Информационно-аналитическая система "южморгеоэко" для моделирования разлива нефти на акватории

1. Информационно-аналитическая система (ИАС) для моделирования разлива нефти на акватории, характеризующаяся наличием совокупности технических и программных средств и которая включает блок входных данных (БВД), блок моделирования (БМ), блок управления и контроля (БУК) и блок отображения и регистрации (БОР), причем управляющие входы-выходы блока управления и контроля БУК подключены к соответствующим входам-выходам блоков БВД, БМ и БОР, выходы БВД подключены к входам БМ и первому входу БОР, а выход БМ подключен ко второму входу БОР, при этом блок входных данных БВД включает базу входных данных о разливе нефти (БДН), базу входных данных о течении (БДТ), базу входных данных о ветре (БДВ) и базу входных данных о береговой черте (БДБ) в зоне разлива нефти, блок моделирования БМ включает формирователь модели (ФМ) истечения нефти (ФМН), ФМ изменения нефтяного пятна (ФМИНП), ФМ испарения нефти (ФМИ), ФМ эмульгирования нефти (ФМЭ), ФМ растекания нефтяного пятна (ФМРНП), ФМ квазистационарных течений на акватории (ФМКСТ), ФМ ветра (ФМВ), ФМ ветровых течений (ФМВТ), ФМ движения поверхностного слоя воды (ФМДПВ), ФМ перемещения нефтяного пятна под действием ветра и течения (ФМПП), ФМ береговой черты (ФМБЧ), ФМ загрязнения берега нефтью (ФМЗБ) и формирователь интегрированной модели (ФИМ) загрязнения акватории и береговой черты, выход БДН подключен к входу ФМН и первому входу ФМЗБ, выходы БДТ, БДВ и БДБ подключены соответственно к входам ФМКСТ, ФМВ и ФМБЧ, выход ФМН подключен к входу ФМИНП, содержащему последовательно соединенные ФМИ, ФМЭ и ФМРНП, выход ФМКСТ подключен к первым входам ФМВТ и ФМДПВ, выход ФМВ подключен ко второму входу ФМВТ и первому входу ФМПП, выход ФМВТ подключен ко второму входу ФМДПВ, выход ФМДПВ подключен ко второму входу ФМПП, выход ФМБЧ подключен ко второму входу ФМЗБ, выходы ФМЗБ, ФМПП и ФМРНП подключены соответственно к первому, второму и третьему входам ФИМ, выход которого подключен ко второму входу БОР.

2. ИАС по п.1, отличающаяся тем, что БДН содержит базу данных о координатах места разлива нефти, о массе нефти при разливе, о продолжительности разлива, о плотности и вязкости нефти, БДТ содержит базу данных о векторном поле поверхностных течений - гриде течений на заданной акватории, БДВ содержит базу данных о векторном поле ветра - гриде ветра в зависимости от времени с момента истечения нефти при разливе, БДБ содержит цифровую карту береговой черты и прибрежной зоны акватории, в которой береговая черта аппроксимирована отдельными участками длиной L, углом наклона берега и его пористостью Р.

3. ИАС по п.1, отличающаяся тем, что ФМН выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм истечения нефтяного пятна, в котором использована модель пятна в форме овала с соотношением осей от 4:1 до 10:1 с массой, которая определяется в зависимости от соотношения продолжительности и массы разлива и шага по времени, через который рассчитываются координаты центра пятна.

4. ИАС по п.1, отличающаяся тем, что ФМИНП, включая ФМИ, ФМЭ и ФМРНП, выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм растекания нефтяного пятна в системе цилиндрических координат (r, h) с одномерной аппроксимацией в соответствии с системой уравнений:

где V_нr(t) - скорость растекания нефти от центра нефтяного пятна к его периферии в зависимости от времени t и радиуса r растекания;

h(r) - толщина нефтяного пятна в зависимости от радиуса r растекания;

g - ускорение силы тяжести;

- плотность нефти;

- коэффициент вязкости нефти;

k_e , k_d - потоки массы нефти за счет испарения и за счет обрушения волн соответственно;

Q - поток нефти от источника разлива.

5. ИАС по п.1, отличающаяся тем, что ФМ квазистационарных течений выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм прибрежной циркуляции вод акватории с моделью течений, представляющих собой суперпозицию поля векторов течений различного типа, например Кольцевого циклонического течения и прибрежных антициклонических вихрей у кавказского побережья Черного моря.

6. ИАС по п.1, отличающаяся тем, что ФМ ветра выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм определения поля скорости ветра - осредненного грида ветра с аппроксимацией его постоянным значением на площадях от 100 до 1000 км² и с использованием входных данных натурных наблюдений о ветре, затабулированных в виде функции W_ср=W_ср(Д, t, ), где W_ср - средняя скорость ветра, Д - дата, t - время, - направление ветра.

7. ИАС по п.1, отличающаяся тем, что ФМ ветровых поверхностных течений выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм определения скоростей V _T и G дрейфового и градиентного течений в соответствии с формулами

где |V_T| - модуль скорости поверхностного дрейфового течения;

W_ср - средняя скорость ветра;

- широта места;

k - эмпирический коэффициент;

G - скорость градиентного течения;

- угол между нормалью к берегу и направлению ветра.

8. ИАС по п.1, отличающаяся тем, что ФМ движения поверхностного слоя воды выполнен в виде вычислительного блока, реализующего итеративный алгоритм для определения полного потока воды с исходными данными карт глубин и цифровой карты осредненного грида ветра над морем с учетом расходов воды на границах акватории.

9. ИАС по п.1, отличающаяся тем, что ФМ перемещения нефтяного пятна по поверхности акватории вследствие перемещения поверхностного слоя воды и под воздействием ветра выполнен в виде вычислительного блока, реализующего алгоритм определения векторного поля скорости движения нефти в соответствии с формулой

где - вектор скорости нефти;

- вектор скорости воды;

- вектор средней скорости ветра;

k _B - эмпирический ветровой коэффициент для заданной акватории.

10. ИАС по п.1, отличающаяся тем, что ФМ береговой черты выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм построения береговой черты в виде отдельных отрезков с объемом V _пор порового участка берега

V_пор =V_бер·Р,

где V _бер - общий объем берега;

Р - пористость берега.

11. ИАС по п.1, отличающаяся тем, что ФМ загрязнения берега нефтью выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм расчета загрязнения берега при разливе нефти в соответствии с выражением для общего объема V_з.б. загрязнения берега

V_з.б.=Н^{2· В}L_H·tg,

где Н_В - высота волны;

L_H - длина участка берега, на который попала нефть;

- угол наклона берега.

12. ИАС по п.1, отличающаяся тем, что ФИМ выполнен в виде вычислительного блока, формирующего интегрированную модель загрязнения акватории по совокупности данных ФМИНП, ФМПП и ФМЗБ.

13. ИАС по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена в виде автоматизированного рабочего места оператора, и в качестве блоков БВД, БМ, БУК и БОР использованы стандартные вычислительные блоки, входящие в состав компьютерной системы или персональный компьютер.

14. ИАС по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена для моделирования разлива нефти на прибрежной акватории северо-восточной части Черного моря в районе Новороссийского терминала Каспийского трубопроводного консорциума.