Содержание

КР 080760328 ПЗ 2

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового работы является углубление теоретических знаний по дисциплине «Антропогенное воздействие на гидросферу», выработка навыков применения теории в решении конкретных практических задач.

Задачей курсовой работы является прогнозирование возможных последствий аварийного разлива нефти, принятие мер по локализации разлива нефти, обеспечение безопасности населения, а также оценка факторов, определяющих величину ущерба окружающей природной среде, установление размеров платы за загрязнение окружающей природной среды при авариях на магистральных нефтепроводах.

При разливе нефтепродуктов происходит загрязнение почвенного слоя нефтепродуктами на значительную глубину, а в подпочвенных горизонтах образуются линзы нефтепродуктов, которые с грунтовыми водами могут мигрировать, загрязняя окружающую среду. Отсюда следует серьезная глобальная проблема - загрязнение почвенного покрова нефтью и нефтепродуктами. Кроме перечисленных выше опасностей наблюдается сильное геомеханическое воздействие из-за изъятия земель из сельскохозяйственного оборота, ухудшение качества почв, эрозия почв. Выжигание (особенно на поверхности почвы) является наиболее опасной формой ликвидации загрязнения окружающей среды, поскольку из-за неполного сгорания нефти образуются стойкие канцерогенные вещества, которые разносятся по большой площади и, попадая в пищевые цепи растительных и животных сообществ, в конечном счете, приводят к резкому возрастанию числа онкологических заболеваний местного населения.

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА

1.1 Характеристика населенного пункта

Московская область расположена в центре европейской части России в бассейнах рек Волги, Оки, Клязьмы, Москвы. Территория Московской области составляет 44,3 тыс. км2.. Плотность населения в этом районе 240 чел/га. В северной части города проходит нефтепровод, вблизи реки А. !

Московская область расположена в междуречье Оки и Волги. Граничит: на юге - с Тульской областью, на юго-западе - с Калужской областью, на западе - со Смоленской областью, на северо-западе и севере - с Тверской областью, на северо-востоке - с Ярославской областью, на севере и северо-востоке - с Владимирской областью, на юго-востоке - с Рязанской областью. [11]

1.2 Природно-климатические условия

Вся территория области расположена в лесной зоне, и только южная половина Серебряно - Прудского района - в лесостепной зоне, на оподзоленной почве и выщелоченных черноземах. Область богата водоемами - от маленьких речушек, рек, озер до такого крупного водного бассейна, какими являются Москва-река, Ока и Клязьма с их притоками.

Характеристика природно-климатических условий

Рельеф области большей частью равнинный; на западе и севере области – Смоленская и Московская возвышенности, наиболее высокая (до 285 м) и холмистая часть которой – Клинско-Дмитровская гряда; на востоке – заболоченная Мещерская низменность. Главные реки: Ока, Москва (с притоками Руза, Истра, Яуза, Пахра), Клязьма. На реке Москве и канале им. Москвы – сеть водохранилищ; на территории области находятся озера (Тростенское, Нерское, Черное), болота. Климат умеренно континентальный; средняя температура января -10 градусов, средняя температура июля +17градусов; количество осадков – от 450 до 650 мм в год. На территории Московской области распространены преимущественно дерново-подзолистые почвы, на юге области – светло-серые почвы. Растительность – смешанные леса.

По климатическому делению Москва и ее область относится к III району (умеренно-континентальному с ярко выраженной сезонностью). [11]

2 ОЦЕНКА ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ВЕЛИЧИНУ УЩЕРБА ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ ПРИ АВАРИЯХ НА НЕФТЕПРОВОДАХ

2.1 Определение количества нефти, вылившейся из нефтепровода вследствие аварии.

Расчет количества нефти, вылившейся из трубопровода, производится в 3 этапа, определяемых разными режимами истечения:

- истечение нефти с момента повреждения до остановки перекачки;

- истечение нефти из трубопровода с момента остановки перекачки до закрытия задвижек;

- истечение нефти из трубопровода с момента закрытия задвижек до прекращения утечки.

2.2 Объем V₁ нефти, вытекшей из нефтепровода с момента _a возникновения аварии до момента _o остановки перекачки, определяется соотношением

, (2.1)

V₁ – объем нефти, вытекшей из нефтепровода с момента возникновения аварии до остановки перекачки, м³;

Q₁ – расход нефти через место повреждения с момента возникновения аварии до остановки перекачки, м³/ч;

τ₁ – продолжительность истечения нефти из поврежденного нефтепровода при работающих насосных станциях, ч;

τ_а – время повреждения нефтепровода, ч;

τ₀ – время остановки насосов после повреждения, ч.

Время повреждения _a и остановки _o насосов фиксируется системой автоматического контроля режимов перекачки. Согласно исходным данным, τ_а = 8ч15 мин, τ₀ = 8ч 30 мин. [2]

Для определения расхода нефти через место повреждения необходимо проверить ряд условий:

Q^/-Q₀<0,

P" < (Z_n – Z₂) g, [2]

P" = 0.

Проверим каждое условие по порядку:

Q^/-Q₀<0, (2.2)

Q^/ - расход нефти при работающих насосных станциях, м³/с;

Q₀ - расход нефти в неповрежденном нефтепроводе при работающих насосных станциях, м³/с.

Согласно исходным данным Q^/=0,72 м³/с; Q₀=0,74 м³/с, тогда

0,62-0,64<0;

-0,02<0.

Данное условие выполняется, поэтому определяется  площадь дефектного отверстия, м². Площадь дефектного отверстия  в зависимости от формы разрыва стенки нефтепровода определяется по формулам, приведенным в Приложении 2.

(2.3)

а - длины стороны разрыва, h - расстояние (высота)

Для дефектных отверстий, форма которых отличается от круглой, определяется d_экв по формуле:

(2.4)

В этом случае в формулу (2.4) подставляем d_отв. = d_экв..

Перепад напора h* в точке истечения зависит от давления P' в начале участка ℓ, гидравлического уклона i', удаленности места повреждения от НПС, глубины h_T заложения нефтепровода, напора h_a, создаваемого атмосферным давлением, и определяется из выражения

; (2.5)

Т.к. перепад напора в точке разрыва отрицательный то значит истечение нефти не происходит.

В соответствии с формулой (2.1) объем нефти, вытекшей из нефтепровода с момента возникновения аварии до остановки перекачки

V₁ = 2,647 ·((8ч30м-8ч15м)·60) = 2382,3 м³. (2.6)

2.2 Истечение нефти из трубопровода с момента остановки перекачки до закрытия задвижек.

Продолжительность истечения нефти с момента остановки перекачки до закрытия задвижек вычисляется по формуле

τ₂=τ₀-τ_з, (2.7)

τ₀ – время остановки задвижек. Согласно исходным данным τ₀ = 8ч 30мин ;

τ_з – время закрытия задвижек. Согласно исходным данным τ_з = 9ч 10 мин.

τ₂=|8ч30м-9ч10м|=20м=0,33 ч

Для выполнения расчетов продолжительность истечения нефти τ₂ с момента остановки перекачки τ₀ до закрытия задвижек τ_з разбивается на элементарные интервалы τ_i, внутри которых режим истечения (напор и расход) принимается неизменным.

Общий объем выхода нефти из нефтепровода V₂, за время τ₂=τ₀-τ_з определяется как сумма V_i нефти, вытекшей за элементарные промежутки времени τ_i

V₂=ΣV_i=ΣQ_i·τ_i (2.8)

V₂ – объем нефти, вытекшей из нефтепровода с момента остановки перекачки до закрытия задвижек, м³;

V_i – объем нефти, вытекшей из нефтепровода за элементарный промежуток времени τ_i, м³;

Q_i – расход нефти через место повреждения в промежуток времени τ_i, м³/ч;

τ_i – элементарные интервалы времени, внутри которых режим истечения нефти принимается неизменным, ч.

Напор в отверстии h_i, м, соответствующий i-ому элементарному интервалу времени, вычисляется по формуле

h_i=z_i-z_м-h_т-h_а, (2.9)

z_i – геодезическая отметка самой высокой точки профиля рассматриваемого участка нефтепровода, заполненного нефтью на i-ый момент времени, м;

z_м – геодезическая отметка места повреждения, м;

h_т – глубина заложения нефтепровода, м;

h_а – напор, создаваемый атмосферным давлением, м. [2]

Согласно исходным данным z_i=174,60м; z_м=169,80м; h_т= 3м; h_а= 10 м, тогда

h_1i=174,60-169,80-3-10 = - 8,2 м

Истечение нефти из трубопровода с момента остановки перекачки до закрытия задвижек, происходить не будет, так как напор в пробоине нефтепровода является отрицательным числом.

V₂ = 0

2.3 Истечение нефти из трубопровода с момента закрытия задвижек до прекращения утечки .

Основной объем V₃^/, м³, вытекающей после закрытия задвижек до прекращения самопроизвольного истечения нефти через место повреждения определяется по формуле

V₃^/ = π·d_вн²·l^//4, (2.10)

V₃^/ - основной объем нефти, вытекшей после закрытия задвижек до прекращения самопроизвольного истечения нефти через место повреждения;

l^/ - суммарная длина участков нефтепровода между двумя перевальными точками или 2 смежными с местом повреждения задвижками, возвышенных относительно места повреждения и обращенных к месту повреждения, за исключением участков, геодезические отметки которых ниже отметки повреждения, м.

Поскольку точки, возвышенные относительно места повреждения и обращенные к месту повреждения, за исключением участков, геодезические отметки которых ниже отметки повреждения «М» отсутствуют, то

ℓ' = 0, следовательно, основной объем вытекающей после закрытия задвижек нефти V₃^/ =0 [2]

Объем стока нефти из нефтепровода с момента закрытия задвижек равен

V₃=V₃^/+ΔV₃, (2.11)

ΔV₃ – дополнительный сток нефти после закрытия задвижек, определяемый объемом участка с частичным опорожнением в зависимости от положения нижней точки контура повреждения относительно поверхности трубы и профиля участков нефтепровода, примыкающих к месту повреждения, м³. Дополнительный сток нефти после закрытия задвижек ΔV₃, м³, определяется по формуле

, (2.12)

Т.к. порыв по нижней образующей в 90⁰ от вертикальной оси 180⁰ = 1,57рад.

Значения А, В, С приведены в таблице

Таблица 2.2

	1,57
A	0,720
B	0,065
C	0,392

Определяем:

k(x_i) = |(Z_{i + 1} - Z_i )/(X_{i +1} - X_i ) | (2.13)

k(x_i) = |(112,40 – 169,80)/(51000 – 52000)| = 0,0574

Δ V₃ =

Согласно формуле (2.11), объем стока нефти из нефтепровода с момента закрытия задвижек V₃, м³, равен

V₃= м³.

Общий объем V, м³, вылившейся при аварии нефти определяется суммой объемов истечения нефти с момента возникновения аварии до прекращения утечки

V=V₁+V₂+V₃ (2.14)

V= м³.

Общая масса М, т, вылившейся при аварии нефти, определяется по формуле

М=ρ·V, (2.15)

ρ – плотность нефти, т/м³. Согласно исходным данным ρ=0,86 т/м³;

V – общий объем, м³,

М=0,86· = т.

3 ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Основными факторами, определяющими величину ущерба, наносимого окружающей природной среде при авариях на нефтепроводах, являются: количество вылившейся из нефтепровода нефти и распределение ее по компонентам окружающей среды; площадь и степень загрязнения земель; площадь и степень загрязнения водных объектов; количество углеводородов, выделившихся в атмосферу.

3.1 Оценка степени загрязнения земель

Степень загрязнения земель определяется нефтенасыщенностью грунта. Нефтенасыщенность грунта или количество нефти (масса М_вп или объем V_вп), впитавшейся в грунт определяется по формуле

М_вп= k_н·ρ·V_гр (3.1)

k_н – коэффициент нефтеемкости грунта. Принимается в зависимости от его влажности;

V_гр – объем нефтенасыщенного грунта, м³;

ρ - плотность нефти, т/м³. Согласно исходным данным ρ=0,86 т/м³.

Объем, впитавшейся в грунт нефти V_вп, м³, определяется по формуле

V_вп = k_н·V_гр (3.2)

Объем нефтенасыщенного грунта V_гр, м³, вычисляется по формуле

V_гр = F_гр·h_ср (3.3)

F_гр – площадь нефтенасыщенного грунта, м²;

h_ср – средняя глубина пропитки на всей площади нефтенасыщенной земли, м.

Согласно исходным данным площадь нефтенасыщенного грунта F_гр=10000 м², средняя глубина пропитки на всей площади нефтенасыщенной земли h_ср=1,1м, влажность грунта(С(п)) равна 60%, тогда k_н=0,12.

V_гр=10000·1,1=11000 м³,

V_вп=0,12·11000=1320 м³.

М_вп=0,12·0,86·11000=1135,2 т,

3.2 Оценка степени загрязнения водных объектов

Степень загрязнения водных объектов определяется массой растворенной и (или) эмульгированной в воде нефти.

Масса нефти, загрязняющей толщу воды, рассчитывается по формулам:

- для водотоков:

(3.4)

М_р- масса нефти, разлитой на поверхности водного объекта, т;

С_н- концентрация насыщения растворенной и (или) эмульгированной нефти в поверхностном слое воды водного объекта, равна 122 г/м³;

С_ф- фоновая концентрация растворенной и (или) эмульгированной нефти в водном объекте на глубине 0,3 м вне зоны разлива, равна 0,001 г/м³. [2]

Масса М_р нефти, разлитой на поверхности водного объекта, определяется одним из следующих способов:

- по балансу количества нефти, вылившейся из магистрального нефтепровода при аварии, и ее распределения по компонентам окружающей природной среды;

- по результатам инструментальных измерений на загрязненной нефтью поверхности водного объекта;

- по количеству нефти, собранной нефтесборными средствами при ликвидации аварийных разливов.

В случае, если определение массы разлитой на водной поверхности нефти производится несколькими способами, дающими разные результаты, в расчет включается большая величина.

Для получения предварительных данных может использоваться метод экспертных оценок загрязнения водных объектов без применения его в расчетах ущерба окружающей среде. Способ экспертных оценок может применяться в случаях, когда толщина слоя нефти в месте разлива значительно меньше 1 мм.

Массу нефти М_р, т, разлитой на поверхности водного объекта определим, используя метод инструментальных измерений.

(3.5)

где m_p - удельная масса разлитой нефти на 1 м² поверхности воды, равна 30 г/м²;

m_ф - удельная масса фоновой нефти на 1 м² свободной от разлива поверхности воды, равна 0,01 г/м²;

F_н- площадь поверхности воды, покрытая разлитой нефтью, равна 2000 м²;

Ср – концентрация растворенной и эмульгированной нефти в воде на глубине 0,3м после аварии, равна 3 г/м³

V_p - объем воды, в котором к моменту инструментальных измерений растворилась разлитая нефть, м³

V_p = 0,3 F_н (3.6)

V_p = 0,3·2000 = 600 м³

Подставляя полученные данные, масса нефти, попавшая в воду, будет равна

Тогда,

Масса пленочной нефти, оставшейся на водной поверхности после проведения обязательных мероприятий по ликвидации последствий разливов нефти, рассчитывается по формуле

(3.7)

где М_пл.ост.- масса пленочной нефти, оставшейся на водной поверхности после проведения мероприятий по ликвидации разлива, т;

m_пл.ост. - удельная масса пленочной нефти на 1 м² поверхности воды после завершения сбора разлитой нефти, г/м²;

F_н.ост.- площадь поверхности воды, покрытая пленочной нефтью после завершения работ по ликвидации разлива нефти, м²(значение принимается равный значению площади водного объекта загрязненного нефтепродуктами).

Согласно исходным данным m_пл.ост.= 0,4 гр/м²; F_н.ост.= 2000м², тогда

Масса нефти, принимаемая для расчета платы за загрязнение водного объекта при авариях на магистральных нефтепроводах М_у, рассчитывается по формуле

(3.8)

где М_и.в - масса испарившихся летучих низкомолекулярных углеводородов нефти, т с поверхности водного объекта.