WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Разбиение участков концентрации ТП на участки аварийности производится с использованием следующих условий:

- для начала -го участка аварийности lнач

; (4)

- для конца -го участка аварийности lкон

, (5)

где – коэффициент, учитывающий повышение плотности аварийности на характерном участке.

Границы участка аварийности находятся путем последовательного увеличения коэффициента, начиная со значения =1 (при этом участок аварийности совпадает с участком концентрации ТП). Процедура выполняется до тех пор, пока на полученных участках не будет подтверждаться гипотеза о нормальном распределении случайной величины.

Местоположение потенциального источника РН определяется как математическое ожидание координаты ТП в границах участка аварийности:

, км (6)

где li – i-тый километр водного пути, где произошло ТП;

pi – вероятность возникновения ТП на i-ом километре водного пути:

, (7)

где ni – количество ТП на i-ом километре водного пути;

n – количество ТП на -ом участке аварийности.

i – километр водного пути(принимает значение в интервале lнач : lкон).

Исходя из вышеизложенного, вся процедура определения координат расположения потенциальных источников РН на ВВП включает в себя несколько логически связанных между собой этапов, каждый из которых формирует, по сути, отдельную практическую задачу.

Таким образом, предложенная методика обеспечивает определение расположения потенциальных источников РН при движении судов в зонах ответственности обучаемых специалистов, что позволяет более эффективно осуществлять процесс тренажерной подготовки и отрабатывать все возможные в будущем реальные ситуации.

Используя предлагаемую выше методику, для применения в дальнейшей тренажерной практике, определены и занесены в базу данных программно-аппаратного комплекса «PISCES 2 - CMS» координаты расположения потенциальных источников РН на реке Волга.

Третья глава посвящена исследованию влияния факторов при моделировании движения нефтяного пятна на ВВП с использованием метода планирования эксперимента.

Необходимым этапом тренажерной подготовки является моделирование РН, которое позволяет обучаемому определить возможные масштабы распространения нефти, степень их негативного влияния на население и объекты его жизнеобеспечения, на объекты производственной и социальной сферы, а также на объекты ОС.

На движение нефтяного пятна влияет множество факторов, которые можно разделить на три группы – географические факторы, гидрометеорологические факторы, объем и тип нефтепродукта. Географические факторы - район действий, ширина реки, извилистость, тип берега и др. изменяются для различных потенциальных источников разлива. Гидрометеорологические факторы - скорость течения, сила и направление ветра, температура воды и воздуха, высота волны, а также объем и тип нефтепродукта варьируются для каждого потенциального источника разлива.

Поэтому при моделировании движения нефтяного пятна с учетом всех факторов необходима обработка большого количества вариантов. В связи с этим, встает задача выделения значимых факторов, влияющих на движение нефти для определения положения нефтяного пятна в зависимости от времени с момента разлива на ВВП.

Для решения этой задачи наиболее целесообразно использовать метод планирования эксперимента с применением для выбора плана эксперимента и анализа полученных данных компьютерной программы STATISTICA 6.0.

При построении плана численного эксперимента использовались дробные двухуровневые факторные планы Бокса и Хантера. Это связано с тем, что во многих случаях достаточно рассмотреть всего два уровня факторов, влияющих на исследуемый процесс. Например, скорость течения при моделировании процесса распространения нефти может быть установлена на минимальном и максимальном уровне.

Использование геоинформационных систем и математической модели программы «PISCES 2 - CMS» позволяет варьировать 11 факторов, все из которых могут быть потенциально важными (т.е. влиять на распространение нефти или взаимодействовать друг с другом). К исследуемым факторам относятся: скорость течения реки, скорость ветра, угол вектора скорости течения и ветра, объем разлива нефтепродукта, температура воды, температура воздуха, высота волны, тип нефтепродукта, тип берега, коэффициент извилистости русла и ширина реки.

Как показала обработка результатов численного эксперимента, в 30% опытах на распространение нефтяного пятна влияет береговая черта, т.е. движение нефтяного пятна значительно замедляется при его попадании в заливы и при огибании островов (рис. 2).

Рис. 2. Влияние береговой черты на распространение нефтяного пятна

Так как эти факторы не поддаются учету и зависят только от района действия, то при моделировании движения нефтяного пятна для каждого потенциального источника разлива географические факторы, будут заданными. При этом на движение нефтяного пятна будут влиять только гидрометеорологические факторы, а также объем и тип нефтепродукта. Таких факторов всего 8: скорость течения реки, скорость ветра, направление ветра, объем разлива нефтепродукта, температура воды, температура воздуха, высота волны, тип нефтепродукта. Тем не менее, при моделировании движения нефтяного пятна с учетом всех этих факторов необходима обработка сотен тысяч вариантов. В связи с этим, встает задача выявления значимых факторов, влияющих на движение нефти и, соответственно, снижения количества возможных сценариев моделирования.

Для решения этой задачи использовался дробный трехуровневый факторный план Бокса-Бенкена. Анализ многофакторного численного эксперимента показал, что на распространение нефтяного пятна (зависимую переменную) значимо влияют только 4 главных фактора: скорость течения, направление ветра, скорость ветра и объем разлива, а также взаимодействия факторов: направления ветра со скоростью ветра, направление ветра с объемом разлива. Значимость факторов определялась по критерию статистической значимости p0,05. Результаты значимых факторов и взаимодействий факторов представлены на рис. 3.

Рис. 3. Результаты численного эксперимента дробного трехуровневого факторного плана Бокса-Бенкена

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что для определения положения нефтяного пятна необходимо проводить моделирование РН с учетом влияния 4-х факторов: скорость течения, направление ветра, скорость ветра и объем разлива, что позволяет снизить количество необходимых сценариев моделирования для определения положения нефтяного пятна до нескольких сотен.

Поскольку для каждого потенциального источника разлива согласно нормативным документам будет приниматься только один максимально возможный объем разлива, то в процессе тренажерной подготовки необходимо принимать во внимание только 3 значимых фактора: скорость течения, направление и скорость ветра.

Четвертая глава посвящена исследованию зависимости положения нефтяного пятна от количества сценариев моделирования, выбору необходимых условий для сценариев моделирования РН с учетом вероятности их реализации.

Как показала практика моделирования при различных значениях варьируемых факторов: скорости течения, скорости и направлении ветра положение нефтяного пятна от одного и того же источника разлива может значительно меняться. Например, для потенциального источника РН 886,2км реки Волга положение нефтяного пятна на 4 часа от момента разлива может изменяться на 10км (рис. 4).

Рис. 4. Положение нефтяного пятна на 4 часа от момента разлива при изменении варьируемых факторов

Решение вопроса выбора значений факторов также осложняется тем, что они имеют разную вероятность, поэтому для осуществления выборки необходимо использовать взвешенную случайную выборку из генеральной совокупности всех сценариев моделирования. При этом вероятность возникновения каждого сценария с определенными значениями факторов рассчитывается по следующей формуле:

, (11)

где - вероятность реализации сценария;

- вероятность скорости течения;

- вероятность направления ветра;

- вероятность скорости ветра.

Для определения значений P1, P2, P3 использованы статистические данные по скоростям течения на данном участке реки, среднегодовой совместной повторяемости направления ветра и градации скорости ветра для участка местности.

Генеральная совокупность формируется перебором всех возможных вариантов скорости течения, скорости и направления ветра.

Для случайной взвешенной выборки необходимо использовать генератор случайных чисел RND, который случайным образом выберет значения факторов для моделирования сценария.

В качестве координаты положения нефтяного пятна РН от потенциального источника разлива принимается 95-я процентиль - это такое значение, ниже которого попадают 95% значений координат распространения нефтяного пятна от всех возможных сценариев моделирования за установленное время.

Для построения зависимости точности определения координаты положения нефтяного пятна от количества сценариев моделирования произведено разделение водного пути по гидрологической характеристике и судоходным условиям на три характерных участка:

- речной участок;

- озерно-речной участок;

- озерный участок.

Результаты моделирования представлены в виде зависимости точности определения координаты положения нефтяного пятна от количества сценариев моделирования для характерных участков водного пути на рис. 5.

Рис. 5. Зависимость точности определения координаты положения нефтяного пятна от количества сценариев моделирования

Из рис. 5 видно, что на озерном участке реки для достижения точности определения координаты положения нефтяного пятна ±2км достаточно осуществить моделирования 5 сценариев, а на речном и озерно-речном участках реки для достижения той же точности необходимо смоделировать не менее 20 сценариев.

Таким образом, полученная зависимость позволит при тренажерной подготовке выбирать необходимое количество сценариев моделирования с заданной точностью в зависимости от характерного участка исследуемого района ВВП. А также, используя генератор случайных чисел RND и базу данных по метеоусловиям и скоростям течения, задавать условия для каждого

конкретного сценария моделирования. Все это позволит специалисту иметь представление, как наиболее вероятно поведет себя нефтяное пятно при разливе в зоне его ответственности и заранее разработать план действия при возникновении РН.

Результатом проведенных исследований и решенных задач является методика выбора сценариев моделирования РН с заданной точностью определения положения нефтяного пятна. Предлагаемая методика состоит из нескольких этапов, схематично представленных на рис. 6.

Рис. 6. Структурная схема определения сценариев моделирования РН с учетом вероятности их реализации

Разработанная методика позволит в процессе тренажерной подготовки выбирать объем необходимого для моделирования сценариев и условий моделирования, а также наиболее достоверно прогнозировать масштабы распространения возможного РН, что повышает готовность к практическим действиям по локализации РН в зоне ответственности обучаемого.

На примере источников РН на 866,4км и 886,2км реки Волга показано, что применение результатов выполненных исследований в процессе ликвидации РН и тренажерной подготовки позволяет снизить ожидаемый ущерб от загрязнения ОС более чем на 100 млн.руб.

В заключении сформулированы основные результаты исследований:

1. Статистический анализ транспортных происшествий внутри участков их концентрации позволил разработать методику определения расположения потенциальных источников РН на ВВП при движении судов.

2. Исследование влияния факторов на процесс распространения нефтяного пятна позволило выделить из их общего количества три наиболее значимые при моделировании РН: скорость течения, направление ветра, скорость ветра.

3. Показана возможность применения взвешенной случайной выборки из генеральной совокупности всех сценариев моделирования РН для определения значений варьируемых факторов.

4. Установлена зависимость точности определения координаты положения нефтяного пятна от количества сценариев моделирования РН для трех характерных участков ВВП: речного, озерно-речного, озерного.

5. Для практической реализации при ликвидации РН и тренажерной подготовки разработана методика выбора сценариев моделирования РН с заданной точностью определения координаты нефтяного пятна.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»