Назад

Моделирование загрязнения мелководных зон

Описание работы с CAD2Q9-SIST

1. Входные данные

Описание работы с программой приводится с использованием результатов моделирования загрязнения при разведочном бурении на двух скважинах в Тузлинской промоине Керченского пролива. Применяются значения параметров “по умолчанию”, приведённые при описании КА-модели. Входные данные представлены в полях формы на рисунке 1 и близки к данным, упоминаемым на общественых слушаниях об исследовании грунтов перед предполагаемым строительством мостового перехода.

Рисунок 1 - Форма для ввода исходных данных. На схеме района в квадрате, ограничивающем клеточную область, помечена клетка с источником выбросов

Для бурения используется буровая платформа типа “Ирбен”. В первые сутки проводятся работы на скважине №1, во вторые – на скважине №2. Взвесь вбрасывается в воду при извлечении обсадной трубы. Продолжительность вбросов, производительность по взвеси, характеристики фракций рассчитаны по исходным данным:

• глубина каждой скважины - 70 м;
• скорость извлечения трубы - 9 м/ч;
• диаметр трубы - 0,146 м;
• толщина грунта, налипающего на трубу, - 0,01 м;
• плотность грунта:  ρ=1,82 т/м³;  ρ_s=2,74 т/м³;  ρ_d=1,32 т/м3;
• суммарная доля мелкодиспесных фракций (0,05 мм и менее) в грунте – 50%;
• фракции состоят из невязких частиц с размерами (мм): 0,05; 0,005; 0,001;
• соотношение долей (%) мелкодиспесных фракций: 40:40:20;
• гидравлические крупности частиц в программе рассчитывается по алгоритму [2], при: ρ_s=2,74 т/м³; t_w=15°C; S=12‰;
• плотность образующегося осадка принята равной 1,32 т/м³ при коэффициенте разрыхления 1,08 [3];
• ветер - северного направления со скоростью 4,5 м/с (по многолетним данным на ГМС “Опасное”), а сток направлен из Азовского моря в Чёрное с расчётным значением расхода воды через Тузлинскую промоину в размере 60 м³/с (при расчёте расхода использовались результаты работы [4]).

В верхней части формы предусмотрено поле для выбора наименования водного объекта с отображением карты-схемы объекта в поле слева. Местоположение квадрата (клеточной области) на карте-схеме можно выбирать перемещением мыши. Задавая различное количество клеток, можно изменять разрешение клеточной области. Координаты клетки с выбросами задаются в пределах перемещаемого квадрата.

2. Горизонтальное меню

На рисунке 1 показано также горизонтальное меню с пунктами:

• «Глубины» — загружается батиметрия, выполняется интерполяция и отображение поля глубин (предварительная оцифровка батиметрии района осуществляется с использованием вспомогательной Javascript-программы, входящей в состав комплекса);
• «Створы» — прокладываются продольный и поперечный створы;
• «Тальвег» — определяются и отображаются критические точки тальвега;
• «Течения» — моделируются и отображаются скорости течений;
• «Выбросы» — начинаются циклы расчета поступления и распространения взвеси и отображения результатов. После очередного цикла можно сделать остановку («Остановить»), просмотреть числовые результаты, проанализировать распределения характеристик на карте и интерактивных графиках, изменить при необходимости значения в полях формы и продолжить («Продолжить») моделирование выбросов в этой же или другой клетке, имитируя многократный выброс или выброс из перемещающегося (распределённого) источника;
• «Глубины с илом» — иногда, при большом количестве осадка и малых глубинах, требуется перерассчитать глубины с учётом образовавшегося осадка для отображения и анализа и, возможно, перерассчитать течения и продолжить моделирование с изменившимися полями глубин и течений;
• «Открыть БД», «Добавить ил в БД», «Удалить ил из БД», «Сложить илы из БД», «Протекло концентрации - в БД», «Площ. с протёкш. к-циями -> в БД», «Площ. с протёкш. к-циями <- БД», «Сложить площади с к-циями из БД» —используются для получения характеристик образовавшегося осадка и площади под заданными величинами интегральной (“протёкшей” [1]) концентрации по результатам, сохраняемым в базе данных;

3. Основные результаты

Результаты моделирования, необходимые для последующих расчётов по определению вреда гидробиоте [1], выводятся в табличном виде. В таблицах помещаются следующие характеристики:

• средние объёмы областей с концентрацией взвеси выше заданных пороговых значений;
• продолжительность существования областей с концентрацией взвеси выше заданных пороговых значений;
• интегральные объемы воды, протекшей через области с концентрацией взвеси выше заданных пороговых значений;
• площади образовавшегося осадка, с толщиной выше заданных пороговых значений;
• площади соприкосновения с дном областей с концентрацией взвеси выше заданных пороговых значений;
• максимальные расстояния до площадей образовавшегося осадка, с толщиной выше заданных пороговых значений;
• максимальные расстояния распространения областей с концентрацией взвеси выше заданных пороговых значений;
• максимальные объёмы областей с концентрацией взвеси выше заданных пороговых значений;
• площади областей с заданными концентрациями взвеси, пересекающиеся с площадями областей с заданными толщинами образовавшегося осадка.

4. Карты и графики

На рисунках 1÷13 приведены фрагменты карт и графиков, отображаемых в процессе моделирования.

На рисунке 2 показан результат выполнения пункта меню «Глубины» с цветовым отображением карты глубин. На карте видны также линии продольных и поперечных створов, построенных в результате выполнения пункта меню «Створы».

Рисунок 2 - Результат выполнения пункта меню «Глубины» (№1 и №2 – местоположения буровой платформы - источника взвеси)

На рисунке 3 показан фрагмент поля векторов адвекции, получаемого с помощью пункта меню «Течения».

Рисунок 3 - Фрагмент карты векторов адвекци

Средняя скорость адвекции при усреднении по всей клеточной области составляет 0,076 м/с. Максимальная скорость наблюдается у берегов и достигает 0,2 м/с.

На рисунках 4÷13 приведены фрагменты карт и графиков, с помощью которых можно представить особенности пространственно-временной динамики распространения взвеси. Длительность одного расчётного цикла (шаг по времени) составляет 61 с.

Рисунок 4 - Концентрация взвеси в различные моменты времени после окончания выбросов: а) в момент окончания; б) через 5 час; в) через 10 час; г) через 40 час

Рисунок 5 - Концентрация взвеси вдоль створов в различные моменты времени после окончания выбросов из скважины №1: а) в момент окончания; б) через 5 час; в) через 10 час; г) через 40 час

Рисунок 6 - Концентрация взвеси вдоль створов в различные моменты времени после окончания выбросов из скважины №2: а) в момент окончания; б) через 5 час; в) через 10 час; г) через 40 час

Рисунок 7 - Толщина осадка и площади под двумя заданными пороговыми интегральными (“протёкшими”) концентрациями взвеси, образовавшиеся в результате накопления от выбросов из скважин №1 и №2

Рисунок 8 - Толщина осадка вдоль продольного (а) и поперечного (б) створов, образовавшегося в результате выбросов из скважины №1

Рисунок 9 - Толщина осадка вдоль продольного (а) и поперечного (б) створов, образовавшегося в результате выбросов из скважины №2

Рисунок 10 - Объёмы воды с заданными пороговыми концентрациями взвеси, образовавшейся в результате выбросов из скважины №1 (а) и скважины №2 (б)

Рисунок 11 - Изменение количеств вещества в различных состояниях в процессе моделирования, при выбросах из скважины №1 (а) и скважины №2 (б)

Рисунок 12 - Изменение максимумов концентрации при выбросах из скважины №1

Рисунок 13 - Изменение максимумов концентрации при выбросах из скважины №2

5. О доступе онлайн

Использование CAD2Q9-SIST возможно по ссылке на настоящем сайте. Для получения такой возможности необходимо связаться с автором и заключить договор об оказании услуг. Установить связь можно с помощью следующей формы.

Форма для обратной связи

Ваше имя:

Ваш e-mail:

Текст сообщения:

Список литературы

1. Методика исчисления размера вреда, причинённого водным биологическим ресурсам. Утв. приказом Минсельхоза РФ от 31.03.2020 №167.
2. Полупанов В.Н. Имитационная модель загрязнения взвешенными веществами мелководных водных объектов / В.Н. Полупанов // Инновационные подходы в современной науке: сб. ст. по материалам XCV Международной научно-практической конференции «Инновационные подходы в современной науке». – № 11(95). – М., Изд. «Интернаука», 2021. DOI:10.32743/25878603.2021.11.95.283547.
3. СТО 52.08.31-2012. Добыча нерудных строительных материалов в водных объектах. Учёт руслового процесса и рекомендации по проектированию и эксплуатации русловых карьеров. // СПб, ФГБУ "ГГИ", 134 с.
4. Шапиро Н.Б. К теории течений в Керченском проливе // Научн. основы компл. использов. прир. ресурсов шельфа. Севастополь, МГИ НАН Украины. - 2005. - С. 320-332.