Яковлев В.В. Экологическая безопасность, оценка риска

Подождите немного. Документ загружается.

221

вниз по р. Нева и ее судоходной дельте. На этом участке находятся также

грузовые и пассажирские причалы, во время стоянки на которых суда про-

водят бункеровочные и другие операции с нефтепродуктами и загрязнен-

ными нефтепродуктами судовыми отходами, и где возможен их разлив.

Кроме того, здесь находятся якорные стоянки, где скапливаются суда

ожидая своей очереди прохода по р. Нева и существует повышенная веро-

ятность аварии.

Нефтяные пятна под действием течения с судоходной части рек че-

рез горловины истоков могут попасть на акваторию несудоходных рек

Санкт-Петербурга. Далее, следуя по течению, нефтепродукт может быть

разнесен по всей сети небольших рек и каналов, загрязняя

всю централь-

ную часть города.

Кроме судоходства, вторым основным источником загрязнения аква-

тории судоходных и несудоходных рек Санкт-Петербурга являются около

400 выпусков сточных вод городских предприятий и организаций, а также

канализационные сети ГУП “Водоканал”, имеющиеся на этом участке от-

ветственности Администрации СПб. В сточные воды часто попадает неф-

тепродукт как

отход деятельности предприятий, заводов, автохозяйств,

моек и т.д. Определить виновника такого разлива очень сложно или вооб-

ще не возможно.

В зоне ответственности Администрации СПб на акватории Невской

Губы и Финского залива основными источниками возможных нефтяных

загрязнений являются нефтяные терминалы и перевалочные танкера-

накопители, расположенные в этом районе. К этим нефтяным

базам и тер-

миналам по фарватерам со стороны р. Нева подходят нефтеналивные тан-

кера-привозчики, а со стороны Финского залива - танкера-отвозчики.

Интенсивность движения судов обуславливает потенциальную опас-

ность столкновения и разлива нефтепродукта на фарватерах и подходах к

терминалам.

Согласно данным статистики [53], количество аварийных ситуаций,

связанных с разливами нефтепродуктов на

акватории, увеличивается год

от года.

1995 1996 1997 1998 1999 2000

222

Рис. 11.1.1. Количество ликвидированных аварийных разливов неф-

тепродуктов на акватории Санкт-Петербурга за 1995…2000 г.г.

Движение судов по р. Нева в зоне ответственности Администрации

Санкт-Петербурга во время навигации носит интенсивный характер, осо-

бенно в ночное время, что связано с необходимостью ожидания разведения

мостов для прохождения судов, надводная часть которых выше про-

странства между водой и нижней частью наибольшего пролета моста.

Для прохождения мостов суда, формируются

в караваны, которые пооче-

редно проходят створы мостов, следуя вверх и вниз по фарватеру р. Нева.

При движении одного каравана, встречный караван отстаивается на реко-

мендованных якорных стоянках (Смольнинский рейд, рейд в районе Лесо-

парка).

Суммарное количество нефтеналивных и сухогрузных судов (пасса-

жирские суда составляют небольшую долю от общего числа

судов), еже-

годно проходящих створ моста Лейтенанта Шмидта, стабильно и составля-

ет 2500 судов от общего количества 8000…8500.

Оценка средней массы сброса нефтепродуктов на воду при аварии

танкера проекта 558 или проекта 530.

Оценка среднего количества Q

предполагаемого разлива нефтепро-

дуктов определялась в соответствии с Правилами Регистра СССР, Речного

регистра СССР и Международной Конвенции по предупреждению загряз-

нения с судов (МАРПОЛ 73/78).

При повреждении борта:

= ΣW

+ ΣC

• К

где W

– объем бортового отсека прилегающего к внешнему борту

судна, предположительно поврежденного, м

. Для танкеров пр.558 и 530

имеющих двойной борт W

=0.

- объем предположительно поврежденного бортового танка,

= L

• T

• V

= 14,5 • 3,3 • 5,5 = 263 м

;

= 14,5 м - продольная протяженность танка,

= 13 / 5 = 3,3 м - поперечная протяженность танка,

= 5,5 м - вертикальная протяженность, от основной вверх,

Кг = 1 – b

/ T

= 1 - 1,65 / 3,3 = 0,5,

= 1,65 м - ширина бортового танка.

Тогда для танкеров пр.558 и 530

. = 0 + 263 • 0,5 =131,5 м

223

При повреждении днища

Qs = (ΣZ

• W

+ ΣZ

• C

) / 3,

где Z

= 1 - h

= 1 - 0,8/1,1 ≈ 0,3,

= 0,8 м - минимальная высота междудонного пространства,

= В / 15 = 1,1 м - вертикальная протяженность,

Ci = L

• T

• V

= 27,5 м

- объем центрального танка, предположи-

тельно поврежденного, при этом:

= 5 м - продольная протяженность,

= 5 м - поперечная протяженность.

Тогда для танкеров пр.558 и 530

= (0,3 + 0,3⋅27,5) / 3 = 2.85 м

На основании [54] среднее количество предполагаемого разлива

нефтепродукта с танкера пр. 558 и 530 определяется равным 130 м

Целью действий у источника разлива является ограничение разлива,

предотвращение распространения нефтепродукта и уменьшение вреда, на-

носимого окружающей среде. Контроль разлитого нефтепродукта у источ-

ника или около него возможен в безледовый, ледовый и переходные пе-

риоды.

Таким образом, ущерб окружающей среде и затраты на ликвидацию

аварийных разливов нефти (нефтепродуктов) в зоне

ответственности Ад-

министрации Санкт-Петербурга должны возмещаться предприятиями или

фирмами, являющимися владельцами судна-виновника разлива.

На основе базовых нормативов с учетом коэффициентов, отражаю-

щих экологические факторы, органами исполнительной власти субъектов

Федерации утверждаются дифференцированные ставки платы. Распоряже-

ние мэра от 18.06.93 г. № 459-р (с изменениями от 6 октября 1996 года) «О

плате за загрязнение

окружающей природной среды» установлены для

Санкт - Петербурга коэффициенты экологической ситуации и экологиче-

ской значимости состояния атмосферного воздуха и водных объектов -

1,5, почвы - 1,3. Коэффициент индексации платы за загрязнение окружаю-

щей природной среды определяется Законом РФ о бюджете на текущий

год (раздел 17).

Для решения неотложных природоохранительных задач, в соответ-

ствии с Законом «Oб

охране окружающей природной среды» в России бы-

ла создана система государственных внебюджетных экологических фон-

дов. Законом «О федеральном бюджете на 2001 год» Федеральный эколо-

гический фонд Российской Федерации был упразднен. Плата за норматив-

ные, сверхнормативные выбросы и сбросы вредных веществ, размещение

отходов и другие виды вредного воздействия зачисляется в бюджет РФ

бюджеты субъектов РФ в соотношении 19% и 81% соответственно (ст. 27

Закона «О федеральном бюджете на 2001 год»).

224

Основные физико-химические показатели нефтепродуктов, перевал-

ка которых осуществляется на нефтебазах и терминалах в зоне ответствен-

ности Морской администрации порта СПб приведена в табл. 11.1.1.

Таблица 11.1.1.

Вязкость

кинематическая

( сСт)

Название

нефтепродукта

Плотность

при 20

( г/см

)

при 20

С при 50

Тем-ра

застыва-

ния

(

С)

Тем-ра

вспышки

(

Дизельное топливо “ДЛ”

летнее

0,83 3,5-6,0 1,8 -10 +60

Диз.топливо

“ДЗ” зимнее

0,83 3,5-6,0 - -45 +50

Диз. топливо

“ДА”арктическое

0,85 2,5-4,0 1,8 -60 +35

Диз.топливо “ДС” спе-

циальное

0,86 4,5-8,0 - -15 +90

Моторное топливо “ДМ” 0,97 - 150 +10 +85

Мазут флотский “Ф-5” 0,90 - 36 -5 +80

Мазут флотский “Ф-12” 0,93 - 39 -8 +90

Мазут топочный “Ф-40” 0,95 - 59 +10 +90

Сырая нефть месторож-

дений Варандейское и

Торовейское

0,86 – 0,9 1,01

- 27 20

Сырая нефть месторож-

дения Приразломное

0,91 1,91 -30

На рис. 11.1.2 приведен вид наиболее распространенного судна

транспортировки нефтепродуктов по реке Нева. Конструкция - однопалуб-

ное, двухвинтовое судно с двойным дном и бортами.

Основные характеристики:

дедвейт - 4800 т,

грузовместимость – 5365 м

длина - 132,6 м,

ширина - 16,5 м,

максимальная осадка - 3,53 м,

водоизмещение - 6420 т.

Грузовые танки:

средние (1 и 2) - 551 м

средние (4, 5 и 6) - 753 м

бортовые (9 и 10) - 278 м

225

бортовые (11 и 12) - 326 м

Рис. 11.1.2. Общий вид танкера проекта типа «река-море» проекта

№558 и №530 (типа «Волго-Нефть»).

226

12. Методы расчета параметров распространения нефтяного

пятна по водной и твердым поверхностям.

Растекание нефти и нефтепродуктов по водной и твердым поверхно-

стям имеет ряд особенностей. Устоявшегося мнения ученых, канонизиро-

ванных методик оценки процесса растекания различных нефтепродуктов

по различным поверхностям в различных условиях, к сожалению, нет. Ни-

же приводятся наиболее распространенные

и апробированные методы оп-

ределения параметров нефтяного пятна и его изменения во времени.

12.1. Растекание нефти и нефтепродуктов по водной поверхности.

Теоретически при оценке распространения пятна аварийного разлива

нефти и нефтепродуктов на поверхности воды включают в рассмотрение

четыре стадии:

- гравитационная;

- гравитационно-вязкостная;

- поверхностного натяжения;

- диффузионная.

Первые

три стадии (табл. 12.1.1, 12.1.2 для нефти плотностью 850

кг/м

) относятся к процессу растекания нефтепродуктов по поверхности

водной среды и описываются приближенными аналитическими выраже-

ниями. Параметры растекания на этих стадиях зависят от объема сброса,

плотности нефтепродуктов и мало зависят от гидрологических особенно-

стей района.

Таблица 12.1.1.

Типовые режимы распространения нефтяного загрязнения. Зависи-

мость времени завершения первого этапа от объема сброса.

Объем сброса, м

5 15 25 100

Время завершения

первой фазы (t

∗

), с

(мин)

355 (5.9) 512 (8.5) 607 (10.1) 963.8 (16.1)

Радиус пятна, м 35.6 56.3 68 124.1

Толщина пленки, мм 1.26 1.5 1.72 2.06

Таблица 12.1.2

Типовые режимы распространения нефтяного загрязнения. Зависи-

мость времени завершения второго этапа от объема сброса.

Объем сброса, м

5 15 25 100

Время завершения 597 1227 1728 4375

227

второй фазы (t

∗∗

), с

Время завершения

второй фазы(t

∗∗

), мин

9.8 20.5 28.8 72.9

Радиус пятна, м 39.8 68.4 88.4 177.5

Толщина пленки, мм

∼1 ∼1 ∼1 ∼1

Четвертая (диффузионная) стадия распространения нефтепродуктов

непосредственно связана с динамическими процессами в районе разлива и

поддается исследованию только с помощью методов математического мо-

делирования.

При моделировании аварий, вследствие которых происходит разлив

нефти или нефтепродуктов по водной поверхности, как правило, рассмат-

ривают две разновидности аварийного процесса.

Один из них - залповый сброс нефти,

при котором практически мгно-

венно на поверхности водоема оказывается определенное количество неф-

ти или нефтепродукта. Такие аварии являются следствием взрыва танкера,

его разлома на рифах, значительных размеров пробоины при столкновении

судов и т.д.

Второй разновидностью аварийного процесса разлива нефтепродук-

тов на водной поверхности является постепенный вылив нефти через про-

боину

определенных размеров в корпусе танкера.

Существо задачи состоит в определении размеров нефтяного пятна

на водной поверхности в виде зависимости радиуса и скорости дрейфа от

времени.

В основе решения задачи вне зависимости от вида процесса сброса

нефти на этапе гравитационного распространения пятна лежит решение

уравнения Бернулли.

Это уравнение связывает (для установившегося

течения) скорость

текущей жидкости v, давление в ней p и высоту h расположения малого

объема жидкости над плоскостью отсчета для струйки несжимаемой не-

вязкой (идеальной) жидкости постоянной плотности ρ, находящейся под

действием только сил тяжести.

constgh

=++

, (12.1.1)

где g - ускорение силы тяжести.

Если это уравнение умножить на ρ, то 1-й член будет представлять

собой кинетическую энергию единицы объема (массы) жидкости, а другие

два – его потенциальную энергию, часть которой обусловлена силой тяже-

сти (последний член уравнения), а другая часть давлением Р.

consthgР

=⋅⋅++

⋅

(12.1.2)

228

Из уравнений (12.1.1), (12.1.2) вытекает ряд важных следствий. На-

пример, при истечении идеальной жидкости из открытого сосуда под дей-

ствием силы тяжести скорость жидкости в выходном отверстии такова же,

как при свободном падении частиц жидкости с высоты h:

hgv ⋅⋅= 2

(12.1.3)

Залповый (почти мгновенный) сброс нефтепродуктов в воду.

Рис. 12.1.1. Модель "залпового" сброса нефти на водную поверх-

ность.

В основе оценок по растеканию нефти и нефтепродуктов по водной

поверхности (упрощенный вариант для случая несжимаемой и невязкой

жидкости) может быть положено решение уравнения Бернулли, преобра-

зованное к виду:

))1(( hg

⋅−⋅⋅=

, (12.1.4)

где ξ=1.34 –коэффициент,

– плотность растекающейся жидкости (нефти или нефтепро-

дукта),

– плотность воды водоема (моря),

h – высота цилиндра разлива нефти.

Значение коэффициента

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

, учитывает степень погружения

нефтепродукта в воду.

Допуская, что вся вылитая нефть объемом V принимает на поверх-

ности моря (водоема) форму цилиндра высотой h и радиусом r (рис.

12.1.1), имеем:

hhrV

⋅

=⋅⋅=

Поверхность воды

h Нефть, объемом V

229

Тогда, подставив в уравнение (12.1.4) вместо высоты цилиндра раз-

ливающейся жидкости ее значение, выраженное через интересующий нас

радиус пятна и объем общего разлива нефти или нефтепродукта, получим:

⋅⋅

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

⋅⋅=

(12.1.5)

После разделения переменных уравнение (12.1.5) принимает вид:

dtVgdrr

⋅⋅

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

⋅⋅=⋅

(12.1.6)

Интегрируя уравнение (12.6) при начальном условии (r=0 при t=0),

получим:

tVg

⋅⋅

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

⋅⋅=

(12.1.7)

Откуда окончательно получаем зависимость радиуса пятна нефти

(нефтепродукта) от объема залпового сброса и времени распространения:

14)( tVgtr

⋅⋅

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−⋅⋅⋅=

πρ

(12.1.8)

Центр нефтяного пятна дрейфует под действием ветра и течения.

Если скорость ветра над поверхностью воды v

и скорость течения v

то скорость v

дрейфа центра нефтяного пятна при совпадении направле-

ния ветра и течения определяется соотношением:

твц

vvv +⋅= 033.0

(12.1.9)

При несовпадении направления ветра и течения необходимо реше-

ние задачи для каждой интересующей точки границы нефтяного пятна в

векторной постановке с учетом разложения вектора скоростей собственно

растекания пята, его дрейфа под действием ветра и под действием течения.

Пример 12.1.1.

При аварии с танкером на переходе морем произошел залповый

(практически мгновенный) сброс

нефти в море.

230

Масса вылитой нефти составляет m = 1000 кг.

Определить изменение радиуса нефтяного пятна на акватории Фин-

ского залива до прибытия морской службы ликвидации последствий ава-

рии.

Метеоусловия: скорость ветра v

=15 м/с, скорость течения v

=0.07

м/с

Плотность нефти ρ

= 850 кг/м

Плотность воды ρ

= 1005 кг/м

Решение.

Определяем объем вылитой нефти:

176.1

850

1000

===

Воспользуемся уравнениями (12.1.8), (12.1.9) и получим результаты,

представленные в табл. 12.1.3.

Таблица 12.1.3.

Расчет параметров нефтяного пятна при залповом сбросе нефти.

Время,

Радиус пятна, при v

=0,

Дрейф центра пятна,

Дрейф дальней точки,

0.25 39.6 508 547.6

0.5 56 1017 1073

1.0 79.2 2034 2113.2

1.5 97 3051 3148

2.0 112 4068 4180

Приведенные в табл. 12.1.3 данные соответствуют:

• штилевой погоде и отсутствию течения (второй столбец);

• условиям совпадения направления ветра и течения (последний столбец).

При залповом сбросе нефтепродуктов на акваторию скорости рас-

пространения границ пятна в различных его точках относительно места

аварии (рис.12.1.2) подчинены следующим соотношениям:

vvприvv

vvпри

vvприvv

цц

<−

>−

= 0

=v + v

= v

v – скорость распространения нефтяного пятна по поверхности воды,

определяемая уравнением (12.1.8).

РеРезультирующее

направление дрейфа пятна

Место

аварии

Точка В

Точка А Точка С

Точка D