Моделирование аварийных разливов нефти

Название проекта: Моделирование аварийных разливов нефти

     Актуальность  проекта вытекает из необходимости восстановления нарушенных экосистем в нефтегазодобывающих районах. Ежегодные потери нефти в России в результате утечек из нефтепроводов оцениваются в 5 % от объема добычи. При ежегодной добыче 300 млн. т. объем утечек достигает 15 млн. т/год.

     Министерство  по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий  стихийных бедствий разработало  ряд мероприятий, направленных на поддержание в постоянной готовности к ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов организаций, осуществляющих разведку месторождений, добычу нефти, а также переработку, транспортировку, хранение нефти и нефтепродуктов.

     В комплекс разработанных мероприятий  входит обязательная разработка предприятиями Планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов (ПЛАРН).

     Наиболее  загрязненными являются территории нефтедобычи Западной Сибири, период техногенной трансформации которых составляет 45 – 50 лет, причем основные воздействия приходятся на последние 15 – 20 лет. Только в Ханты-Мансийском округе Тюменской обл. за 25 лет было добыто более 6 млрд. тонн нефти. По данным Управления по охране окружающей среды ХМАО, в округе почти 40 тыс. га. земли покрыты нефтяными разливами. Рекультивация нефтезагрязненных земель очень затратна, а самовосстановление экосистем в указанных регионах или занимает значительный по протяженности период времени, или невозможно вовсе. Снижение затрат на восстановление природных экоситсем региона возможно лишь при реализации комплексного подхода.

     Цель  проекта состоит в разработке программного модуля, позволяющего моделировать распространение нефтепродуктов в результате аварийных разливов нефти (в полуавтоматическом режиме),  с оценкой экологического состояния и прогнозом изменения экологической ситуации.

     Текущий момент характеризуется ухудшением экологической ситуации, увеличением не систематизированных экологических исследований и ростом числа природовосстанавливающих технологий, которые, зачастую, при высокой стоимости являются малоэффективными.

     Предлагаемый  проект направлен на решение экологических  проблем нефтегазодобывающих регионов, таких как:

• оценкой экологического состояния окружающей среды при аварийных разливах нефти;
• Изучение факторов, влияющих на протекание природных процессов на данных территориях;
• Прогнозирование экологической ситуации;
• Оптимизация природовосстанавливающих технологий.

     Наиболее  эффективным способом решения данных задач является комплексное моделирование.

     Использование моделирования позволяет не только воссоздавать природные процессы в  лабораторных условиях, прогнозировать развитие, но и визуализировать и  контролировать их протекание (изменять скорость и направление процесса). При моделировании исследуются различные факторы, наличие или отсутствие которых влияет на протекание природных процессов. Построение модели позволяет изучить, как влияют друг на друга и на протекание процессов те или иные факторы. Воссоздавая процессы и факторы окружающей среды, можно подбирать определенный набор фактов для оптимизации тех или иных процессов, в том числе процессов самоочищение.

     По  итогам реализации проекта будет  создан программный модуль на базе платформы ESRI ArcGIS  (в дальнейшем самостоятельный программный продукт) позволяющий в полуавтоматическом режиме смоделировать распространение нефти по территории  с  оценкой экологического состояния окружающей среды и прогнозом изменения экологической ситуации.

     Программный модуль позволит прогнозировать последствия аварийных разливов нефти:  возможные пути стекания и места скопления нефти, воздействие нефти на природные объекты (реки, озера, леса и др.) и население (колодцы с питьевой водой, пастбища, сельскохозяйственные угодья и др.), а так же провести расчеты по большинству разделов ПЛАРН: рассчитать количество сил и средств, достаточное для ликвидации чрезвычайных ситуаций, определить необходимость привлечения профессиональных аварийно-спасательных формирований, определить первоочередные действия при получении сигнала о ЧС и др.

     При разработке геоинформационной модели будут задействованы специалисты различных структурных подразделений Тюменского государственного университета таких как Эколого-географический факультет, Институт математики и компьютерных наук.

     Новизна предлагаемого проекта заключается  в разработке новой более эффективной  методики, позволяющей сьэкономить время и трудозатраты при проведении исследований экологического состояния территории и разработке мер эфффективного восстановления экосистем, нарушенных в результате аварийных разливов нефти и деятельности нефтегазодобывающих предприятий.

     В настоящее время существует множество различных методов моделирования природных процессов. Однако, имеющиеся модели – узкоспециализированные, т.е. используют лишь один метод (математический, картографический, физический, химический). Или же эти модели оценивают один фактор, или процессы в одной среде, или же модели строятся для одного компонента, или же эти модели функционируют лишь в определенных условиях. Таким образом, существующие на данный момент модели не учитывают многие факторы взаимодействия, имеющиеся синэнергетические эффекты.

     Предлагаемая  программный модуль содержит несколько блоков: блок подготовки и обработки данных мониторинга; создание базы геоданных; блок геообработки; блок прогнозирования; блок визуализации результатов и процессов, т.е. включает имеющиеся наработки в области математического моделирования в экологии, ГИС-технологии и современные средства визуализации информации.

     Очевидным достоинством этого метода моделирования является возможность дистанционного исследования больших по территориальному охвату площадей за счет перенесения закономерностей выявленных на одних территориях на другие, за счет чего снижается стоимость исследования (по сравнению с полевыми работами).

     Методика  выявления в процессе моделирования факторов, влияющих на скорость и направление протекания природных процессов, что позволяет использовать природный потенциал и мобилизовать природную способность самоочищения, что существенно снизит затраты на рекультивацию нефтезагрязненных территорий.

     Технологии  восстановления экосистем, нарушенных в результате деятельности предприятий нефтегазодобывающей отрасли, весьма дорогостоящи, а исполнение рекомендации, получаемых на выходе моделирования для каждой отдельной экосистемы позволит перейти от искусственного восстановления к частичному самовосстановлению. Стимуляция самовосстановления будет менее дорогостоящей.

     Точность  определения протекания природных  процессов (в т.ч. распространение  поллютантов) зависит от полноты учета факторов окружающей среды (механический состав почв, геохимические барьеры и т.д.). Данная модель позволяет прогнозировать протекания различных природных процессов.

     Сейчас  оценка экологического состояния территории площадью 1 га в среднем составляет 5 тыс. рублей. Использования для  оценки экологического состояния территории предлагаемого модуля позволяет снизить стоимость оценки экологического состояния территории до 3 – 3,5 тыс. рублей за гектар.

     В настоящее время стоимость рекультивация 1 га нефтезагрязненных земель состовляет в среднем 1 млн. 250 тыс. рублей. Но даже нестомотря на столь значительные затраты на восстановление, полной реабилитации нарушенной экосистемы не происходит. Разработка в процессе моделирования мер, которые позволи ли бы в большинстве случаев отказатся от восстановления экосистем искусственным образом, в пользу оптимизации процессов самовостановления, позволила бы полность восстанавливать большинство наушенных в результате антропогенного воздействия экосистем. Кроме того, использование данного метода для разработки рекомендаций снизила бы затраты на рекультивацию в среднем на 30 – 40 % (то есть экономия может составить от 375 до 500 тыс. рублей за 1 га).