Обоснование состава и характеристик гидроакустических средств судна экологического мониторинга
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1 ОПИСАНИЕ СУДНА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА 5
1.1 Назначение и классификация судов экологического назначения 5
1.2 Характеристика судов экологического мониторинга 8
1.3 Классификация гидроакустических средств надводных кораблей 22
2 ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА МОНИТОРИНГА ТЕРРИТОРИЙ 27
2.1 Физические основы для разработки гидроакустических систем 27
2.2 Определяющие технические характеристики ГАС 33
3 ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СУДНА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
МОНИТОРИНГА 38
3.1 Выбор ГАС для судна экологического мониторинга 38
3.1.1 Анализ применимости ГАС для судов различного назначения . ... 38
3.1.2 Гидролокаторы с подкильными антеннами 52
3.1.3 Гидролокаторы с буксируемыми сосредоточенными антеннами . 63
3.1.4 Гидролокаторы с гибкими протяженными буксируемыми
антеннами 66
3.1.5 Обтекатели гидроакустических антенн 77
3.2 Технико-экономическое обоснование применения гидроакустических
средств судна экологического мониторинга 79
3.2.1 Описание комплектации гидроакустических средств
экологического судна 79
3.2.2 Определение затрат на реализацию экологической миссии 79
3.2.3 Расчёт затрат на ликвидацию аварии подводного нефтепровода . 81
3.2.4 Технико-экономическое обоснование экологической миссии 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 87
1 ОПИСАНИЕ СУДНА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА 5
1.1 Назначение и классификация судов экологического назначения 5
1.2 Характеристика судов экологического мониторинга 8
1.3 Классификация гидроакустических средств надводных кораблей 22
2 ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА МОНИТОРИНГА ТЕРРИТОРИЙ 27
2.1 Физические основы для разработки гидроакустических систем 27
2.2 Определяющие технические характеристики ГАС 33
3 ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СУДНА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
МОНИТОРИНГА 38
3.1 Выбор ГАС для судна экологического мониторинга 38
3.1.1 Анализ применимости ГАС для судов различного назначения . ... 38
3.1.2 Гидролокаторы с подкильными антеннами 52
3.1.3 Гидролокаторы с буксируемыми сосредоточенными антеннами . 63
3.1.4 Гидролокаторы с гибкими протяженными буксируемыми
антеннами 66
3.1.5 Обтекатели гидроакустических антенн 77
3.2 Технико-экономическое обоснование применения гидроакустических
средств судна экологического мониторинга 79
3.2.1 Описание комплектации гидроакустических средств
экологического судна 79
3.2.2 Определение затрат на реализацию экологической миссии 79
3.2.3 Расчёт затрат на ликвидацию аварии подводного нефтепровода . 81
3.2.4 Технико-экономическое обоснование экологической миссии 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 87
Исследования, проведенные экологами в морях и океанах, показали, что в последнее время происходят изменения в определенных морских экосистемах, связанные с действием вредных веществ, и в первую очередь с разливом нефти и нефтепродуктов. Все это приводит к разработке новых систем экологического мониторинга водных поверхностей и в случаях разлива нефти в ее локализации с возможностью устранения последствий. При этом, устранение последствий связано с определением необходимого состава сил и средств, а также проведения непосредственных мер по выявлению и ликвидации разливов вредных веществ или нефти (нефтепродуктов).
Одним из рациональных подходов является создание систем экологического мониторинга на основе использования специализированного судна. Это дает возможность не только снять пробы морской воды, но и использовать имитационные системы, осуществляющие прогнозирования результатов разлива вредных веществ (в частности, нефти и нефтепродуктов), с определением возможного района распространения и оценки риска воздействия на окружающую среду с исчислением ущерба экосистеме.
Кроме этого, необходимо выработки рекомендаций по проведению организационно-технических рекомендаций по привлечению сил и средств, для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов в морской среде. Это необходимо для локализации и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций при возможных разливах вредных веществ, нефти и нефтепродуктов. Поэтому данная задача является важной и имеет прикладной характер.
Анализ источников [1-12] показал, что на сегодняшний день крупномасштабные разливы нефти и нефтепродуктов, связанные с авариями на танкерах и поврежденных нефтяных платформах, относиться к наиболее частых и опасных по своим последствиям чрезвычайных ситуаций. Исследования показали, что на современном этапе недостаточно уделяется внимания вопросам связанных определением состояния качества водной среды, а также задач связанных с проведением экологическим мониторингом, и в случае возникновения определению размеров разлива вредных веществ или нефти (нефтепродуктов) и ее распространение в водной среде, прогнозирования распространения, а так же определение состава и расчета материально-технических средств для ликвидаций последствий разлива. Все это приводят к сложной проблеме связанной с очисткой воды от данных загрязнителей и восстановления морской экосистемы в соответствие.
Поэтому особую роль играет создание и использование систем экологического мониторинга морской среды в акваториях для необходимости моделирования различных чрезвычайных ситуаций с возможностью ликвидации последствий разлива нефти и нефтепродуктов. Выполнение экологическим судном поставленных задач не представляется возможным без оборудования последнего соответствующими гидроакустическими средствами, которые выполняют следующие функции: подводное наблюдение, связь, телеметрия и телеуправление, океанографические исследования, контроль и анализ акустических полей судов и параметров гидроакустической аппаратуры, прочее.
Объект ВКР: судно экологического мониторинга.
Предмет ВКР: гидроакустические средства судна экологического мониторинга.
Цель ВКР: выбор и обоснование гидроакустических средств судна экологического мониторинга.
Задачи ВКР:
- анализ технических решений по судам экологического мониторинга;
- анализ гидроакустических средств, которыми оборудуют надводные суда;
- выбор и обоснование оборудования судна экологического мониторинга средствами гидроакустики.
Одним из рациональных подходов является создание систем экологического мониторинга на основе использования специализированного судна. Это дает возможность не только снять пробы морской воды, но и использовать имитационные системы, осуществляющие прогнозирования результатов разлива вредных веществ (в частности, нефти и нефтепродуктов), с определением возможного района распространения и оценки риска воздействия на окружающую среду с исчислением ущерба экосистеме.
Кроме этого, необходимо выработки рекомендаций по проведению организационно-технических рекомендаций по привлечению сил и средств, для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов в морской среде. Это необходимо для локализации и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций при возможных разливах вредных веществ, нефти и нефтепродуктов. Поэтому данная задача является важной и имеет прикладной характер.
Анализ источников [1-12] показал, что на сегодняшний день крупномасштабные разливы нефти и нефтепродуктов, связанные с авариями на танкерах и поврежденных нефтяных платформах, относиться к наиболее частых и опасных по своим последствиям чрезвычайных ситуаций. Исследования показали, что на современном этапе недостаточно уделяется внимания вопросам связанных определением состояния качества водной среды, а также задач связанных с проведением экологическим мониторингом, и в случае возникновения определению размеров разлива вредных веществ или нефти (нефтепродуктов) и ее распространение в водной среде, прогнозирования распространения, а так же определение состава и расчета материально-технических средств для ликвидаций последствий разлива. Все это приводят к сложной проблеме связанной с очисткой воды от данных загрязнителей и восстановления морской экосистемы в соответствие.
Поэтому особую роль играет создание и использование систем экологического мониторинга морской среды в акваториях для необходимости моделирования различных чрезвычайных ситуаций с возможностью ликвидации последствий разлива нефти и нефтепродуктов. Выполнение экологическим судном поставленных задач не представляется возможным без оборудования последнего соответствующими гидроакустическими средствами, которые выполняют следующие функции: подводное наблюдение, связь, телеметрия и телеуправление, океанографические исследования, контроль и анализ акустических полей судов и параметров гидроакустической аппаратуры, прочее.
Объект ВКР: судно экологического мониторинга.
Предмет ВКР: гидроакустические средства судна экологического мониторинга.
Цель ВКР: выбор и обоснование гидроакустических средств судна экологического мониторинга.
Задачи ВКР:
- анализ технических решений по судам экологического мониторинга;
- анализ гидроакустических средств, которыми оборудуют надводные суда;
- выбор и обоснование оборудования судна экологического мониторинга средствами гидроакустики.
Цель ВКР: обоснование состава и характеристик гидроакустических средств судна экологического мониторинга.
В процессе исследования получены следующие результаты:
- Выполнен анализ технических решений по судам экологического мониторинга.
Ключевую роль в техническом обеспечении системы экологического мониторинга водной среды занимают корабельные агрегаты, которые носят название судов экологического мониторинга.
Данные суда используются морским флотом Российской Федерации для контроля и мониторинга среды водных объектов с целью оперативного влияния и предотвращения экологических бедствий и катастроф, формирования статистической базы данных о структурах и составе водных экосистем, выполнения научно-экспедиционных целевых миссий для производства натурных наблюдений и лабораторных исследований. Стратегией развития морской портовой инфраструктуры России до 2030 года предусмотрено расширение технической базы и перевооружение специального флота экологического назначения, в частности ввод в эксплуатацию судов экологического мониторинга [12].
Выполнение экологическим судном поставленных задач не представляется возможным без оборудования последнего соответствующими гидроакустическими средствами, которые обеспечивают, выполнение следующих функций: подводное наблюдение, связь, телеметрия и телеуправление, океанографические исследования, контроль и анализ акустических полей судов и параметров гидроакустической аппаратуры, прочее.
- Выполнен анализ гидроакустических средств, которыми оборудуют надводные суда.
В состав судового гидроакустического комплекса входят: гидролокатор бокового обзора - интерферометр, гидролокатор кругового (секторного) обзора (для текущего выявление трубопровода и ориентации движения судна вдоль трассы его прокладки, картирование зоны отчуждения и выявления посторонних объектов), профилограф и эхолот (для текущего профилирования рельефа дна вдоль трассы прокладки трубопровода и определения стратификации отложных слоев дна), измеритель скорости звука (для учета влияния вертикального распределения скорости звука по глубине на параметры, которые оцениваются), система позиционирование судна с помощью гидроакустических маяков-ответчиков (при проведении ремонтно-восстановительных работ.
Гидроакустическая аппаратура, буксируемого устройства содержит гидролокатор бокового обзора - интерферометр средне- и высокочастотный (для трехмерного картирования рельефа дна вдоль трассы прокладки трубопровода с разной разрешающей способностью и зоной считывания), многолучевой высокочастотный эхолот (трехмерного картирования положения трубопровода вдоль трассы его прокладки и зоны отчуждения с высокой разрешающей способностью), гидроакустический определитель утечки продукта (для оценки по шуму струи, следует, местоположения и размера источника утечки), гидроакустический определитель уровня вибраций (для регистрации участков трубопровода с повышенным уровнем вибраций), систему определения местоположения носителя буксируемого относительно судна (доплеровский лаг, глубиномер).
- Произведен выбор и обоснование варианта оборудования судна экологического мониторинга средствами гидроакустики.
Ввиду устранившейся практики, большая часть конструктивных решений по ГАС приходится на суда ВМФ стран мира. Суда ВМФ также часто используются и для выполнения вспомогательных эколого-надзорных миссий, в частности при осуществлении патрулирования границ акваторий государств и незаконного вылова рыбы. Из просмотренных вариантов ГАС, наиболее перспективным является буксируемое ГАС, которое принимаем в качестве основы для последующего проектирования миссии экологического надзора с применением гидроакустических средств.
Как показал технико-экономический анализ выполнения миссий экологического мониторинга с использованием судов оснащенных соответствующими ГАС является не только целесообразно с точки зрении природоохранного законодательства, но и с точки зрения экономической эффективности предотвращения потерь транспортируемых морскими путями углеводородов.
В процессе исследования получены следующие результаты:
- Выполнен анализ технических решений по судам экологического мониторинга.
Ключевую роль в техническом обеспечении системы экологического мониторинга водной среды занимают корабельные агрегаты, которые носят название судов экологического мониторинга.
Данные суда используются морским флотом Российской Федерации для контроля и мониторинга среды водных объектов с целью оперативного влияния и предотвращения экологических бедствий и катастроф, формирования статистической базы данных о структурах и составе водных экосистем, выполнения научно-экспедиционных целевых миссий для производства натурных наблюдений и лабораторных исследований. Стратегией развития морской портовой инфраструктуры России до 2030 года предусмотрено расширение технической базы и перевооружение специального флота экологического назначения, в частности ввод в эксплуатацию судов экологического мониторинга [12].
Выполнение экологическим судном поставленных задач не представляется возможным без оборудования последнего соответствующими гидроакустическими средствами, которые обеспечивают, выполнение следующих функций: подводное наблюдение, связь, телеметрия и телеуправление, океанографические исследования, контроль и анализ акустических полей судов и параметров гидроакустической аппаратуры, прочее.
- Выполнен анализ гидроакустических средств, которыми оборудуют надводные суда.
В состав судового гидроакустического комплекса входят: гидролокатор бокового обзора - интерферометр, гидролокатор кругового (секторного) обзора (для текущего выявление трубопровода и ориентации движения судна вдоль трассы его прокладки, картирование зоны отчуждения и выявления посторонних объектов), профилограф и эхолот (для текущего профилирования рельефа дна вдоль трассы прокладки трубопровода и определения стратификации отложных слоев дна), измеритель скорости звука (для учета влияния вертикального распределения скорости звука по глубине на параметры, которые оцениваются), система позиционирование судна с помощью гидроакустических маяков-ответчиков (при проведении ремонтно-восстановительных работ.
Гидроакустическая аппаратура, буксируемого устройства содержит гидролокатор бокового обзора - интерферометр средне- и высокочастотный (для трехмерного картирования рельефа дна вдоль трассы прокладки трубопровода с разной разрешающей способностью и зоной считывания), многолучевой высокочастотный эхолот (трехмерного картирования положения трубопровода вдоль трассы его прокладки и зоны отчуждения с высокой разрешающей способностью), гидроакустический определитель утечки продукта (для оценки по шуму струи, следует, местоположения и размера источника утечки), гидроакустический определитель уровня вибраций (для регистрации участков трубопровода с повышенным уровнем вибраций), систему определения местоположения носителя буксируемого относительно судна (доплеровский лаг, глубиномер).
- Произведен выбор и обоснование варианта оборудования судна экологического мониторинга средствами гидроакустики.
Ввиду устранившейся практики, большая часть конструктивных решений по ГАС приходится на суда ВМФ стран мира. Суда ВМФ также часто используются и для выполнения вспомогательных эколого-надзорных миссий, в частности при осуществлении патрулирования границ акваторий государств и незаконного вылова рыбы. Из просмотренных вариантов ГАС, наиболее перспективным является буксируемое ГАС, которое принимаем в качестве основы для последующего проектирования миссии экологического надзора с применением гидроакустических средств.
Как показал технико-экономический анализ выполнения миссий экологического мониторинга с использованием судов оснащенных соответствующими ГАС является не только целесообразно с точки зрении природоохранного законодательства, но и с точки зрения экономической эффективности предотвращения потерь транспортируемых морскими путями углеводородов.