Assessment of risks of occurrence and consequences of oil spill in the area of the Cheboksary river port

Full Text

Введение По данным Росстата, объем добычи нефти в нашей стране продолжает расти [1]. В связи с этим могут происходить разливы нефти и нефтепродуктов. Для России это является достаточно серьезной экологической проблемой. Так, министр природных ресурсов и экологии Российской Федерации С.Е. Донской отметил, что число аварий на объектах нефтедобычи и транспортировки нефти ежегодно достигает порядка 25 тыс. инцидентов, в результате чего около 1,5 млн т нефти поступает в окружающую среду [2]. При этом, по данным нефтяных компаний, в 2018 г. произошло только 8126 разливов [3]. Такое расхождение данных говорит о том, что значительное количество разливов может скрываться. Основное количество разливов происходит в результате коррозии магистральных трубопроводов и аварий нефтеналивного флота. Причем невозможно точно указать время и место этих разливов. Часть из них приходится на судоходные водные объекты, по дну которых проложены трубопроводы и возможно одновременное истечение нефти из подводного перехода магистрального нефтепровода и грузового отсека танкера. Для разработки планов по предупреждению разливов и ликвидации их последствий важную роль играет прогнозирование разливов: идентификация мест возможного скопления нефти, вероятные маршруты ее перемещения, а также воздействие нефтяных пятен на различные компоненты природной среды (почву, атмосферный воздух, поверхностные водные объекты), на население через колодцы с питьевой водой, сельскохозяйственные угодья и др. Целью данного исследования является оценка риска возникновения и последствий разливов нефти в районе Чебоксарского речного порта. В статье предлагается анализ риска загрязнения нефтью с судов. Достижение этой цели возможно через определение частоты возникновения разливов нефти в районе указанного порта, оценку последствий (убытков) и обобщение полученных оценок. Материалы и методы В качестве исходных аналитических материалов для оценки рисков возникновения разливов нефти в районе Чебоксарского речного порта применялись статистические данные по транспортным происшествиям за период с 1980 г. по настоящее время, предоставленные Ространснадзором Российской Федерации. Для оценки риска последствий использовалась информационная система моделирования и анализа аварий, связанных с загрязнением окружающей среды, PISCESII. Оценка рисков выполнялась в соответствии с руководством по безопасности «Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах» (утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 11 апреля 2016 года № 144) [4]. Для оценки риска последствий разливов нефти необходимо не только определение частоты возникновения чрезвычайных ситуаций, но и размеров вреда. При этом размер вреда при разливах нефти должен учитывать ущерб, нанесенный водным объектам [5], береговой черте [6; 10]; атмосферному воздуху [7; 11; 12]. Результаты и обсуждение 1. Анализ исходной информации Для определения частоты аварийных событий используется статистическая информация по разливам нефти (даты и километры разливов, виды разливов и их причины, судно - источник разлива) за период с 1980 г. по настоящее время. На рис. 1-3 представлены структуры распределения транспортных происшествий (ТП) за указанный период в зависимости от вида флота, вида происшествий, их причин. Из рис. 1 можно сделать вывод, что чаще всего в транспортных происшествиях участвовали грузовые сухогрузные (48 %) и буксирные (19 %) судна. Среди видов аварий (рис. 2) большее распространение получили связанные с ударом и посадкой судов на мель (по 24 % каждый). Основной причиной транспортных происшествий в районе Чебоксарского речного порта (рис. 3) было нарушение устава службы экипажем. Рис. 1. Структура транспортных происшествий в районе Чебоксарского порта по видам флота Figure 1. The structure of transport accidents in the area of the Cheboksary port by type of fleet Рис. 2. Структура транспортных происшествий в районе Чебоксарского порта по их виду Figure 2. The structure of transport accidents in the area of the Cheboksary port by type Рис. 3. Структура транспортных происшествий в районе Чебоксарского речного порта по причинам аварий Figure 3. The structure of transport accidents in the region of the Cheboksary river port due to accident causes 45 Кол-во транспортных происшествий 40 35 30 25 20 15 10 5 0 км. водного пути Рис. 4. Зависимость количества ТП от участка водного пути в районе Чебоксарского речного порта 45 Number of traffic accidents 40 35 30 25 20 15 10 5 0 km of waterway Figure 4. Dependence of the number of traffic accidents on the waterway section in the region of the Cheboksary river port Как видно из зависимости количества транспортных происшествий от участка водного пути в районе Чебоксарского речного порта (рис. 4), наибольшее количество аварий происходит на 1185 км. 2. Оценка рисков возникновения разливов нефти в районе Чебоксарского речного порта Определение риска возникновения разливов нефти в районе Чебоксарского речного порта выполним, используя показатель частоты возникновения транспортных происшествий [8; 9]. Результаты расчета за период с 1980 по 2018 г. сведены в табл. 1. Как видно из табл. 1, наибольшая вероятность транспортных происшествий характерна для грузовых сухогрузных судов. Среди видов аварий лидирующие позиции занимают связанные с ударом и посадкой судов на мель. Риск возникновения разливов нефти в районе Чебоксарского речного порта принимается равным частоте транспортных происшествий, связанных с затоплением судов 0,0268 год-1, поскольку указанные техногенные события всегда сопровождаются разливом нефти. Частота возникновения ТП в районе Чебоксарского речного порта Таблица 1 Итого На акватории порта (кроме 1185 км) На шлюзе (1185 км) Общая, год-1 Вид флота, год-1 1,94 0,93 1,2 Буксирное 0,31 0,21 0,18 Грузовое нефтеналивное 0,29 0,07 0,26 Пассажирское 0,26 0,17 0,12 Грузовое сухогрузное Вид аварии, год-1 0,8 0,48 0,65 Посадка на мель 0,46 0,45 0,09 Столкновение 0,14 0,10 0,06 Навал 0,34 0,17 0,21 Затопление 0,0268 0,0268 - Пожар 0,03 - 0,03 Удар 0,46 0,10 0,38 Удар о подводное препятствие 0,34 0,07 0,06 Удар о надводный объект 0,09 - 0,09 Посадка 0,06 0,45 0,06 The frequency of traffic accidents in the region of the Cheboksary river port Table 1 Total On the water area of the port (except 1185 km) At the gateway (1185 km Total, year-1 1,94 0,93 1,2 Type of fleet, year-1 Tugboat 0,31 0,21 0,18 Oil cargo vessel 0,29 0,07 0,26 Passenger ship 0,26 0,17 0,12 Cargo dry cargo vessel 0,8 0,48 0,65 Type of accident, year-1 Grounding 0,46 0,45 0,09 Collision 0,14 0,10 0,06 Bulk 0,34 0,17 0,21 Ship sinking 0,0268 0,0268 - Fire 0,03 - 0,03 Impact of the ship 0,46 0,10 0,38 Impact of the ship on an underwater obstacle 0,34 0,07 0,06 Impact of a ship on a surface object 0,09 - 0,09 Landing 0,06 0,45 0,06 3. Моделирование разливов нефти в районе Чебоксарского речного порта С целью математического моделирования разливов нефти в районе Чебоксарского речного порта на р. Волга использовалась компьютерная программа «Система моделирования и анализа аварий, связанных с загрязнением окружающей среды PISCESII» [13]. С ее помощью были смоделированы шестнадцать сценариев разливов нефти в зависимости от различных направлений ветра на участке 1185 км. В качестве примера приведем сценарии разливов нефти для восточного (скорость течения 0,05 м/с, ветер восточный (90) - 5 м/c, рис. 5) и южного направлений ветра (скорость течения 0,05 м/с, ветер южный (180) - 5 м/c, рис. 6). Рис. 5. Карта чрезвычайной ситуации на четыре часа с момента разлива нефти при восточном (90) направлении ветра [Figure 5. Map of the emergency for four hours from the moment of oil spill in the east (90) direction of the wind] Рис. 6. Карта чрезвычайной ситуации на четыре часа с момента разлива нефти при южном (180) направлении ветра [Figure 6. Map of the emergency for four hours from the moment of oil spill in the south (180) direction of the wind] На основании смоделированных сценариев построены регрессионные модели для оценки ущербообразующих факторов в зависимости от направления ветра и времени с момента разлива нефти. Размер вреда водным объектам, выполненный в соответствии с методикой [5], составит У = 1,25*1,41*1,878*1,1*312 = 1135,983 млн руб. Рис. 7. Зависимость количества испарившейся нефти от направления ветра The volume of the evaporated oil, tons Exponential (the volume of the evaporated oil, tons) Linear (the volume of the evaporated oil, tons) Logarithmic (the volume of the evaporated oil, tons) Polynomial (the volume of the evaporated oil, tons) Power (the volume of the evaporated oil, tons) Figure 7. Dependence of the amount of evaporated oil on the wind direction Рис. 8. Зависимость между длиной загрязненного берега и временем с момента разлива при северо;восточном направлении ветра (45°) Polluted shore Exponential (Polluted shore) Linear (Polluted shore) Logarithmic (Polluted shore) Polynomial (Polluted shore) Polynomial (Polluted shore) Power (Polluted shore) Figure 8. The relationship between the length of the polluted shore and the time since the spill in the north;east direction of the wind (45°) 4. Результаты расчета размера вреда при разливах нефти в районе Чебоксарского речного порта Таблица 2 Результаты расчета размеров вреда в районе Чебоксарского речного порта, млн руб. № сцеНаправление Размер вреда Оценка ущерба Суммарный размер Ожидаемый нария ветра береговой черте, от загрязнения вреда (водным ущерб с учетом в градусах млн руб. атмосферы, объектам,береговой возможной частоты млн руб. черте и от загрязнения атмосферы), млн руб. происшествий, млн руб./год 1 0 11,68 0,11 1147,773 30,760 2 22,5 8,19 0,11 1144,283 30,667 3 45 5,39 0,11 1141,483 30,592 4 67,5 7,24 0,11 1143,333 30,641 5 90 7,88 0,14 1144,003 30,659 6 112,5 0 0,24 1136,223 30,451 7 135 0 0,24 1136,223 30,451 8 157,5 0 0,24 1136,223 30,451 9 180 4,96 0,21 1141,153 30,583 10 202,5 5,25 0,20 1141,433 30,590 11 225 5,51 0,22 1141,713 30,598 12 247,5 0 0,25 1136,233 30,451 13 270 0 0,24 1136,223 30,451 14 292,5 20,16 0,14 1156,283 30,988 15 315 20,16 0,12 1156,263 30,988 16 337,5 16,01 0,11 1152,103 30,876 Table 2 The results of the calculation of the amount of harm in the region of the Cheboksary river port, million rubles No. of scenario Wind direction in degrees Amount of damage to the coastline, million rubles Assessment of damage from atmospheric pollution, million rubles The total amount of damage (to water bodies, coastlines, and air pollution), million rubles Expected damage, taking into account the possible frequency of accidents, million rubles/year 1 0 11,68 0,11 1147,773 30,760 2 22,5 8,19 0,11 1144,283 30,667 3 45 5,39 0,11 1141,483 30,592 4 67,5 7,24 0,11 1143,333 30,641 5 90 7,88 0,14 1144,003 30,659 6 112,5 0 0,24 1136,223 30,451 7 135 0 0,24 1136,223 30,451 8 157,5 0 0,24 1136,223 30,451 9 180 4,96 0,21 1141,153 30,583 10 202,5 5,25 0,20 1141,433 30,590 11 225 5,51 0,22 1141,713 30,598 12 247,5 0 0,25 1136,233 30,451 13 270 0 0,24 1136,223 30,451 14 292,5 20,16 0,14 1156,283 30,988 15 315 20,16 0,12 1156,263 30,988 16 337,5 16,01 0,11 1152,103 30,876 Результаты расчета размера вреда береговой черте и атмосфере от разлива нефти при различных направлениях ветра (по 16 сценариям), выполненные в соответствии с методическими руководствами [4; 6; 7; 10-12], сведены в табл. 2. Заключение В ходе выполненного исследования в районе Чебоксарского речного порта было выявлено следующее. В транспортных происшествиях чаще всего участвовали грузовые сухогрузные судна. Наибольшее распространение получили аварии, связанные с ударом и посадкой судов на мель. Чаще всего транспортные происшествия происходили в результате нарушение устава службы экипажем. Наибольшее количество происшествий наблюдались в районе шлюза (1185 км). Частота возникновения транспортных происшествий за анализируемый период составляет в среднем 1 раз в полгода. Аварии, связанные с грузовыми сухогрузными судами, возникают 1 раз в 1,25 года, а посадки на мель происходят 1 раз в 2,2 года. С помощью математического моделирования разливов нефти в районе Чебоксарского речного порта, состоящего из шестнадцати сценариев, были разработаны регрессионные модели оценки ущербообразующих факторов. Вычислен размер вреда компонентам природной среды (воде, почве, воздуху) при разливах нефти в районе Чебоксарского речного порта. Он составил У = 1135,983 млн руб. для водных объектов, Узагр(ср) = 7,03 млн руб. для береговой черты, УА (ср) = 0,17 млн руб. для атмосферного воздуха, а средняя выборочная размера вреда - Y = 1143,18 млн руб. Результаты выполненных в данной работе исследований могут быть использованы при определении границ зон чрезвычайных ситуаций; для выявления и моделирования последствий наиболее опасных чрезвычайных ситуаций и их социально-экономических последствий (например, для прилегающей территории или населения); разработки мероприятий предотвращения или снижения неблагоприятных последствий от чрезвычайных ситуаций с учетом природно-климатических условий (например, паспортов безопасности опасных промышленных объектов или паспортов безопасности территорий субъектов Российской Федерации) [14].

About the authors

Andrey E. Plastinin

Volga State University of Water Transport

Author for correspondence.
Email: plastininae@yandex.ru
SPIN-code: 8832-9459

Doctor of Engineering Sciences, Professor of the Department of Environmental Protection and Industrial Safety

5 Nesterova St, Nizhny Novgorod, 603951, Russian Federation

Olga L. Domnina

Volga State University of Water Transport

Email: o-domnina@yandex.ru
SPIN-code: 6363-5762

Ph.D. in Engineering Sciences, Associate Professor of the Department of Logistics and Marketing

5 Nesterova St, Nizhny Novgorod, 603951, Russian Federation

Vasily N. Zakharov

Volga State University of Water Transport

Email: nauka@vgavt-nn.ru

Doctor of Engineering Sciences, chief researcher

5 Nesterova St, Nizhny Novgorod, 603951, Russian Federation

Ayrat M. Safarov

Ufa State Petroleum Technical University

Email: safarov_a_m@mail.ru
SPIN-code: 7372-1758

Doctor of Engineering Sciences, Professor of the Department of Applied Ecology

1 Kosmonavtov St, Ufa, 450062, Russian Federation

References

Supplementary files