы IX объединенной научной конференции студентов и аспирантов факультета компьютерных технологий и прикладной математики "Прикладная математика XXI века". Краснодар, КубГУ, 2009. С. 84 - 86.

16. Ларионов A.B., Дембицкий С.И., Уртенов М.Х., Панина О.В. Анализ возможных последствий аварийных разливов нефти на акватории Цемесской бухты // Труды VI Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов "Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах". Краснодар: Просвещение-Юг, 2009. С. 28-32.

Свидетельство о регистрации разработки:

17. Программный комплекс автоматизации расчетов и визуализации результатов при моделировании аварийного разлива нефти в море. Дембицкий С.И., Ларионов A.B., Уртенов М.Х. // Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 4252 от 04.05.2006, (Инв. № ВНТИЦ: 50200500072). Отраслевой фонд алгоритмов и программ, Москва.

Ларионов Андрей Викторович

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Бумага тип. №2 Печать трафаретная Тираж 100 экз. Заказ № 721 Кубанский государственный университет

350040 г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149 Центр «Универсервис», тел. 2199-551

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Ларионов, Андрей Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Проблемы загрязнения морей при авариях нефтеналивных судов

1.1 Аварийные разливы нефти в море.

1.2 Физико-химические свойства и состав нефти.

1.3 Нефть в море

1.4 Экологические последствия аварийных разливов нефти.

1.5 Обзор существующих моделей динамики и деструкции нефти.

1.5.1 Растекание

1.5.2 Перенос и диффузия.

1.5.3 Деструкция.

1.6 Программные средства моделирования и визуализации аварийных разливов на акваториях морей.

Выводы.

Глава 2. Математические модели переноса и деструкции нефтяного загрязнения в море.

2.1 Математическая постановка задачи, основные уравнения и допущения.

2.2 Растекание нефти по поверхности воды

2.3 Движение слика под действием ветра и течения

2.4 Испарение.

2.5 Растворение

2.6 Бактериальное разложение

2.6.1 Моделирование биодеградации нефти микроорганизмами, существующими в естественных условиях морской среды.

2.6.2 Обратная задача биодеструкции нефтяного загрязнения.

2.7 Аналитическое решение уравнения переноса

2.8 Переход к безразмерному виду.

2.9 Разностная аппроксимация и алгоритмы численного решения.

2.9.1 Явная разностная схема

2.9.2 Неявная разностная схема.

2.9.3 Алгоритм численного решения прямой задачи.

2.9.4 Алгоритм численного решения обратной задачи

2.10 Процедура оценки степени экологической опасности последствий аварийных разливов нефти для побережья.

Выводы.

Глава 3. Автоматизация расчетов и визуализация результатов при моделировании разливов нефти.

3.1 Назначение и основные функциональные возможности программного комплекса.

3.2 Структура программного комплекса.

3.3.1 Информационное обеспечение.

3.3.2 Программное обеспечение.

3.3 Основной алгоритм работы программного комплекса.

Выводы.

Глава 4. Обсуждение результатов исследования.

4.1 Декомпозиция нефти для описания результатов расчетов

4.2 Учет и анализ гидрометеорологических условий

4.3 Ранжирование побережья исследуемого района.

4.4 Оценка последствий нефтяного загрязнения побережья.

4.5 Исследование основных закономерностей динамики и деструкции нефтяного загрязнения.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря"

Проблема загрязнения морей и океанов уже давно приобрела глобальный характер, как по своим масштабам, так и по степени экологической опасности. Среди многочисленных загрязняющих веществ, поступающих различными путями в моря, особое место занимают нефтяные углеводороды. Нефть попадает в море со сточными водами промышленных предприятий, при авариях на буровых установках, расположенных на континентальном шельфе, при авариях танкеров и нефтеналивных терминалов, и по степени воздействия на морскую среду является одним из наиболее опасных загрязнителей.

Под загрязнением моря понимают непосредственное или косвенное внесение человеком веществ или энергии в морскую среду, влекущее за собой такие неблагоприятные последствия, как нанесение ущерба биологическим ресурсам; опасность для здоровья людей; нанесение ущерба морским отраслям хозяйственной деятельности, включая рыболовство; уменьшение пригодности морской воды для использования и ухудшение эстетических достоинств морских ландшафтов [72].

Выполненные автором диссертационной работы исследования посвящены моделированию конвективно-диффузионного переноса и деструкции нефти как загрязняющего вещества в водной среде.

Актуальность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью решения фундаментальной научной проблемы обеспечения экологической безопасности акватории морей и морского побережья при аварийных ситуациях, связанных с разработкой нефтяных месторождений на шельфе и транспортировкой нефти. Аварийные разливы нефти при транспортировке приводят к значительному ухудшению условий жизнедеятельности и здоровья людей, пагубно воздействуют на флору, фауну и рекреационные ресурсы морей. Помимо экологических последствий аварии при морских перевозках нефти влекут за собой серьезные экономические потери, связанные со сбором разлившейся нефти и очисткой загрязненного побережья.

Масштабы взаимодействия человека с морской средой возрастают, увеличивается степень загрязнения моря, прибрежной зоны, донных отложений и почвы нефтепродуктами вследствие роста объёма добычи, транспорта и переработки нефти. Ежегодно в портах Черного моря отгружается около 50 миллионов тонн нефтепродуктов. После увеличения пропускной способности трубопровода и терминалов Каспийского трубопроводного консорциума предполагается увеличение этого объема на 34 млн. тонн в год [31]. Существенно увеличится и вероятность загрязнения прибрежной зоны акваторий в непосредственной близости от Новороссийска в случае возникновения аварийных ситуаций при погрузке и транспортировке нефти.

В этих условиях приоритетной задачей является построение математических моделей переноса, диффузии и деструкции нефтяного загрязнения на акваториях морей, в частности — в прибрежной зоне акватории Черного моря, для обеспечения возможности прогнозирования поведения нефтяного загрязнения при заданных условиях окружающей среды, а также минимизации последствий нефтяного загрязнения побережья.

Существующие математические модели конвективно-диффузионного переноса нефтяного загрязнения с учетом процессов деструкции нефтяных углеводородов, разработанные различными исследователями (Foster J., Панина О.В., Howlett Е., Mendelsohn D., Jayko К., Paladino E., Шарпан M.B., Yoon J., Tsanis I., Оби Э.О., Huang J., Monastero F. и др.), описывают процессы естественной деструкции нефтяных углеводородов, однако, совместное влияние нескольких процессов деструкции не исследовано достаточно полно. При разработке практических способов искусственной деструкции загрязнения путем обработки нефтяного пятна биопрепаратом имеет место задача по нахождению оптимального количества биопрепарата, внесение которого необходимо для получения заданной степени деструкции нефти за заданное время. Такая задача до настоящего времени является малоисследованной, существует необходимость в разработке алгоритмов ее решения.

Таким образом, тема диссертационного исследования является актуальной и практически значимой.

Предметом исследования выступают математические модели процессов адвективно-диффузионного переноса, естественной и искусственной деструкции нефтяного загрязнения.

Целью работы является разработка и исследование математических моделей переноса и диффузии нефтяного загрязнения с учетом процессов естественной и искусственной деструкции углеводородов при аварийном разливе нефти в прибрежной зоне Черного моря, а также разработка специального программного обеспечения для имитационного моделирования, автоматизации расчетов, визуализации и анализа результатов, полученных при помощи соответствующих математических моделей.

Задачи диссертационной работы:

3. Математическое моделирование и исследование процессов переноса и диффузии нефтяного загрязнения с учетом процессов деструкции нефти, связанных с испарением и микробиологическим окислением нефтяных углеводородов.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

На защиту выносятся:

2. Алгоритм определения количества и начальной концентрации биопрепарата, которая необходима для получения требуемой степени деструкции нефтяного загрязнения за заданный промежуток времени.

3.Процедура оценки степени экологической опасности последствий аварийных разливов нефти и построения карт экологической уязвимости различных участков побережья акватории.

4. Программный комплекс имитационного моделирования ОПтос1е1, реализующий алгоритмы расчетов и визуализации результатов математического моделирования процессов переноса и деструкции нефти, а также алгоритмы определения вероятности и степени экологической опасности нефтяного загрязнения побережья.

Научная и практическая значимость определяется тем, что новые математические модели, предложенные в работе, предоставляют возможность исследования характеристик и закономерностей процессов переноса и диффузии нефтяного загрязнения с учетом процессов естественной и искусственной деструкции нефтяных углеводородов. Результаты работы могут быть использованы для принятия адекватных мер по минимизации или предотвращению последствий аварийных разливов нефти и защите от загрязнения нефтью рекреационных зон побережья и береговых сооружений. Предлагаемые математические модели и программный комплекс имитационного моделирования ОПтос1е1 ориентированы на использование в организациях, осуществляющих разведку и освоение нефтяных месторождений в море, а также включены в технологию геоэкологического мониторинга внутренних морей и прибрежных зон Азово-Черноморского бассейна.

Методологическую базу исследования составляет математическое моделирование на основе фундаментальных законов природы, опирающееся на работы отечественных и зарубежных исследователей: Афанасьевой H.A., Богдановского A.A., Дембицкого С.И., Затучной Б.М, Зданьски А.К, Израэля Ю.А., Комарова A.B., Крыловой Т.О, Марчука Г.И., Монина A.C., Нунупарова С.М., Овчинникова И.М., Озмидова Р.В., Прокопова О.И., Ризниченко Г.Ю., Рубина А.Б., Савина М.Т., Тарасенко Л.Н., Титова В.Г., Удодова А.И., Уртенова М.Х., Цыбань A.B., Бэрриджа С. (Berridge), Блоккера П. (Blokker), Эллиота A. (Elliot), Фэя И. (Fay), Фингаса M. (Fingas), Герлаха С. (Gerlach), Йохансена О. (Johansen), Макея Д. (Mackay), Нельсона-Смита A. (Nelson-Smith), Уильямса Дж. (Williams).

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования представлены на XXXVIII Международной конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2000); XL Международной конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2002); II объединенной научной конференции факультета прикладной математики КубГУ "Прикладная математика XXI века" (Краснодар, 2002); международной школе "Современные методы эколого-химической оценки состояния и изменений окружающей среды" (Новороссийск, 2003); II школе-семинаре научных центров Черноморского Экономического сотрудничества (Краснодар, 2003); VI Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов "Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах" (Анапа, 2009) ; IX объединенной научной конференции студентов и аспирантов факультета компьютерных технологий и прикладной математики КубГУ "Прикладная математика XXI века" (Краснодар, 2009).

По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 6 статей [14], [15], [17], [18], [20], [22], в том числе 1 статья в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования научных результатов диссертаций, 1 монография [13], 8 тезисов докладов [19], [33], [34], [35], [36], [37], [38], [58] и 1 свидетельство об отраслевой регистрации программного комплекса в Отраслевом фонде алгоритмов и программ [63].

Изложим краткое содержание диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка основных обозначений, библиографического списка цитированной литературы, содержащего 140 наименований, 2-х приложений.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Ларионов, Андрей Викторович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения исследований получены следующие основные результаты:

4. Разработан специальный программный комплекс имитационного моделирования ОПтос1е1, позволяющий выполнять численные расчеты для предложенных математических моделей переноса, диффузии и деструкции нефтяного загрязнения, реализующий процедуру построения карт экологической уязвимости побережья и алгоритмы визуального представления результатов моделирования.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Ларионов, Андрей Викторович, Краснодар

1. Афанасьева H.A., Белов В.П., Матвейчук И.Г., Филиппов Ю.Г. Расчет течений и перенос нефтяных углеводородов у западного побережья Среднего Каспия // Тр. ГОИН. М.: Гидрометеоиздат, 1989. Вып. 188. С. 146 -151.

2. Архив синоптических сводок центра ФОБОС // URL: http://www.gismeteo.ru/synarc.htm (дата обращения: 28.04.2009).

3. Белявская Л.Г., Богомолов H.A., Ковалев А.Д. Обработка карт изолиний двумерных функций // Вычислительные методы и программирование. М.: МГУ, 2000. Т. 1. С. 15 23.

4. Берлянт A.M. Картография: учебник для вузов. М.: Аспект Пресс, 2002. 336 с.

5. Блатов A.C., Иванов В.А. О вихреобразовании в Черном море // Комплексные исследования в Черном море. Севастополь, 1979. С. 43 - 51.

6. Блиновская Я.Ю. Принципы создания информационной системы "Карты чувствительности прибрежно-морских зон к загрязнению нефтью" // Вестник Дальневосточного отделения РАН, 2004. №4. С. 63-73.

7. Выбор варианта ликвидации разлива нефти в целях снижения ущерба: анализ суммарной экологической пользы. Серия докладов IPIECA. —

8. Лондон: Международная ассоциация представителей нефтяной промышленности по охране окружающей среды (IPIECA). Том 10. URL:// http://www.ipieca.org/activities/oilspill/downloads/publications/reports/mssian/Vo U0NEBA.pdf (дата обращения: 20.03.2009).

9. Герлах С. А. Загрязнение морей. Диагноз и терапия. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 264 с.

10. П.Гринин A.C., Орехов H.A., Новиков В.Н. Математическое моделирование в экологии. М.: Юнити-Дана, 2003. 269 с.

11. Губанов В.И., Подозерская Е.А. Влияние нефтяных углеводородов и детергентов на естественный химический состав Черного моря // Тр. ГОИН. М.: Гидрометеоиздат, 1992. Вып. 205. С. 74 80.

12. Дембицкий С.И., Дунаев И.М., Лаврентьев A.B., Ларионов A.B. Уртенов М.Х. Математические модели динамики и деструкции нефтяного слика на акватории моря. Краснодар: КубГУ, 2003. 71 с.

13. Дембицкий С.И., Лаврентьев A.B., Ларионов A.B., Уртенов М.Х. Визуализация динамики нефтяного пятна на поверхности моря посредством двумерной анимации // Краснодар: Наука Кубани. 2002. № 1. С. 33 38.

14. Дембицкий С.И., Лаврентьев A.B., Ларионов A.B., Уртенов М.Х. Динамика нефтяного пятна в море с учетом процессов деструкции. Математические модели // Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Естественные науки, 2004. №1. С. 6-10.

15. Дембицкий С.И., Ларионов A.B., Уртенов М.Х. Оценка последствий залпового выброса нефти в прибрежной зоне моря на основе математического моделирования процессов переноса и деструкции //

16. Экологический вестник научных центров Черноморского Экономического Сотрудничества. Краснодар, 2004. С. 41 47.

17. Дембицкий С.И., Ларионов A.B., Уртенов М.Х. Программный комплекс автоматизации расчетов и визуализации результатов при моделировании аварийного разлива нефти в море // Компьютерные учебные программы и инновации. Москва, 2005. №12. С. 44.

18. Дембицкий С.И., Уртенов М.Х., Ларионов A.B., Панина О.В., Шарпан М.В. Прогностическая математическая модель биологической деструкции нефтяного загрязнения акваторий // Краснодар: Наука Кубани. 2005. №4. С. 5-8.

19. Дзержинская И., Сопрунова О. Аппетитная нефть // Нефть России. 2001. №5. 71 с.

20. Дулов В.Г., Цибаров В.А. Математическое моделирование в современном естествознании: Учеб. пособие / Под ред. чл.-кор. РАН Дулова В.Г. СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 2001. 244 с.

21. Зайлер М. Моделирование нашего мира: Руководство ESRI к дизайну баз геоданных. М.: ООО "Дата+", 2001. 265 с.

22. Зданьски А.К., Крылова Т.О. Численно-аналитический метод решения краевых задач параболического типа. М.: ВЦ АН СССР, 1989. 34 с.

23. Зданьски А.К., Крылова Т.О., Тарасенко JI.H. Методы расчета эволюции нефтяного загрязнения в шельфовой зоне. М.: ВЦ АН СССР, 1987. 24 с.

24. Ибраев P.A., Кукса В.И., Скирта А.Ю. Моделирование переноса пассивной примеси вихревыми течениями восточной части Черного моря // Океанология. 2000. №4. С. 18 25.

25. Израэль Ю.А., Цыбань A.B. Антропогенная экология океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 528 с.

26. Исаева JI.C., Исаев И.Л. Горизонтальная турбулентная диффузия в море // Труды МГИ. Физика моря. К.: Изд-во АН УССР, 1963. Том 28. С. 36 -39.

27. Каспийский Трубопроводный Консорциум, Пресс-релиз от 17 декабря 2008 г. URL:http://www.cpc.ru/desktopdefault.aspx?alias=:press&lang=::ru &tabid=3549 (дата обращения: 03.05.2009).

28. Красильников Н.П., Цыбань A.B., Коронелли Т.В. Усвоение н-алканов и сырой нефти морскими бактериями // Океанология. Вып. 5. 1973. Т. 13.

29. Ларионов A.B. Анимация как средство визуализации динамики нефтяного пятна в море // Материалы XL международной научной конференции "Студент и научно-технический прогресс". Новосибирск: НГУ, 2002. С. 10-11.

30. Ларионов A.B. Применение ГИС-технологий при интерпретации результатов моделирования загрязнения моря нефтепродуктами // Материалы XL международной научной конференции "Студент и научно-технический прогресс". Новосибирск: НГУ, 2002. С. 21 22.

31. Ларионов A.B. Разработка ГИС для решения задач экологического мониторинга в Краснодарском крае // Материалы XXXVIII международной научной конференции "Студент и научно-технический прогресс". Новосибирск: НГУ, 2000. С. 42-43.

32. Ласло М. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++: Пер. с англ. М.: "Издательство БИНОМ", 1997. 304 с.

33. Леонов А.К. Региональная океанография. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. Ч. 1.765 с.

34. Леффер У.Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. М.: ЗАО "Олимп-Бизнес", 2001. 224 с.

35. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. 319 с.

36. Миронов О.Г. Бактериальная трансформация нефтяных углеводородов в прибрежной зоне моря // Морской экологический журнал, 2002. Т.1. №1. С. 56-66.

37. Миронов О.Г. Влияние нефти и нефтепродуктов на морские организмы и их сообщества // Проблемы химического загрязнения вод Мирового океана. JL: Гидрометеоиздат, 1988. Т. 4. 136 с.

38. Митчел Э. Руководство ESRI: ГИС анализ. Том 1: Географические закономерности и взаимоотношения. М.: ООО "Дата+", 2001. 240 с.

39. Монин A.C., Войтов В.И. Черные приливы. М.: Молодая гвардия, 1984. 160 с.

40. Монин A.C., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. Т. 1. 640 с.

41. Нельсон-Смит А. Загрязнение моря нефтью. JL: Гидрометеоиздат, 1973. 124 с.

42. Нельсон-Смит А. Нефть и экология моря. М.: Прогресс, 1977. 301 с.

43. Нефти СССР. Т. 3. Нефти Кавказа и западных районов Европейской части СССР. -М.: Химия, 1972. 616 с.

44. Нунупаров С.М. Предотвращение загрязнения моря с судов. М.: Транспорт, 1985. 228 с.

45. Оби Э.О. Прогнозирование загрязнения нефтью прибрежных вод республики Нигерия: автореф. дис. . канд. тех. наук / Э.О. Оби; Кубанский государственный технологический университет. Краснодар, 2009. 24 с.

46. Озмидов P.B. Диффузия примесей в океане. JL: Гидрометеоиздат, 1968.280 с.

47. Орлова И.Г., Симонов А.И., Собченко Е.А. Результаты долгопериодного исследования нефтяного загрязнения Северной Атлантики. // Тр. ГОИН. М.: Гидрометеоиздат, 1990. Вып. 182. С. 103 114.

48. Панина О.В. Моделирование и пути устранения углеводородного загрязнения природно-технической системы Цемесской бухты черного моря: автореф. дис. . канд. геол.-минерал. наук / О.В. Панина; Южный федеральный университет. Ростов-на-Дону, 2007. 24 с.

49. Патин С.А. Экологические проблемы освоения нефтегазовых ресурсов морского шельфа. -М.: ВНИРО, 1997. 350 с.

50. Пенно М.В. Состояние загрязнения вод черного моря нефтяными углеводородами // Уч. зап. Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. 2001. Т. 12(51). №1. с. 52-55.

51. Петрухина И.В., Ильинский В.В., Литвинова М.Ю. Определение скоростей биодеградации нефтяных углеводородов в воде литорали Кольского залива // Вестник МГТУ, 2006. Т. 9. Вып. 5. С. 828 832.

52. Печуркин Н.С. Популяционная микробиология. Новосибирск: Наука, 1978. 275 с.

53. Процессы турбулентной диффузии примесей в море // Проблемы химического загрязнения вод Мирового океана. JL: Гидрометеоиздат, 1986. Т.2. 208 с.

54. Ризниченко Г.Ю., Рубин А.Б. Математические модели биологических продукционных процессов. М.: МГУ, 1993. 301 с.

55. Руководство по расчету элементов гидрологического режима в прибрежной зоне морей и устьев рек при инженерных изысканиях. М.: Гидрометеоиздат, 1972. 536 с.

56. Самарский A.A., Вабищевич П.Н. Численные методы решения обратных задач математической физики: учебное пособие. Изд. 3-е. М.: Издательство ЖИ, 2009. - 480 с.

57. Самарский A.A., Гулин A.B. Численные методы: учеб. Пособие для вузов. М.: Наука, 1989. 432 с.

58. Самарский A.A., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978. 592 с.

59. Симонов А.И. Динамика и прогноз загрязнения океанических вод // Проблемы химического загрязнения вод Мирового океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. Т. 1. 144 с.

60. Тарасевич Ю.Ю. Математическое и компьютерное моделирование. Вводный курс: учебное пособие. Изд. 3-е, испр. М.: Едиториал УРСС, 2003. 144 с.

61. Тарасенко Л.Н. Об оценке нефтяного загрязнения в шельфовой зоне. М.: ВЦ АН СССР, 1989. 12 с.

62. Техногенное загрязнение и процессы естественного самоочищения Прикавказской зоны Черного моря / Гл. ред. И.Ф. Глумов, М.В. Кочетков. М.: Недра, 1996. 502 с.

63. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. М.: МГУ, 1999. 798 с.

64. Уильяме Дж. Основы контроля морских загрязнений. Л.: Судостроение, 1984. 135 с.

65. Фурсова П.В., Левич А.П. Математическое моделирование в экологии сообществ // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов: Обзор, информ. 2002. № 9. С. 1 100.

66. Химия океана / Под. ред. O.K. Бордовского, В.Н. Иваненкова. М.: Наука, 1979. Т. 1.518 с.

67. Худолей В.В., Мизгирев И.В. Экологически опасные факторы. СПб.: Publishing House, 1996. 186 с.

68. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. 290 с.

69. Цыбань А.В. Метод расчета микробной деструкции нефтяных углеводородов // Исследование экосистемы Балтийского моря. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. Вып. 1. С. 61 68.

70. Цыбань А.В., Зубакина А.Н., Михалева И.М. Процессы окисления нефти и ее углеводородов морскими бактериями // Гидробиологический журнал. 1977. Вып. 2.

71. Чугай А.В., Шпилевой А.А. Использование ГИС-технологий для оценки состояния морских экосистем // Уч. зап. Таврического национального ун-та им. В. И. Вернадского. Серия География. 2001. Т. 14 (53) № 1. С. 142 -145.

72. Шарпан М.В. Математическое моделирование процессов биологической деструкции нефтяного загрязнения моря: автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук / М.В. Шарпан; Кубанский государственный университет. Краснодар, 2009. 24 с.

73. Шишкин Е.В., Боресков А.В. Компьютерная графика. Полигональные модели. М.: Диалог-МИФИ, 2000. 464 с.

74. Berridge S., Dean R., Fallows R., Fish A. Scientific aspects of pollution of the sea by oil. Institute of petroleum. L., 1968.

75. Blokker P. Spreading and evaporation of petroleum production water // Proceedings of the 4-th International Harbour Conference, Antwerpen. 1964. Pp. 911-919.

76. Bobra M. Solubility behaviour of petroleum oils in water // Report series. River road environmental technology centre, Ottawa, 1992. No. EE-130. URL:http://www.mms.gov/tarprojects/120/120AX.PDF (дата обращения: 17.08.2007).

77. Boehm P., Fiest D., Mackay D, Paterson S. Physical-chemical weathering of petroleum hydrocarbons from the Ixtoc 1 spill blowout; chemical measurements and a weathering model. // Environment Science Technology. 1982. №16. Pp. 498-505.

78. Buchanan I., Hurford N. Methods for predicting the physical changes in oil spilt at sea. Oil & Chemical Pollution, 4(4), 1988. Pp. 311 328.

79. Clark R., Brown D. Petroleum: properties and analyses in biotic and abiotic systems. -In: Effects of petroleum on Arctic and Subarctic marine environments and organisms. Nature and fate of petroleum. N.Y.: Acad. Press, 1977. Vol.1. Pp. 1-89.

80. Crisis management systems will complement the product line // The Transas bulletin. Transas Marine Ltd., 2001. №1(10).

81. Dodd E. Report of working party on the effects of natural factors on the movement, dispersal and destruction of oil at sea. Ministry of defence, 1971.

82. Elliot A. Shear diffusion and the spreading of oil in the surface layers of the North sea // Deutsche Hydrographishe Zeitung, 1986. №39(3). Pp. 113 137.

83. Fannelop Т., Waldman G. Dynamics of oil slicks. AIAA Journal., 1972. №10(4). Pp. 506-510.

84. Fate of marine oil spills. Technical information paper, United Kingdom, 2002. No. 2. URL: http://www.itopf.com/marine-spills/fate/weathering-process/ documents/tip2.pdf (дата обращения: 30.04.2009).

85. Fay I. The spread of oil slick on a calm sea. Oil in the sea. N.Y.: Plenum Press, 1969. Pp. 53 -63.

86. Fingas M. The Evaporations of oil spills // Proceedings of the Eighteenth Arctic Marine Oilspill Program Technical Seminar, Environment Canada, Ottawa. 1995. Pp. 43 60.

87. Fingas, M. The Evaporation of Oil Spills: Development and Implementation of New Prediction Methodology // Proceedings of The 1999 International Oil Spill Conference, American Petroleum Institute, Washington, D.C. 1999. Pp. 281 -287.

88. Fingas M., Jokuty P., Fialdhouse B. Oil spill behaviour and modelling // Thesis of Eco-Informa'96 conference. USA, 1996. Pp. 471 476.

89. Foster J. Bacterial oxidation of hydrocarbons // Oxygenases. New York: Academic Press. 1962. Pp. 1 34.

90. French D., Payne J. Model of oil fate and water concentrations with and without application of dispersants // Proceedings of the 24th Arctic and marine oil spill technical seminar, Edmonton, Canada, 2001. Pp. 611 645.

91. Gundlach E.R., Hayes M.O. Classification of coastal environments in terms of potential vulnerability to oil spill damage. Marine Technology Society Journal, 1978. Vol. 12(4). Pp. 18 27.

92. Gundlach E.R, Hayes M.O., Getter C.D. Sensitivity of coastal environments to oil spills. Proc. Seminar, Petroleum Industry and the Nigerian Environment, Warri, Nigeria, 1981. Pp. 82 — 88.

93. Holdsworth M. Control of accidental oil spillage at sea. Institute of petroleum, L., 1968.

94. Howlett E., Jayko K. COZOIL (Coastal Zone Oil Spill Model), model improvements and linkage to a graphical user interface // Thesis of twenty-first Arctic and marine oil spill program (AMOP) Technical Seminar, Alberta, Canada, 1998.

95. Howlett E., Mendelsohn D., Swanson C., Spaulding M. An integrated water quality and oil spill model system // Thesis of ASCE North American Water and Environmental Congress '96, Anaheim, CA, 1996.

96. Huang J., Monastero F. Review of the state-of-the-art of oil spill simulation models. Final Report submitted to the American Petroleum Institute. USA, 1982.

97. Hughes P. A determination of the relation between wind and sea surface drift// Quart. J. meteorological Society. 1956. №82. P. 494.

98. ITOPF Handbook 2009/2010. ITOPF, U.K., 2009. URL: http:// itopf.com/information-services/publications/documents/itopfhandbook2009.pdf (дата обращения: 30.04.2009).

99. Johansen О. Particle in fluid model for simulation of oil drift and spread. Part I: basic concepts. Oceanographic centre. Norway, 1985. Note № 02.0706.40/2/85.

100. Jokuty P., Whiticar S., Wang Z., Fingas M., Fieldhouse В., Lambert P., Mullin J. Properties of crude oils and oil products, Internet Version October 2000. URL: http://www.etcentre.org/spills (дата обращения: 03.10.2004).

101. Mackay D., Leinonen P. Mathematical model of the behaviour of oil spills on water with natural and chemical dispersion. Environment Canada, Report. EPS-3-EC-77-17, Ottawa, Canada, 1977. P. 84.

102. Mackay D., Matsugu R. Evaporation rates of liquid hydrocarbon spills on land and water // Canadian journal of chemical engineering. 1973. Vol. 51. Pp. 434-439.

103. Mackay D., Shiu W. The aqueous solubility and air-water exchange characteristics of hydrocarbons under environmental conditions // Chemistry and physics of aqueous gas solutions, 1975. Pp. 93 110.

104. Marty G., Okihiro M., Brown E., Hanes D., Hinton D. Histopathology of adult Pacific herring in Prince William sound, Alaska, after the "Exxon Valdez" oil spill // Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 1999. №56(3). Pp. 419-426.

105. McKee J. Oily substances and their effects on the beneficial uses of water. California state water pollution control board, Sacramento, 1956. P. 71.

106. Nelson-Smit A. Effect oil on marine plants and animals // In: Water pollution by oil. London: Institute of petroleum. 1971. Pp. 273 280.

107. New Release Oil Spill Information System (OSIS) Ver. 3.1, BMT Marine Information Systems Newsletter, November, 2002.

108. NOAA ADIOSTM 2 (Automated Data Inquiry for Oil Spills) Fact Sheet. // NOAA" s National Ocean Service, Seattle, 2006. URL:http://response.restoration.noaa.gov/bookshelf/538adios.pdf (дата обращения: 05.12.2007).

109. Oil in the sea III: Inputs, fates and effects. Washington, D.C.: Nat. Acad. Press, 2003.280 р.

110. Oil spill case history 1967-1991. Summaries of significant U.S. and international spills. Hazardous materials response and assessment division. Washington, 1992. 113 p.

111. Oil tanker spill statistic: 2008 // ITOPF Ltd., 2008. URL:http://www.itopf.com/information-services/data-and-statistic/statistic/ (дата обращения: 30.04.2009).

112. Paladino E., Maliska C. Mathematical modelling and numerical simulation of oil spill trajectories on the sea // Congresso Nacional de Engenharia Mecanica CONEM, Brasil, 2000.

113. Parker C., Freegarde M., Hatchard C. The effect of some chemical and biological factors on the degradation of crude oil at sea. In: Water pollution by oil. Institute of petroleum, London, 1971. Pp. 237 - 244.

114. Report of the committee on the prevention of pollution of the sea by oil. Ministry of transport. London: HMSO. 1953.

115. Shen H., Yapa P. Oil slick transport in rivers // Journal of hydraulic engineering, ASCE. 1988. №114(5). Pp. 529 542.

116. Smith G. Determination of the leeway of oil slicks // Fate and effects of petroleum hydrocarbons in marine ecosystems and organisms. N.Y.: Pergamon press, 1977. P. 351.

117. Smith J. Problems in dealing with oil pollution on sea and land. In: Scientific aspects of the pollution of the sea by oil. Institute of petroleum, London, 1968. Pp. 60-68.

118. Smith J. "Torrey Canyon" pollution and marine life. Cambridge: Cambridge university press, 1968. 181 p.

119. Sundaram T. Spread of oil slicks on a natural body of water // Journal of Hydronautics. 1980. Vol.14, №.4. Pp. 124 126.

120. Tomczak G. Investigations whit drift cards to determine the influence of the wind on surface currents // Oceanography. 1964. №10. Pp. 129 139.

121. Tsanis I., Wu J. Application and verification of a three-dimensional hydrodynamic model to Hamilton harbour. Global Nest. Int. J. Canada, 2000. Vol. 2; No. 1. Pp. 77-99. .

122. Varlamov S. Oil spill simulation in the marine environment fate of spilled oil and its simulation // Thesis of Asian science seminar "Transport of pollutants in the air and the sea of East Asia", Japan, 2000.

123. Walton P., Turner C., Austin G., Burns M., Monaghan P. Sub-lethal effects of an oil pollution incident on breeding kittiwakes Rissa tridactyla // Marine Ecology Progress, 1997. Series 155. Pp. 261 265.

Информация о работе

Ларионов, Андрей Викторович
кандидата физико-математических наук
Краснодар, 2009
ВАК 03.00.16

Диссертация

Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы