Методика проведения расчетов для оценки перемещения полей загрязненных судовых вод под действием ветра и течений в мористых районах Западной Камчатки

Размещено на http://www.allbest.ru//

21

Размещено на http://www.allbest.ru//

Известно, что загрязняющие вещества в составе сточных вод стационарных источников сброса (буровых платформ, прибрежных поселений и т. д.) способны трансформироваться в морской среде и переноситься системами течений на достаточно большие расстояния [12, 15 и др.]. Однако при моделировании антропогенного влияния на морскую среду не рассматривается перемещение полей судовых стоков по открытому морскому пространству при хозяйственной деятельности рыбопромыслового флота. Современные исследования в области физико-химических процессов [11, 16, 17 и др.], происходящих с антропогенным загрязнением на поверхности моря, направлены на моделирование переноса и трансформации сырой нефти, разлитой в режиме аварийной ситуации и при наиболее неблагоприятных гидрометеорологических и климатических условиях [14] конкретного участка моря. загрязнение судовый промышленность море

Между тем, во время промысла на открытом пространстве Охотского моря, интенсивность судоходства, показатель концентрации судов, а, следовательно, и совокупный сброс загрязняющих веществ, содержащихся в составе судовых стоков, включая льяльные воды, могут быть весьма значительными. Сбросы загрязняющих веществ неизбежно приводят к ухудшению экологической ситуации и в конечном итоге - снижению численности биоресурсов. В настоящее время данный аспект негативного воздействия объектов транспорта на море не достаточно изучен. Автором работы [8], разработана методика, позволяющая учитывать подобное воздействие от множества передвижных источников загрязнения, находящихся на определенной акватории, и показано, что в окружающую среду промысловых районов у Камчатского шельфа со стоками судов сбрасываются в значительных количествах загрязняющие вещества.

На протяжении 1984-2010 гг. ГУ «Камчатское УГМС» проводит по Методике [2] краткосрочное прогнозирование распространения по акватории прикамчатских вод нефтепродуктов разлитых в режиме аварийной ситуации. Однако прогнозирование перемещения полей судовых стоков при повседневной деятельности флота не проводится. Поэтому не известны направление и скорость переноса загрязненных полей судовых вод по акватории биопродуктивных районов Камчатского шельфа. На основе Методики [2] предложены расчеты, формулы и предварительная оценка результирующего переноса (помесячно) стоков рыбопромыслового и обслуживающего флота, под действием ветра и течений в мористых районах западной Камчатки при характерных гидрометеорологических условиях.

Методика расчета переноса загрязнений, сбрасываемых с судовыми стоками флота рыбной промышленности

Согласно Методике [2] основными факторами, определяющими перемещение нефтяного пятна, являются ветровой дрейф и течения неветрового происхождения. При этом приращение координат центра пятна за время рассчитывается по формуле:

где - сумма векторов средней скорости за время . Согласно [2] сумма векторов средней скорости находится по формуле:

где - скорость дрейфа; - скорость приливного течения; -составляющая средней скорости поверхностного течения, не зависящая от ветра в данный момент и не приливная (например, компенсационные, стоковые, бароградиентные, термохалинные составляющие скорости); - случайная составляющая средней скорости поверхностного течения. Скорость приливного течения () определяется по методу Раттри или вычисляется по гармоникам, которые в свою очередь, рассчитываются штурманским методом по [18].

Согласно Методике [2] скорость дрейфа определяется по формуле:

где - скорость «скольжения поверхностно-активной пленки», при ее наличии; - скорость дрейфового течения. Скорость скольжения пленки () рассчитывается по формуле:

где - средняя за рассматриваемый период скорость ветра; - ветровой коэффициент для пленки, равный в случае нефтяной пленки в среднем 0,04.

Для прогнозирования результирующего переноса загрязнений, сбрасываемых с судовыми стоками флота рыбной промышленности (ФРП), в мористых районах Западно-Камчатского шельфа данные формулы были адаптированы к гидрометеорологическим условиям, преобладающим здесь. Так, в условиях Камчатского шельфа, с учетом месячного осреднения, скорость приливного течения и случайная составляющая средней скорости поверхностного течения приняты близкими к «0». Средняя за рассматриваемый период скорость ветра принята за суммарный (результирующий) ветер за месяц в исследуемом районе, что обусловлено месячным осреднением результирующего вектора перемещения воздушных масс в приземном слое по многолетним среднемесячным данным. Суммарный ветер за месяц в исследуемом районе (, м/с) рассчитывается по формуле:

где - проекция суммарного вектора ветра за искомый месяц по меридиану, в условных единицах; - проекция суммарного вектора ветра за искомый месяц по параллели, в условных единицах;

Проекция суммарного вектора ветра за искомый месяц по меридиану рассчитывается по формуле:

где - проекция вектора ветра на меридиан по румбу, в условных единицах; i - румб; N - количество румбов. Отметим, что проекция суммарного вектора ветра за искомый месяц по параллели рассчитывается аналогично.

Проекции вектора на меридиан и параллель согласно [3] определяются по формуле:

где - проекция величины на ось координат; - угол между вектором и осью координат, на которую проектируется величина . Тогда проекция вектора ветра на меридиан по румбу рассчитывается по формуле:

где - средняя месячная скорость ветра в данном месяце, м/с; Т -повторяемость направлений ветра по румбам в данном месяце (из компаса), %; 100 - условная величина для перевода размерности величин; - угол между меридианом и направлением ветра (румб), отсчитываемый от Севера по часовой стрелки, град; Отметим, что величина указывает на направление ветра из компаса.

Повторяемость направлений ветра по румбам в данном месяце находятся по данным морских ГМС, расположенных в исследуемом районе, средняя месячная скорость ветра находятся по данным, представленным в работе [13]. Проекция вектора ветра на параллель по румбу рассчитывается по формуле:

Направление суммарного ветра за месяц (, град) в исследуемом районе определяется по формуле:

Отметим, что угол между меридианом и направлением ветра (, град) переводится в румб по Методическим указаниям [10]. Скорость дрейфового течения находится по формуле, аналогичной формуле (5), где среднемесячная скорость постоянных течений в исследуемом районе (, м/с) определяется по таблице 1. Она составлена по схемам течений Охотского моря, представленным в работе [1]. Эти данные включают составляющую средней скорости поверхностного течения в исследуемом районе, в т. ч. стоковые, вдольбереговые, компенсационные и др.

Таким образом, результирующий вектор переноса полей судовых стоков (, м/с) определяется по формуле:

где - составляющая вектора скорости дрейфа по меридиану, в условных единицах; - составляющая вектора скорости дрейфа по параллели, в условных единицах. Результирующее направление переноса полей судовых стоков рассчитывается по формуле, аналогичной формуле (10).

Исходные данные для проведения расчета результирующего переноса полей судовых стоков по морской акватории

Для расчета скорости и направления перемещения полей загрязненных вод, сброшенных с судовыми стоками в мористых районах на расстоянии 50 км от западного побережья Камчатки на траверзе береговых ГМС, расположенных на п-ове Камчатка определим условия. Географическое местоположение сброса судовых стоков - Западно-Камчатская и Камчатско-Курильская промысловые подзоны Охотского моря, далее исследуемый район. Сброс происходит с судов ФРП в исключительную экономическую зону РФ и на протяжении календарного года. Распространение загрязняющих веществ, происходит в поверхностном слое моря на горизонте 0-5 м, что связано с расположением выпусков стоков не выше ватерлинии.

Перемещение полей судовых стоков под действием ветра и течений происходит в безледовый период (с апреля по ноябрь включительно) и во льдах (декабрь - март). Расчет проводится по имеющимся гидрологическим данным. Для наиболее точной оценки переноса загрязнений используются данные регулярных, методически однородных рядов наблюдений за метеорологическими элементами всех имеющихся в исследуемом районе ГМС. Ветер, измеряемый на береговых ГМС, распространяется в море на расстояние 50 км от побережья. Скорость поверхностных морских течений на траверзе выбранных ГМС определяется по таблице 1.

Скорость Камчатского течения, протекающего в море, составляет 10-15 см/с, а Западно-Камчатского компенсационного течения, протекающего в прибрежье Камчатки - 10-20 см/с [1]. Исходя, из перечисленных условий, выделяем исследуемый подрайон - часть акватории Охотского моря расположенная в исследуемом районе, ограниченная с внешней и внутренней стороны линиями. Внутренняя граница исследуемого подрайона совпадает с береговой линией западного берега п-ова Камчатка, а внешняя граница подрайона лежит на расстоянии 50 км от него.

Результаты расчета суммарного вектора ветра в исследуемом подрайоне

В таблице 2 представлены сведения о ГМС, расположенных на западном побережье п-ова Камчатка. Она составлена по Списку организаций [19] и дополнена материалами Госфонда ГУ «Камчатское УГМС». Были выполнены расчеты суммарного ветра за месяц в исследуемом подрайоне по данным всех (табл. 2) имеющихся в исследуемом подрайоне ГМС.

На рисунке выборочно показаны примеры расчета по формуле (5) суммарного вектора ветра по его проекции на меридиан и параллель на ГМС Озерная (за апрель месяц) и на ГМС Ича (за сентябрь месяц).

Выполненные расчеты показали, что скорость и направление суммарного ветра не постоянны во времени. В апреле в исследуемом подрайоне наблюдается вдольбереговое перемещение ветра, направленного с С на Ю, со скоростью 0,1-0,6 м/с. В мае наблюдается относительно стойкий ветер, направленный к берегу за исключением района, расположенного на траверзе ГМС Усть-Хайрюзово. В июне на всем протяжении исследуемого подрайона отмечен устойчивый ветер, направленный к берегу. В этом месяце возможно возникновение эффекта «прилипания» загрязненных полей судовых стоков к берегу западной Камчатки, что следует из результатов экспериментов Г. А. Гольдберга с соавторами [12], проведенных в 1970 г. в районах Ялты и Сочи. В таблице 3 представлены (выборочно) сводные данные, проведенных по формулам (5) и (10) расчетов по направлению (румб и градус) и средней месячной скорости суммарного вектора ветра на расстоянии 50 км на траверзе береговых ГМС (Усть-Хайрюзово, Ича, Октябрьская) западного побережья Камчатки.

В июле в исследуемом подрайоне тенденция направленности ветра, описанная по предыдущим месяцам сохраняется в сторону берега, но с северной составляющей. Средняя скорость ветра, на траверзе ГМС меняется не существенно. В августе наблюдается устойчивое направление ветра в сторону берега. В сентябре происходит перестройка направления ветра вдоль берега, но с Ю на С. Средняя скорость ветра с северной составляющей и в целом уменьшается. В октябре нарушается устойчивая тенденция, ветер отклоняется к З против часовой стрелки, но его направление существенно не меняется по отношению к сентябрю. В ноябре синхронное направление ветра в исследуемом подрайоне нарушается и распределяется следующим образом: в Камчатско-Курильской промысловой подзоне перемещение ветра происходит в южном направлении, а в Западно-Камчатской промысловой подзоне к СЗ. Средняя скорость ветра увеличилась в 1,5-2 раза по отношению к предшествующим месяцам.

В декабре, согласно [1], в Западно-Камчатской рыбопромысловой подзоне наблюдается устойчивый сплошной лед на всем протяжении исследуемого района, а в Камчатско-Курильской, в период декабрь - март, ветер с южной составляющей, преимущественно ЮЗ. В декабре он направлен в сторону Курильских островов (скорость 2,3 м/с), и постепенно к апрелю месяцу он разворачивается против часовой стрелки со скоростью 2,8 м/с к Ю.

Выводы

Проведенные расчеты суммарного вектора ветра показывают, что в исследуемом районе существует вероятность достижения полями судовых стоков западного берега Камчатки и его загрязнение, что подтверждает актуальность дальнейших исследований по расчету результирующего переноса полей загрязненных вод судов ФРП по акватории моря. Результаты работы показали, что предложенная Методика расчета переноса загрязнений, сбрасываемых с судовыми стоками ФРП, разработанная на основе Методики [2] применима для получения перемещения полей загрязненных судовых вод под действием ветра и течений в мористых районах западной Камчатки.

Литература

Атлас по океанографии Берингова, Охотского и Японского морей [Электронный ресурс] / И. Д. Ростов и др. Владивосток, 2007. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM)

Временные рекомендации по прогнозированию распространения нефти в море. М.: ГК СССР по ГКПС, 1984. 21 с.

Зубов Н.Н. Океанологические таблицы / под ред. Б.И. Леонова. Л.: Гидрометеоиздат, 1957. 406 с.

Исаков А.Я., Касперович Е.В. О загрязнении нефтепродуктами Охотского моря // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. 2007. №02(26). Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2007/02/pdf/13.pdf

Исаков А.Я., Касперович Е.В. Физико-химические характеристики нефтесодержащих вод на судах рыбопромыслового флота // Экономические, социальные, правовые и экологические проблемы Охотского моря и пути их решения: Материалы региональной научно-практической конференции 23-25 ноября 2004 г. Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2004. С. 135-140

Касперович Е.В. О загрязнении морей нефтепродуктами при эксплуатации судов (на примере Западно-Камчатской и Североохотоморской рыбопромысловых подзон Охотского моря и внутренних морских вод Авачинской губы Камчатского края). // Экологические аспекты освоения нефтегазовых месторождений: Сборник статей РЭА №1. Владивосток: Дальнаука, 2009. С. 105-109

Касперович Е.В. О загрязнении стоками морских транспортных средств Охотского моря // Экономические, социальные, правовые и экологические проблемы Охотского моря и пути их решения: Материалы региональной научно-практической конференции 17-19 мая 2006 г. Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2006. С. 251-253

Касперович Е.В. Оценка массы сброса загрязняющих веществ со стоками судов в промысловые подзоны Охотского моря // Безопасность жизнедеятельности. 2010. №10. С. 15-19

Касперович Е.В. Судовые нефтесодержащие (льяльные) воды, их физико-химические параметры и очистка / Вестник Камчатского государственного технического университета. 2005. Вып. 4. С. 63-66

Методические указания по автоматизированной обработке гидрометеорологической информации / под. ред. Б.В. Апарина, В.В. Пуговкина и др. Обнинск: ВНИИГМИ-МЦД, 2000. 68 с.

Мишуков В.Ф., Калинчук В.В., Мишукова Г.И. Модель расчета переноса и трансформации нефтяного загрязнения в дальневосточных морях (на примере залива Петра Великого Японского моря) // Дальневосточные моря России: Исследования морских экосистем и биоресурсов. М.: Наука, 2007. 699 с.

Моделирование процессов самоочищения вод шельфовой зоны моря. / Гольдберг Г.А., Зац В.И., Ациховская Ж.М. и др. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 216 с.

Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. - Ч. 1-6. - Вып. 27 - Камчатская обл. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. 398 с.

О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. Постановление Правительства РФ от 21.08. 2000 г. (в ред. от 15.04.02 г.) № 613.

Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа. М.: Изд-во ВНИРО, 2001. 247 с.

Построение гидрометеорологических сценариев для задач оценки воздействия на окружающую среду / И.Е. Кочергин, А.А. Богдановский, В.Д. Будаева и др. // Тематический вып. ДВНИГМИ №3. Владивосток: Дальнаука, 2000. С. 223-240

Результаты моделирования потенциальных разливов нефти в заливе Анива и проливе Лаперуза / А.А. Богдановский, И.Е. Кочергин, И.А. Аршинов и др. // Гидрометеорология и экология Дальнего Востока: труды ДВНИГМИ, тематич. вып. №4. Владивосток, 2003. С. 118-125

Руководство по расчету элементов гидрологического режима в прибрежной зоне морей и устьев рек, ч. 3. М.: Гидрометеоиздат, 1972. 535 с.

Список гидрометеорологических организаций наблюдательной сети Росгидромета (по состоянию на 1 января 2003 года). М.: Гидрометеоиздат; Спб., Обнинск: ВНИИГМИ-МЦД, 2004. 248 с.

Размещено на Allbest.ru