Прогнозирование загрязнения нефтью прибрежных вод Республики Нигерия

Оби Эммануэль Оду

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Прогнозирование загрязнения нефтью прибрежных вод Республики Нигерия
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Прогнозирование загрязнения нефтью прибрежных вод Республики Нигерия"

На правах рукописи

ОБИ Эммануэль Оду

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЬЮ ПРИБРЕЖНЫХ ВОД РЕСПУБЛИКИ НИГЕРИЯ

03.00.16-Экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар-2009

003474444

Работа выполнена на кафедре физики ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель: доктор педагогических наук, кандидат физико-математических наук, профессор Шапошникова Татьяна Леонидовна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ясьян Юрий Павлович;

кандидат географических наук, профессор Яйли Ервант Аресович

Ведущая организация: Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, г. Новороссийск

Защита состоится 9 июля 2009 года в 10°° на заседании диссертационного совета ДМ 212.100.08 Кубанского государственного технологического университета по адресу: 350020, г. Краснодар, ул. Красная, 135, ауд. 94

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корпус А

Автореферат разослан 9 июня 2009 г.

Ученый секретарь — ^

диссертационного совета, (/ п/С/С^ы^/■

кандидат химических наук, доцент - Г.Г. Попова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последние десятилетия значительно увеличилось потребление сырой нефти во многих странах мира. Нефть - ценнейшее сырье, без использования которого невозможна современная цивилизация. Однако процессы добычи, транспортировки, хранения и переработки нефти и нефтепродуктов очень часто становятся источниками загрязнения окружающей среды, которое может приобретать катастрофические масштабы.

Экологические катастрофы происходят при авариях нефтепроводов, когда на значительных пространствах загрязняются нефтью почва и водные источники. Серьезное влияние на экологическую ситуацию оказывают пожары и диверсии на трубопроводах и нефтехранилищах. В результате окружающая среда (воздух, вода, почва и растительность) загрязняется нефтепродуктами, страдает животный мир, а попадание нефтепродуктов в питьевую воду непосредственно угрожает здоровью населения.

Среди многочисленных вредных веществ антропогенного происхождения, попадающих в окружающую среду, нефтепродуктам принадлежит одно из первых мест. Попадание нефти и ее компонентов в окружающую среду вызывает изменение физических, химических и биологических свойств и характеристик природной среды обитания, нарушает ход естественных биохимических процессов. В ходе трансформации углеводородов нефти могут образовываться еще более токсинные соединения, чем исходные, обладающие канцерогенными и мутагенными свойствами, стойкие к микробиологическому расщеплению.

Любой из классов нефтепродуктов может стать вредной примесью, загрязняющей воду. В небольших концентрациях нефтяные загрязнения могут влиять на вкус и запах воды, а при больших содержаниях они образуют гигантские нефтяные пятна и становятся причиной экологических катастроф. Легкие нефтепродукты частично растворяются в воде, но большая их часть образует с водой эмульсии различного состава, а тяжелые нефтепродукты попадают на дно водоемов и накапливаются в донных осадках. Попадающие в природные воды нефтяные загрязнения имеют тенденцию к рассеиванию и миграции. При этом в поверхностных водах состав нефтепродуктов под влиянием испарения и интенсивного протекания химического и биологического разложения претерпевает за короткий срок быстрые изменения. В подземных же водах, наоборот, процессы разрушения нефтепродуктов заторможены. Число экологических катастроф, связанных с разливами нефти при транспортировке танкерами, морском бурении и других видах деятельности человека, продолжает увеличиваться.

и катастроф составило 9583, что оказало значительное влияние на экологию Гвинейского залива. Вопросы прогнозирования и моделирования нефтяных розливов приобретают крайнюю актуальность, так как специфика морского дна Гвинейского залива диктует строго определенный фарватер движения судов. Географическое положение залива, направление морских течений замедляет естественные процессы рассеивания даже небольших нефтяных розливов, что приводит к сокращению и гибели биологических ресурсов в территориальных водах Нигерии является одним из основных пищевых ресурсов страны. В Нигерии приблизительно двадцать рек, большинство из которых протекают через богатую нефтью Нигерскую дельту и впадают в прибрежные воды Федеративной Республики Нигерия. Если происходит разлив в результате выброса из нефтяной скважины, поврежденных нефтепроводов или по какой-либо другой причине, то в большинстве случаев эти реки выносят нефть в прибрежные воды Федеративной Республики Нигерия. Территория прибрежной зоны Гвинейского залива является одним из немногих мест отдыха, курортом с минеральными источниками, грязелечением. Загрязнение акватории моря и земель сельскохозяйственного назначения происходит при добыче нефти на шельфе и на суше.

В настоящее время государственная система экологического мониторинга Федеративной Республики Нигерия находится в стадии становления, что требует разработки экспресс-методов для определения масштабов экологических катастроф и принятия верных управленческих решений по локализации и утилизации нефтяных загрязнений для обеспечения экологической безопасности государства.

Поэтому создание математической модели, способной прогнозировать поведение и траекторию движения нефти, попавшей в море, актуально для Федеративной Республики Нигерия. Ряд научных работ посвящены моделированию динамики и деструкции нефтяного слика на акватории моря (Дем-бицкий С. И., Марчук Г.И., Гвоздев P.M., Lehr W.J., Cekirge Н.М., Fraga R.J., Belen M.S., Reddy G. S., Brunet M., Tkalich P., Huda M. К.), проблемам биологических популяций (модели Ферхюльста П.Ф., Гомпертца Б., Мальтуса Т., Базыкина А. Д. и др.), движению нефтяного слика на поверхности моря работы (Афанасьева H.A., Зданьски А.К., Израэль Ю.А., Крылова Т.О., Монин A.C., Нунупаров С.М., Удодов А.И., Озмидов Р.В., Резниченко Г.Ю., Рубин А.Б., Тарасенко J1.H., 1. Fay, С. Gerlach, D. Mackay, Р. Yapa и др).

Проблема исследования заключается в разработке принципов и практических мер, направленных на охрану живой природы на экосистемном уровне в Нигерской Дельте и водах Гвинейского залива.

Цель диссертационного исследования состоит в повышении экологической безопасности прибрежных вод Федеративной Республики Нигерия путем прогнозирования загрязнения нефтью вод прибрежной зоны, мониторинга динамики нефтяного разлива и создании математической модели про-

цесса с учетом имеющихся в настоящее время данных, описывающих состояние экосистемы.

Для достижения цели исследования и проверки гипотезы автором были поставлены и решены следующие задачи:

1. На примере аварийных нефтяных розливов на предприятиях добычи и транспортировки нефти установить особенности влияния гидрометеорологических и климатических условий, физических и химических свойств разлившейся нефти на форму и динамику ее распространения в береговой зоне.

2. Разработать математическую модель нефтяного загрязнения прибрежных вод Федеративной Республики Нигерия, учитывающую комплексное воздействие влияния добычи и транспортировки нефти на экосистемы, конвективный перенос, процессы диффузии, растекания, испарения, биологической деструкции, поверхностные течения и влияние сезона года.

3. Создать программный комплекс имитационного моделирования "Slickmovement", позволяющий произвести экспресс-оценку динамики и деструкции нефтяного пятна для принятия административных мер по минимизации антропогенного воздействия.

4. Выполнить численный эксперимент для определения направления, динамики и деструкции нефтяного пятна в прибрежных водах Федеративной Республики Нигерия в зонах аварийных и чрезвычайных ситуаций.

5. На основании результатов прогнозирования движения нефтяных загрязнений предложить комплекс работ по очистке акватории моря, обеспечивающих экологическую безопасность региона.

Научно-теоретическую основу исследования составили:

- результаты экологического космического мониторинга Федеративной Республики Нигерия;

- законы изменения радиуса нефтяного слика (Fay I., Blokker Р., Зданьски, А.К., Крылова Т.О., Тарасенко Л.Н.);

- методы решения дифференциальных уравнений в частных производных (Lehr, W.J., Cekirge, Н.М., Fraga, R.J. и Belen, M.S., Reddy, G. S. и Brunet, M., Tkalich, P., Huda, M. K., Gin, K. Y. H.);

- метод конечных разностей для решения дифференциальных уравнений- в частных производных (Stroud, К. А., Самарский A.A. Lehr, W.J., Cekirge, Н.М., Fraga, R.J. и Belen, M.S., Reddy, G. S. и Brunet, M., Tkalich, P., Huda, M. K., Gin, K. Y. H.);

- метод суммарной аппроксимации решения дифференциальных уравнений в частных производных (Stroud, К. А., Самарский A.A. Lehr, W.J., Cekirge, Н.М., Fraga, R.J. и Belen, M.S., Reddy, G. S. и Brunet, M., Tkalich, P., Huda, M. K., Gin, K. Y. H.);

- методы построения явных и неявных схем (Stroud, К. А., Самарский A.A.,Lehr, W.J., Cekirge, Н.М., Fraga, R.J. и Belen, M.S., Reddy, G. S. и Brunet, M., Tkalich, P., Huda, M. K., Gin, K. Y. H.).

Методы исследования: методы оценки риска, анализ научно-

методической литературы и практического опыта, методы математической физики, теории специальных функций, вычислительной математики и математического анализа, теории вероятностей и математической статистики. Для программной реализации алгоритмов использован аппарат численного математического моделирования и пакеты прикладных программ компьютерной математики.

База исследования: Кубанский государственный технологический университет (Институт нефти, газа и энергетики и безопасности, кафедра технологии нефти и экологии; факультет компьютерных технологий и автоматизированных систем: кафедра физики, кафедра ВТ и АСУ); Кубанский государственный университет (факультет прикладной математики: кафедра прикладной математики); НПО «Бурение» г.Краснодар.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Установлены особенности влияния гидрометеорологических и климатических условий, физических и химических свойств разлившейся нефти на форму и динамику распространения нефтяного пятна в прибрежных водах Федеративной Республики Нигерия в результате аварийных ситуаций, связанных с добычей, транспортировкой, перевалкой нефти.

2. Разработана математическая модель нефтяного загрязнения прибрежных вод Федеративной Республики Нигерия, позволяющая моделировать динамику нефтяного пятна на поверхности моря, учитывающая конвективный перенос, процессы диффузии, растекания, испарения, биологической деструкции, гидрометеорологические условия и направления поверхностных течений Нигерской Дельты.

3. Создан программный комплекс имитационного моделирования "Slick-movement", визуализирующий динамику и деструкцию нефтяного загрязнения в море с одновременным учетом физических, физико-химических, биологических, гидрометеорологических и климатических условий.

4. Проведен численный эксперимент, позволяющий определить направление, динамику и деструкцию нефтяного пятна в прибрежных водах Федеративной Республики Нигерия в зонах аварийных и чрезвычайных ситуаций, выявить влияние сезона года, поверхностных течений, физических параметров и экологических факторов.

6. Впервые создана модель прогнозирования развития техногенных экологических катастроф, практическое применение которой предоставляет возможность управление экологической безопасностью при чрезвычайных ситуациях и разработке превентивных мер правительством Федеративной Республики Нигерия.

Теоретическая значимость результатов работы заключается в следующем:

1. Полученные результаты могут быть использованы для оценки масштабов нефтяных загрязнений с учетом изменений физических и химических свойств нефти при растекании ее на поверхности моря в прибрежной зоне с заданной картой течений.

2. Математическое моделирование процессов нефтяного разлива на поверхности моря в береговой полосе позволяет произвести оценку площади загрязнения, времени движения нефтяного пятна к берегу, рассчитать минимальные сроки ликвидации.

3. Разработаны методики для проведения численного эксперимента, позволяющего наблюдать за изменением нефтяного пятна в динамике, как при мониторинге загрязнения, так и в процессе его ликвидации.

4. Рекомендованы методы для очистки нефтезагрязненных областей на поверхности моря, обеспечивающие снижение негативного воздействия нефтяного загрязнения на окружающую среду и учитывающие результаты исследования зависимости поведения нефти от различных факторов.

Практическая значимость результатов работы заключается в том, что:

создана математическая модель, позволяющая прогнозировать траекторию движения нефтяного слика;

разработана методика, позволяющая на основе математической модели определить площадь загрязнения моря, время движения нефтяного пятна до берега;

в диссертационном исследовании предложен подход к проведению поставарийных мероприятий по устранению нефтяных разливов, даны рекомендации.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечиваются использованием данных, предоставленных органами системы государственного мониторинга Федеративной Республики Нигерия, лабораториями, аккредитованными ЮНЕСКО, данных космического мониторинга, методов исследования, адекватных целям и задачам работы, репрезентативностью экспериментальных данных, корректностью проведенного численного эксперимента.

Использованы современные математические методы, учитывающие многокомпонентность экологических составляющих: физико-химических, биологических, гидрометеорологических, необходимых для более полной экологической картины. Учтены особенности взаимодействия между различными показателями экосистемы.

Основные положения, выносимые на защиту 1. Результаты анализа аварийных и чрезвычайных ситуаций, связанных с загрязнением нефтью двух основных рек Нигерии - Нигера и Бенуэ, морских портов Лагоса, Харкота, Калабара, проблемы прогнозирования распространения области загрязнения с учетом влияния гидрометеорологических и кли-

матических условий, физических и химических свойств разлившейся нефти на форму и динамику распространения ее в прибрежных водах.

2. Математическая модель распространения нефтяного загрязнения по поверхности моря с учетом сложности экосистемы, естественных и искусственных способов деструкции, специфических гидрометеорологических и климатических условий исследуемой территории.

3. Впервые разработанный программный комплекс имитационного моделирования "ЗНсктоуетеШ", визуализирующий динамику и деструкцию нефтяного загрязнения в море с одновременным учетом диффузии, конвективного переноса, биологической деструкции, скорости поверхностных течений Гвинейского залива.

4. Методика численного эксперимента по определению направления, динамики и деструкции нефтяного пятна в прибрежных водах Республики Нигерия показывающего влияние сезона года, поверхностных течений, физических параметров и экологических факторов для зон аварийных и чрезвычайных ситуаций. Эксперимент выполнен для мест наиболее частого разлива нефти, находящихся в 20 км (6°14' северной широты и 3°48' восточной долготы - зона А), 30 км (6°06' северной широты и 4 05' восточной долготы - зона В) и 70 км (5°33' северной широты и 4°06' восточной долготы - зона С) от Нигерийской береговой линии.

5. На основе экспериментальных результатов комплексного изучения поведения нефти во время аварийных и чрезвычайных ситуаций формализован и научно обоснован подбор существующих методов для очистки нефтезаг-рязненных областей на поверхности моря и предложен порядок их использования. Рассмотрены имеющиеся в настоящее время способы и методы утилизации и ликвидации нефтяных загрязнений, дана их сравнительная характеристика с точки зрения комплексного влияния на экосистемы.

6. Модель прогнозирования развития техногенных экологических катастроф в Гвинейском заливе. Алгоритм управления экологической безопасностью при чрезвычайных ситуациях и рекомендации по превентивным мерам для правительства Федеративной Республики Нигерия.

Апробация и внедрение результатов работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях по экологии: «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах» (г. Анапа, 2007 г.), «7-я объединенная научная конференция студентов и аспирантов компьютерных технологий и прикладной математики» (г. Краснодар, 2007 г.); обсуждались на заседаниях кафедр физики и технологии нефти и экологии. Результаты работы внедрены в учебный процесс при обучении студентов факультета КТАС Кубанского государственного технологического университета.

Публикации: По теме диссертации опубликовано девять статей: пять статей в российских изданиях и четыре статьи в журналах, рекомендованных

ВАК для публикации результатов докторских и кандидатских диссертационных исследований.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников из 140 наименований и восьми приложений. Работа изложена на 199 страницах машинописного текста и содержит 71 рисунок, 24 таблицы.

Автор выражает благодарность профессорам Дембицкому С.И. и Урте-нову М.Х. за обсуждение результатов работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актульность темы исследования, сформулированы его цели и задачи, научная новизна и практическая значимость работы, организация и этапы исследования, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Современное состояние проблемы загрязнения нефтью прибрежных вод Федеративной Республики Нигерия» проведены анализ и обобщение литературных данных, касающихся состояния акватории прибрежных вод, источников загрязнения нефтью, направлений ветра и морских течений. Выявлены особенности движения нефтяных загрязнений с учетом направлений течений в Гвинейском заливе. Нигерия граничит с Республиками Нигера и Чада на Севере, с Республикой Бенина на Западе, с Республикой Камерун на Востоке и с Атлантическим океаном на Юге. Протяженность береговой линии Атлантического океана в Нигерии составляет 853 км, весь континентальный шельф занимает 46300 км2 (рисунок 1).

Прибрежные воды Республики Нигерия подвержены загрязнению из следующих источников: вынос нефти и нефтепродуктов речными стоками, аварии на нефтяных скважинах, аварийные залповые сбросы с судов. Любые загрязнения нефтью прибрежных вод Республики Нигерия неблагоприятно сказываются на морских портах Лагоса, Харкота и Калабара и затрагивают другие зоны.

В этой главе раскрыто физико-химическое и биологическое влияние нефти на экосистемы. Приведены таблицы классификации сортов нефти по удельному весу, физическим характеристикам (выбраны три сорта нефти Arabian Super light, Bonny light, Merey). Приведена графическая зависимость вязкости от температуры для сорта сырой нефти «Bonny light» - базового сорта нефти, добываемой в Нигерии в дельте реки Нигер. Особенностью данного сорта нефти является резкое уменьшение вязкости в диапазоне температур от 18 до 12 °С (температуры помутнения). При температуре около 12 °С вязкость повышается до такой степени, что нефть полностью теряет свою текучесть. У двух других представленных сортов нефти температура застывания и температура помутнения ниже О °С. Эта особенность нефти «Воппу light», добываемой в Нигерии, требует разработки специфических мероприятий по ликвидации разливов нефти, так как в диапазоне сезонных темпера-

тур, характерных для данной климатической зоны, происходит резкое помутнение и застывание нефти.

прибрежные Равнина Нижняя Нигер екая Леса 'Западная

равнины Дельты Нигер екая пойма мангрового прнореэкная песка пойма дерева равнина

Рисунок 1 - Нигерская Дельта, ее реки, штаты и растительность Анализ числа нефтяных разливов в Нигерии (с 1976 года по 2005 год общее число инцидентов превысило 9092) показывает, что в окружающую среду попало 3097806,5 баррелей нефти. В этой же главе приводится характеристика аварий и катастроф, связанных с разливами нефти и дистанционные методы идентификации нефтяных разливов на поверхности моря.

Во второй главе «Математическое моделирование нефтяного загрязнения в прибрежных водах Гвинейского залива» рассмотрены особенности моделирования сложных экосистем, предлагается система математических моделей динамики и деструкции нефтяного пятна с учетом физико-химической реакции и биологического окисления.

Уравнение, описывающее распространение 1-го фактора фракции с концентрацией С; под влиянием турбулентной диффузии, ветров и течений с

учетом j-й физико-химической реакции или биологического окисления Л, имеет вид:

ас, дс вс, дс, „ д'с, „ д'с, „ д'с, < „ ч п

—'- + и—L + v—'- + w—'--К —J--K —~-К.—г +ЛС,/?,)=0, (1) dt Эх ду дг дх! " ду' " dz' v '''

где C,(x,y,z,t) - концентрация загрязнения, мг/м2; t — время, с; х, у, z - декартовые координаты текущей точки, м; ось z направлена вертикально вниз; и, v, w - компоненты вектора скорости течения, удовлетворяющего уравнению

неразрывности — + — + — = 0, м/с; Кх, Ку- коэффициенты турбулентной

дх ду dz

диффузии в плоскости (х,у), м2/с; Кг - коэффициент вертикальной диффузии, м2/с; F(C.,R.) - функция, определяющая деструкцию г'-го фактора фракции в

результате j-й реакции R. (испарение, растворение, биологическое окисле-

пие).

Турбулентность считается гомогенной и изотропной в плоскости (х,у), т.е. Кх = Ку = const и Kz = const, поскольку такой вариант наиболее приближен к реальным условиям, которые обычно рассматриваются при океанографических расчетах.

В общем случае уравнение задается в некоторой ограниченной пространственной области G, описывающей шельфовую зону моря и имеющей боковую поверхность Е, основания Е„, Z„ и постоянную глубину Я. Будем считать также, что пересечение боковой поверхности Z плоскостью моря представляет собой объединение твердой границы X, и жидкой границы Е,. Для ряда процессов уравнение рассматривается на поверхности моря S, и задача, становится двумерной.

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

1) мгновенный выброс продукта Q в точке (хп, уп, z0)

С, (х, у,0) = Q,S{x - х0 }$(у - У г, № - * J (2)

где Q. - средняя поверхностная плотность /-й фракции нефтяного загрязнения; (х0, yd, zn) - координаты источника загрязнения; S(x) - дельта-функция Дирака;

2) поверхностная плотность i-й фракции нефтяного загрязнения на части поверхности моря задана как

(о, (x,y)es„ v

где Q. - средняя поверхностная плотность i'-й фракции нефтяного загрязнения; S/ - область, покрытая первоначальным нерастекшимся пятном.

При достижении границы 2, в зависимости от физико-химических свойств нефти и морфологической структуры побережья происходит отраже-

■■рС„ (4)

ние, частичное или полное прилипание нефти. Соответствующие граничные условия можно задать в виде

дС дп

где п - нормаль к линии берега 2,; 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) называют условием неприлипания, и оно означает полное отражение нефти в точке (х,у).

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

С,(х,у,г4^=0. (5)

Это означает, что за границей области 5 концентрация нефти в расчетах не учитывается.

Оператор деструкции строится моделированием соответст-

вующей реакции К., при этом к уравнению (1) добавляется уравнение, описывающее соответствующую реакцию, и полученная система уравнений совместно с начальными и краевыми условиями описывает математическую модель динамики г-го фактора фракции при учете реакции Я..

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

В этой же главе представлены уже использованные ранее другими авторами математические модели, такие как многофазная модель нефтяного пятна, модель численного прогнозирования движения нефтяного слика и двумерная численная модель. Эти модели очень популярны и используются во многих коммерческих и образовательных программах. Проведено сравнение полученных значений физических, химических и биологических параметров разлива в различных моделях и дана оценка результатов.

В этой же главе автором строится математическая модель нефтяного загрязнения на шельфе Гвинейского залива (прибрежных вод Федеративной Республики Нигерия) при следующих предположениях.

1. Прибрежные воды Федеративной Республики Нигерия подвержены загрязнению как было указано в главе 1.

2. Разрушения нефтяного загрязнения происходит как за счет естественных (испарение, растворение, эмульгирование, осаждение и т.д.), так и искусственных причин (мер борьбы с загрязнениями: сбор нефтепродуктов, использование боновых заграждений, разложение нефтепродуктов биологическими методами).

Математическая модель нефтяного загрязнения поверхности моря с учетом указанных выше естественных и искусственных способов деструкции нефтяного пятна описывается полуэмпирическим уравнением диффузии:

ее дс ее „ в2с „ егс „

+ и +у К -К +ДС) = о, (6)

<3/ дх ду дх ду

здесь С - концентрация нефти, кг/м2; время, с; г/, у- компоненты вектора скорости течения, в общем случае зависящие от времени, м/с2', х,у - декартовы координаты; Кх, Ку - коэффициенты турбулентной диффузии вдоль осей координат х и у соответственно, м2/с. Функция Г(С) описывает соответствующий процесс деструкции и в зависимости от характера процесса деструкции имеет вид:

дС. дС 5С, „ 62С. ^ д2С, К,Х,Р, ,,(„,) „ —- + и—- + V—'--К,—т--К„—'■ 'М}' = 0; (7)

5/ дх су дх1 ду1 ИТ

¡=1,1=2

ее,. эс, ос, ^ дгс, „ д-с, Л . , ,в,

—- + и—+ у—--К, - к,—г- = 0, 1=3, (8)

81 дх ду дх' ду'

К X Р.

где описывает уменьшение нефти только за счет испарения, ; г-

время, с; КЕ - коэффициент массопереноса для углеводорода, м/с; X, - мо-

М, о

лярная доля компонента с номером равная ——; Р, - давление паров ком-

ХЛ/.

понента с номером /, Па; Л - газовая постоянная, 8,314 Дж/моль-К; Т- температура окружающей среды над поверхностью слика, К; значение молярной массы М1'"] компонента с номером г определяется по периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.

Таким образом, система уравнений, описывающая перенос, деструкцию и растворение нефтепродуктов, имеет вид

8С ВС дС „ д'С „ д'С ,1П „„,.(„) „ . , . - ™

— + ч — + --К,,——Г+ К," Х^^У > = 0, 1 = 1,1 = 2; (9)

д1 дх ду дх' ду~

дс, ее,. дс, к д'с, „ д'с, . „„

— + м—- + у—--К„—г~Ку—7" = 0, 1 = 3, (10)

9/ дх ду дх ду'

где г- время, с; К0 - коэффициент массопереноса для углеводорода, .м/с; ^ -

М, с

молярная доля компоненты с номером 1, равная -——; 5,- — растворимость в

ЕМ.

воде компоненты с номером /, кг/м3.

Таким образом, система уравнений, описывающая бактериальное разложение нефтепродуктов, имеет вид

дС дс дс „ Э:С ,, дгС 1 ц,„С ,А п ,1П

— + ы— + у--Кх—т--К —- +———М= 0, (11)

5« дх ду х дх1 ' ду- (/С + А:,

где к - коэффициент пропорциональности между количеством бактерий и поглощенным субстратом; /<,„ - максимальная скорость роста микроорганизмов; K¡ - коэффициент насыщения; М-численность популяции бактерий.

Граничные и начальные условия зависят от способа загрязнения:

Для одномоментного залпового выброса граничные и начальные условия имеют вид:

C|í=o. и, у) Eí„ = С0 (12)

где So - область, покрытая пятном,

Со- концентрация нефти в изучаемой области.

Автором разработаны и реализованы алгоритмы численного решения вышеописанных краевых задач. Создан программный комплекс 'Slickmove-ment' на основе неявной схемы, устойчивой для всех скоростей поверхностного течения. Приведена методика использования программного комплекса «Slickmovement» для численных расчетов, визуализации и анализа результатов моделирования на примере нефтяного загрязнения прибрежных вод Федеративной Республики Нигерия. Показана структура программного комплекса. Рассмотрены его функциональные возможности. Представлены основные экранные формы и пример работы программы.

Численный эксперимент для прибрежных вод Республики Нигерия. Для изучения разлива нефти были выбраны места, расположенные в 20 км (6°14' северной широты и 3°48' восточной долготы), 30 км (6°06' северной широты и 4°05' восточной долготы) и 70 км (5°33' северной широты и 4°06' восточной долготы) от Нигерийской береговой линии. Имитации были проведены для двух сезонов, так как Нигерийская прибрежная зона находятся в тропическом климате, состоящем из сезона дождей (с апреля до ноября) и сухого сезона (с декабря до марта).

Поверхностное течение (определяемое морским течением и направлением ветра) в прибрежных водах Федеративной Республики Нигерия в сезон дождей имеет скорость 30 см/с и достигает морского дна в местах с глубинами менее 50 м. Сезонные направления Гвинейского течения выбраны согласно данным международной организации Mariano Global Surface Velocity Analysis (MGSVA). В сухой сезон нефтяное пятно перемещается течением Benguela. Приведена информация о поверхностной скорости из предыдущих исследований и получено значение средней скорости течения Benguela - 17 см/с. Wedepohl определено, что средние скорости течения изменяются от 11 см/с до 23 см/с.

Численный эксперимент зоны Л проведен для сухого и дождливого сезона. Место загрязнения показано на рисунке 2. Данная зона выбрана, потому что танкеры из США или Европы, транспортирующие сырую нефть с экспортного терминала Escravos (5 37' северной широты и 5° 1Г восточной долготы), проходят через эту точку. Эта точка расположена на расстоянии

30 км от побережья Федеративной Республики Нигерия. Площадь разлива нефти принимается равной 314 км2.

Основные параметры программы при моделировании (шаг времени и концентрация) задаются в безразмерной форме. Переход от безразмерных величин к реальным осуществляется с использованием безразмерной теории.

При проведении численного эксперимента с помошью программного комплекса «51|скто\етеп1» считаем среднюю скорость течений в прибрежных водах Республики Нигерия в сухой сезон равной 21 см/с. Программно учитываем карту течений для сухого сезона. Входные данные, использованные для имитирования нефтяного разлива в сухой сезон в Республике Нигерия: размер сетки - 100: шаг времени - 0.00005; потеря нефти из-за испарения - 0.1; коэффициент турбулентной диффузии - 1/150: скорость перемещения нефтяного слика - 21 см/с. На рисунках 2 и 3 представлены фрагменты распространения нефтяного пятна в контурных изображениях, полученные в ходе моделирования с помощью программного комплекса для сухого сезона.

Рисунок 2 - Положение нефтяного Рисунок 3 - Смещение нефтяного пят-пятна зоны А в момент на спустя 29 часов с момента разлива

обнаружения разлива {сухой сезон) для сухого сезона

На рисунке 3 показано место, в котором нефтяной разлив достигает побережья (6° 20' северной широты и 4° 26' восточной долготы). Траектория нефтяного разлива совпадает с направлением движения поверхностных течений. Результаты расчетов приведены в таблице 1,

Аналогично рассмотрена динамика пятна в зоне А для дождливого сезона (расстоянии 30 км от побережья; площадь разлива нефти - 314 км2). Для имитирования использовались следующие входные данные: размер сетки - 100; шаг времени - 0.00005; потеря нефти из-за испарения -0.1; коэффициент турбулентной диффузии - 1/200; скорость перемещения нефтяного слика -28см/с.

Координаты места, в котором нефтяной разлив достигает побережья, будут следующими: 6° 20' северной широты и 4" 26' восточной долготы. Следует отметить, что траектории нефтяного пятна для сухого и дождливого се-

зонов совпадают. Это происходит вследствие того, что направление движения поверхностных течений от места загрязнения до побережья в сухой и дождливый сезоны не изменяется. Результаты численного эксперимента для дождливого сезона представлены в таблице 2.

Таблица 1 - Результаты численного эксперимента для сухого сезона

Смещение центра нефтяного пятна, км Смещение края нефтяного пятна, км Концентрация в центре нефтяного пятна Концентрация на краю нефтяного пятна Безразмерное время Реальное время, час Радиус нефтяного пятна, км Площадь, загрязненная нефтяным пятном, км2

0.00 14.10 1.00 1.000 0.00 0.0 10.00 314

1.75 16.95 0.89 0.094 1.17 2.2 10.50 346

3.50 19.80 0.80 0.063 2.33 4.3 11.00 380

5.15 21.90 0.72 0.059 3.45 6.4 11.50 415

6.80 24.00 0.64 0.054 4.56 8.4 12.00 456

8.35 26.15 0.58 0.050 5.73 10.6 12.50 491

9.90 28.30 0.51 0.046 6.89 12.8 13.00 530

11.30 29.70 0.46 0.043 7.95 14.8 13.25 551

12.70 31.10 0.40 0.040 9.01 16.7 13.50 572

14.15 33.25 0.36 0.036 10.17 18.8 13.75 594

15.60 35.40 0.32 0.031 11.32 20.9 14.00 615

17.35 37.50 0.29 0.026 12.42 23.0 14.25 638

19.10 39.60 0.25 0.021 13.52 25.0 14.50 660

20.85 41.00 0.23 0.021 14.67 27.2 14.75 683

22.60 42.40 0.20 0.020 15.82 29.3 15.00 706

Таблица 2 - Результаты численного эксперимента для дождливого сезона

0.0 14.1 1.00 1.000 0.00 0.0 10.0 314

2.1 17.65 0.86 0.082 1.52 2.2 и.о 380

4.2 21.2 0.74 0.062 3.03 4.2 12.0 452

6.35 24.01 0.645 0.053 4.545 6.3 12.5 491

8.5 26.9 0.55 0.046 6.06 8.4 13.0 530

10.6 29.0 0.475 0.045 7.575 10.5 13.5 572

12.7 31.1 0.40 0.044 9.09 12.6 14.0 615

14.85 33.95 0.35 0.037 10.55 14.65 14.25 638

17.0 36.8 0.30 0.027 12.01 16.7 14.5 660

19.1 39.25 0.255 0.0256 13.515 18.8 14.75 683

21.2 41.7 0.21 0.024 15.02 20.9 15.0 706

Численный эксперимент юны Я представляет собой моделирование разлива нефти, произошедшего на расстоянии 20 км (6°14' северной широты и 3?|48' восточной долготы) от побережья Федеративной Республики Нигерия, Эта точка выбрана, потому что танкеры, перевозящие нефть с экспортного терминала Еясгауоз в соседние африканские страны, проходят через эту точку. Площадь разлива нефти была принята равной 78.5 км3. Эксперимент проведен для сухого и дождливого сезонов. Отличительной особенностью данной зоны является наличие точки изменения направления морского течения, что сказывается на уменьшении времени достижения пятном береговой линии (в сухой сезон - 23 часа с момента разлива, в дождливый - 17 часов). Изменение направления морского течения более выражено в сухой сезон (рису нки 4, 5).

Рисунок 4 - Траектория движения Рисунок 5 - Траектория движения нефтяного пятна в сухой сезон нефтяного пятна в дождливый сезон В зоне В наблюдается не только изменение траектории перемещения пятна, обусловленное течением, но и значительное увеличение площади распространения разлива с одновременной деформацией формы пятна из-за усиления турбулентности потоков при изменении направления течения. Размер загрязнения береговой полосы в случае выброса нефти на берег составляет 24 км в сухой сезон и 19 км а дождливый сезон.

Численный эксперимент юны С проведен для точки, удаленной на 70 км от побережья Федеративной Республики Нигерия, где находятся нефтеналивные танкеры из США и Европы, перевозящие сырую нефть с терминала Рогсаскте и проходящие через эту точку. Площадь разлива нефти принята равной 78.5 км2. Исходные данные моделирования аналогичны предыдущим экспериментам. В результате моделирования получены траектории нефтяного пятна для сухого и дождливого сезонов (рисунки 6, 7).

Рисунок 6 - Траектория движения Рисунок 7 - Траектория движения нефтяного пятна в сухой сезон нефтяного пятна в дождливый сезон Отличительной особенностью зоны С является наличие критической точки резкого изменения направления поверхностного течения, обусловленного особенностями географического строения береговой зоны. Это сказывается на значительной деформации формы пятна нефти и увеличении площади загрязнения после достижения критической точки (рисунки 8,9)._

Рисунок 8 - Смещение нефтяного пятна через 62 часа с момента разлива (сухой сезон)

Рисунок 9 - Смещение нефтяного пятна через 28,6 часа с момента разлива (дождливый сезон)

В третьей главе «Методология принятия решений по управлению экологической безопасностью на основе экспресс-прогнозирования развития поставарийной ситуации» приводится оценка уровня загрязненности и методы организации работ по ликвидации разливов нефти. Дана общая оценка степени загрязненности в баллах, проведен сравнительный анализ существующих методов очистки от нефтяных загрязнений. Подробно рассмотрены технические средства для очистки акваторий, включающие средства для сбора плавающих на поверхности воды нефти и мусора; для ограждения загрязненных участков акваторий портов и локализации разливов нефти; для удаления, утилизации или уничтожения собранных с акватории порта загряз-

Няющих веществ; вспомогательные. Основные методы очистки нефтяных разливов заключаются в использовании материалов, поглощающих нефть. Сорбент, пропитанный нефтью, удаляется из воды. Методы очистки поверхности моря от нефтяного пятна включают: механический метод, удаляющий нефть е поверхности моря с использованием боковых заграждений и хораб-лей-нефтесборщиков; химический, использующий химические вещества, способствующие рассеиванию нефти; методы сжигания и естественных деградаций. Доказано, что механический метод очистки нефтяного разлива является наиболее эффективным. Однако этот метод применим только в спокойных водах. Типичный нефте задерживаю щи й бон плавает на поверхности воды. Последовательность удаления нефтяных пятен при использовании боковых заграждений и кйраблей-нефтесборщике® следующая: определяются местоположения и размеры слика; проводится отделение слика (или множество сликов) от чистой воды специальными нефте задерживающим и бонами; проводится сбор нефти на специальные суда-нефтесборщики. Версия этой системы для сбора нефти, показана в рисунке 10,

Химические вещества, способствующие рассеиванию нефти, увеличивают естественную дисперсию, уменьшая граничную напряженность между нефтью и водой, и способствуют растворению нефти в воде. Химический метод позволяет разбить нефтяное пятно па миллионы корпускул нефти. Корпускулы перемещаются по поверхности моря бо-Рисунок 10 - Удаление нефти с по- лее легк0г чш иефТЯНОй слик. что

верхности моря сборщиком Казкас! двляется недостатком химического метода очистки. Преимущество этого метода: быстрая очистка большой области загрязнения нефтью моря, расположенной на значительном расстоянии от береговой линии; независимость от погодных условий. Метод сжигания применяют для ликвидации нефтяных пленок минимальной толщиной 3 мм. Недостатком метода является загрязнение атмосферы токсичными веществами и, как следствие, применение его в открытом море далеко от побережья. Био-деструкционнЫЙ метод очистки нефти связан с применением мефтсокисляю-щих микроорганизмов и предназначен для разрушения тонкой нефтяной пленки.

Технология ликвидации разливов нефти определяется размерами и состоянием пятна и его местонахождением. Ликвидационные мероприятия значительно усложняются при достижении нефтью береговой линии.

Для обоснования сроков принятия экологически эффективных управленческих решений при ликвидации разливав нефти в критических зонах (А, В, С) прибрежных иод Федеративной Республики Нигерия рассмотрена ин-

тенсивность протекания процессов деструкции нефти во времени (2,2; 8,4; 14,7; 20,9 часов). В таблице 3 представлены данные численного эксперимента. Таблица 3 - Данные численного эксперимента

Номер Реальное Радиус Площадь, Смещение Концент- Концент-

концентра- нремн, ч нефтя- загряч- края рация рация на

ционной ного ненная нефтяного в центре краю

карты пятна, нефтяным нитна, км нефтяно- нефтяною

км пятном, км2 го пятпа пятна

и 2.2 11.0 380 17.7 0.86 0.082

III 8.4 13.0 530 26.9 0.55 0.046

IV 14.7 14.3 638 34.0 0.35 0.037

V 20.9 15.0 706 41.7 0.21 0.024

Анализ табличных данных показывает, что в течение первых 20 часов диаметр пятна увеличивается в два раза, площадь - в четыре раза, концентрация нефти в центре пятна значительно изменяется в первые восемь часов и слабо в последующие 14-20 часов, в то время как концентрация растекающихся по поверхности углеводородов в центре пятна изменяется от 0,83 до 0,20 г/дм3, по краю пятна от 0,08 до 0,02 г/дм3, т.е. уменьшается в четыре раза.

Разработанная авторская программа «ЯПсктоустетН» позволяет моделировать динамику нефтяного загрязнения в критических зонах Гвинейского залива и оперативно разрабатывать мероприятия по управлению экологической безопасностью в определенные значения времени. Программа дает возможность рассчитать географические координаты направления сил и техники для ликвидации загрязнения. Анализируя поведение нефтяного пятна в критических зонах видно, что наибольшую опасность с точки зрения площади загрязнения представляет зона С после 40,9 часа с момента разлива, так как в течение этого времени пятно достигает критической точки изменения направления течения. Поведение нефтяного пятна в зоне С значительно отличается от поведения его в зонах А и В. В этом случае траекторию движения можно разделить на два явно обозначенных участка. Сначала пятно движется по направлению течения, максимально приближается к берегу, после чего направление меняется, практически под углом 90 градусов, при этом круто изменяется траектория. Пятно изменяет форму, а площадь его увеличивается. В зоне изменения траектории не исключено движение загрязнений к береговой линии, где происходит первичное загрязнение берега. На втором участке пятно движется на близком расстоянии вдоль берега, нанося вторичное загрязнение значительной части береговой зоны.

Следующей по экологической опасности зоной разлива нефти в Гвинейском заливе является зона В в дождливый сезон, так как усиление скорости течения и близость расположения разлива к береговой полосе определяют минимальное время достижения нефтью берега, равное 16,7 часа.

ВЫВОДЫ

1. Анализ литературных источников, теории и мировой практики борьбы с нефтяными загрязнениями на поверхности моря показал, что стратегия борьбы за экологическую чистоту региона должна базироваться на широком использовании современных методов математического моделирования, математической статистики современных технологиях и системах технической очистки загрязнений. Создание адекватных математических моделей и их использование в практике предотвращения экологических катастроф в Гвинейском заливе (Федеративная Республика Нигерия) необходимо и своевременно.

2. Установлено, что при аварийных и чрезвычайных ситуациях, связанных с загрязнением нефтью двух основных рек Нигерии - Нигера и Бенуэ, морских портов Лагоса, Харкота, Капабара, затоплением нефтеналивных танкеров вблизи берегов Нигерии, основными факторами, влияющими на форму и динамику распространения нефтяного пятна в прибрежных водах Нигерии, являются гидрометеорологические и климатические условия, физические и химические свойства разлившейся нефти.

3. Разработана математическая модель нефтяного загрязнения поверхности моря с учетом естественных и искусственных способов деструкции нефтяного пятна в прибрежных водах Федеративной Республики Нигерия с учетом специфических гидрометеорологических и климатических условий Ни-герской Дельты.

4. Программный комплекс имитационного моделирования "ЗНскгпоуе-тепГ визуализирующий динамику и деструкцию нефтяного загрязнения в море с одновременным учетом диффузии, конвективного переноса, биологической деструкции, скорости поверхностных течений Гвинейского залива. "ЗНсктоуетегИ" автоматизировал процессы обработки данных по распространению нефтяных пятен и позволил проводить быстрый поставарийный мониторинг.

5. Численный эксперимент по определению направления, динамики и деструкции нефтяного пятна в прибрежных водах Республики Нигерия показал влияние сезона года, поверхностных течений, физических параметров и экологических факторов для зон аварийных и чрезвычайных ситуаций. Время, необходимое нефтяному пятну, чтобы достигнуть побережья Республики Нигерия, при выбросе на расстоянии 30 км (6°06' северной широты и 4° 05' восточной долготы) от берега, составило 29 часов, чтобы достичь берега в точке примерно 6° 20' северной широты и 4° 26' восточной долготы в сухой сезон и 21 час в точке примерно 6° 20' северной широты и 4° 26' восточной долготы в сезон дождей. В Республике Нигерия, за один и тот же период времени, нефтяной разлив загрязняет большую область моря в сезон дождей, чем в сухой сезон. Концентрация нефтяного пятна уменьшается быстрее в сезон дождей, чем в сухой сезон. Основной причиной этого являются различия поверхностных течений в сухой сезон и сезон дождей.

6. Построенная математическая модель позволяет дать прогноз динамики разлитой нефти и для выбора необходимых ликвидационных мероприятий. Методы очистки нефтяного загрязнения на поверхности моря состоят из механического метода, удаляющего нефть с поверхности моря с использованием боновых заграждений и кораблей-нефтесборщиков, химического метода, использующего химические вещества, методов сжигания и естественных деградаций. На основе экспериментальных результатов комплексного изучения поведения нефти во время аварийных и чрезвычайных ситуаций предложены рекомендации по использованию методов для очистки нефтезагрязненных областей на поверхности моря и порядок их использования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ПРИВЕДЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ

ПУБЛИКАЦИЯХ:

Список научных публикаций по теме диссертации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Оби Э.О, Чередниченко В. Г. Моделирование динамики нефтяного пятна в прибрежной области//Экология и промышленность России. - 2009.-С.34-35.

2. Оби Э. О. Математическое моделирование динамики и деструкции нефтяного пятна на поверхности моря// Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. -2008.- №2-3.- С. 112-114.

3. Оби Э. О. Воздействие нефтяного пятна на окружающую среду// Известия высших учебных заведений. Пищевая технология,- 2008.- № 4,-С. 102-103.

4. Оби Э. О. Сравнительный анализ математических моделей динамики и деструкции нефтяного пятна на море//Научно-технические ведомости, Санкт-Петербург. - 2008. -№3(60).- С. 211-214.

Другие научные работы

5. Оби Э. О., Шапошникова Т. Л. Математическое моделирование нефтяного загрязнения прибрежных вод Республики Нигерия/Журнал научных публикации аспирантов и докторантов. - 2008. -№4.-С. 168-171.

6. Чередниченко В. Г., Оби Э.О. Моделирование динамики нефтяного пятна в прибрежной области/Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.- 2008,- № 6,- С. 94-98.

7. Оби Э. О., Шапошникова Т. Л. Математическое моделирование динамики и деструкции нефтяного пятна на акватории моря//Материалы VII объединенной научной конференции студентов и аспирантов факультета компьютерных технологий и прикладной математики, Краснодар, 18-23 апреля 2007г.

8. Оби Э.О., Шапошникова Т.Л. Анализ математических моделей динамики и деструкции нефтяного пятна на море. Материалы конференции «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах». - Краснодар, 2007. С. 45-46.

9. Оби Э. О., Шапошникова Т. Л. Математическое моделирование динамики распространения нефтяного пятна на поверхности мо-ря//Геойнжиниринг. Аналитический научно-технический журнал. - 2009.-№2.- С. 78-81.

Подписано в печать 08.06.2009. Печать трафаретная. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,36. Тираж 100 экз. Заказ № 179. Отпечатано в ООО «Издательский Дом-Юг» 350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, корп. «В», оф. В-120, тел. 8-918-41-50-571

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Оби Эммануэль Оду

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЬЮ ПРИБРЕЖНЫХ ВОД ФЕДЕРАТИВНОЙ РЕСПУБЛИКИ НИГЕРИЯ

1.1. Административно-географическое описание Федеративной

I i I

Республики Нигерия.

1.2. Особенности движения нефтяных загрязнений с учетом направления течений в Гвинейском заливе

1.3. Физико-химическое и биологическое влияние нефти на экологические системы

1.4. Характеристики аварий и катастроф, связанных с разливами нефти

1.5. Дистанционные методы идентификации нефтяных разливов на поверхности моря

Выводы к главе

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ В ПРИБРЕЖНЫХ ВОДАХ ГВИНЕЙСКОГО ЗАЛИВА

2.1. Особенности системного подхода к математическому моделированию сложных экосистем

2.2. Сравнительный анализ существующих моделей движения нефтяного пятна на поверхности моря

2.3. Авторская математическая модель движения нефтяного пятна в критических зонах Гвинейского залива

2.4. Программный комплекс имитационного моделирования распространения нефтяного разлива «Slickmovement»

2.5. Численный эксперимент для определения динамики и деструкции нефтяного пятна в прибрежных водах Нигерия Выводы к главе

ГЛАВА 3. МЕТОДОЛОГИЯ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ НА ОСНОВЕ ЭКСПРЕСС ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАЗВИТИЯ

ПОСТАВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ 125 3.1. Оценка уровня загрязненности и организация работ по ликвидации разливов нефти

3.21 Технические средства для сбора нефти

3.3. Технология ликвидации разливов нефти

3.4. Обоснование сроков принятия экологически эффективных решений при ликвидации разливов нефти в критических зонах прибрежных вод Федеративной Республики Нигерия 156 Выводы к главе

Введение Диссертация по биологии, на тему "Прогнозирование загрязнения нефтью прибрежных вод Республики Нигерия"

Актуальность работы. В последние десятилетия значительно увеличилось потребление сырой нефти во многих странах мира. Нефть — ценнейшее сырье, без использования которого невозможна современная цивилизация. Однако процессы добычи, транспортировки, хранения и переработки нефти и нефтепродуктов очень часто становятся источниками загрязнения окружающей среды, которое может приобретать катастрофические масштабы.

Среди многочисленных вредных веществ антропогенного происхождения, попадающих в окружающую среду, нефтепродуктам принадлежит одно из первых мест. Попадание нефти и ее компонентов в окружающую среду вызывает изменение физических, химических и биологических свойств и характеристик природной среды обитания, нарушает ход естественных биохимических процессов. В ходе трансформации углеводородов нефти могут образовываться еще более токсинные соединения, чем исходные, обладающие канцерогенными и мутагенными свойствами стойкие к микробиологическому расщеплению.

Любой и классов нефтепродуктов может стать вредной примесью, загрязняющей воду. В небольших концентрациях нефтяные загрязнения могут влиять на вкус и запах воды, а при больших содержаниях они образуют гигантские нефтяные пятна и становятся причиной экологических катастроф. Легкие нефтепродукты частично растворяются в воде, но большая их часть образует с водой эмульсии различного состава, а тяжелые нефтепродукты попадают на дно водоемов и накапливаются в донных осадках. Попадающие в природные воды нефтяные загрязнения имеют тенденцию к рассеиванию и миграции. При этом в поверхностных водах ' состав нефтепродуктов под влиянием испарения и интенсивного протекания химического и биологического разложения претерпевает за короткий срок быстрые изменения. В подземных же водах, наоборот, процессы разрушения нефтепродуктов заторможены. Число экологических катастроф, связанных с разливами нефти при транспортировке танкерами, морском бурении и других видах деятельности человека продолжает увеличиваться.

Добыча и транспортировка нефти - основная статья доходов Федеративной Республики Нигерия. Большая часть нефти добывается на шельфе Гвинейского залива. Нигерия экспортирует сырую нефть, а импортирует очищенные нефтепродукты. В период с 1976 по 2009 год общее число аварий и катастроф составило 9583, что оказало значительное влияние на экологию Гвинейского залива. Вопросы прогнозирования и моделирования нефтяных розливов приобретают крайнюю актуальность, так как специфика морского дна Гвинейского залива диктует строго определенный фарватер движения судов. Географическое положение залива, направление морских течений замедляет естественные процессы рассеивания даже небольших нефтяных розливов, что приводит к сокращению и гибели биологических ресурсов в территориальных водах Нигерии, что является одним из основных пищевых ресурсов страны. В Нигерии приблизительно двадцать рек, большинство из которых протекают через богатую нефтью Нигерскую дельту и впадают в прибрежные воды Республики Нигерия. Если происходит разлив в результате выброса из нефтяной скважины, поврежденных нефтепроводов или по какой-либо другой причине, то в большинстве случаев эти реки выносят нефть в прибрежные воды Республики Нигерия. Территория прибрежной зоны Гвинейского залива является одним из немногих мест отдыха, курортом с минеральными источниками, грязелечением. Загрязнение акватории моря и земель сельскохозяйственного назначения происходит при добыче нефти на шельфе и на суше.

Поэтому создание математической модели способной прогнозировать поведение и траекторию движения нефти, попавшей в море актуально для Республики Нигерия. Моделированию динамики и деструкции нефтяного слика на акватории моря посвящены ряд научных работ (Дембицкий С. И., Марчук Г.И., Гвоздев P.M., Lehr W.J., Cekirge Н.М., Fraga R.J., Belen M.S., Reddy G. S., Brunet M., Tkalich P., Huda M. К.), проблемам биологических популяций (модели Ферхюльста П.Ф., Гомпертца Б., Мальтуса Т., Базыкина А. Д. и др.), движению нефтяного слика на поверхности моря работы Афанасьева Н.А., Зданьски А.К., Израэль Ю.А., Крылова Т.О., Монин А.С., Нунупаров С.М., Удодов А.И., Озмидов Р.В., Резниченко Г.Ю., Рубин А.Б., Тарасенко Л.Н., I. Fay, С. Gerlach, D. Mackay, P. Yapa и др.

Цель диссертационного исследования состоит в повышении экологической безопасности прибрежных вод Республики Нигерия путем прогнозирования загрязнения нефтью вод прибрежной зоны, мониторинга динамики нефтяного разлива и создании математической модели процесса с учетом имеющихся в настоящее время данных, описывающих состояние экосистемы.

Для достижения цели исследования и проверки гипотезы автором были поставлены и решены следующие задачи:

4. Выполнить численный эксперимент для определения направления, динамики и деструкции нефтяного пятна в прибрежных водах Федеративной Республики Нигерии в зонах аварийных и чрезвычайных ситуаций.

Научно-теоретическую основу исследования составили:

- результаты экологического космического мониторинга Федеративной Республики Нигерия;

- законы изменения радиуса нефтяного слика (Fay I., Blokker Р., Зданьски, А.К., Крылова Т.О., Тарасенко Л.Н.);

- метод конечных разностей для решения дифференциальных уравнений в частных производных (Stroud, К. А., Самарский А.А. Lehr, W.J., Cekirge, Н.М., Fraga, R.J. и Belen, M.S., Reddy, G. S. и Brunet, M., Tkalich, P., Huda, M. K., Gin, K. Y. H.);

- метод суммарной аппроксимации решения дифференциальных уравнений в частных производных (Stroud, К. А., Самарский А.А. Lehr, W.J., Cekirge, Н.М., Fraga, R.J. и Belen, M.S., Reddy, G. S. и Brunet, M., Tkalich, P., Huda, M. K., Gin, K. Y. H.);

- методы построения явных и неявных схем (Stroud, К. А., Самарский А.А.,Lehr, W.J., Cekirge, Н.М., Fraga, R.J. и Belen, M.S., Reddy, G. S. и Brunet, M., Tkalich, P., Huda, M. K., Gin, K. Y. H.).

Методы исследования: методы оценки риска, анализ научно-методической литературы и практического опыта, методы математической физики, теории специальных функций, вычислительной математики и математического анализа, теории вероятностей и математической статистики. Для программной реализации алгоритмов использован аппарат численного математического моделирования и пакеты прикладных программ компьютерной математики.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Установлены особенности влияния гидрометеорологических и климатических условий, физических и химических свойств разлившейся нефти на форму и динамику распространения ее в прибрежных водах Республики Нигерия на примере аварийных ситуаций, связанных с выносом нефти и нефтепродуктов речными стоками, аварий на нефтяных скважинах, аварийных залповых выбросов с судов.

2. Разработана математическая модель нефтяного загрязнения прибрежных вод Республики Нигерия, позволяющая моделировать динамику нефтяного пятна на поверхности моря, учитывающая конвективный перенос, процессы диффузии, растекания, испарения, биологической деструкции, гидрометеорологические условия и карту поверхностных течений Нигерской Дельты.

3. Создан программный комплекс имитационного моделирования "Slickmovement", визуализирующий динамику и деструкцию нефтяного загрязнения в море с одновременным учетом физических, физико-химических, биологических, гидрометеорологических и климатических условий.

4. Проведен численный эксперимент, позволяющий определить направление, динамику и деструкцию нефтяного пятна в прибрежных водах Республики Нигерии в зонах аварийных и чрезвычайных ситуаций, выявить влияние сезона года, поверхностных течений, физических параметров и экологических факторов.

Теоретическая значимость результатов работы заключается в следующем:

3. Разработаны методики для проведения численного эксперимента, позволяющего наблюдать за изменением нефтяного пятна в динамике как при мониторинге загрязнения, так и в процессе его ликвидации.

Практическая значимость результатов работы заключается в том, что создана математическая модель позволяющая прогнозировать траекторию движения нефтяного слика. разработана методика, позволяющая на основе математической модели определить площадь загрязнения моря, время движения нефтяного пятна до берега; в диссертационном исследовании предложен подход к проведению поставарийных мероприятий по устранению нефтяных разливов, даны рекомендации.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечиваются использовавшем данных, предоставленных органами системы государственного мониторинга Федеративной Республики Нигерия, лабораториями, аккредитованными ЮНЕСКО, данных космического мониторинга, методов исследования, адекватных целям и задачам работы, репрезентативностью экспериментальных данных, корректностью проведенного численного эксперимента.

Основные положения, выносимые на защиту 1. Результаты анализа аварийных и чрезвычайных ситуаций, связанных с загрязнением нефтью двух основных рек Нигерии — Нигера и Бенуэ, морских портов Лагоса, Харкота, Калабара, проблемы прогнозирования распространения области загрязнения с учетом влияния гидрометеорологических и климатических условий, физических и химических свойств разлившейся нефти на форму и динамику распространения ее в прибрежных водах.

3. Впервые разработанный программный комплекс имитационного моделирования "Slickmovement" визуализирующий динамику и деструкцию нефтяного загрязнения в море с одновременным учетом диффузии, конвективного переноса, биологической деструкции, скорости поверхностных течений Гвинейского залива.

4. Методика численного эксперимента по определению направления, динамики и деструкции нефтяного пятна в прибрежных водах Республики Нигерии показывающий влияние сезона года, поверхностных течений, физических параметров и экологических факторов для зон аварийных и чрезвычайных ситуаций. Эксперимент выполнен для мест наиболее частого разлива нефти, находящихся в 20 км (6°14' северной широты и 3°48' восточной долготы), 30 км северной широты и 4°05' восточной долготы) и 70 км (5°33' северной широты и 4°06' восточной долготы) от Нигерийской береговой линии.

5. Методы очистки нефтяного загрязнения на поверхности моря состоят из механического метода, удаляющего нефть с поверхности моря с использованием боновых заграждений и кораблей-нефтесборщиков; химического метода, использующего химические вещества, методов сжигания и естественных деградаций. На основе экспериментальных результатов комплексного изучения поведения нефти во время аварийных и чрезвычайных ситуаций формализован и научно обоснован подбор существующих методов для очистки нефтезагрязненных областей на поверхности моря и предложен порядок их использования. Рассмотрены имеющиеся в настоящее время способы и методы утилизации и ликвидации нефтяных загрязнений, дана их сравнительная характеристика с точки зрения комплексного влияния на экосистемы.

Апробация и внедрение результатов работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях по экологии: «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах» (г. Анапа, 2007 г.), Материалы 7 объединенной научной конференции студентов и аспирантов компьютерных технологий и прикладной математики (г. Краснодар, 2007 г.), на заседаниях кафедр физики и технологии нефти и экологии. Результаты работы внедрены в учебный процесс при обучении студентов факультета КТАС Кубанского государственного технологического университета.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 9 статей: 5 статей в российских изданиях, и 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов докторских и кандидатских диссертационных исследований.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников из 140 наименований и 8 приложений. Работа изложена на 199 страницах машинописного текста и содержит 71 рисунок, 24 таблицы.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Оби Эммануэль Оду

Выводы к главе 3

Методы очистки нефтяного загрязнения на поверхности моря состоят из механического метода, удаляющего нефть с поверхности моря с использованием боновых заграждений и кораблей-нефтесборщиков; химического метода, использующего химические вещества, методов сжигания и естественных деградаций. На основе экспериментальных результатов комплексного изучения поведения нефти во время аварийных и чрезвычайных ситуаций формализован и научно обоснован подбор существующих методов для очистки нефтезагрязненных областей на поверхности моря и предложен порядок их использования. Рассмотрены имеющиеся в настоящее время способы и методы утилизации и ликвидации нефтяных загрязнений, дана их сравнительная характеристика с точки зрения комплексного влияния на экосистемы.

Выработана методология принятия решений для управления экологической опасностью на основе экспресс прогнозирования развития поставарийной ситуации. Обоснованы сроки принятия экологически эффективных решений при ликвидации разливов нефти в критических зонах прибрежных вод Федеративной Республики Нигерия. Обоснование сроков принятия экологически эффективных решений в зонах прибрежных вод Федеративной Республики Нигерия проводится на основе сопоставления скорости процессов испарения, изменения площади загрязнения, смещения центра и края нефтяного пятна в сухой и дождливый сезоны для зоны А, как территории наименьшего комплексного влияния процессов. Проведены анализ математического моделирования зон А, В, С в первые сутки разлива и анализ изменения концентраций нефти и площади разлива.

Разработанная авторская программа «Slickmovement» позволяет моделировать динамику нефтяного загрязнения в критических зонах гвинейского залива и оперативно разрабатывать мероприятия по управлению экологической безопасностью в определенные значения времени. Программа дает возможность рассчитать географические координаты направления сил и техники для ликвидации загрязнения. Анализируя поведение нефтяного пятна в критических зонах видно, что наибольшую опасность с точки зрения площади загрязнения представляет зона С после 40,9 часа с момента разлива, так как в течение этого времени пятно достигает критической точки изменения направления течения. Поведение нефтяного пятна в зоне С значительно отличается от поведения его в зонах А и В. В этом случае траекторию движения можно разделить на 2 явно обозначенных участка. Сначала пятно движется по направлению течения, максимально приближается к берегу, после чего направление меняется, практически под углом 90 градусов, при этом круто изменяется траектория. Пятно изменяет форму, а площадь его увеличивается. В зоне изменения траектории не исключено движение загрязнений к береговой линии, где происходит первичное загрязнение берега. На втором участке пятно движется на близком расстоянии вдоль берега, нанося вторичное загрязнение значительной части береговой зоны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ литературных источников, теории и мировой практики борьбы с нефтяными загрязнениями на поверхности моря показал, что стратегия борьбы за экологическую чистоту региона должна базироваться на широком использовании современных методов математического моделирования, математической статистики современных технологиях и системах технической очистки загрязнений. Создание адекватных математических моделей и их использование в практике предотвращения экологических катастроф в Гвинейском заливе (Республика Нигерия) необходимо и своевременно.

2. Установлено, что при аварийных и чрезвычайных ситуациях, связанных с загрязнением нефтью двух основных рек Нигерии — Нигера и Бенуэ, морских портов Лагоса, Харкота, Калабара, затоплением нефтеналивных танкеров вблизи берегов Нигерии основными факторами влияющими на форму и динамику распространения нефтяного пятна в прибрежных водах Нигерии являются: гидрометеорологические и климатические условия, физические и химические свойств разлившейся нефти.

3. Разработана математическая модель нефтяного загрязнения поверхности моря с учетом естественных и искусственных способов деструкции нефтяного пятна в прибрежных водах Республики Нигерия. Математическая модель выявила основные закономерности динамики нефтяного пятна на поверхности моря, одновременное влияние таких факторов, как конвективный перенос, процессы диффузии, растекания, испарения, биологической деструкции, позволила решить задачу для специфических гидрометеорологических и климатических условий Нигерской Дельты.

4. Программный комплекс имитационного моделирования "Slickmovement" визуализирующий динамику и деструкцию нефтяного загрязнения в море с одновременным учетом диффузии, конвективного переноса, биологической деструкции, скорости поверхностных течений Гвинейского залива. "Slickmovement" автоматизировал процессы обработки данных по распространению нефтяных пятен и позволил проводить быстрый поставарийный мониторинг.

5. Численный эксперимент по определению направления, динамики и деструкции нефтяного пятна в прибрежных водах Республики Нигерии показал влияние сезона года, поверхностных течений, физических параметров и экологических факторов для зон аварийных и чрезвычайных ситуаций. Результаты приведены в главе 3 таблицах 3.1, 3.2 и рисунках 3.1-3.11. а) Время, необходимое нефтяному пятну, чтобы достигнуть побережья Республики Нигерия, при выбросе на расстоянии 30 км (6°06' северной широты и 4° 05' восточной долготы) от берега, составило 29 часов чтобы достичь берега в точке примерно 6° 20' северной широты и 4° 26' восточной долготы в сухой сезон и 21 час в точке примерно 6° 20' северной широты и 4° 26' восточной долготы в сезон дождей. б) В Республике Нигерия, за один и тот же период времени, нефтяной разлив загрязняет большую область моря в сезон дождей, чем в сухой сезон. Концентрация нефтяного пятна уменьшается быстрее в сезон дождей, чем в сухой сезон. Основной причиной этого являются различия поверхностных течений в сухой сезон и сезон дождей.

6. В большинстве случаев, математическая модель - единственный доступный инструмент для быстрого прогноза динамики разлитой нефти, и для выбора необходимых ликвидационных мероприятий. Методы очистки нефтяного загрязнения на поверхности моря состоят из механического метода, удаляющего нефть с поверхности моря с использованием боновых заграждений и кораблей-нефтесборщиков; химического метода, использующего химические вещества, методов сжигания и естественных деградаций. На основе экспериментальных результатов комплексного изучения поведения нефти во время аварийных и чрезвычайных ситуаций предложены рекомендации по использованию методов для очистки нефтезагрязненных областей на поверхности моря и предложен порядок их использования.

7. Впервые создана модель прогнозирования развития техногенных экологических катастроф практическое применение которой предоставляет возможность управление экологической безопасностью при чрезвычайных ситуациях и разработке превентивных мер правительством Федеративной Республики Нигерия.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Оби Эммануэль Оду, Краснодар

1. Аашо О. М., Reed М. and Lewis А. (1996): Regional Contingency Planning Using the Oscar Oil Spill Contingency and Response Model.

2. Accidental tanker oil spill statistics. ITOPF Ltd., United Kingdom, 2001.

3. Adamovich B. A., Derbichev A.G. В., Dudov V. I., et al., "Method of magnetic conglomeration of an oil contaminated water surface and a device for realizing it," Byull. No. 19, (2002).

4. AEAT, (2002). Oil spill modeling for tanker accidents in Iskenderun Bay Turkey. Environmental Resources Management Ltd, J M Corps. AEAT/ENV/R/0939 Issue 1.

5. Akpofure E.A., M.L. Efere and P. Ayawei, (2000): The Adverse Effects of Crude Oil Spills in the Niger Delta. Urhobo Historical Society, pp 45 55.

6. Allen A. A., and RJ. Ferek. 1993. Advantages and disadvantages of burning spilled oil. Proceedings of the 1993 International Oil Spill Conference: pp. 765 772: pp. 765 - 772.

7. Apai D. Oil spill fate and trajectory modelling in Cockburn sound // Honours thesis for bachelor of engineering. Department of environmental engineering the university of Western Australia, 2001.

8. Arnault S., (1987): Tropical Atlantic geostrophic currents and ship drifts, Journal of Physical Oceanography, volume 18: pp 212 -222.

9. ASCE Task Committee on Modeling of Oil Spills of the Water Resources Engineering Division (1996). "State-of the- art Review of Modeling Transport and Fate of Oil Spills", J. Hydr. Engrg.

10. O.Atlas R.M., (1995): Petroleum Biodegradation and Oil Spill Bioremediation. Marine Pollution Bulletin 31, 178-182.

11. Basta D.J. and D.M. Kennedy. 2004. The need for a proactive approach to underwater threats. Marine Technology Society Journal, Vol. 38 (3): 9-11.

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

13. Blokker P. Die Ausbreitung vom Ol auf Wasser. Deutsch gewasserkunde. 1966.

14. Blokker P. Spreading and evaporation of petroleum productson water // Thesis of 4th intern. Harb. conference. Antwerpen, 1964.

15. Boisvert W.E., 1967: Major currents in the North and South Atlantic Ocean between 64A°N and 60A°S, Tech. Rep. Hydrogr. Off. Wash., TR-193, 92 p.

16. Breuel A., ed. 1981. Oil Spill Cleanup and Protection Techniques for Shorelines and Marshlands. Pollution Technology Review No. 78. Park Ridge, New Jersey: Noyes Data Corporation.

17. Buchanan I., Hurford N. Report of the forties fate trial. July 1987. Warren Spring Laboratory. 1988. Rep. № LR 671 (OP).

18. Chursin F. V., Gorbunov S. V., and Fedotova Т. V., "Accidental oil spills: means of localization and liquidation methods," Sist. Bezop., No. 1, 120124 (2004).

19. CIA (2005): The World Fact book Nigeria.htm.

20. Clark R.B. (1992). Marine Pollution. 3rd ed., Gookcraft Ltd., Great Britain, UK, pp. 50-60.

21. Colin C., 1988: Coastal upwelling events in front of Ivory Coast during the FOCAL program. Oceanologia Acta, 11, 125-138.

22. Cormack D., Combatting Pollution of the Sea with Oil and Chemical Substances Russian translation., Transport, Moscow (1989).

23. Cornillon P.C., Spaulding M.L. and Hansen K. (1979). "Oil Spill Treatment Strategy Modeling for Georges Bank", Proc. of the 1979 Oil Spill Conference, 685-692.

24. David K. Bulloch, The Wasted Ocean, Lyons & Burford, 1989.

25. Davis L., (2001): Weathering and Dispersibility of Azeri Crude Oil. AEAT/R/ENV/0739/A

26. Delvigne G.A.L. and Sweeney C.E. (1989). "Natural Dispersion of Oil", Oil & Chemical Pollution, 4, 281-310.

27. Don Nardo, Oil Spills, Lucent Overview Series, Lucent Books Inc., 1990. Richard J. Seymour & Richard A. Geyer, "Fates and Effects of Oil Spills", in Jack M. Hollander (Ed.), Annual Review of Energy and the Environment, Annual Review Inc., 1992.

28. Dublin-Green C.O., Awobamise A. and Ajao E.A., 1997: Large Marine Ecosystem Project For the Gulf Of Guinea (Coastal Profile Of Nigeria), Nigeria Institute of Oceanography. Encyclopaedia Americana, 1994 International Edition, Grolier Incorporated.

29. Dublin-Green C.O., L.F. Awosika and R. Folorunsho, (1999): Climate Variability Research Activities In Nigeria. Nigerian Institute for Oceanography and Marine Research, Victoria Island, Lagos, Nigeria.

30. Dunford R.W., and M.L. Freeman. 2001. A statistical model for estimating natural resource damages from oil spills. Proceedings of the 2001 International Oil Spill Conference: pp. 225-229.

31. Elken Juri (2001). Modelling of Coastal Circulation and Oil Drift at Possible Deep Harbour Sites, North-Western Saaremaa Island. Proc. Estonian Academy of Science England. Pp 141-156.

32. Elliot A. Shear diffusion and the spreading of oil in the surface layers of the North sea. Dt. Hydrogr. Zeit, 1986. №39(3).

33. Etkin D.S. 1999. Estimating cleanup costs for oil spills. Proceedings of the 1999 International Oil Spill Conference: pp. 35-39.

34. Etkin D.S. 2000. Worldwide analysis of oil spill cleanup cost factors.rH

35. Proceedings of the 23 Arctic and Marine Oilspill Program Technical Seminar: pp. 161-174.

36. Etkin D.S. and P. Tebeau, P. 2003. Assessing progress and benefits of oil spill response technology development since Exxon Valdez. Proceedings of the 2003 International Oil Spill Conference: pp. 843 850.

37. Fatai O. A., Egberongbe, P. C., Nwilo and Olusegun Т. B. (2006): Oil Spill Disaster Monitoring Along Nigerian Coastline. Shaping the Change Munich, Germany.

38. Fay I. The spread of oil slick on a calm sea. Oil in the sea. N.Y.: Plenum Press., 1969.

39. Fay J.A. (1971). "Physical Processes in the Spread of Oil on a Water Surface", Proc. of the Joint Conf. On the Prevention and Control of Oil Spills, 463-467.

40. Foster J. Bacterial oxidation of hydrocarbons. // Oxygenases. Osami Hayashi, 1962.

41. Geselbracht L., and R. Logan. 1993. Washington's marine oil spill damage compensation schedule Simplified resource damage assessment. Proceedings of the 1993 International Oil Spill Conference: pp. 705 - 709.

42. Gin K., Huda K., Lim W.K. and Tkalich P. (2001). "An oil spill Food Chain Interaction Model for CoastalWaters", Marine Pollution Bulletin, 42(7), 590-597.

43. Gvozdikov V. K. and Zakharov V. M., Technical Means of Liquidating Spills of Oil products: Reference Manual in Russian., Rostov-on-Don (1996).

44. Gyory J, Bischof. Barbie, Mariano A. J, and Ryan E. H. "The Guinea Current." Ocean Surface Currents. (2005). http://oceancurrents.rsmas.miami.edu/atlantic/guinea.html.

45. Henin C., P. Hisard and B. Piton, 1986: Observations hydrologiques dans l'ocean Atlantique Equatorial, Ed. ORSTOM, FOCAL, 1, 1-191.

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

47. Hughes P. A determination of the relation between wind and sea surface drift// Quart. J. meteorological Society. 1956. №82.48.1ngham M.C., 1970: Coastal upwelling in the northwestern gulf of Guinea. Bulletin of Marine Science, 20, 1-34.

48. ITOPF Handbook 2003/2004. ITOPF, U.K., 2003.

49. Johansen O, (2000): DeepBlow a Lagrangian Plume Model for Deep Water Blowouts. Spill Science & Technology Bulletin, Vol. 6, No. 2, pp. 103-111, Elsevier Science Ltd. Printed in Great Britain.

50. Johansen О, H. Rye and C. Cooper, (2003): "DeepSpill Field Study of a Simulated Oil and Gas Blowout in Deep Water," Spill Science and Technology Bulletin 8(5/6): 425-431.

51. Johansen O. 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.

52. King D.M. 1997. Comparing Ecosystem Services and Values — With Illustrations for Performing Habitat Equivalency Analysis. University of Maryland Center for Environmental Studies.

53. Kuruk P., (2004): Customary Water Laws and Practices: Nigeria http://www.fao.org/legal/advserv/FAOIUCNcs/Nigeria.pdf.

54. Lehr W.J., Cekirge, H.M., Fraga, R.J. and Belen, M.S. (1984). "Empirical Studies of the Spreading of Oil Spills", Oil and Petrochemical Poll., 2, 7-11.

55. Lewis A. and D. Aurand (1997): Putting dispersants to work: overcoming of obstacles. An issue paper prepared for the 1997 oil spill conference. API: Washington, DC, Technical Report IOSC-004, 80 pgs.

56. Longhurst A.R., 1962: A review of the Oceanography of the Gulf of Guinea. Bull. Inst. Afr. Noire, 24, 633-663.

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

58. Mackay D., Paterson S. and Trudel K. (1980). A mathematical model of oil spill behavior. Environmental Protection Service, Fisheries and Environment Canada Report EE-7.

59. 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.

60. Mary Hope Katsouros, "Oil Spills", Jack M. Hollander (Ed.), The Energy Environment Connection, Island Press, 1992.

61. National Oceanic and Atmospheric Administration. 1996. Habitat Equivalency Analysis. National Oceanic and Atmospheric Administration. Silver Spring, Maryland, USA, December 1996.

62. NDES, (1996): The Niger Delta Environmental Survey: Terms of Reference, April 3, 1996.

63. Niger Delta Environmental Survey, 1997: Environmental and Socio -Economic Characteristics. Environmental Resources Manager Limited, 2 Lalupon Close S.W. Ikoyi, Lagos.

64. NOAA. Oil Spill Case Histories 1967-1991; Summaries of Significant U.S. and International Spills. Hazardous Material Response and Assessment Division Report HMRAD 92-11. Seattle, WA. September 1992

65. NOAA. Trajectory Analysis Handbook. NOAA Hazardous Material Response Division. Seattle, WA, undated (see http://www.response.restoration.noaa.gov/ for further information).

66. Nwilo P.C. & O.T. Badejo, (2005): Oil Spill Problems and Management in the Niger Delta. International Oil Spill Conference, Miami, Florida, USA.

67. Nwilo P.С., Peters K.O. and Badejo O.T., 2000: Sustainable Management of Oil Spill Incidents along the Nigerian Coastal Areas. Electronic Conference on Sustainable Development Information Systems, CEDARE

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

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

70. Pond R.G., D.V. Aurand, and J.A. Kraly. 2000. Ecological Risk Assessment Principles Applied to Oil Spill Response Planning in the San Francisco Bay Area. California Office of Spill Prevention and Response, USA.

71. Reddy G. S. and Brunet M. (1997). Numerical prediction Of oil slick movement In Gabes Estuary. Transoft International, EPINAY/SEINE, Cedex, France.

72. Richardson P.L. and G. Reverdin, 1987: Seasonal cycle of velocity in the Atlantic North Equatorial Countercurrent as measured by surface drifters,current meters, and ship drifts. Journal of Geophysical Research, 92, 36913708.

73. Rodrigo Fernandes (2001). Instituto superior Tecnico licencianura Em Engenharia do Ambiente. No 43402.

74. Shannon, L.V., (1985): The Benguela Ecosystem, I., Evolution of the Benguela, physical Features and processes. Oceanography and Marine Biology, 23, 105-182.

75. Shen H., Yapa P. Oil slick transport in rivers // Journal of hydraulic engineering, ASCE. 1988. № 114.

76. 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.

77. Smith J. "Torey Canyon" pollution and marine life. Cambridge: Cambridge university press, 1968.

78. Smith R.A., J.R. Slack, T. Wyant, and K.J. Lanfear. 1982. The Oil Spill Risk Analysis Model of the U.S. Geological Survey. U.S. Geological Survey Professional Paper 1227, U.S. Geological Survey, Reston, Virginia.

79. Steinberg L.J., Reckhow K.H. and Wolpert, R.L. (1997). "Characterization of Parameters in Mechanistic Models: A Case Study of a PCB Fate and Transport Model", Ecological Modelling, 97, 35^16.

80. Stroud K. A. (2003): Advance engineering mathematics. Replika press Pvt. Ltd, India.

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

82. Thatte A. M. and Kulkarni A. K. (2005): Mathematical model and numerical simulation of flame spread over water-in-oil emulsions. 2005 ASME International Mechanical Engineering Congress and exposition Orlando, Florida USA.

83. The National Atlas of the Federal Republic of Nigeria (1978). First Edition.

84. The Petroleum Industry and The Nigerian Environment, 1985: The Petroleum Inspectorate Nigerian National Petroleum Corporation and Environmental Planning and Protection Division, The Federal Ministry Of Works And Housing.

85. Tkalich P. and Chan E.S. (2002a). "Vertical Mixing of Oil Droplets by Breaking Waves", Marine Pollution Bulletin, 44(11), 1219-1229.

86. Tkalich P. and Chan E.S. (2002b). "The Third-order Polynomial Method for Two-dimensional Convection and Diffusion", Int. J. for Numerical Methods in Fluids.

87. Tkalich P., Huda M. K., Gin K. Y. H. (2003). A multipurpose oil spill model. Journal of Hydraulic research vol. 41 No 2.

88. Tomczak G. Investigastions whit drift cards to determine the influence of the wind on surfacecurrents // Oceanographie. 1964. №10.

89. 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.

90. Varlamov S., Yoon J., Abe K. Oil spill analysis and quick response system for the sea of Japan based on the shallow water circulation model // Proceedings of CREAMS'2000 International Symposium "Oceanography of the Japan sea", Vladivostok, 2001.

91. Warluzel, A. and Benque J.P. (1981). "Un Modele Mathematique De Transport Et D'Etalement D'Une Nappe D'Hydrocarbures", Proc. of Conf. Mechanics of Oil Slicks, Paris, 199-211.

92. Wedepohl P.M., J.R.E. Lurjeharms, and J.M. Meeuwis, (2000): Surface drift in the southeast Atlantic Ocean. South African Journal of Marine Science, 22, 71-79.

93. Yapa P. D., and Zheng L., (1997). "Simulation of oil spills from underwater accidents I: Model development." J. Hydr. Res., Delft, The Netherlands, 673-688

94. Yapa P. D., Chen F.(2003): A Module for NOAA's GNOME Model to Provide Capability to Simulate Deepwater Oil and Gas Spills. The Cooperative Institute for Coastal and Estuarine Environmental Technology

95. 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.

96. Дембицкий, С. И, Дунаев, И. М., Лаврентьев, А. В., Ларионов, А. В., Уртенов, М. X. (2003): Математические модели динамики и деструкции нефтяного слика на акватории моря, с. 21 — 50.

97. Денисов В.В., Гутенев В.В., Луганская И.А. Экология Москва «Вузовская книга» 2002 — 726 с.

98. Дзержинская И., Сопрунова О. Аппетитная нефть // Нефть России. 2001. №5.

99. Динамика и прогноз загрязнения океанических вод // Проблемы химического загрязнения вод Мирового океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. Т. 1.

100. Дмитриев В.В., Фрумин Г.Т. Экологическое нормирование и устойчивость природных систем Санкт Петербург Наука изд. РГГМУ 2004 294 с.

101. Доклад «О состоянии природопользования и об охране окружющей среды Краснодарского края в 2007 г.» Изд. Крр: ГУ ЭСАЗ КК,2008. — 364 е.).

102. Зданьски А.К., Крылова Т.О., Тарасенко Л.Н. Методы расчета эволюции нефтяного загрязнения в шельфовой зоне. М.: ВЦАН СССР, 1987.

103. Ибраев Р.А., Кукса В.И., Скирта А.Ю. Моделирование переноса пассивной примеси вихревыми течениями восточной части Черного моря. М.: Наука, 1999.

104. Израэль Ю.А., Цыбань А.В. Антропогенная экология океана. JL: Гидрометеоиздат, 1989.

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

106. Исаева Л.С., Исаев И. Л. Определение коэффициента вертикальной турбулентной диффузии в поверхностном слое Черного моря прямым методом // Труды МГИ. Физика моря. К.: Изд-во АН УССР, 1963. Том 28.

107. Исидоров В.А. Экологическая химия Санкт Петербург Хим. Издат. 2001 -303 с.

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

109. Константинов О. Г. Аппаратура и методика обнаружения и контроля пленок нефтепродуктов на поверхности моря. Материалы регионального научно-практического семинара «Проблемы совершенствования системы борьбы с разливами нефти на дальнем востоке».

110. Ласковкина Г.А., Радченко Е.Д., Рудина М.Г. Справочник нефтепереработчика Ленинград «Химия» 1986 г. 648 с.

111. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982.

112. Монинец С.Ю. Анализ аварий, ставших причиной разливов нефти в море Материалы регионального научно-практическогосеминара «Проблемы совершенствования системы борьбы с разливами нефти на дальнем востоке»

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

114. Озмидов Р.В. Горизонтальная турбулентность и турбулентный обмен в океане. М.: Наука, 1968.

115. Печуркин Н.С. Популяционная микробиология. Новосибирск: Наука, 1978.

116. Процессы турбулентной диффузии примесей в море // Проблемы химического загрязнения вод Мирового океана. Д.: Гидрометеоиздат, 1986. Т. 2.

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

118. Самарский А.А. Теория разностных схем.: Учебное пособие.-М.: Наука. 1983, с. 616 635

119. Тарасенко JT.H. Об оценке нефтяного загрязнения в шельфовой зоне. М.: ВЦ АН СССР, 1989.

120. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: МГУ, 1999.

121. Уильяме Дж. Основы контроля морских загрязнений. Л.: Судостроение, 1984.

122. Химия океана / Под. ред. O.K. Бодровского, В.Н. Иваненкова. М.: Наука, 1979. Т. 1.

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

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

125. Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации. Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003.-463 с.

126. Яйли Е.А. Научные и прикладные аспекты оценки и управления урбанизированными территориями на основе инструмента риска и новых показателей качества окружающей среды Санкт-Петербург РГГМУ 2006 445с.

Информация о работе

Оби Эммануэль Оду
кандидата технических наук
Краснодар, 2009
ВАК 03.00.16

Диссертация

Прогнозирование загрязнения нефтью прибрежных вод Республики Нигерия - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно