cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)caht-1068Research ArticleСтатьиМОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗЛИВА НЕФТИ В АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ МОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯMODELING OF OIL POLLUTION OF ARTIC SEA COASTAL AREASМуангуЖ.MuanguZ.

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной математики,

г. Архангельск

PhD in Engineering Sciences, Associate Professor of Chair of Applied Mathematics,

Arkhangelsk

mouangou@atknet.ruПоповаА. А.PopovaA. A.

аспирант экономического факультета,

Москва

graduated Lomonosov Moscow State University, faculty of Mechanics and Mathematics (2014), PhD student at the faculty of Economics,

Moscow

anna-andreevna@hotmail.comСеверный (Арктический) федеральный университетРоссияNorthern (Arctic) Federal UniversityRussian FederationМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation201703052017202153162Copyright © Муангу Ж., Попова А.А., 20172017Муангу Ж., Попова А.А.Muangu Z., Popova A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1068

В работе исследуется упругий режим фильтрации нефти в грунте при аварии на нефтепроводе или нефтяной скважине, оцениваются масштабы загрязнения окружающей среды. Модель растекания и поглощения нефти грунтами строится на основе уравнения неразрывности и закона фильтрации Дарси, а также уравнений состояния, учитывающих сжимаемость среды от давления. Область фильтрации - это граница между загрязненным нефтью грунтом и воздухом. Область фильтрации нефти снизу ограничена поверхностью почвы, а сверху - свободной поверхностью, уравнение которой заранее неизвестно и подлежит определению. Рассматривается сценарий загрязнения почв от точечного источника, в качестве которого выступает место разрыва трубопровода или скважина. Получены предельные и приближенные оценки радиуса разлива нефти в зависимости от различных типов подстилающих поверхностей и характеристик нефти, а также условий окружающей среды. Рассчитана и приведена динамика свободной поверхности нефти в зависимости от радиуса растекания. Сделаны оценки временной продолжительности фильтрации нефти грунтом в зависимости от фракций нефти и типа почвы. Была рассчитана толщина пленки и площадь разлива нефти при условии постоянной скорости истекания нефти, горизонтальности подстилающей поверхности и близости давления в среде к нормальному. Для численной реализации построенной модели были рассмотрены различные сценарии разлива нефти. При заданных значениях температуры воздуха, пористости почвы и скорости фильтрации рассчитан радиус загрязнения в зависимости от фракции нефти, времени с момента аварии до момента устранения течи, а также скорости истечения нефти.

This article studies the elastic filtration oil drive of oil in a layer based on the estimation of risks of environmental oil pollution because of accidental releases. The model of oil spillage and resorption by the precoat is based on continuity equation and Darcy rule as well as on equations of state taking into account fluid compressibility due to pressure. Filtering area is a line between the precoat and air. Oil filtering area is limited by soil surface below and by free surface above, its equation is known beforehand and is to be defined. The case of soil pollution from the point source, which is the point of fracture of pipeline or borehole, is considered. Upper and approximate estimates of the oil pollution radius due to different types of underlying terrains and to oil characteristics as well as to environmental conditions. The dynamics of oil free surface depending on spillage radii is calculated and presented. The estimates of temporary duration of oil filtering by the precoat in terms of light ends and soil type are made. The thickness of the oil film and the square of the spill upon condition of constant speed of oil spillage, horizontal position of underlying terrain and the proximity of pressure to normal are determined. For the numerical implementation of the model different cases of oil spillage were considered. Under given values of air temperature, soil porosity and filtration speed the pollution radii according to light end, the time from the moment of accident till the leakage suppression and the speed of oil spillage was calculated.

модель растекания и поглощения нефти грунтамиупругий режим фильтрацииобласть фильтрациипористость почвырадиус и площадь загрязненияфракции нефтиmodel of spreading and absorption of oil by soilselastic filtration modefiltration areasoil porosityradius and square of pollutionoil fractionsReferencesPolubarinova-Kochina P.Ya. Teorija dvizhenija gruntovyh vod [Theory of subterranean waters motion]. Moscow, Nauka Publ., 1977, 678 pPolubarinova-Kochina P.Ya. Teorija dvizhenija gruntovyh vod [Theory of subterranean waters motion]. Moscow, Nauka Publ., 1977, 678 p.Muangu Zh.Je.R. Fil'tracija iz kanala. Struktura reshenija i ocenka rashoda [Filtration from channel. The structure of solutions and evaluation of losses]. Izvestija Rossijskoj akademii nauk. Mehanika zhidkosti i gaza [Fluid dynamics], 2006, no. 1, pp. 108-120. (in Russian)Muangu Zh.Je.R. Fil'tracija iz kanala. Struktura reshenija i ocenka rashoda [Filtration from channel. The structure of solutions and evaluation of losses]. Izvestija Rossijskoj akademii nauk. Mehanika zhidkosti i gaza [Fluid dynamics], 2006, no. 1, pp. 108–120. (in Russian)Barenblatt G.I., Entov V.M., Ryzhik V.M. Dvizhenie zhidkostej i gazov v prirodnyh plastah [Movement of liquids and gases in natural layers]. Moscow, Nedra Publ., 1982, 208 pBarenblatt G.I., Entov V.M., Ryzhik V.M. Dvizhenie zhidkostej i gazov v prirodnyh plastah [Movement of liquids and gases in natural layers]. Moscow, Nedra Publ., 1982, 208 p.Jemih V.N. Fil'tracija iz podpochvennyh istochnikov [Filtration from subsoil sources]. Izvestija Rossijskoj akademii nauk. Mehanika zhidkosti i gaza [Fluid dynamics], 1999, no. 2, pp. 72-85. (in Russian)Jemih V.N. Fil'tracija iz podpochvennyh istochnikov [Filtration from subsoil sources]. Izvestija Rossijskoj akademii nauk. Mehanika zhidkosti i gaza [Fluid dynamics], 1999, no. 2, pp. 72–85. (in Russian)Trofimov V.T., Koroljov V.A., Voznesenskij E.A. i dr. Gruntovedenie [Soil sciences]. Moscow, MSU Publ., 2005, 1024 pTrofimov V.T., Koroljov V.A., Voznesenskij E.A. i dr. Gruntovedenie [Soil sciences]. Moscow, MSU Publ., 2005, 1024 p.Nesterov M.V. i dr. Gidrotehnicheskie sooruzhenija [Hydraulic engineering constructions]. Minsk, Novoe Publ., 2006, 616 pNesterov M.V. i dr. Gidrotehnicheskie sooruzhenija [Hydraulic engineering constructions]. Minsk, Novoe Publ., 2006, 616 p.Driackaja Z.V., Mhchijan M.A., Zhmyhova N.M. Nefti SSSR. Spravochnik, t. 1 [USSR oils. Directory, vol. 1]. Moscow, Himija Publ., 1971, 504 pDriackaja Z.V., Mhchijan M.A., Zhmyhova N.M. Nefti SSSR. Spravochnik, t. 1 [USSR oils. Directory, vol. 1]. Moscow, Himija Publ., 1971, 504 p.GOST 8.602-2010 Gosudarstvennaja sistema obespechenija edinstva izmerenij (GSI). Plotnost' nefti. Tablicy perescheta [State system for ensuring the uniformity of measurements (SSM). The density of oil. Conversion table]. Available at: http://docs.cntd.ru/document/gost-8-602-2010-gsi (accessed at 26.12.2016)GOST 8.602-2010 Gosudarstvennaja sistema obespechenija edinstva izmerenij (GSI). Plotnost' nefti. Tablicy perescheta [State system for ensuring the uniformity of measurements (SSM). The density of oil. Conversion table]. Available at: http://docs.cntd.ru/document/gost-8-602-2010-gsi (accessed at 26.12.2016).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.