Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Модели для мониторинга аварийных разливов нефти на акватории водной системы Нева - Финский залив

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Модели для мониторинга аварийных разливов нефти на акватории водной системы Нева - Финский залив"

Министерство образования и науки РФ Российский государственный гидрометеорологический университет

На правах рукописи УДК 504.064.36: 504.4.054:665.61 (261.243+282.247.21)

Крупное Олег Рэмович

МОДЕЛИ ДЛЯ МОНИТОРИНГА АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТИ НА АКВАТОРИИ ВОДНОЙ СИСТЕМЫ НЕВА -ФИНСКИЙ ЗАЛИВ

Специальность 25.00.28 - океанология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в Российском государственном гидрометеорологическом университете

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Л.Н. Карлин

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Ведущая организация: Государственный океанографический институт

Защита диссертации состоится "10" июня 2004 г. в 15— часов на заседании специализированного совета Д212.197.02 Российского государственного гидрометеорологического университета по адресу: 195196, г. Санкт-Петербург, Малоохтинский проспект, 98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета

Автореферат разослан " 7" мая 2004 г.

С. А. Кондратьев

кандидат физико-математических наук, А.И. Данилов

Ученый секретарь специализирован кандидат географических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Разработка моделей для мониторинга аварийных разливов нефти актуальна, поскольку такие-модели в настоящее время стали обязательным и полезным инструментом, используемым для принятия решений при выборе стратегий борьбы с аварийными разливами нефти, в оперативном управлении ликвидацией их последствий, а также для оценки воздействия аварий на окружающую среду.

Поступление в поверхностные природные воды нефтепродуктов из-за аварий нефтеналивных и других судов относительно невелико и составляет около 10 % общего количества нефти, попадающей в природные воды. Однако именно эти аварии-становятся широко известными, поскольку в таких случаях на месте аварии выливаются десятки и сотни тысяч тонн нефти, что приводит к катастрофическим последствиям для прибрежных районов. Для организации своевременного сбора разлитой по поверхности нефти необходимо определить направление и скорость перемещения нефтяного пятна. Кроме того, под воздействием факторов окружающей среды происходят быстрые и значительные изменения свойств нефти. Поэтому для выбора эффективных и экономичных методов и средств, применяемых для сбора нефти и нефтепродуктов, необходимо располагать реалистичными оценками физико-химических свойств и количества собираемого вещества.

Одним из возможных путей повышения эффективности операций по ликвидации аварийных разливов нефти (ЛАРН) является использование физико-математических моделей, имитирующих поведение слоя разлитой на водной поверхности нефти, и позволяющих прогнозировать его перемещение под действием ветра и течений. Известные математические модели разливов нефти различаются количеством и видом параметризаций многочисленных физических, химических и биологических процессов, происходящих с нефтью при взаимодействии с

БИБЛИОТЕКА

полное аналитическое описание этих процессов отсутствует, а экспериментальные исследования сопряжены со значительными трудностями из-за большого разнообразия гидрометеорологических условий и значительных вариаций физико-химических свойств нефтепродуктов. Тем не менее, изучение влияния состояния природной среды на аварийные разливы нефти с использованием методов математического моделирования является наиболее перспективным методом исследования, поскольку позволяет учитывать как известные теоретические зависимости, так и доступные эмпирические данные.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы заключалась в создании системы управления акваторией "Нева — Финский залив" для снижения рисков нефтяного загрязнения.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие научные задачи:

• оценить физико-географические особенности водной системы "Нева — Невская губа — Финский залив" и гидрометеорологические условия, влияющие на поведение нефтяных разливов, что позволяет выявить наиболее опасные гидрометеорологические ситуации;

• разработать математическую модель начального этапа распространения нефтяного поля, который продолжается 1 -2 дня после аварии, для прогнозирования траектории его движения и оценки потенциально опасного воздействия нефти на акваторию и прибрежные районы;

• параметризовать в модели процессы взаимодействия нефти с окружающей средой: распространение нефтяного пятна по водной поверхности, испарение, образование водной эмульсии, диспергирование нефти в воде, а также параметризовать воздействия различных технологий ЛАРН на распространение нефтяного загрязнения;

• создать модель эволюции нефтеводяной смеси под действием факторов окружающей среды с целью оперативного выбора эффективных методов и средств ее сбора;

• провести численные эксперименты по воспроизведению начального этапа нефтяного разлива на акватории водной системы "Нева - Финский залив" при различных гидрометеорологических условиях;

• разработать метод выявления областей акватории потенциально опасных для зон приоритетной защиты на основе теории сопряженных уравнений;

• разработать метод оптимизации применения сборщиков нефти для обеспечения экологической безопасности зон приоритетной защиты;

• формализовать выбор стратегии борьбы с нефтеразливами на основе анализа матрицы экспертных оценок принятия решений.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые разработана система, позволяющая в оперативном режиме осуществлять мониторинг акватории водной системы "Нева — Финский залив", диагностировать аварийные ситуации, а также прогнозировать их развитие и на этой основе вырабатывать оптимальные управленческие решения с целью уменьшения экологического и экономического ущерба.

Практическая значимость результатов исследований. Разработанные модели используются в практике планирования и проведения операций по ЛАРН для анализа траектории распространения нефтяного пятна, определения оптимального количества сил и средств ликвидации аварии, расчета упреждающих точек для постановки боновых заграждений и контроля действия судов по локализации и ликвидации аварийного разлива нефти в реальном масштабе времени.

Апробация работы. Основные положения диссертации

докладывались на 2-ой международной конференции "Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон" (Санкт-Петербург, 2002), на 6-ой международной конференции "Акватерра" (Санкт-Петербург, 2003), на 5-ом международном экологическом форуме, посвященном 30-летию подписания Хельсинкской Конвенции (Санкт-Петербург, 2004), на семинаре во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники им. Веденеева, на объединенном семинаре кафедры промысловой океанологии и охраны природных вод и кафедры комплексного управления прибрежной зоной, а также итоговой сессии ученого совета Российского государственного

гидрометеорологического университета (РГТМУ, 2004).

По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего ПО источников, и приложений. Основное содержание работы изложено на 141 странице, включая 45 рисунков и 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследований, отмечена ее научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведена информация о структуре диссертации и апробации ряда полученных результатов.

В первой главе дается краткая физико-географическая и гидрометеорологическая характеристика акватории реки» Нева, Невской губы и Финского залива. Приводятся основные сведения о материалах гидрометеорологических наблюдений, которые необходимы для имитационного моделирования нефтяных разливов в этой акватории.

По характеру развития разливов акватория делится на две части, в одной из которых определяющим скорость и направление распространения нефтяного пятна является стоковое течение (река

Нева и ее рукава в устье), а в другой — ветровое течение (Невская губа и Финский залив).

Отмечается, что высокая скорость течения реки» Нева обуславливает быстрый перенос пятна нефтепродуктов от источника разлива, находящегося выше по течению. На акватории Невской губы и Финского залива скорость дрейфа нефтяного пятна меньше и определяется, в основном, ветровым поверхностным течением.

Во второй главе предлагается физико-математическая модель, предназначенная для мониторинга аварийных разливов нефти.

Анализ мирового опыта создания и использования моделей нефтяных разливов показывает, что как сложность, так и содержание модели определяется тремя ее основными характеристиками: временным» масштабом воспроизводимых явлений, физико-географическими- особенностями акватории, а также гидрометеорологическими условиями и кинетикой протекающих физико-химических процессов, которые определяют перемещение и трансформацию нефтяных полей. На основе выполненного анализа формулируются требования, которым должна удовлетворять модель нефтяных разливов, предназначенная для планирования, оперативного управления и оценки эффективности операций по ликвидации последствий аварийных разливов, а также долгосрочных мероприятий по охране акватории от загрязнения нефтепродуктами.

В соответствии с разработанным планом операций по ЛАРН время подхода сил и средств к месту разлива, развертывания и начала работ не должно превышать 3 часов после аварии. При разливах нефти и нефтепродуктов сбор разлитого нефтепродукта не должен превышать 24 часов, при крупных авариях то же время отводится для сбора половины объема.

Во время организации и проведения работ по ЛАРН на акватории реки Нева, Невской губы и Финского залива осуществляется мониторинг, включающий в себя наблюдение за перемещением- нефтяных полей и элементы моделирования.

Наблюдения проводятся визуально и позволяют определять объем разлива нефтепродукта и отслеживать его дрейф. В расчетах размеров нефтяного пятна за основу принимается гравитационный радиус растекания нефтепродукта на момент начала работ. Кроме того, по гидрометеорологическим данным с помощью простой геометрической модели рассчитывается ожидаемое перемещение нефтяного пятна. По расстоянию от места разлива до объекта приоритетной защиты и скорости дрейфа рассчитывается время движения нефтяного поля. Для определения протяженности береговой линии, подверженной загрязнению с учетом дрейфа, нефтяного пятна, в формулу гравитационного радиуса растекания нефтепродукта подставляется время дрейфа нефтяного пятна.

Отмечается, что более точные расчеты дрейфа пятна нефтепродуктов, особенно на мелководье, сопряжены с проведением более сложных расчетов, в которых должны быть учтены изменчивость процессов во времени, а также неоднородность полей ветра и течений в пространстве. Отмечается, что, несмотря на необходимость использования математического моделирования для мониторинга аварийных нефтяных разливов, пригодная для этой цели модель отсутствует.

Обсуждаемая в работе модель нефтяных разливов воспроизводит начальный этап процесса эволюции нефтяного поля, который продолжается 1—2 дня от начала аварии. На этом этапе, помимо дрейфа и растекания, происходит выветривание разлитой на водной поверхности нефти, которое определяется физическими и химическими процессами. Происходит интенсивное испарение, диспергирование нефти в воде, образование водной эмульсии, изменение состава, вязкости и плотности нефти. Процессы, вклад которых становится существенным на более поздних стадиях эволюции нефтяного разлива, в модели не учитываются. К последним процессам относятся растворение нефти в воде, ее адсорбция и десорбция на взвешенных частицах, фотоокисление и биологическое

разложение.

Для расчета распространения нефтяного разлива по акватории в. модели используется полуэмпирическое уравнение переноса и турбулентной диффузии нефтяного загрязнения:

8С/81 = ' 0)

д

С

к.

поверхностная концентрация нефти;

адвективная горизонтальная скорость переноса нефтяного загрязнения;

О - коэффициент турбулентной диффузии;

- функции, описывающие превращения нефтяного загрязнения;

кд - коэффициенты массопереноса;

- источники и стоки нефтяного загрязнения.

Суммирование в уравнении (1) отражает многочисленные

физические и химические процессы, которые могут изменять свойства и массу нефтяного загрязнения, разлитого на водной поверхности.

Адвективный перенос нефтяного поля поверхностными течениями и ветром является главным процессом, определяющим его перемещение. Для расчета адвективного переноса используется векторное поле осредненных скоростей течений в исследуемой акватории. Такие сведения заимствуются из банков данных, либо используются результаты модельных расчетов. Скорость адвективного переноса считается равной взвешенной сумме скорости ветра и скорости поверхностного течения.

В модели применяется лагранжев метод вычисления адвективного переноса нефтяного поля, которое представляется ансамблем лагранжевых частиц равной массы. Количество ЛЛлагранжевых частиц является задаваемым параметром и может

выбираться из диапазона от 250 до 10000. Уравнения движения для каждой частицы интегрируются численно неявным методом второго порядка точности по времени. Диффузионная компонента скорости вычисляется методом случайных блужданий.

Доя описания выноса нефтяного загрязнения на берег в модели используются граничные условия частичного поглощения загрязнения. Значение коэффициента Я, показывающее, какая доля лагранжевых частиц отражается, а какая — поглощается берегом, задается для пяти типов берегового грунта. В численном расчете используется метод Монте-Карло.

Источник аварийного разлива нефти считается точечным, и, в качестве начального условия, задается площадь А0 гравитационно-инерционной фазы растекания, которая определяется решением Фея (1969):

(2)

где

относительная разность в плотностях р нефти и р^воды;

|g - ускорение свободного падения;

Ко - объем разлива;

V» - коэффициент кинематической

вязкости воды.

В модели описывается только гравитационно-вязкая стадия' растекания. Все нефтяное поле разделяется на совокупность односвязных областей, для которых вычисляется скорость движения границы. Каждая область связности нефтяного разлива считается растекающимся эллипсом, малая полуось Q которого совпадает с решением Фэя (1969):

г i сi = 1.417 эмпирическая константа;

t - время.

При вычислении большой полуоси R добавляется поправка, учитывающая скорость и направление ветра:

л-e+cjtW4, (4)

г д Сг = 0.15 — эмпирическая константа;

- скорость ветра.

Испарение нефти и нефтепродуктов интенсивно протекает в начальный период разлива. В это время испаряются преимущественно легкие фракции, затем процесс замедляется. На процесс испарения влияет состав нефти, температуры воды и воздуха, площадь нефтяного пятна, скорость ветра, солнечная радиация и толщина нефтяной пленки.

Анализируются два подхода. к моделированию процесса испарения: аналитический подход (Mackay et all., 1980) и метод псевдокомпонентов (Audunson et all., 1980). Выбирается последний метод, поскольку он является теоретически более обоснованным. Нефть или нефтепродукт представляются состоящими из нескольких компонентов, при этом скорость испарения определяется независимо для каждой. Суммарная скорость испарения вычисляется как комбинация скоростей- испарения, которые для z'-той фракции определяются уравнением:

dVl/dt = AKviXiPvilRT, (5)

г д V, объем /-той фракции;

А - площадь разлива;

К - коэффициент массопереноса;

V, - молярный объем /-той фракции;

X, — молярная концентрация /-той фракции; Р„ — давление паров /-той фракции; Я — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура.

Молярный объем v¡ /-той фракции определяется по температуре ее кипения с использованием модели ADIOS. Давление паров нефти вычисляется также по температуре кипения /-той фракции с помощью эмпирической формулы (Ткалин, 1986). Коэффициент массопереноса считается зависящим только от скорости ветра U и задается следующей формулой (Stiver, Mackay, 1986):

(6)

Образование эмульсии воды в нефти является еще одним важным процессом, влияющим на трансформацию нефтяного загрязнения. В противоположность испарению эмульгирование создает положительный поток массы, соответствующий вовлечению воды в нефтяное поле. За достаточно долгое время доля воды в нефтяном загрязнении может достигать 70 - 80 % от общего объема. Для вычисления скорости эмульгирования в модели используется основанное на результатах эмпирических исследований уравнение (Mackay et all., 1980):

(7)

г Д Fem - объемная доля воды в нефти;

К» - эмпирическая константа;

FtJ — зависящее от типа нефти предельное значение

К = 0.002Í/078

\ ' em J

Диспергирование нефти в толще воды определяется скоростью ветра, вязкостью нефти, поверхностным натяжением и толщиной нефтяной пленки. Для моделирования потока нефти в воду при диспергировании используется эмпирическое уравнение (Mackay et all., 1980);

т д т,/ - масса диспергированной нефти;

тда/ - масса нефти;

(1 - динамическая вязкость нефти;

А - толщина пленки;

а - коэффициент поверхностного натяжения.

Для обоснованного выбора эффективных и экономичных методов и технологий сбора разлитой по поверхности нефти требуется располагать оценками физико-химических свойств собираемой нефти: содержания воды в нефтяном загрязнении, ее вязкости и плотности.

В модели реализованы параметризации следующих методов и средств сбора нефтяного разлива: постановка боновых заграждений для его локализации, использование скиммеров для сбора нефтяного загрязнения, применение химических диспергентов и сжигание нефтепродукта.

Боновые заграждения в модели описываются уравнением цепной линии, положение которой определяется действием ветра и течений. Распределенная сила, действующая на единицу длины заграждения, представляется в виде суммы сил, создаваемых течением и ветром, каждая из которых параметризуется квадратичным законом сопротивления. Параметры цепной линии находятся приближенно из условий закрепления боновых заграждений на концах.

Сборщик нефти или скиммер в модели представляется отрицательным источником нефтяного загрязнения. Для него задаются

производительность Рг,* и эффективность Est. Общая скорость сбора нефтепродуктов скиммером вычисляется с помощью уравнения:

dM/dt = EikEM{\- Ftm\\ -EjPrrf , (9)

г д Ер коэффициент эффективности, учитывающий

изменения вязкости нефтепродукта;

Fem - среднее объемное содержание воды в

нефтяном поле вблизи сборщика нефти;

Ей — доля воды, дополнительно захватываемой в собираемой нефтеводяной смеси в зависимости от волнения.

Максимальная масса нефти, собираемая скиммером, определяется его емкостью С.

В модели реализованы два способа описания процесса химического диспергирования нефти. Первый подход учитывает уменьшение коэффициента поверхностного натяжения в зависимости от относительной доли диспергента в нефти, а также от свойств использованного диспергента, вследствие чего скорость этого процесса увеличивается. При втором подходе эффективность диспергента задается кусочно-линейной функцией отношения масс диспергента и нефти, а также ее составом.

Для моделирования сжигания нефти используется метод Garo et all. (1996). Горение каждой псевдокомпоненты нефтепродукта рассчитывается независимо и характеризуется скоростью изменения толщины нефтяного пятна. Скорость распространения пламени оценивается из закона сохранения энергии.

В третьей главе описываются и анализируются численные эксперименты по воспроизведению изменений. свойств нефти при разливах и имитация эволюции нефтяных разливов на акватории Невы.

Выполнено сравнение результатов расчета испарившейся доли нефти, содержания воды в нефтяной эмульсии, вязкости и плотности нефти с доступными эмпирическими данными для сырой нефти месторождения Статфьорд (Buchanan, Hurford, 1988).

Для проверки работоспособности модели и предварительной оценки способов и методов ликвидации аварии проведены несколько серий численных экспериментов по моделированию эволюции разлива сырой нефти и нескольких видов нефтепродуктов в различных гидрометеорологических условиях. В одной из серий экспериментов задавались место и объем разлива, а также выбранная марка нефти или нефтепродукта. В расчетах варьировались гидрометеорологические условия: направление и скорость ветра, температура воздуха и воды.

При моделировании'разливов дизельного топлива и сырой нефти анализировались зависимости от времени массы испарившейся части. нефтепродукта, массы нефтеводяной смеси, массы диспергированной нефти, площади и максимальной толщины нефтяного поля, массы нефти, выброшенной на берег, а также длины загрязненного участка побережья.

Результаты расчетов соответствуют теоретическим представлениям о процессах взаимодействия нефти и нефтепродукта с окружающей средой. В частности, значительное испарение отмечается только для сырой нефти, причем этот процесс протекает более интенсивно в теплую погоду и при сильном ветре. Процесс образования нефтеводяной эмульсии происходит более быстро также для сырой нефти; скорость этого процесса существенно возрастает при увеличении ветра и практически не зависит от температуры окружающей среды. Напротив, в воде диспергирует более быстро дизельное топливо, причем скорость этого процесса контролируется, в основном, скоростью ветра.

В четвертой главе излагается основанный на решении сопряженных уравнений подход к задаче обеспечения экологической безопасности зон приоритетной защиты от нефтяного загрязнения при

аварийных разливах нефти. Решение такой проблемы основано на получении оценок интегрального количества нефтепродукта, достигающего зон приоритетной защиты за заданное время при различных типах нефтяного загрязнения и гидрометеорологических условиях.

Для моделирования распространения нефти по акватории после аварийного разлива используется полуэмпирическое уравнение переноса и турбулентной диффузии (1) с использованием упрощающих предположений. Считается, что точечный и мгновенный разлив нефти массы 0 происходит в начальный момент времени ? = О в точке, задаваемой радиус-вектором =(*о>.)'о)' Скорость процессов

испарения и диспергирования считается пропорциональной концентрации нефтяного загрязнения, а константа скорости к зависит от вида разлитого нефтепродукта, температуры окружающей среды и скорости ветра. Для оценки значений к используются формулы модели, приводимые во второй главе. С целью имитации работы сборщиков нефти при - ликвидации аварийных разливов нефти в правую часть уравнения (1) добавляются отрицательные точечные источники. Окончательно, уравнение принимает вид:

На акватории Невы и Невской губы выделены зоны приоритетной защиты, к которым относятся водозаборы

г д <?/

4)

вычисляемая п о уравнению (9) эффективная производительность сборщика нефти, который непрерывно работает с момента, времени положение которого задается

функциями

единичная функция.

водопроводных станций и промышленных предприятий, места нереста рыб и гнездовий птиц, пляжи, курортные районы и культурные центры отдыха людей.

С целью обеспечения экологической безопасности N зон приоритетной защиты, которым - отвечают области акватории (1 = 1,2,..., N), интегральное количество нефти, попадающее в каждую из зон 01 за. время, начиная с момента не. должно превышать некоторых заданных констант Такое

требование накладывает ограничение на N функционалов

Если разрабатываются мероприятия по охране акватории от аварийных разливов нефти, то для оценки требуется многократное решение уравнения (10) с различным местоположением и объемом аварийного разлива. Другой путь, который основан на двойственном

однократного решения задачи, сопряженной к задаче распространения нефти.

В работе приводится сопряженное уравнение, которое имеет

ВИД-

(И)

представлении функционала с использованием решения

СДЯо.О) сопряженных уравнений, требует для каждой зоны С только

дС' дС' дС'

-йАС' +кс' = р,.

(12)

Для этого уравнения выводятся граничные условия, частичного поглощения. Однородные начальные условия задаются на

конце интервала времени, на котором рассматривается основная задача. Сопряженная задача должна решаться численно в обратном направлении времени, поскольку в этом случае при счете будет обеспечена: корректность задачи. При оценке интегрального количества нефти функции р,(х, () задаются равными единице внутри области акватории , и нулю - вне этих областей.

Для иллюстрации предложенного подхода формулируется одномерная модель распространения нефтяного загрязнения по речной акватории. Для этой модели получены и проанализированы аналитические решения одномерного варианта задачи (10), а также сопряженного к нему.

Решения сопряженной задачи являются функциями

влияния разлива нефти на зоны и дают количественную оценку экологической угрозы охраняемым зонам. Они содержат информацию о том, какое количество нефти попадет в выбранную область пространства и времени при произвольном объеме, месте и времени нефтяного разлива. Построение изолиний функции влияния с', (г,*)

позволяет определить области акватории, для которых опасность создания нефтяного загрязнения зон приоритетной защиты максимальна.

Приводится постановка задачи оценки эффективности использования сборщиков нефти. Для обеспечения экологической безопасности зон приоритетной защиты их интегральное загрязнение не должно превышать определенных пределов. В работе получены ограничения, которым должны удовлетворять значения производительности сборщиков нефти:

ее*(*о,0)-£ ¡С'(х,(13) м1

Последнее неравенство также дает возможность сформулировать задачу управления движением сборщиков нефти. Предполагается, что движение сборщика нефти описывается задачей Коши.для системы.обыкновенных дифференциальных уравнений,

зависящей от вектора управления. и. В качестве критерия оптимальности выбирается условие минимизации, интегрального загрязнения по зоне приоритетной защиты:

j,=ßc*M)-|j Jc'feWO&iO* ->min • (14)

В пятой главе рассматриваетсялвозможность формализации, экспертных оценок при принятии решений о выборе стратегий борьбы с разливами нефти.

Проведен анализ возможных вариантов реагирования- на. разливы нефтепродуктов при различных метеоусловиях и состоянии водной поверхности. Приводится сводная таблица рекомендуемых действий у источника разлива нефтепродуктов в различных ситуациях.

Для формализации принятия решения предлагается использовать методическую схему, получившую название "анализ на проблемных сетях". Содержательная часть этой схемы предполагает многовариантность исследования по совокупности взаимосвязанных, проблем, которые могут принадлежать различным. предметным областям и, которые в некоторой своей части являются трудно формализуемыми. В рассматриваемом случае, это параметры разлива, условия разлива и средства для его ликвидации.

Исходя из проблемной сети, и, предполагая, что для каждой ее проблемы А задано множество состояний наложим на каждое из этих множеств следующие ограничения:

(в«} с/, = 1, 2, ..., т,1

• состояния, принадлежащие множеству {я^}» представляют собой попарно несовместимые события;

• состояния, принадлежащие множеству

исчерпывают все имеющиеся возможности реализации проблемы А0>.

Эти условия означают, что в рамках каждой проблемы допустимые состояния образуют полный набор несовместимых событий. В случае проблем качественного характера взаимоисключаемость состояний обеспечивается смыслом соответствующих формулировок.

Выполнение вышеперечисленных условий позволяет воспользоваться формулой полной вероятности, применение которой к каждому состоянию каждой проблемы сети дает систему соотношений, структуру которой можно выразить следующим образом:

(15)

'И?)

Л^К)

где - вероятностный прогноз состояния

водной поверхности;

вероятностная экспертная оценка

применения определенной стратегии при условии определенного состояния водной поверхности;

интегральная вероятностная оценка принятия решений. При этом оптимальной стратегией в вероятностном смысле является та, которой соответствует максимальная вероятность Р'. В

'И

графическом виде результаты такого анализа стратегий реагирования можно выразить в виде гистограммы, мода которой соответствует наиболее предпочтительной стратегии реагирования на разливы нефти.

Изложенное выше может послужить основой для создания элементов имитационной и экспертной человеко-машинной системы, обеспечивающей выработку оптимальных решений при ликвидации аварийных разливов нефти в любое время года и при любых гидрометеоусловиях.

В заключении сформулированы основные результаты исследований:

1. Разработана и реализована модель нефтяных разливов, предназначенная для планирования, оперативного управления и оценки эффективности операций по ликвидации последствий аварийных разливов, а также разработки долгосрочных мероприятий по охране акватории от загрязнения нефтепродуктами. Модель позволяет по местонахождению и объему разлива, типу и физико-химическим характеристикам нефтепродукта, а также гидрометеорологическим условиям в районе разлива рассчитать положение и размер нефтяного поля;

2. В модели реализованы параметризации следующих методов и средств сбора нефтяного разлива: постановка боновых заграждений для его локализации, использование скиммеров для сбора нефтяного загрязнения, применение химических диспергентов и сжигание нефтепродукта;

3. На модельных экспериментах выполнена, оценка долей испарившейся нефти и воды в нефтяной эмульсии; вязкости и плотности нефти. Показано хорошее согласие полученных оценок с доступными эмпирическими данными;

4. Разработанная модель была использована для воспроизведения эволюции разлива сырой нефти и некоторых

нефтепродуктов при различных гидрометеорологических условиях в акватории Невы — Невской губы — Финского залива. Результаты расчетов соответствуют известным теоретическим представлениям о процессах взаимодействия нефти и нефтепродукта с окружающей средой;

5. Предложен метод определения интегрального количества нефти, попадающей в выделенную область акватории, для различных гидрометеорологических условий, местонахождения и характеристик источника разлива нефти. Метод основан на теории сопряженных задач;

6. Для иллюстрации предложенного подхода формулируется модель распространения нефтяного загрязнения по акватории. Для этой модели получены и проанализированы аналитические решения прямой и сопряженной задачи в одномерной постановке;

7. Метод использован для решения прикладных задач обеспечения экологической безопасности зон приоритетной защиты, а также эффективного использования средств борьбы с разливами нефти, в частности, применения сборщиков нефти;

8. Сформулирован комплексный метод выработки оптимальной стратегии ликвидации разливов нефти, основанный на использовании вероятностных гидрометеорологических прогнозов и вероятностных экспертных оценок. Метод апробирован в реальных условиях разливов нефтепродуктов для акватории Невы - Невской губы - Финского залива.

По теме диссертации опубликованы следующие работы: 1. План ликвидации аварийных разливов нефти на акватории города // Экологическая безопасность Санкт-Петербурга. — Спб.: 2002.-С. 17-25.

2. Мероприятия по обеспечению экологической безопасности на акватории Санкт-Петербурга // Экобалтика-2002. - Спб.: 2002. -С.13-15.

3. Опыт международного сотрудничества для обеспечения экологической безопасности в Балтийском регионе при нефтеразливах // День Балтийского моря. - Спб.: 2002. - С. 17 -19.

4. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов // Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 2002 году. - Спб.: 2003. - С. 302 - 313.

5. Мониторинг и экологическая безопасность Санкт-Петербурга // АКВАТЕРРА. - Спб.: 2003. - С. 219 - 222.

6. Аварийные разливы нефтепродуктов на акватории Санкт-Петербурга: предупреждение и ликвидация // Мат. 5-го междунар. экол. форума, посвященного 30-летию подписания Хельсинкской Конвенции. - Спб.: 2004. - С. 112 - 114.

7. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на Неве и в Финском заливе // Жизнь и безопасность. - Спб.: 2004. - С. 133 - 138 (совместно с И.К. Березиным).

8. Формализация экспертных оценок нефтеразливов // Материалы итоговой сессии ученого совета. Часть 2. Секция океанологии, экологии и физики природной среды. - Спб.: изд-во РГГМУ, 2004. - С. 126 - 127 (совместно с А.В. Дикинисом и А.В. Илларионовым).

9. Оценка загрязнения акватории при аварийных разливах нефти с помощью сопряженных уравнений // Материалы итоговой сессии ученого совета. Часть 2. Секция океанологии, экологии и физики природной среды. - СПБ.: изд-во РГГМУ, 2004. - С. 125 - 126 (совместно с С.А. Фокиным). /]

#15475

j

Изд. ЛП № 000048 от 11.12.98. Подписано в печать 06.05.04. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная UNION PRINT S. Гарнитура "Times". Печ. л. 1.0 Тир. 100 экз. Зак.№ 06t

Издательство "Знак" 191025, С.-Петербург, ул. Восстания, д. 6

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Крупнов, Олег Рэмович

Введение.

1 Гидрометеорологическая характеристика акватории водной системы устьевая область Невы-восточная часть Финского залива.8 '

1.1 Общая характеристика реки Нева.

1.2 Уровенный режим и расходы воды реки Нева.

1.3 Ледовые явления на реке Нева.

1.4 Невская губа.

1.5 Финский залив.

1.6 Климатические условия района Невской губы и Финского залива.

2 Модель начального этапа эволюции нефтяного разлива.

2.1 Существующая система диагноза аварийных разливов нефти для водной системы Нева-Финский залив.

2.2 Существующие математические модели нефтяных разливов.

2.3 Модель начального этапа эволюции нефтяного поля, предназначенная для мониторинга аварийных разливов.

2.3.1 Методология моделирования нефтяных разливов.

2.3.2 Перенос нефтяного загрязнения по водной поверхности.

2.3.3 Поверхностное растекание нефтяного загрязнения.

2.3.4 Турбулентная диффузия нефтяного загрязнения.

2.3.5 Испарение летучих фракций нефти.

2.3.6 Эмульгирование нефти в воде.

2.3.7 Диспергирование нефти в воде.

2.3.8 Параметризация процессов, отражающих технологии ликвидации нефтяных разливов.

2.3.9 Моделирование изменения состояния нефти.

3 Моделирование распространения нефтепродуктов при разливе в акватории "Нева-Невская губа-Финский залив".

3.1 Особенности разливов нефти и нефтепродуктов на акватории Невы, Невской губы и Финского залива.

3.3 Испытание модели, используемой для прогноза состояния собираемой нефти.

3.4 Численные эксперименты по моделированию разливов нефтепродуктов в различных гидрометеорологических условиях.

4 Оценка загрязнения акватории при аварийных разливах нефти с помощью сопряженных задач.

4.1 Постановка задачи обеспечения экологической безопасности зон приоритетной защиты при аварийных разливах нефти.

4.2 Сопряженная задача эволюции нефтяного разлива.

4.3 Аналитические решения задачи распространения нефти по акватории после разлива.

4.4 Оптимальное применение нефтесборщиков для ликвидации аварийных разливов нефти.

5 Стратегия борьбы с нефтеразливами.

5.1 Экспертный анализ стратегий борьбы с нефтеразливами на проблемных сетях.

5.2 Стратегии реагирования на разливы нефтепродукта.

5.3 Анализ на проблемных сетях выбора стратегии борьбы с разливами нефтепродуктов.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Модели для мониторинга аварийных разливов нефти на акватории водной системы Нева - Финский залив"

Актуальность темы исследования

Разработка моделей для мониторинга аварийных разливов нефти актуальна, поскольку такие модели в настоящее время стали обязательным и полезным инструментом, используемым для принятия решений при выборе к'" стратегий борьбы с аварийными разливами нефти, в оперативном управлении ликвидацией их последствий, а также для оценки воздействия аварий на окружающую среду.

Поступление в поверхностные природные воды нефтепродуктов из-за аварий нефтеналивных и других судов относительно невелико и составляет около 10 % общего количества нефти, попадающей в природные воды. Однако именно эти аварии становятся широко известными, поскольку в таких случаях на месте аварии выливаются десятки и сотни тысяч тонн нефти, что приводит к катастрофическим последствиям для прибрежных районов. Для организации своевременного сбора разлитой по поверхности нефти необходимо определить направление и скорость перемещения нефтяного пятна. Кроме того, под воздействием факторов окружающей среды происходят быстрые и значительные изменения свойств нефти. Поэтому для выбора эффективных и экономичных методов и средств, применяемых для сбора нефти и нефтепродуктов, необходимо располагать реалистичными оценками физико-химических свойств и количества собираемого вещества.

Одним из возможных путей повышения эффективности операций по h ликвидации аварийных разливов нефти (JIAPH) является использование физико-математических моделей, имитирующих поведение слоя разлитой на водной поверхности нефти, и позволяющих прогнозировать его перемещение под действием ветра и течений. Известные математические модели разливов нефти различаются количеством и видом параметризаций многочисленных физических, химических и биологических процессов, происходящих с нефтью при взаимодействии с окружающей средой. Достаточно полное аналитическое описание этих процессов отсутствует, а экспериментальные исследования сопряжены со значительными трудностями из-за большого разнообразия гидрометеорологических условий и значительных вариаций физико-химических свойств нефтепродуктов. Тем не менее, изучение влияния состояния природной среды на аварийные разливы нефти с использованием методов математического моделирования является наиболее перспективным методом исследования, поскольку позволяет учитывать как известные теоретические зависимости, так и доступные эмпирические данные.

Цель и задачи исследования

Цель диссертационной работы заключалась в создании системы управления акваторией "Нева-Финский залив" для снижения рисков нефтяного загрязнения.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие научные задачи:

• оценить физико-географические особенности водной системы "Нева-Невская губа-Финский залив" и гидрометеорологические условия, влияющие на поведение нефтяных разливов, что позволяет выявить наиболее опасные гидрометеорологические ситуации;

• разработать математическую модель начального этапа распространения нефтяного поля, который продолжается 1-2 дня после аварии, для прогнозирования траектории его движения и оценки потенциально опасного воздействия нефти на акваторию и прибрежные районы; к

• параметризовать в модели процессы взаимодействия нефти с окружающей средой: распространение нефтяного пятна по водной поверхности, испарение, образование водной эмульсии, диспергирование нефти в воде, а также параметризовать воздействия различных технологий JIAPH на распространение нефтяного загрязнения;

• создать модель эволюции нефтеводяной смеси под действием факторов окружающей среды с целью оперативного выбора эффективных методов и средств ее сбора;

• провести численные эксперименты по воспроизведению начального этапа нефтяного разлива на акватории водной системы "Нева-Финский залив" при различных гидрометеорологических условиях;

• разработать метод выявления областей акватории потенциально опасных для зон приоритетной защиты на основе теории сопряженных уравнений;

• разработать метод оптимизации применения сборщиков нефти для обеспечения экологической безопасности зон приоритетной защиты;

• формализовать выбор стратегии борьбы с нефтеразливами на основе анализа матрицы экспертных оценок принятия решений.

Научная новизна

В диссертационной работе впервые разработана система, позволяющая в оперативном режиме осуществлять мониторинг акватории водной системы "Нева-Финский залив", диагностировать аварийные ситуации, а также прогнозировать их развитие и на этой основе вырабатывать оптимальные управленческие решения с целью уменьшения экологического и экономического ущерба.

Практическая значгшость

Разработанные модели используются в практике планирования и проведения операций по JIAPH для анализа траектории распространения нефтяного пятна, определения оптимального количества сил и средств ликвидации аварии, расчета упреждающих точек для постановки боновых заграждений и контроля действия судов по локализации и ликвидации аварийного разлива нефти в реальном масштабе времени.

Апробация работы

Основные положения диссертации докладывались на 2-ой международной конференции "Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон" (Санкт-Петербург, 2002), на 6-ой международной конференции "Акватерра" (Санкт-Петербург, 2003), на 5-ом международном экологическом форуме, посвященном 30-летию подписания Хельсинкской Конвенции (Санкт-Петербург, 2004), на семинаре во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники им. Веденеева, на объединенном семинаре кафедры промысловой океанологии и охраны природных вод и кафедры комплексного управления прибрежной зоной, а также итоговой сессии ученого совета Российского государственного гидрометеорологического университета (РГГМУ, 2004).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 110 источников, и приложений. Основное

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Крупнов, Олег Рэмович

Основные результаты диссертации состоят в следующем:

1. Разработана и реализована модель нефтяных разливов, предназначенная для планирования, оперативного управления и оценки эффективности операций по ликвидации последствий аварийных разливов, а также разработки долгосрочных мероприятий по охране акватории от загрязнения нефтепродуктами. Модель позволяет по местонахождению и объему разлива, типу и физико-химическим характеристикам нефтепродукта, а также гидрометеорологическим условиям в районе разлива рассчитать положение и размер нефтяного поля;

2. В модели реализованы параметризации следующих методов и средств сбора нефтяного разлива: постановка боновых заграждений для его локализации, использование скиммеров для сбора нефтяного загрязнения, применение химических диспергентов и сжигание нефтепродукта;

3. На модельных экспериментах выполнена оценка долей испарившейся нефти и воды в нефтяной эмульсии; вязкости и плотности нефти. Показано хорошее согласие полученных оценок с доступными эмпирическими данными;

4. Разработанная модель была использована для воспроизведения эволюции разлива сырой нефти и некоторых нефтепродуктов при различных гидрометеорологических условиях в акватории Невы -Невской губы - Финского залива. Результаты расчетов соответствуют известным теоретическим представлениям о процессах взаимодействия нефти и нефтепродукта с окружающей средой;

5. Предложен метод определения интегрального количества нефти, попадающей в выделенную область акватории, для различных гидрометеорологических условий, местонахождения и характеристик источника разлива нефти. Метод основан на теории сопряженных задач;

6. Для иллюстрации предложенного подхода формулируется модель распространения нефтяного загрязнения по акватории. Для этой модели получены и проанализированы аналитические решения прямой и сопряженной задачи в одномерной постановке;

7. Метод использован для решения прикладных задач обеспечения экологической безопасности зон приоритетной защиты, а также эффективного использования средств борьбы с разливами нефти, в частности, применения сборщиков нефти;

8. Сформулирован комплексный метод выработки оптимальной стратегии ликвидации разливов нефти, основанный на использовании вероятностных гидрометеорологических прогнозов и вероятностных экспертных оценок. Метод апробирован в реальных условиях разливов нефтепродуктов для акватории Невы - Невской губы - Финского залива.

Заключение

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Крупнов, Олег Рэмович, Санкт-Петербург

1. Нежиховский Р. А. Вопросы гидрологии реки Нева. JL: Гидрометеоиздат, 1988. - 223 с.

2. Гидрометеорологические условия шельфовой зоны морей СССР. -Справочник. Т. 1. Вып. 1. Л.: Гидрометеоиздат. - 173 с.

3. Нежиховский Р.А. Река Нева и Невская губа. Л.: Гидрометеоиздат, 1981.- 109 с.

4. Государственный Водный Кадастр

5. Помыткин П.А. Сейшевые колебания уровня Балтийского моря и их влияние на наводнения в дельте реки Нева. Известия, ВГО. - 1977. Вып. 2.-С. 143- 149.

6. План операций по" ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов на акватории Санкт-Петербурга на 2002 2006 гг. - Санкт-Петербург, Управление по охране окружающей среды. - 2002.

7. Anderson E.L. et al. The Worldwide Oil Spill Model (WOSM). An Overview. Proc. 16th Arct. and Mar. Oil Spill Program. Techn. Semin. Calgary, 1993, v.2, 627- 646.

8. Leech M.V. An introduction to EUROSPILL: oil and chemical spill simulation model. Report No.LR862 (MPBM), 1992.

9. Walker M. M.McDonagh, D.Albonc, S.Grigson, A.Wilkinson, G.Baron. Comparison of observed and predicted changes to oil after spills. Proc. of 1993 Internat. Oil Spill Conf., Tampa, FL, 1993, 389 393.

10. Soukissian Т. H., G. T. Chronis, K. Nittis, C. Diamanti, 2001, Advancement of operational oceanography in Greece: The case of POSEIDON system. Global Atmos. Ocean Systems, 8, 119.

11. Elliott A. Shear diffusion and the spread of oil in the surface layer of the North Sea. Dt.Hydrogr.Z, 1986, H.3, 113 137.

12. Elliott A.J. N.Hurford, C.J.Penn. Shear diffusion and the spreading of oil slicks. Marine Pollution Bull., 1986, v. 17, No.7, 308 313.

13. Varlamov S.M., Yoon J.-H., Hirose N., Kawamura H. & Shiohara K. 1999. Simulation of the oil spill processes in the Sea of Japan Sea with regional ocean circulation model // J. Marine Science and Technology. N 4. P. 94107.

14. Varlamov S.M., Yoon J.-H., Nagaishi H. & Abe K. 2000. Japan Sea oil spill analysis and quick response system with adaptation of shallow water ocean circulation model // Reports of RIAM. Kyushu University. Japan. N 118. P. 9-22.

15. Brovchenko I., A. Kuschan F., V. Maderich V., M. Shliakhtun M., Yuschenko S., Zheleznyak M. 2003.-- The modelling system for simulation of the oil spills in the Black Sea// Proc. 3 EUROGOOS Conf. Pp. 56-62.

16. Jayko K., M.L.Spaulding, E.Howlett, W.Knauss, T.Isaji, E.L.Anderson, R.Goodman, B.McKcnzic. Personal computer oil spill response model: Canadian Beaufort'Sea. Proc. of the 1991 Int Oil Spill Conf., Wash., D.C., 1991,607-618.

17. Venkatesh S. The oil spill behaviour model of the Canadian Atmospheric Environment Service. Part I: Theory and model evaluation. Atmosphere Ocean, 1988, v.26, 93 108.

18. Venkatesh S., T.S.Murty. Modeling the drift and spread of oil slicks in the Arabian Gulf. Proc. of 1993 Internat. Oil Spill Conf., Tampa, FL, 1993, pp. 815-817.

19. El Sabh M.I., T.S.Murty. Simulation of the movement and dispersion of oil slicks in the Arabian Gulf. Natural Hazards, 1988, v.l, 197 219.

20. Tsahalis D.T. Contingency planning for oil spills: Riverspill a River Simulation Model. Proc. of the 1979 Oil Spill Conf., Amer. Petrol. Inst., Wash, D.C., 1979.

21. Fingas M., M.Sydor. Development of an oil spill model for the St.Lawrence river. Tech. Bull. No. 116, Inland Water Directorate, Water Management and Planning Branch Environment Canada, Ottawa, Ontario, 1980.

22. Yapa P.D., H.T.Shen, D.S.Wang. K.Angammana. An integrated computer model for simulating oil spills in the St. Lawrence River. J. of Great Lakes Research, 1992, 34-51.

23. Shen H.T., P.D.Yapa. Oil slick transport in rivers. Journ. of Hydraulic Eng., 1988,114, No.5, 529 543.

24. Shen H.T., P.D.Yapa, D.S.Wang, X.Q.Yang. A mathematical model for simulating fate and transport of oil spills in rivers (ROSS2). Report No.91 1, Dept. of Civil Eng., Clarkson Univ., Potsdam, NY, 1991.

25. Yapa P.D., RJ.Tfiomas, R.S.Rutherford, H.T.Shen. A Microcomputer Model for Oil Spill Simulation (MICROSS). J. of Computing in Civil Eng., 1989, v.3, No.l, 33 46.

26. Yapa P.D., H.T.Shen, S.Daly, S.C.Hung. Oil spill simulation in rivers. Proc. of the 1991 Internal. Oil Spill Conf., Amcr. Petrol. Inst., Wash., D.C., pp. 593 600.

27. Shen H.T., P.D.Yapa, M.E.Petroski. A simulation model for oil slick transport in lakes. Water Resourses Research, 1987, v.23, No.10, pp. 1949 -1957.

28. Yapa P.D., H.T.Shen, K.Angammana. Modeling oil spills in river lake systems. Proc. of 1993 Internat. Oil Spill Conf., Tampa, FL, 1993, pp. 611 -616.

29. Schwab D.J, J.R.Bennet, E.W.Lynn. 'PATHFINDER' A trajectory prediction system for the Great Lakes. Tech. Memo. ERL GLERL 53, Great Lakes Environ. Res. Lab., Natl. Oceanic and Atmos. Admin., Ann Arbor, Mich., 1984.

30. Boyd J.D. A surface spill model for the Great Lakes. Contrib.183, Great Lakes Environ. Res. Lab., Natl. Oceanic and Atmos. Admin., Ann Arbor, Mich., 1979.

31. Cekirge H.M., Palmer S.L. Mathematical modeling of oil spilled into marine waters. In: Oil Spill Modelling and Processes. Ed. C.A. Brebbia. WIT Press 2001, p 1—22.

32. Аникиев В.В., Ильичев В. Н., Мишуков В. В. Двумерная модель растекания и формирования неоднородностей нефтяной пленки на поверхности моря. Доклады АН СССР, 1984, т.278, №1, с.215-219.

33. Озмидов Р. В. Диффузия примесей в океане. Д.: Гидрометеоиздат, 1986. 125 с.

34. Oman G.J., M.Sydor. Development using Lagrangian marker method. J. Waterw. Port Coastal Ocean Div. Am. Soc. Civ. Eng., 107(WW3), 1981, p.131 148.

35. Бровченко И., Мадерич В., 2002, Численный лагранжевый метод для моделирования поверхностных разливов нефти, Прикладная гидромеханика, 4(76), № 4, с 1-14.

36. Cheng R.T., V.Casulli, S.N.Milford. Eulerian Lagrangian solution of the convection dispersion equation in natural coordinates. Water Resour. Res., 20(7), 1984, p.944-952.

37. Allen C.M. Numerical simulation of contaminant dispersion in estuary flows. Proc. R. Soc. Lond. (A) 381, 1982, p. 179 194.

38. Искиердо А.Г., Б.А.Каган, А.А.Рябикин, Д.В.Сеин. Численное моделирование растекания нефти по поверхности воды. 1995. Метеорология и Гидрология, № 7, с. 77-83.

39. Daling P.S. & Strom Т. 1999. Weathering of oils at sea: model/field data comparison // Spill Science & Technology Bulletin. N 5. P. 63-74.

40. Reed M., Johansen 0., Brandvik P.J., Daling P., Lewis A., Fiocco R., Mackay D., Prentki R. 1999. Oil spill modeling towards the close of the 20th century: overview of the state-of-the-art // Spill Science Technology Bulletin. N 5. P. 3-16.

41. Grell, G., A., J. Dudhia and D. R. Stauffer, 1994, A description of the fifth-generation Perm State/NCAR mesoscale model (MM5). NCAR Technical Note, NCAR/TN- 398+STR.

42. Blumberg A. F, G.L. Mellor, 1987, A description of a three-dimensional coastal ocean circulation model. AGU, Washington, DC, 4, 1.

43. Hirose N. & Yoon J.-H. 1996. The barotropic response to the wind in the Japan Sea // Proc. of Fourth CREAMS workshop. Vladivostok. Russia. P. 39-43.

44. Gait J.A. Trajectory analysis and simulation of oil spill movement. UNESCO Repts. Mar. Sci., 1984, No.28, p.46 54.

45. Журбас B.M. Основные механизмы распространения нефти в море. В кн.: Итоги науки и техники. Механика жидкости и газа. т.12. ВИНИТИ, М, 1978, с 144 159.

46. Монин А.С., В.П.Красицкий. Явления на поверхности океана. Д., Гидрометеоиздат, 1985, 375 с.

47. Филлипс О.М. Динамика верхнего слоя океана. 1980. Д.: Гйдрометеоиздат.-319 с.

48. Кепуоп К. Е. Stokes drift for random gravity waves. 1969. - J. Geophys. Res., vol. 74, N 28, p. 6991-6994.

49. Hoult D.P. Oil spreading on the sea. Ann. Rev. Fluid Mech., 1972, 4, 341 368.

50. Hunter J.R. An interactive computer model of oil slick motion. Oceanol. Int., 1980, 80,42 50.

51. Коротаев Г.К., В.А.Кровотынцев. Интегральная модель динамики нефтяного разлива. В кн.: Дистанционное зондирование океана. МГИ АН УССР, Севастополь, 1982, с. 108 115.

52. Langmur I. Oil lens on water and the nature of the monomolecular expanded films. J. of Chemical Physics, 1933, v.l, p.756 776.

53. Fay J.A. The spread of oil slicks on a cairn sea. In Oil on the Sea, edited by D.Hoult, p.53 64, Plenum, New York, 1969.

54. Fay J.A. Physical processes in the spread of oil on a water surface. Proc. of the Joint Conference on Prevention and Control of Oil Spills, p.463 ~ 467, American Petroleum Institute, Washington. D.C., 1971.

55. Fazal R. A., Milgram, J. H. The effect of the surface phenomena on the spreading of oil on water. Report No. MITSG 79-31, MIT Cambridge, 1979, 70 pp.

56. Blokker P.C. Spreading and evaporation of petroleum products on water. Proc. 4th Int. Harbour Congress, Verslagboek, Antwerp, The Netherlands, 1964, p. 911 919.

57. Fannelop Т.К., G.D.Waldmann. Dynamics of oil slicks, AIAA Journ., 1972, vol. 10, 506-510.

58. Fallah M.H., R.M.Stark. Literature review: movement of spilled oil at sea. Mar. Technol. Soc. J., 1976, No.l, 3 18.

59. Armstrong L.J., P.A.Mangarella, J.Barnes. A simple oil spill trajectory model for use in contingency planning. Proc. of 1993 Internat. Oil Spill Conf., Tampa, FL, 1993, 832 833.

60. Stolzenbaeh K.D., O.S.Madsen, E.E.Adams, A.M.Pollack, C.K.Cooper. A review and evaluation of basic techniques for predicting the behavior of1. X*'surface oil slicks. Rep.22, Dept. of Civil Eug., MIT, Cambridge, 1977.

61. Johansen O. DOOSIM A new simulation model for oil spill management, Proc. 1987 Oil Spill Conference, American Petrolium Institute, Washington, DC, pp. 529-532, 1987.

62. Murray S.P. Turbulent diffusion of oil in the ocean. Limnol. Oceanogr., 15(5), 1972, p.651 660.

63. Lehr W. J., Cekirge, H. M. Oil slick movements in the Arabian Gulf, Proc. Petroleum and the Marine Environment, Petromar Eurocean, pp. 737-741, 1980.

64. Lehr W. J., Belen M. S., Cekirge, H. M. Simulated oil spills at two offshore fields, Arabian Gulf Marine Pollution Bulletin, 12(11), pp. 371-374, 1981.

65. Lehr W. J., Cekirge, H. M., Fraga, R. J., Belen M. S. Empirical Studies of the spreading of oil spills, Oil and Petrochemical Pollution, 2, pp. 7-11, 1984.

66. Монин A.C., Яглом A. M. Статистическая гидромеханика. СПб.: Гидрометеоиздат, Т. 1, 1992, 696 с.

67. Morales R.A., Elliott A.J. & Lunel Т. 1997. The influence of tidal currents and wind on mixing in the surface layers of the sea // Marine Pollution Bulletin. N 34. P. 15-25.

68. Озмидов P. В. О расчете горизонтальной турбулентной диффузии пятен примеси в море. ДАН СССР, 1958, Т. 120, № 4, с. 761-763.

69. Okubo A. A. A review of theoretical methods for turbulent diffusion in the sea. J. Oceanogr. Soc. Japan, 1962, 20th Anniversary vol. p. 286-320.

70. Christensen F. T. Management of oil spill risks in Arctic waters, J. of Marine Environmental Engeneering, vol. l,pp. 131-159, 1994.

71. Audunson Т., Dalen, J. P. Mathison, J. Haldsen, J. Krogh, F. SLIKFORCAST Main Report, Continental Shelf Institute, Trondheim, Norway, 1980.

72. Jones R. K. A simplified pseudo-component oil evaporation model. Proc. Of the Twentieth Arctic and Marine Oil Spill Program Technical Seminar, Environment Canada, Ottawa, Canada, pp.43-61, 1997.

73. Mackey, D., Matsugu R. S. Evaporation rates of fluid hydrocarbon spills on land and water, Canadian J. of Chem. Engeneering, vol. 51, pp. 434-439, 1973.

74. AL-Rabeh A. H., Cekirge H. M., Gunay N. A stachastic simulation odel of oil spill fate and transport, Applied Mathematical Modeling, vol. 13, pp.322329, 1989.

75. Williams G. N., Hann R., James W. P. Predicting the fate of oil in the marine environment, Proc. of the Joint Conference on Prevention and Control of Oil Spills, American Petroleum Institute, Washington, DC, 1975.

76. Mackay D., I.Buistt, R. Marcarenhas, S.Paterson. Oil spill processes and models. Report EE 8, Environment Canada, 1980, Ottawa, 77 pp.

77. Stiver W., D.Mackay. Evaporation rates of spills of hydrocarbon and petroleum mixtures. Environmental Science and Technology, v. 18, p.834 840, 1984.

78. Rasmussen D. Oil spill modeling a tool for cleanup operations. Proc. of the 1985 Oil Spill Conf., Amer. Petrol. Inst., Wash., B.C., 1985, p.243 249.

79. Fingas M. F. The evaporation of oil spills: development and implementation of new prediction methodology. . In: Oil Spill Modelling and Processes. Ed. C.A. Brebbia. WIT Press 2001, p 111—138

80. Mackey D., Paterson S., Trudel K. A mathematical model of oil spill behaviour, Environment Protection Service, Ottawa, Canada, 1980.

81. NOAA (2000) ADIOS™ (Automated Data Inquiry for Oil Spills) version2.0. Seattle: Hazardous Materials Response and Assessment Division,NOAA. Prepared for the U.S. Coast Guard Research and Development Center, Groton Connecticut.

82. Tkalin A.V. Evaporation of petroleum hydrocarbons from films on a smooth sea surface. Oceanology of the USSR Academy of Sciences, 26, pp.473-474. 1986.

83. Fingas M., Fieldhouse B. & Mullin B. 1999. Water-in-oil emulsions results of formation studies and applicability to oil spill modelling // Spill Science & Technology Bulletin. N 5. P. 81-91.

84. Mackey D., Zagorski W. Studies of water in oil emulsions, Report to the Canadian Environmental Protection Service, Ottawa. Canada, 1982.1. V

85. Mackey D., Leinonen P. Mathematical model of the behavior of oil spills on water and natural and chemical dipersion, Report No. EPS-3-EC-77-19, Environmental Protection Service, Ottawa, Canada, 1977.

86. Garo, J.P., Vantelon, J.P., Gandhi, S., Torero, J.L. "Some observation on the pre-boilover burning of a slick of oil on water", Proceeding of the Nineteenth Arctic" and Marine OilSpill Program (AMOP) Technical Seminar, pp.1611-1626, 1996.

87. Mooney M. The viscosity of a concentrated suspension of spherical particles, J. Colloidal Science, 10, 1951, pp. 162-170.

88. Mackay D., Shiu W. Y. Hossain K., Stiver W., McCurdy D., Petterson S., Tebeau P.A. Development and calibration of an oil spill behavior model. Report No. CG-D-27-83, US Coast Guard Office of Research and Development: Groton, CT, 57 pp., 1982.

89. Buchanan I. & Hurford N. 1988. Methods for predicting the physical changes in oil spill tit sea // Oil Chemical Pollution N 4. P. 311-328.

90. Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 2000 году // под редакцией Д.А. Голубева, Н.Д. Сорокина. СПб., 2001. - 452 с

91. Опыт международного сотрудничества для обеспечения экологической безопасности в Балтийском регионе при нефтеразливах // День Балтийского моря. Спб.: 2002. - С.

92. Мониторинг и экологическая безопасность Санкт-Петербурга // АКВАТЕРРА. Спб.: 2003. - С. 219 - 222.

93. Мероприятия по обеспечению экологической безопасности на акватории Санкт-Петербурга // Экобалтика-2002. Спб.: 2002. - С.

94. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов // Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 2002 году. Спб.: 2003. - С. 302 - 313.

95. Марчук Г. И. Математическое моделирование в проблеме окружающейсреды. М., 1982. 320 с.

96. Марчук Г.И. Применение сопряженных уравнений к решению задач математической физики. Успехи механики, 1981, № 1, с. 7-12.

97. Петросян JI. А., Захаров В. В. Введение в математическую экологию. -Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1986. 224 с.

98. Арсенин В. Я. Методы математической физики и спецальные функции. М.: Наука.-1974.-432 с.

99. Красовский Н. Н. Управление динамической системой. М. 1985. 518 с.

100. Анализ нечисловой информации в социологических исследованиях // Академия Наук СССР

101. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Наука, 1988. - 446 с.

102. Анализ на проблемных сетях. Вып. 1. М.: - 1980.

103. План ликвидации аварийных разливов нефти на акватории города // Экологическая безопасность Санкт-Петербурга. Спб.: 2002. - С. 17 -25.

104. Аварийные разливы нефтепродуктов на акватории Санкт-Петербурга: предупреждение и ликвидация // Мат. 5-го междунар. экол. форума, посвященного 30-летию подписания Хельсинкской Конвенции. Спб.: 2004.-С. 112-114.

105. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на Неве и в Финском заливе // Жизнь и безопасность. -Спб.: 2004. С. 133 - 138 (совместно с И.К. Березиным).

106. Формализация экспертных оценок нефтеразливов // Материалы итоговой сессии ученого совета. Часть 2. Секция океанологии, экологии и физики природной среды. СПБ.: изд-во РГГМУ, 2004. С. 126- 127 (совместно с А.В. Дикинисом и А.В. Илларионовым).