Катастрофа декабря 2024 года, когда в Керченском проливе потерпели крушение танкеры «Волгонефть-212» и «Волгонефть-239», обнажила острую научную проблему: как отследить мазут, который опустился на морское дно. В воду попало, по разным оценкам, от трёх до пяти тысяч тонн нефтепродуктов. Часть из них смешалась с донным песком и ракушей и осела на дне в виде плотных комков, способных создать волну вторичного загрязнения. Чтобы этого не допустить, нужно точно знать, где именно они залегают и куда направятся при следующем сильном волнении.
Именно этот вопрос стал отправной точкой для исследования учёных Морского гидрофизического института РАН. В журнале «Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря» опубликована их статья, в которой представлен новый численный алгоритм для расчёта поведения загрязнённых мазутом донных отложений под воздействием волн и течений.
«Мазут, смешавшись с песком и ракушей, превратился на дне в комки наподобие гальки – мы называем их песчано-нефтяными агломератами. Эти комки, как бомбы замедленного действия – при шторме они снова могут начать двигаться и выбрасываться на берег, создавая вторичное загрязнение. Главной целью нашей работы было понять, как именно эти агломераты движутся по дну, где оседают, а где, наоборот, снова взмывают в воду», – объясняет один из авторов статьи, кандидат географических наук, старший научный сотрудник отдела вычислительных технологий и математического моделирования МГИ РАН Людмила Харитонова.
До сих пор поведение тяжёлых смесей песка и мазута под водой практически не изучалось. Существующие модели не могли в достаточной мере описать динамику таких неоднородных по размеру, форме и плотности частиц. Авторы опирались на опыт исследований последствий разлива нефти на платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе, но существенно доработали применявшиеся там подходы. В расчётный алгоритм была включена модифицированная методика Солсби с учётом размеров агломератов и плотности смеси песка и мазута.
Работа объединила большую команду учёных института, каждый из которых решал свою часть общей задачи. На основе мезомасштабной атмосферной модели WRF-ARW и совместной гидродинамической модели ADCIRC+SWAN были воспроизведены поля ветра, волнения и течений в Прикерченском районе в период возникновения и развития аварийной ситуации – с 13 по 27 декабря 2024 года. Параллельно анализировались характеристики донных наносов района и имеющиеся данные о составе вытекшего мазута. В итоге были рассчитаны индексы подвижности агломератов шести размерных классов (от 0,03 до 10 сантиметров) и потоки донных наносов для разных сценариев волнения, характерных для исследуемого периода.
Расчёты показали, что при волнении, характерном для декабря 2024 года, мелкие агломераты, размером до одного сантиметра, могли перемещаться по дну вдоль береговой зоны от мыса Чауда до мыса Такиль и от мыса Панагия до мыса Анапского на глубинах до десяти метров, а в акватории Керченского пролива и вдоль берегов Азовского моря – до пяти метров. Агломераты покрупнее, от пяти сантиметров и более, оставались неподвижными – волны той интенсивности оказались недостаточны, чтобы их сдвинуть.
«Мы выявили районы, где загрязнённый мазутом песок скорее всего скапливается на дне, например, район мыса Железный Рог и южная часть Анапской пересыпи. Там течения встречаются или замедляются, и грязный песок оседает. Зная эти «дорожные карты» и места скопления, спасатели и экологи могут точечно убирать мазут со дна, не тратя ресурсы впустую», – отмечает Людмила Харитонова.
Работа над темой продолжается. Следующий этап – использование разработанного алгоритма для анализа поведения агломератов при различных ветро-волновых ситуациях, чтобы определить, при каком волнении залегающий на дне мазут способен снова прийти в движение. Помимо этого, авторы рассчитывают привлечь более детальные данные о реальном распределении мазута на дне для уточнения расчётов. Если в районе Керченского пролива произойдёт новая авария, разработанные алгоритмы смогут быть оперативно задействованы для прогноза распространения загрязнения и определения приоритетных зон поиска нефтепродуктов на дне.
Исследование выполнено в рамках государственного задания МГИ РАН.
Источник: Минобрнауки России
