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

• Автор: Ларионов, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 03.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Проблемы загрязнения морей при авариях нефтеналивных судов

1.1 Аварийные разливы нефти в море

1.2 Физикохимические свойства и состав нефти.

1.3 Нефть в море .

1.4 Экологические последствия аварийных разливов нефти

1.5 Обзор существующих моделей динамики и деструкции нефти

1.5.1 Растекание .

1.5.2 Перенос и диффузия

1.5.3 Деструкция

1.6 Программные средства моделирования и
визуализации аварийных разливов на акваториях морей.
Глава 2. Математические модели переноса и деструкции
нефтяного загрязнения в море.
2.1 Математическая постановка задачи,
основные уравнения и допущения
2.2 Растекание нефти по поверхности воды .
2.3 Движение слика под действием ветра и течения .
2.4 Испарение.
2.5 Растворение
2.6 Бактериальное разложение .
2.6.1 Моделирование биодеградации нефти микроорганизмами, существующими в естественных условиях морской среды
2.6.2 Обратная задача биодеструкции нефтяного загрязнения.
2.7 Аналитическое решение уравнения переноса
2.8 Переход к безразмерному виду
2.9 Разностная аппроксимация и алгоритмы численного решения
2.9.1 Явная разностная схема
2.9.2 Неявная разностная схема.
2.9.3 Алгоритм численного решения прямой задачи
2.9.4 Алгоритм численного решения обратной задачи .
2. Процедура оценки степени экологической опасности
последствий аварийных разливов нефти для побережья
Выводы.
Глава 3. Автоматизация расчетов и визуализация результатов
при моделировании разливов нефти.
3.1 Назначение и основные функциональные
возможности программного комплекса.
3.2 Структура программного комплекса
3.3.1 Информационное обеспечение.
3.3.2 Программное обеспечение
3.3 Основной алгоритм работы программного комплекса.
Глава 4. Обсуждение результатов исследования
4.1 Декомпозиция нефти для описания результатов расчетов .
4.2 Учет и анализ гидрометеорологических условий .
4.3 Ранжирование побережья исследуемого района.
4.4 Оценка последствий нефтяного загрязнения побережья.
4.5 Исследование основных закономерностей динамики
и деструкции нефтяного загрязнения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Основные результаты диссертационного исследования представлены на XXXVIII Международной конференции Студент и научнотехнический i Новосибирск, X Международной конференции Студент и научнотехнический прогресс Новосибирск, II объединенной научной конференции факультета прикладной математики КубГУ Прикладная математика XXI века Краснодар, международной школе Современные методы экологохимической оценки состояния и изменений окружающей среды Новороссийск, II школесеминаре научных центров Черноморского Экономического сотрудничества Краснодар, VI Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах Анапа, IX объединенной научной конференции студентов и аспирантов факультета компьютерных технологий и прикладной математики КубГУ Прикладная математика XXI века Краснодар, . По материалам диссертации опубликовано печатных работ, из них 6 статей , , , , , , в том числе 1 статья в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования научных результатов диссертаций, 1 монография , 8 тезисов докладов , , , , , , , и 1 свидетельство об отраслевой регистрации программного комплекса в Отраслевом фонде алгоритмов и программ . Изложим краткое содержание диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4х глав, заключения, списка основных обозначений, библиографического списка цитированной литературы, содержащего 0 наименований, 2х 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 нсфги и построения карг экологической уязвимости различных участков побережья. Третья глава содержит описание программного комплекса имитационного моделирования, разработанного для численных расчетов, визуализации и анализа результатов моделирования конвективнодиффузионного переноса нефтяного зафязнения в море с учетом деструкции нефти. Показана структура программного комплекса, рассмотрен состав информационного и программного обеспечения. Описаны функциональные возможности созданного программного обеспечения. В четвертой главе обсуждаются результаты, полученные па основе построенных математических моделей конвективнодиффузионного 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 карг экологической уязвимости различных участков побережья исследуемого района Черного моря. Моделирование аварийных разливов нефти объектов нефтедобычи и транспортировки и их воздействия на окружающую среду 6. Разработка математических моделей естественных и искусственных способов деструкции нефтяных разливов на акваториях и прибрежных зонах внутренних морей АзовоЧерноморского бассейна 1.