Geum.ru

Эколого-экономический мониторинг нефтяных разработок шельфа на основе математического моделирования соловьева Н. В., Лобковский Л. И

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ НЕФТЯНЫХ РАЗРАБОТОК ШЕЛЬФА НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Соловьева Н.В., Лобковский Л.И.

Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН


Интенсивная разработка нефти и газа шельфовых районов морей и континентальных склонов требует согласования режимов строительства и эксплуатации нефтегазодобывающих объектов с возможностями природной среды. Переориентация в мировой практике в области экологической безопасности с концепции абсолютной безопасности на концепцию приемлемого риска актуализирует применение комплексных методов мониторинга и оценки риска.

До последнего времени принятая практика оценки антропогенного воздействия на окружающую среду предусматривала в основном соблюдение существующих нормативов, недостаточность которых в настоящее время стала очевидной. Объем, режимы, условия строительства и эксплуатации морских нефте-газовых комплексов могут удовлетворять санитарно-гигиеническим, рыбохозяйственным, питьевым нормативам и, вместе с тем, не соответствовать уровню экологической безопасности морской системы в целом. Сброс загрязняющих веществ в прибрежные воды, как правило, нормируется с учетом санитарно-гигиенических норм на предельно-допустимые концентрации (ПДК). Выполнение этих норм обеспечивает защиту человека от того или иного вредного вещества. Вместе с тем нормы ПДК не отражают комплексной и синергетической нагрузки на экосистему в целом, а также - изменчивость фоновых факторов естественного происхождения.

Целостная оценка состояния экологической системы в условиях интенсивных нефтяных разработок может быть получена на основе междисциплинарного подхода к построению системы мониторинга, включающей как натурные наблюдения in situ, так и дистанционные наблюдения с аэрокосмических носителей. Важным звеном системы мониторинга является проведение сейсморайонирования предполагаемых месторождений, основанного на данных донных станций, разработанных в Институте океанологии РАН. В такой системе все виды наблюдений возможно объединить в математической модели, работающей как на диагноз, так и на прогноз последствий антропогенных воздействий (рис.1 ).

Для моделирования шельфовых экосистем применяется синтез широко известного экосистемного подхода в математическом моделировании и развивающегося экоскринингового ( рис. 2 ), открывающий широкие перспективы в решении задач экологической безопасности. Междисциплинарность предложенного подхода позволяет использовать все достоинства смежных дисциплин и избежать недостатков каждой в отдельности.

Предложенная модель оценки состояния морских экосистем имеет блочную трехуровневую структуру ( рис.1 ). На первом уровне моделирования учитываются отдельные процессы, чаще всего устанавливаемые эмпирически: выражения для законов гидромеханики, оптики, термодинамики, закономерности химических реакций, фотосинтеза, роста биомассы организмов [ 1,2 ]. Взаимодействие процессов представлено блоками второго уровня: гидротермодинамическим, гидробиологическим и гидрохимическим (рис. 1).










Бокс-модель

Модель с распределенными параметрами









Численные эксперименты






Потребитель

( принятие решения )













Рис. 1. Структурная схема совместного использования данных натурных, дистанционных, сейсмоакустических наблюдений и математического моделирования для целостной оценки состояния экологической системы в условиях нефтяных разработок шельфа.









кислород



Со2



Отдельные виды организ.


Гидробиологический блок

.

Гидрохимичес


кий блок



Оптические поля





Акустические поля


Блок абиогенных компонент

Блок расчета полей загрязняющих веществ


Геологические процессы
















Рис. 2. Блок-схема трехуровневой модели морской системы.


Экологические процессы возможно моделировать только с помощью модели третьего уровня, которая объединяет модели второго уровня в замкнутую систему. Реальный объект описывается моделью не одного какого-либо уровня, а иерархической последовательностью моделей, описывающих реальную систему с возрастающей степенью приближения к ее свойствам [ 2 ].

Для каждой исследуемой экологической системы необходимо проводить настройку математической модели относительно значимых компонентов, процессов, параметров и коэффициентов модели. Настройка модели определяется целями прогнозирования. Особое значение имеют прогнозы общего характера, не связанные со временем. При этом удается получить ответ на вопрос, что вообще может происходить с экологической системой при тех или иных внешних воздействиях, в том числе последствий нефте-газоразработок шельфа[1- 4].

Все блоки системы мониторинга согласованы по входам и выходам, что дает возможность быстрой замены блоков при совершенствовании (уточнении) моделей их описывающих [3,6 ]. Одну и ту же модель можно заменять скорректированной на адекватность реальному объекту версией, либо использовать разные модели, взаимозаменяемость которых обусловлена согласованием общей модели по входам и выходам отдельных блоков.

Для численной реализации указанной модели была разработана программная система (ПС) "Экошельф" [2, 3]. В каждом конкретном случае модель настраивается на исследуемую акваторию и проводится отладка расчетов в режиме "диагноз" и "прогноз". На основе численных экспериментов с помощью ПС "Экошельф" оценивается экологический риск, которому подвергается исследуемый район [ 5 ].

Функционирование программной системы "Экошельф" близко по смыслу к работе экспертной системы. Прогнозы экологического состояния и риска могут быть осуществлены на уже имеющихся данных натурных наблюдений. Однако с увеличением определенности относительно необходимых данных натурных наблюдений уточняется оценка риска. В этом смысле введение в систему мониторинга блоков дистанционных и сейсмоакустических наблюдений позволяет получить целостную оценку о состоянии экологической системы шельфа [ 7, 8 ] и планировать комплексные экспедиционные наблюдения в условиях минимизации затрат при полном спектре получаемой информации для осуществления прогнозирования.

Совместное использование новых, ранее не применяемых в морской практике, методов дистанционных, сейсмоакустических наблюдений и моделирования открывает возможность выхода на управление риском. Вместе с тем, являясь актуальным и в экономическом аспекте решаемых задач, может быть предложено для проведения в законодательном порядке. Утверждение в законодательной базе применения указанных методов с выходом на максимально целостную оценку допустимого риска экосистемы, связанную с допустимой вероятностью антропогенного воздействия, может стать важной составной частью благоприятного инвестиционного климата в регионах месторождений.


Литература

  1. Беляев В.И. Моделирование морских систем.- Киев: Наук. Думка, 1987.
  2. Беляев В.И. Теория сложных систем .-Киев: Наук. Думка, 1978.- 156 с.
  3. Беляев В.И., Кондуфорова Н.В. Математическое моделирование экологических систем шельфа.-Киев: Нук. Думка, 1990
  4. Belyaev V.I., Konduforova N.V. Modelling of the shelf ecosystem // Ecological Modelling, №60, 1992.
  5. Флейшман Б.С. Основы системологии.- М.: Радио и связь, 1982
  6. Solovjova N.V. Synthesis of ecosystemic and ecoscreening modelling in solving problems of ecological safety. Ecol. Modelling , 124 (1999), рр.1-10.
  7. Соловьева Н.В. Моделирование годового хода основных компонент экологической системы шельфа Северного Каспия. Сб. тр. конгресса ПРОТЭК2003 (сент. 2003г.), МГТУ СТАНКИН, М.2003, с.594-598.
  8. Соловьева Н.В. Применение моделирования гидрооптических характеристик для оценки последствий нефтяных разработок на шельфе Каспийского моря. Сб. тр. конгресса ПРОТЭК2003 (сент. 2003г.), МГТУ СТАНКИН, М.2003, с.599-603.