Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря Ларионов Андрей Викторович

Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря
<
Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Ларионов Андрей Викторович. Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 03.00.16 / Ларионов Андрей Викторович; [Место защиты: Кубан. гос. ун-т].- Краснодар, 2009.- 142 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-1/210

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Проблемы загрязнения морей при авариях нефтеналивных судов 13

1.1 Аварийные разливы нефти в море 13

1.2 Физико-химические свойства и состав нефти 17

1.3 Нефть в море 19

1.4 Экологические последствия аварийных разливов нефти 21

1.5 Обзор существующих моделей динамики и деструкции нефти 24

1.5.1 Растекание 25

1.5.2 Перенос и диффузия 28

1.5.3 Деструкция 34

1.6 Программные средства моделирования и визуализации аварийных разливов на акваториях морей 41

Выводы 45

Глава 2. Математические модели переноса и деструкции нефтяного загрязнения в море 47

2.1 Математическая постановка задачи, основные уравнения и допущения 47

2.2 Растекание нефти по поверхности воды 50

2.3 Движение слика под действием ветра и течения 51

2.4 Испарение 53

2.5 Растворение 56

2.6 Бактериальное разложение 57

2.6.1 Моделирование биодеградации нефти микроорганизмами, существующими в естественных условиях морской среды 61

2.6.2 Обратная задача биодеструкции нефтяного загрязнения 62

2.7 Аналитическое решение уравнения переноса 64

2.8 Переход к безразмерному виду 65

2.9 Разностная аппроксимация и алгоритмы численного решения 66

2.9.1 Явная разностная схема 67

2.9.2 Неявная разностная схема 68

2.9.3 Алгоритм численного решения прямой задачи 70

2.9.4 Алгоритм численного решения обратной задачи 74

2.10 Процедура оценки степени экологической опасности последствий аварийных разливов нефти для побережья 80

Выводы 83

Глава 3. Автоматизация расчетов и визуализация результатов при моделировании разливов нефти 84

3.1 Назначение и основные функциональные возможности программного комплекса 84

3.2 Структура программного комплекса 86

3.3.1 Информационное обеспечение 87

3.3.2 Программное обеспечение 89

3.3 Основной алгоритм работы программного комплекса 94

Выводы 101

Глава 4. Обсуждение результатов исследования 103

4.1 Декомпозиция нефти для описания результатов расчетов 103

4.2 Учет и анализ гидрометеорологических условий 105

4.3 Ранжирование побережья исследуемого района 108

4.4 Оценка последствий нефтяного загрязнения побережья 110

4.5 Исследование основных закономерностей динамики и деструкции нефтяного загрязнения 117

Выводы 123

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 124

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 126

ПРИЛОЖЕНИЕ А 141

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 142

Введение к работе

Проблема загрязнения морей и океанов уже давно приобрела глобальный характер, как по своим масштабам, так и по степени экологической опасности. Среди многочисленных загрязняющих веществ, поступающих различными путями в моря, особое место занимают нефтяные углеводороды. Нефть попадает в море со сточными водами промышленных предприятий, при авариях на буровых установках, расположенных на континентальном шельфе, при авариях танкеров и нефтеналивных терминалов, и по степени воздействия на морскую среду является одним из наиболее опасных загрязнителей.

Под загрязнением моря понимают непосредственное или косвенное внесение человеком веществ или энергии в морскую среду, влекущее за собой такие неблагоприятные последствия, как нанесение ущерба биологическим ресурсам; опасность для здоровья людей; нанесение ущерба морским отраслям хозяйственной деятельности, включая рыболовство; уменьшение пригодности морской воды для использования и ухудшение эстетических достоинств морских ландшафтов [72].

Выполненные автором диссертационной работы исследования посвящены моделированию конвективно-диффузионного переноса и деструкции нефти как загрязняющего вещества в водной среде.

Актуальность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью решения фундаментальной научной проблемы обеспечения экологической безопасности акватории морей и морского побережья при аварийных ситуациях, связанных с разработкой нефтяных месторождений на шельфе и транспортировкой нефти. Аварийные разливы нефти при транспортировке приводят к значительному ухудшению условий жизнедеятельности и здоровья людей, пагубно воздействуют на флору, фауну и рекреационные ресурсы морей. Помимо экологических последствий аварии при морских перевозках нефти влекут за собой серьезные экономические потери, связанные со сбором разлившейся нефти и очисткой загрязненного побережья.

Масштабы взаимодействия человека с морской средой возрастают, увеличивается степень загрязнения моря, прибрежной зоны, донных отложений и почвы нефтепродуктами вследствие роста объёма добычи, транспорта и переработки нефти. Ежегодно в портах Черного моря отгружается около 50 миллионов тонн нефтепродуктов. После увеличения пропускной способности трубопровода и терминалов Каспийского трубопроводного консорциума предполагается увеличение этого объема на 34 млн. тонн в год [31]. Существенно увеличится и вероятность загрязнения прибрежной зоны акваторий в непосредственной близости от Новороссийска в случае возникновения аварийных ситуаций при погрузке и транспортировке нефти.

В этих условиях приоритетной задачей является построение математических моделей переноса, диффузии и деструкции нефтяного загрязнения на акваториях морей, в частности — в прибрежной зоне акватории Черного моря, для обеспечения возможности прогнозирования поведения нефтяного загрязнения при заданных условиях окружающей среды, а также минимизации последствий нефтяного загрязнения побережья.

Существующие математические модели конвективно-диффузионного переноса нефтяного загрязнения с учетом процессов деструкции нефтяных углеводородов, разработанные различными исследователями (Foster J., Панина О.В., Howlett Е., Mendelsohn D., Jayko К., Paladino E., Шарпан M.B., Yoon J., Tsanis I., Оби Э.О., Huang J., Monastero F. и др.), описывают процессы естественной деструкции нефтяных углеводородов, однако, совместное влияние нескольких процессов деструкции не исследовано достаточно полно. При разработке практических способов искусственной деструкции загрязнения путем обработки нефтяного пятна биопрепаратом имеет место задача по нахождению оптималыюго количества биопрепарата, внесение которого необходимо для получения заданной степени деструкции нефти за заданное время. Такая задача до настоящего времени является малоисследованной, существует необходимость в разработке алгоритмов ее решения.

Таким образом, тема диссертационного исследования является актуальной и практически значимой.

Объектом исследования являются процессы техногенного загрязнения акваторий углеводородами, процессы переноса, диффузии и деструкции нефтяного загрязнения в прибрежной зоне акватории моря.

Предметом исследования выступают математические модели процессов адвективно-диффузионного переноса, естественной и искусственной деструкции нефтяного загрязнения.

Целью работы является разработка и исследование математических моделей переноса и диффузии нефтяного загрязнения с учетом процессов естественной и искусственной деструкции углеводородов при аварийном разливе нефти в прибрежной зоне Черного моря, а также разработка специального программного обеспечения для имитационного моделирования, автоматизации расчетов, визуализации и анализа результатов, полученных при помощи соответствующих математических моделей.

Задачи диссертационной работы:

  1. Исследование техногенных загрязнений акватории Черного моря и определение значимости и последствий углеводородных загрязнений.

  2. Математическое моделирование и исследование процесса растекания пятна нефти с учетом процессов деструкции нефти, а также изучение законов изменения пространственных характеристик нефтяного пятна от момента выброса до момента установления сформировавшегося пятна.

  3. Математическое моделирование и исследование процессов переноса и диффузии нефтяного загрязнения с учетом процессов деструкции нефти, связанных с испарением и микробиологическим окислением нефтяных углеводородов.

  4. Математическое моделирование и исследование процесса взаимодействия нефтяного пятна с берегом с учетом геоморфологической структуры побережья и гидрометеорологических условий исследуемого района моря.

  5. Разработка алгоритмов программной реализации математических моделей процессов переноса и деструкции нефти в море, а также алгоритмов визуального представления полученных результатов.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

    1. Разработана новая комплексная математическая модель динамики нефтяного пятна в море с учетом процессов конвекции, диффузии, испарения и биодеградации различных нефтяных фракций.

    2. Предложен алгоритм решения обратной задачи для разработанной математической модели переноса и диффузии нефтяного загрязнения в море с учетом микробиологической деструкции нефтяного загрязнения нефтеокисляющими бактериями, внесенными искусственным способом, позволяющий определить количество и начальную концентрацию биопрепарата, необходимую для получения требуемой степени деструкции загрязнения за заданное время.

      1. Впервые исследовано совместное действие процесса испарения и микробиологического окисления нефти на процесс очищения морской среды от нефтяного загрязнения.

      2. На основе разработанных моделей определены основные закономерности динамики и деструкции нефтяного пятна в исследуемом районе акватории моря, позволяющие оценивать вероятность и степень опасности загрязнения побережья в зависимости от гидрометеорологических ситуаций и геоморфологической структуры побережья исследуемого района прибрежной зоны моря.

      На защиту выносятся:

      1. Математическая модель переноса и диффузии нефтяного загрязнения в море с учетом влияния процессов испарения и разложения углеводородов нефтеокисляющими бактериями, существующими в естественных условиях морской среды или внесенными искусственным способом.

          1. Алгоритм определения количества и начальной концентрации биопрепарата, которая необходима для получения требуемой степени деструкции нефтяного загрязнения за заданный промежуток времени.

          2. Процедура оценки степени экологической опасности последствий аварийных разливов нефти и построения карт экологической уязвимости различных участков побережья акватории.

          3. Программный комплекс имитационного моделирования ОП_тос1е1, реализующий алгоритмы расчетов и визуализации результатов математического моделирования процессов переноса и деструкции нефти, а также алгоритмы определения вероятности и степени экологической опасности нефтяного загрязнения побережья.

          Научная и практическая значимость определяется тем, что новые математические модели, предложенные в работе, предоставляют возможность исследования характеристик и закономерностей процессов переноса и диффузии нефтяного загрязнения с учетом процессов естественной и искусственной деструкции нефтяных углеводородов. Результаты работы могут быть использованы для принятия адекватных мер по минимизации или предотвращению последствий аварийных разливов нефти и защите от загрязнения нефтью рекреационных зон побережья и береговых сооружений. Предлагаемые математические модели и программный комплекс имитационного моделирования ОП_тос1е1 ориентированы на использование в организациях, осуществляющих разведку и освоение нефтяных месторождений в море, а также включены в технологию геоэкологического мониторинга внутренних морей и прибрежных зон Азово-Черноморского бассейна.

          Методологическую базу исследования составляет математическое моделирование на основе фундаментальных законов природы, опирающееся на работы отечественных и зарубежных исследователей: Афанасьевой H.A., Богдановского A.A., Дембицкого С.И., Затучной Б.М, Зданьски А.К, Израэля Ю.А., Комарова A.B., Крыловой Т.О, Марчука Г.И., Монина A.C., Нунупарова С.М., Овчинникова И.М., Озмидова Р.В., Прокопова О.И., Ризниченко Г.Ю., Рубина А.Б., Савина М.Т., Тарасенко Л.Н., Титова В.Г., Удодова А.И., Уртенова М.Х., Цыбань A.B., Бэрриджа С. (Berridge), Блоккера П. (Blokker), Эллиота A. (Elliot), Фэя И. (Fay), Фингаса M. (Fingas), Герлаха С. (Gerlach), Йохансена О. (Johansen), Макея Д. (Mackay), Нельсона- Смита A. (Nelson-Smith), Уильямса Дж. (Williams).

          Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования представлены на XXXVIII Международной конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2000); XL Международной конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2002); II объединенной научной конференции факультета прикладной математики КубГУ "Прикладная математика XXI века" (Краснодар, 2002); международной школе "Современные методы эколого- химической оценки состояния и изменений окружающей среды" (Новороссийск, 2003); II школе-семинаре научных центров Черноморского Экономического сотрудничества (Краснодар, 2003); VI Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов "Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах" (Анапа, 2009) ; IX объединенной научной конференции студентов и аспирантов факультета компьютерных технологий и прикладной математики КубГУ "Прикладная математика XXI века" (Краснодар, 2009).

          По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 6 статей [14], [15], [17], [18], [20], [22], в том числе 1 статья в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования научных результатов диссертаций, 1 монография [13], 8 тезисов докладов [19], [33], [34], [35], [36], [37], [38], [58] и 1 свидетельство об отраслевой регистрации программного комплекса в Отраслевом фонде алгоритмов и программ [63].

          Изложим краткое содержание диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка основных обозначений, библиографического списка цитированной литературы, содержащего 140 наименований, 2-х приложений.

          В первой главе диссертационной работы приведен обзор литературы по изучаемой теме. Рассмотрен круг вспомогательных задач, изучение и решение которых необходимо для решения основных задач, определяемых целью настоящей работы. Изучены основные подходы, которые применялись различными исследователями при моделировании распространения и деструкции нефтяного загрязнения, а также характеристики и возможности некоторых из существующих программных комплексов, предназначенных для автоматизации расчетов и визуализации результатов при решении задач, связанных с загрязнением Мирового океана при аварийных разливах нефти.

          Во второй главе приведена математическая постановка задачи переноса, диффузии и деструкции нефтяного загрязнения в водной среде, описаны разработанные математические модели динамики нефтяного пятна с учетом деструкции нефтяных углеводородов вследствие процессов испарения и микробиологического разложения. Рассмотрены алгоритмы, разработанные для численного решения прямых задач естественной деструкции и обратной задачи искусственной биодеградации нефти. Определена процедуры оценки степени экологической опасности последствий аварийных разливов нефти и построения карт экологической уязвимости различных участков побережья.

          Третья глава содержит описание программного комплекса имитационного моделирования, разработанного для численных расчетов, визуализации и анализа результатов моделирования конвективно- диффузионного переноса нефтяного загрязнения в море с учетом деструкции нефти. Показана структура программного комплекса, рассмотрен состав информационного и программного обеспечения. Описаны функциональные возможности созданного программного обеспечения. Приведено описание технологий, блок-схемы и основных алгоритмов, использованных при построении программного комплекса.

          В четвертой главе обсуждаются результаты, полученные па основе построенных математических моделей конвективно-диффузионного переноса и деструкции нефтяного загрязнения и описывающие основные закономерности динамики, естественной и искусственной деструкции пятна нефти на поверхности моря. Приведены графики и диаграммы, отражающие основные закономерности процессов деструкции и изменение качественных и количественных характеристик разлитой нефти. Рассмотрены примеры вычисления траектории движения пятна нефти в прибрежной зоне акватории моря при различных гидрометеорологических условиях, полученные на основе процедуры оценки степени экологической опасности последствий аварийных разливов нефти и построения карт экологической уязвимости различных участков побережья исследуемого района Черного моря.

          Диссертационная работа выполнена в рамках грантов РФФИ:

          1. "Моделирование аварийных разливов нефти объектов нефтедобычи и транспортировки и их воздействия на окружающую среду" (№ 00-0196026).

          2. "Разработка математических моделей естественных и искусственных способов деструкции нефтяных разливов на акваториях и прибрежных зонах внутренних морей Азово-Черноморского бассейна" (№ 03-01-96511).

          Аварийные разливы нефти в море

          Для принятия оперативных решений в случаях попадания в море загрязняющего вещества необходимо иметь возможность графического представления результатов моделирования, что позволит отследить процесс распространения загрязнения в виде траектории движения на электронной географической карте акватории при помощи графиков, показывающих изменение параметров слика и диаграмм, отображающих изменение свойств разлитой нефти. Решение указанных задач непосредственно связано с обработкой картографической информации. Важнейшими инструментами при работе с пространственными данными выступают геоинформационные системы (ГИС) и ГИС-технологии.

          Геоинформационная система [5], [82] — это аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества.

          В соответствующей литературе [7], [25], [45], [52], [82], [85], [109] рассмотрены вопросы создания ГИС и применения геоинформационных технологий для решения практических задач в различных предметных областях, включая экологию моря, описаны особенности представления данных и операции, допустимые над пространственными данными, определенные в этих системах, приведены характеристики основных инструментальных средств ГИС, предназначенных для организации прикладных геоинформационных систем.

          Рассмотрим некоторые из существующих программных средств автоматизации вычислений и визуализации результатов при моделировании переноса загрязняющих веществ в море.

          Компания Транзас Марин разработала систему планирования и управления ликвидацией нефтяного разлива под названием 01Юиагс1 2000 [95]. СНЮиагё 2000 является системой подготовки и проведения учений, помимо этого она может применяться в качестве системы поддержки принятия решений в условиях реального разлива нефти. Система предоставляет широкий диапазон средств для подготовки, проведения и анализа учений, нацеленных на повышение степени готовности организаций, ответственных за ликвидацию последствий разлива нефти. Функционирование системы основано на математическом моделировании нефтяного разлива, проводимом с учетом взаимодействия нефтяного пятна с окружающей средой и средствами борьбы. Система также включает средства сбора информации для оценки результатов.

          Электронно-картографическая подсистема отображает район действия, в виде морской навигационной карты, нефтяное пятно в виде многосвязной области, пиктограммы показывающие место и состояние средств борьбы, маршруты транспортных средств. Информация по средствам борьбы находится в оперативно обновляемой базе данных. Для описания поведения основных типов оборудования, таких как боновые заграждения, нефтесборщики, химические диспергенты и средства их доставки используются упрощенные имитационные модели. Для объектов, за которыми осуществляется слежение через спутниковую систему навигации, отображается географическое положение и состояние канала связи.

          Модель описывает следующие динамические процессы: распространение нефти, испарение, проникновение в толщу воды, горение, взаимодействие пятна с берегом, боновыми заграждениями, нефтесборщиками и химическими диспергентами. В модели учитываются такие параметры окружающей среды, как форма и тип береговой линии, направление и сила ветра, температура и плотность воды, морские течения и высота волны.

          OilGuard 2000 может осуществлять обмен данными с другими информационными системами, используя открытые интерфейсы популярных пакетов прикладных программ.

          Система OSIS (Oil Spill Information System) [122] является совместной разработкой компаний Marine Information Systems и АЕА Technology. Система предназначена для мониторинга судьбы нефтяного пятна после выброса нефти при аварии танкера или нефтеналивного терминала и может быть сконфигурирована для использования в любом регионе планеты как в национальном масштабе, так и в масштабе конкретного морского терминала.

          Программный комплекс OSIS имеет в своем составе простую в использовании систему управления, базу данных, содержащую свыше 120 сортов нефти, интерфейс для задания свойств нефти пользователем, средства отображения изменения формы, размеров, траектории движения пятна, взаимодействия нефти с берегом, встроенную систему формирования отчета о результатах работы модели. Результаты работы системы представляются в виде графиков, которые показывают изменение концентрации и толщины пятна, и диаграмм, демонстрирующих изменение объема попавшей в море нефти.

          Движение слика под действием ветра и течения

          На основе построенных математических моделей динамики и деструкции нефти определим процедуру оценки степени экологической опасности последствий аварийных разливов нефти и построения карт экологической уязвимости различных участков побережья исследуемого района моря (рисунок 2.2):

          1. При заданном сценарии аварийного разлива и гидрометеорологических условиях определить существование угрозы нефтяного загрязнения побережья и указать район возможного выброса нефти на берег.

          2. На основе аналитического решения уравнения (2.1) при осредненной скорости результирующего поверхностного течения определить время, по истечении которого пятно нефти достигнет указанного района берега.

          3. На основе математической модели (2.13), (2.14) определить время, прошедшее с момента разлива, по истечении которого испарятся токсичные компоненты нефти и начнется процесс биодеструкции нефти.

          4. На основе математической модели (2.31), (2.32) и алгоритма решения обратной задачи определить количество биопрепарата, для обработки нефтяного пятна и достижения требуемой степени деструкции нефти к моменту времени, определенному в п.2.

          5. На основе комплексной математической модели, учитывающей испарение и биодеструкцию, определить итоговую концентрацию нефти при достижении берега.

          6. С учетом данных о геоморфологической структуре побережья и индексах ESI сделать вывод об уровне загрязнения побережья и степени

          экологической опасности последствий аварийного разлива нефти.

          Для построения карты экологической уязвимости гидрометеорологические условия выбираются на основании данных долгопериодных наблюдений, для каждого месяца (или сезона) года определяются среднее значение температуры окружающей среды, среднее значение скорости и повторяемость каждого из восьми основных направлений ветра. Приведенная выше процедура используется в сокращенном варианте — шаги 3 и 4 пропускаются. Целью в этом случае является определение вероятности, времени достижения и остаточного количества нефти для каждого из участков побережья при заданном сценарии разлива. В качестве потенциально возможных мест аварий могут быть выбраны места якорных стоянок нефтеналивных судов или места присоединения к морским нефтеналивным терминалам.

          1. Выполнена математическая постановка задачи конвективно- диффузионного переноса нефти с учетом процессов деструкции нефтяных углеводородов как загрязняющего вещества в водной среде.

          2. Разработаны математические модели переноса и диффузии: нефтяного загрязнения с учетом влияния процесса испарения, как наиболее интенсивного процесса деструкции в климатических условиях: Прикавказской зоны Черного моря, в значительной степени: способствующего уменьшению концентрации нефти в морской воде, а также процесса биологического разрушения нефти морскими микроорганизмами существующими в естественных условиях морской среды или внесенными: искусственным способом.

          3. Предложен алгоритм решения обратной задачи для разработанной математической модели переноса и диффузии нефтяного загрязнения в море с учетом процесса деструкции нефтяного загрязнения нефтеокисляющими бактериями, внесенными искусственным способом, позволяющий: определить начальную концентрацию биопрепарата, необходимую ДЛ51 получения требуемой степени деструкции загрязнения за заданное время.

          4. На основе построенных математических моделей разработана процедура оценки степени экологической опасности последствий аварийного разлива нефти в прибрежной зоне акватории Черного моря и получения карт экологической уязвимости различных участков побережья исследуемого района.

          Информационное обеспечение

          В рамках проводимых автором исследований построен программный комплекс ОП_тос1е1. Разработанное программное обеспечение реализует математические модели переноса, диффузии и деструкции нефтяного загрязнения в прибрежной зоне моря.

          Программный комплекс предназначен для автоматизации вычислительных процессов и визуализации средствами двумерной анимации результатов моделирования конвективно-диффузионного переноса и деструкции нефтяного загрязнения на акватории моря вследствие аварийного разлива нефти и позволяет решать следующие задачи:

          1. Моделировать процесс растекания пятна нефти с учетом процессов деструкции нефти, связанных с испарением и микробиологическим окислением нефтяных углеводородов от момента выброса до момента установления сформировавшегося пятна;

          2. Моделировать процесс переноса и диффузии нефтяного загрязнения с учетом названных выше процессов деструкции нефти;

          3. Моделировать процесс взаимодействия нефтяного слика с берегом с учетом геоморфологической структуры побережья и при заданных параметрах выброса и окружающей среды определять район контакта пятна нефти с линией берега, а также возможные последствия нефтяного загрязнения побережья;

          4. Производить визуализацию результатов решения указанных задач посредством отображения изменений на графиках и электронной карте. Строить карту экологической уязвимости побережья исследуемого района.

          Для решения указанных задач программный комплекс наделен набором функциональных возможностей, позволяющих: производить расчеты и визуализацию результатов в автоматическом или пошаговом режиме; отслеживать изменение траектории перемещения пятна нефти в прибрежной зоне моря под действием ветра и течения; определять время, прошедшее с момента аварийного разлива нефти; отслеживать изменение пространственных характеристик пятна во времени; рассчитывать количество биопрепарата, необходимое для обработки нефтяного пятна; определять поверхностную концентрацию загрязняющего вещества в воде; наблюдать по графикам за изменением первоначальной массы загрязняющего вещества в результате процессов деструкции; наблюдать по графикам за изменением интенсивности процессов испарения, и бактериального разрушения; сохранять в растровом графическом файле кадры визуализации, выбранные в любой момент процесса моделирования; протоколировать процесс перемещения нефтяного пятна путем сохранения в файл информации о координатах места выброса нефти и о каждом кадре визуализации динамики пятна; воспроизводить запись протокола процесса дрейфа нефтяного пятна; распечатывать графические и числовые результаты моделирования, а также изображения карты исследуемого района; производить посредством системы электронной почты отправку на заданные адреса информации о параметрах аварийного разлива, дрейфе пятна и изменении его характеристик под влиянием процессов деструкции.

          Разработанное программное обеспечение обладает широким спектром сервисных возможностей по работе с электронной картой исследуемого района, а именно возможно: указывать визуально место аварийного разлива нефти; масштабировать изображение карты; измерять расстояния по карте; измерять линейные размеры пятна; использовать специальный навигатор для отображения всей карты и быстрого перехода к интересующему участку; получать информацию о геоморфологической структуре побережья. Реализована возможность получения справочной информации по всем рассмотренные функциональным возможностям.

          Похожие диссертации на Математическое моделирование динамики нефтяного слика с учетом деструкции нефти в прибрежной зоне Черного моря