Оптимизация природоохранных мероприятий при ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов: На примере акватории Санкт-Петербурга тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат технических наук Березин, Игорь Константинович

• Березин, Игорь Константинович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Березин, Игорь Константинович

Введение

Аналитический обзор по проблеме обеспечения дологической безопасности при транспортировке ефтепродуктов по акватории Санкт-Петербурга.

1.1. Роль нефти и нефтепродуктов в отечественной сономике.

1.2. Физико-химические свойства нефти и ее производных.

1.3. Основные виды транспорта нефти и нефтепродуктов.

1.4. Краткая характеристика акватории Санкт-Петербурга.

1.5. Оценка дрейфа пятна нефтепродуктов.

1.6. Оценка экологической безопасности и экологического аска при растекании нефтепродуктов.

1.7. Обзор публикаций по рассматриваемой проблеме, ормирование задачи диссертационного исследования. ыводы по главе 1.

Предупреждение и ликвидация аварийных разливов гфтп н нефтепродуктов на Неве и в Финском заливе.

2.1. Особенности распространения нефти по водным >верхностям.

2.2. Мониторинг нефтяных загрязнений водной >верхности.

2.3. Анализ системы перемещения нефтепродуктов по ватории Санкт-Петербурга и Ленинградской области.

2.4. Нормативно-правовое обеспечение экологической !ЗОпасности при аварийных разливах нефтепродуктов. ыводы по главе 2.

Оценка состава и эффективности существующей системы (л и средств ликвидации последствий аварийных разливов •,фти и нефтепродуктов на акватории Санкт-Петербурга и шинградской области. : 3 Л. Действующие структуры обеспечения экологической зопасности на акватории Санкт-Петербурга и Ленинградской ласти.

3.2. Методика оценки вероятности реализации аварийных туаций в процессе перемещения нефтепродуктов по ватории Санкт-Петербурга и Ленинградской области.

3.3. Определение зависимости вероятности возникновения аварийной ситуации с разливом нефтепродуктов от объемов их обращения.

Выводы по главе 3.

4. Методика обоснования рациональной номенклатуры и дислокации сил ликвидации последствий аварийных разливов нефтепродуктов на акватории Санкт-Петербурга.

4.1. Требования к системе обеспечения экологической безопасности на территории Санкт-Петербурга.

4.2. Постановка задачи определения рационального состава сил ликвидации последствий аварии с разливом нефтепродуктов по водной поверхности.

4.3. Выбор методики определения параметров нефтяного пятна в процессе растекания нефтепродуктов по водной поверхности.

4.4. Методика обоснования необходимой длины боновых ограждений для локализации нефтяного пятна.

4.5. Методика расчета оптимального размещения сил ликвидации последствий разливов нефтепродуктов на акватории Санкт-Петербурга.

Выводы по главе 4.

5. Результаты расчетов и их анализ.

5.1. Обоснование распределения опорных пунктов базирования сил ликвидации последствий аварий на акватории Санкт-Петербурга.

5.2. Обоснование расчетных значений площади нефтяного пятна на различных участках акватории Санкт-Петербурга.

5.3. Методика прогнозирования времени аварии и объема сброса нефтепродуктов на воду.

5.4. Программное обеспечение решения проблемы.

5.5. Результаты расчетов и их анализ.

Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация природоохранных мероприятий при ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов: На примере акватории Санкт-Петербурга»

В настоящей работе рассматриваются вопросы повышения экологической безопасности в процессе перемещения нефтепродуктов по акватории Санкт-Петербурга.

Согласно определению профессора Федорова М.П. экологическая безопасность это состояние, при котором взаимодействие природного комплекса и человека определяется как устойчивое (гомеостатическое).

В настоящее время наблюдается опережающее развитие техногенных систем перед системами обеспечения экологической безопасности. Особую роль в нарушении устойчивости равновесия природного комплекса и техногенной деятельности играет система обращения с нефтью и нефтепродуктами.

В работе рассматриваются три основные задачи: формирование требований к структуре и управлению системой обеспечения экологической безопасности на акватории Санкт-Петербурга; выбор методики определения параметров нефтяного пятна в процессе растекания нефтепродуктов по водной поверхности; разработка методики оптимального размещения номенклатуры сил ликвидации последствий аварийного разлива нефтепродуктов по акватории Санкт-Петербурга.

Актуальность темы.

Акватория Санкт-Петербурга имеет протяженность более 80 км и является основной транспортной артерией, связывающей южное направление с западным.

После распада Советского Союза и выход из его состава прибалтийских республик, Россия потеряла ряд стратегически важных нефтеналивных комплексов, предназначенных для транспортировки нефти и нефтепродуктов в страны западной Европы. Строительство нефтеналивных терминалов в Ленинградской области и расширение порта Санкт-Петербург позволило восстановить российский экспорт нефти и нефтепродуктов, но одновременно повысило экологическую нагрузку на акваторию города и области.

Особенность географического положения Санкт-Петербурга практически исключает возможность транспортировки нефтепродуктов, минуя такую транспортную магистраль, как река Нева, ее притоки, Невская губа. Достаточно заметить, что ежегодно по этой магистрали проходит более 8000 судов, из них 2500 - нефтеналивных, транспортирующих нефтепродукты как на экспорт, так и для бункеровки. Кроме того, большое число промышленных предприятий осуществляет сброс сточных вод в р. Нева и ее притоки, зачастую скрытно. Ежегодно на акватории Санкт-Петербурга происходит 40.50 аварийных сбросов нефтепродуктов.

Существующая система сил предотвращения и ликвидации последствий аварийных разливов нефтепродуктов на акватории Санкт-Петербурга находится на этапе становления. Основа этой системы базировалась на практических навыках в решении проблем ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов и на интуитивном представлении о номенклатуре сил и их размещении на акватории при хронически недостаточном выделении средств.

В настоящее время назрела необходимость разработки методик обоснования оптимального состава и рационального размещения на акватории Санкт-Петербурга номенклатуры сил ликвидации последствий аварийных сбросов нефтепродуктов в интересах эффективного их использования при минимальных затратах на выполнение работ.

Цель и задачи работы.

Целью настоящей диссертации является разработка ряда методик, необходимых для определения оптимальных вариантов размещения сил ликвидации последствий аварийных разливов нефтепродуктов по акватории Санкт-Петербурга.

Основное внимание уделено выбору методики расчета параметров нефтяного пятна в процессе растекания нефтепродуктов по водной поверхности, разработке методики определения рационального состава сил и методики расчета оптимального их распределения между опорными пунктами базирования.

Объект исследования.

Объектом исследования является система обеспечения экологической безопасности на акватории Санкт-Петербурга и выявление возможности по ее совершенствованию.

Методы исследования.

Диссертационная работа построена на основе методов системного анализа, как совокупности методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам.

Выбор методики определения параметров нефтяного пятна в процессе растекания нефтепродуктов по водной поверхности основан на методах анализа физики явления. Обоснование требований к оптимальной номенклатуре и размещению сил на акватории Санкт-Петербурга базируется на методах математического программирования, в частности на методах поиска экстремума многопараметрических функций в стохастической постановке при целочисленных аргументах целевой функции.

Научная новизна результатов исследований.

Разработанный комплект методик позволяет обосновать требования к размещению сил ликвидации последствий аварий с растеканием нефтепродуктов на акватории Санкт-Петербурга и их номенклатуре, что по проведенным в диссертации оценкам дает возможность экономить до 50% средств, затрачиваемых на выполнение работ.

Частные решения позволяют изменить требования к процессам мониторинга, к обоснованию запаса необходимых боновых ограждений, прогнозировать время и объем аварийного сброса нефтепродуктов в целях выявления источника.

Разработанные методики позволяют обосновать требования к структуре и способам управления системой обеспечения экологической безопасности при перемещении нефтепродуктов по акватории Санкт-Петербурга.

Практическая значимость работы.

Разработанный комплекс методик позволяет обосновать требования к размещению сил ликвидации последствий аварий с растеканием нефтепродуктов на акватории Санкт-Петербурга и их номенклатуре, что по проведенным в диссертации оценкам дает возможность экономить до 50% средств, затрачиваемых на выполнение работ.

Частные решения позволяют изменить требования к процессам мониторинга, к обоснованию необходимых боновых ограждений, прогнозировать время и объем аварийного сброса нефтепродуктов.

Разработанный комплекс методик позволяет обосновать требования к структуре и способам управления системы обеспечения экологической безопасности при перемещении нефтепродуктов по акватории Санкт-Петербурга.

Реализация научных результатов.

Реализация результатов решения поставленных задач. Разработанные методики и модели используются специализированными предприятиями ГУЛ «ПИЛАРН», ГУЛ «Ленводхоз» и в дежурной службе Комитета по природопользованию Санкт-Петербурга в практике планирования и проведения операций по ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов, а также для анализа траектории распространения нефтяного пятна, определения оптимального количества сил и средств ликвидации аварии, для расчета упреждающих точек постановки боновых заграждений и контроля действия судов по локализации и ликвидации аварийного разлива нефтепродуктов в реальном масштабе времени. Проведено обоснование размещения судов-нефтесборщиков, находящихся в ведении Правительства Санкт-Петербурга по опорным пунктам на акватории города для поэтапной реализации.

Апробация работы.

Основные положения диссертации опубликованы в 11 трудах. Автор выступал с докладами на Международном форуме «Инновационные технологии XXI века для рационального природопользования, экологии и устойчивого развития» (Москва, 2004), международном экологическом форуме «Экобалтика-2004» (Санкт-Петербург, 2004), на 5-м международном экологическом форуме, посвященном 30-летию подписания Хельсинкской Конвенции (Санкт-Петербург, 2004), на заседании научно-методического семинара Санкт-Петербургского государственного политехнического университета по проблемам риска в техногенной и социальной сферах (Санкт-Петербург, 2005). Результаты диссертации использовались при расстановке сил и средств, подведомственных Комитету ГУПов «ПИЛАРН» и «Ленводхоз» в период несения ими дежурства по обеспечению экологической безопасности на акватории Санкт-Петербурга.

1. Аналитический обзор по проблеме обеспечения экологической безопасности при транспортировке нефтепродуктов по акватории Санкт-Петербурга.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Березин, Игорь Константинович

Выводы по главе 5.

1. Обосновано распределение опорных пунктов базирования нефтесборщиков по акватории Санкт-Петербурга. С учетом статистики загрязнений, наличия причалов и систем жизнеобеспечения судов выбрано пять пунктов возможного размещения теплоходов.

2. Обосновано расчетное значение аварийных площадей растекания нефтепродуктов к моменту подхода нефтесборщиков к рубежу соответствующей зоны ответственности рассматриваемого пункта базирования.

3. Разработана методика прогнозирования времени аварии с разливом нефтепродуктов и объема сброса по результатам двух оценок площади или радиуса нефтяного пятна.

4. Произведены расчеты и разработаны предложения по оптимальному размещению теплоходов между опорными пунктами базирования на акватории Санкт-Петербурга. Показано, что расширение мест базирования и оптимальное распределение теплоходов позволяет экономить от 27% до 55% средств на выполнение работ по сравнению с существующим вариантом при одновременном сокращении времени выполнения работ в некоторых ситуациях.

Заключение.

Выполненные исследования, расчеты, выполненные с помощью разработанных алгоритмов и программ, анализ полученных результатов позволяют сделать следующие общие выводы.

1. Существенное влияние на эффективность системы обеспечения экологической безопасности при транспортировке нефтепродуктов по акватории Санкт-Петербурга оказывает комплекс задач, связанных со структурой, управлением системой, номенклатурой сил и их оптимальному размещению вдоль акватории.

2. Разработанный комплекс методик представляет собой достаточно универсальный аппарат для определения оптимального состава и рационального размещения сил ликвидации последствий аварий с разливом нефтепродуктов на различных акваториях.

3. Разработанные алгоритмы и программы их реализации на персональных компьютерах достаточно «гибкие» и позволяют при небольших доработках оптимизировать систему обеспечения экологической безопасности на акваториях различных регионов при различном составе и различных тактико-технических характеристиках нефтесборщиков.

4. Предложения по увеличению пунктов базирования теплоходов и их оптимальному распределению между этими пунктами могут дать ощутимую экономию средств, затрачиваемых на выполнение работ по ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов в пределах акватории Санкт-Петербурга.

5. Существенное влияние на эффективность проведения работ по ликвидации последствий аварий с выбросом нефтепродуктов на водную поверхность оказывают такие тактико-технические характеристики нефтесборщиков как скорость хода, производительность и часовая стоимость выполнения работ. Дальнейшее совершенствование системы методик повышения эффективности действий сил ликвидации последствий аварийных разливов нефтепродуктов может осуществляться как в направлении поиска фундаментальных методов и средств локализации нефтяных пятен, предъявления требований к тактико-техническим характеристикам теплоходов, так и в направлении совершенствования методов оценки эффективности системы, поиска комплексных критериев, разработки рекомендаций по структуре и управлению системой обеспечения экологической безопасности в целом.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Березин, Игорь Константинович, 2005 год

1. Справочник инвестора. Санкт-Петербург-2002. Официальное издательство Администрации Санкт-Петербурга, 2002.

2. Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 2003 году. СПб, 2004.

3. Вылкован А.И. и др. Современные методы и средства борьбы с разливами нефти. СПб, 2000.

4. Усанов Б.П. «Ногою твердой стать при море.», СПб, 2003.

5. Яковлев В.В. Нефть. Газ. Последствия аварийных ситуаций, СПб, 2003.

6. Биненко В.И. и др. Чрезвычайные ситуации в современном мире и проблемы безопасности жизнедеятельности, СПб, 2004.

7. Крупнов О.Р. Модели для мониторинга аварийных разливов нефти на акватории водной системы Нева Финский залив, Канд. Диссертация, СПб, 2004.

8. Гольдберг В.М. и др. Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологические последствия. «Наука», Москва, 2001.

9. Нефтяной клуб Санкт-Петербург. Исх. № 649 от 22.07.2004.

10. ГУ Морская Администрация Порта Санкт-Петербург. Исх. № МА-1768 от 16.08.2004.

11. Материалы ГУ ГО МЧС по Санкт-Петербургу и Ленинградской области, 2004 г.

12. Материалы Морской Специализированной Морской Инспекции, 2004 г.

13. Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов (МАБУРОЬ 73/78).

14. Венцюлис Л.С., Дубровин И.Р., Дубровин Е.Р. Экологическая безопасность городских котельных. Сб. трудов международного семинара «Экологические проблемы большого города», 1996.

15. Извещения по аварийным ситуациям. Отдел контроля природоохранных работ Комитета по природопользованию, охранеокружающей среды и обеспечению экологической безопасности. СПб, 2003.

16. Альхименко А.И. Аварийные разливы нефти в море и борьба с ними. СПб, 2004.

17. Альхименко А.И. Докторская диссертация, СПбГТУ, 1989.

18. Альхименко А.И. Предотвращение загрязнения воды нефтью и нефтепродуктами. Методические указания. СПбГТУ, 1992, С.85.89.

19. Письмо ГУП «ПИЛАРН» № 33231356 от 04.10.2004.

20. План операций по ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов на акватории Санкт-Петербурга на 2002. .2006 г.г. СПб, 2002.

21. Вентцель Е.С. Исследование операций. «Советское радио», М:, 1972.

22. Маршалл В. Основные опасности химических производств. М.: Изд. Мир, 1989, 671 с.

23. Ковалев Е.Е. Анализ риска для населения России. Кн. 2 «Анализ риска и безопасность» М.: Энергоиздат, 1997.

24. Евстафьев И.Б., Григорьев С.Г. К вопросу об оценке фонового уровня риска.//Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1993, № 3.

25. Методические указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов. РД 08-120-96. Постановление Госгортехнадзора от 12.7.96 № 29.

26. Шахраманьян М.А. Оценка сейсмического риска и прогноз последствий землетрясений в задачах спасения людей. М.: 2000.

27. Спицын Ю.Г.|, Яковлев В.В. Оценка риска в социально-экономической и техногенной сферах, СПб, 2000.

28. Методические рекомендации по оценке ущерба от аварий на опасных производственных объектах (проект). Научно-техническое управление Госгортехнадзора России, 2000.

29. Федеральный закон "О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера". Принят Государственной думой 11.11.1994 г.

30. Родионов H.H. Современные танкеры. Л-д, Судостроение, 1980.

31. Монин A.C., Войтов В.И. Черные приливы. Москва, Молодая гвардия, 1984.

32. Черняев В.Д. и др. Эксплуатационная надежность магистральных нефтепроводов. Москва. "Недра", 1992.

33. Галеев В.Б. и др. Магистральные нефтепродуктопроводы. Москва. "Недра".1988.

34. Организация железнодорожных перевозок нефтяных и химических наливных грузов. ВНИИЖТ, вып. 279, 1964.

35. Некоторые теплофизические вопросы, связанные с транспортировкой нефтепродуктов. Вопросы взрывобезопасности при нефтеперевозках. М:. 1962.

36. Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам. JL: Госэнергоиздат, 1961.

37. Чугаев Р. Гидравлика. JL: Энергоиздат, 1982.

38. Сборник методик по прогнозированию возможных аварий, катастроф, стихийных бедствий в РСЧС (книга 2). М., 1994.

39. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. Вып. 11, 1998.

40. Федеральный закон "О промышленной безопасности опасных производственных объектов". Принят Государственной думой 20.06.1997 г.

41. Федеральный закон "О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера". Принят Государственной думой 11.11.1994 г.

42. Транспорт и хранение нефти и газа. М, «Недра», 1975.

43. Альхименко А.И., Симаков Г.В. Методические указания для выполнения раздела «Охрана окружающей среды» при дипломном проектировании. Л.: ЛПИ, 1986.

44. Разлив нефти и специальное оборудование для устранения нефтяных загрязнений. Сер. Транспорт и хранение нефти. Зарубежный опыт. Вып. 9. М., 1998.-С. 8-15.

45. Шимановский Л. А., Шимановская И. А. Пресные подземные воды Пермской области. ПГУ: Пермское кн. из во, 1973. - 197 с.

46. Русак О.Н., Малаян K.P., Занько Н.Г. Безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие. С-Пб, 2000.

47. Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях. Под ред Фалеева М.И. ГУП «Облиздат», Калуга, 2001.48. «Минеральные ресурсы России. Экономика и управление», № 3, 2001.

48. Методические указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов. РД 08-120-96. Постановление Госгортехнадзора от 12.7.96 № 29.

49. Вылкован А.И., Венцюлис JI.C. и др. Современные методы и средства борьбы с разливами нефти. СПб, Центр-Техинформ, 2000.

50. Пшеничный Б.Н., Данилин Ю.М. Численные методы в экстремальных задачах. «Наука», М:, 1978

51. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. «Наука», М:, 1981.

52. Сборник рекомендаций хельсинской комиссии. СПб, 2002.

53. Красовский H.H. Игровые задачи о встрече движений. «Наука», М:, 1970.

54. Моисеев H.H. Элементы теории оптимальных систем. №Наука», М:, 1975.

55. Дьяконов В. Mathcad 200. СПб, 2001.

56. Seppo Lmkkonen, Timo Riipi, Risto Koskivaara. Laboratory study on spreading and drifting of oil under ice. Espoo, November 1996.

57. Fay J.A. Physical processes in the spread of oil on a water surface. Proc. Joint Conf. Prevention and Control of Oil Spills. Wash. D.C. 1971 v. 1, pp 130-138.

58. Методические и нормативно-аналитические основы экологического аудирования в Российской Федерации. НИЦ «Экобезопасность», М:, 2002 г.

59. Березин И. К., Крупнов О. Р. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. // Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 2002 году. Спб.: 2003. - С. 302 -313.

60. Березин И. К., Дмитриев А. Ф., Крупнов О. Р. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на Неве и в Финском заливе. // Жизнь и безопасность. Спб.: 2004. - С. 133 — 138.

61. Березин И. К., Крупнов О. Р., Меркушев И. А. Об обеспечении экологической безопасности среды обитания населения Санкт-Петербурга. // Жизнь и безопасность. Спб.: 2004. 11с.

62. Березин И. К., Дмитриев А. Ф., Крупнов О. Р. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на Неве и в Финском заливе. // Экологическая обстановка в Санкт-Петербурге. Спб.: Форма Т. 2004. 26с.

63. Березин И. К., Крупнов О. Р. Об обеспечении экологической безопасности среды обитания населения Санкт-Петербурга. //Международный экологический форум «Экобалтика-2004». Спб.: 2004.

64. Березин И. К., Крупнов О. Р. Аварийные разливы нефтепродуктов на акватории Санкт-Петербурга: предупреждение и ликвидация // Мат. 5-го междунар. экол. форума, посвященного 30-летию подписания Хельсинкской Конвенции. Спб.: 2004. - С. 112 - 114.

65. Семанов Г. Н., Березин И. К., Куликов Р. В. План по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Санкт-Петербурга на 2004 2008 годы // Спб.: 2005.

66. Березин И. К. Оптимизация природоохранных мероприятий при ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов (на примере акватории Санкт-Петербурга). //Проблемы риска в техногенной и социальной сферах. Спб.: 2005. 16 с.