بخشی از مقاله
خلاصه
مواد سمی و خطرناک - HNS - در صورت ورود به محیط آبی عواقب زیان باری برای سلامت انسان، محیطزیست و آبزیان به وجود میآورند. این مواد شامل دسته گستردهای از انواع مواد شیمیایی میشوند. بنزین و گازوئیل بهعنوان سوختهای پرمصرفی که بخشی از آن از طریق واردات تأمین میشود نیز دو نمونه از انواع HNSها هستند که بنادر شمالی کشور یکی از مقاصد واردات این دو نوع سوخت است. با افزایش نیاز به سوخت گازوئیل و بنزین در صنایع مختلف یا در صنعت حملونقل، واردات آن از طریق دریا نیز افزایش یافته و درنتیجه احتمال وقوع حوادث دریایی که در اثر آن حجم قابلتوجهی از بنزین و گازوئیل وارد دریا شود نیز افزایش مییابد.
جهت آمادگی برای مقابله با اثرات ناشی از نشت بنزین و گازوئیل به محیط دریا و همچنین اتخاذ تصمیم مناسب در زمان وقوع حادثه، نیاز به مدلهایی که بتوانند نحوه پخش و انتقال لکه آلاینده را به خوبی و با در نظرگیری فرآیندهای مختلف هوازدگی، پیشبینی کنند، بیشازپیش احساس میشود.
در این پژوهش سواحل اطراف بندر انزلی بهعنوان یکی از پایانههای دریایی پرتردد که سالانه حجم قابلتوجهی از بنزین و گازوئیل وارد این بندر میشود، موردبررسی قرار گرفته است. هدف از این پژوهش بررسی احتمال آلودگی سواحل انزلی در اثر حادثه دریایی گفته شده است. مسیر حرکت لکه، نحوه پراکنش آن و اثر تبخیر بر مساحت و حجم آلاینده ارائه گردیده است.
1. مقدمه
مواد سمی و خطرناک - 1HNS - به مواد سمی اطلاق میشود که در صورت ورود به محیط آبی خطرات زیان باری برای محیطزیست و سلامت انسان به وجود میآورند. HNS نامی عام برای انواع مواد شیمیایی است که در دهههای اخیر به علت روند رو به رشد صنعتی شدن کشورها و نیاز صنایع مختلف به مواد اولیه، همچنین افزایش جمعیت کره زمین و به تبع، افزایش سوخت موردنیاز، صادرات و حملونقل اینگونه مواد، از طریق دریا رو به افزایش است. در نتیجه، احتمال و خطر نشت و واریز آنها به محیط دریا، از تانکرهای حامل و مخازن ذخیره کشتیها و نفتکشها افزایش مییابد. در اثر نشت اینچنین موادی در آب دریا، مواد، ترکیبات و غلظت طبیعی عناصر موجود در آب بههمخورده و موجب آلوده شدن آب دریا و محیطزیست ساحلی میشود.
پس از وقوع حوادث دریایی که طی آن مقدار قابل توجهی از آلایندههای سمی و خطرناک به آب دریا وارد میشوند، لازم است در زمان مقتضی، جهت کاهش اثرات ورود این آلایندهها به محیط آب عملیات پاکسازی صورت گیرد. انجام عملیات پاکسازی و همچنین تصمیم در مورد نحوه آن به پیشبینی درستی از نحوه حرکت و پخش آلاینده، که آن نیز تحت تأثیر جریانات، موج، جریانات ناشی از جذر و مد و باد است، نیاز است.
درواقع استفاده از بسیاری از مدلهای عددی که با در نظر گیری انواع فرآیندهای هوازدگی در کنار حل معادلات حاکم بر جریان، موج، انتقال و انتشار لکه نفتی با استفاده از روش احجام محدود، اقدام به پیشبینی نحوه حرکت و گسترش لکه میکنند، میتواند راهکاری مفید در اتخاذ تصمیمات درست و در زمان مناسب در صورت وقوع حادثه باشد. استفاده از مدلهای عددی جهت پیشبینی نحوه حرکت و همچنین انتقال لکه نفتی فراگیر شده است. این مهم بهخصوص پس از وقوع حادثه نشت نفت از سکوی Deepwater Horizon در خلیج مکزیک و در سال 2010 میلادی بیشازپیش مورد توجه قرار گرفت.
همانطور که گفته شد، بهطورکلی، استفاده از شبیهسازی ها یا مدل های عددی جهت کاهش اثرات سوء ورود آلاینده های هیدروکربنی به محیط دریایی و سواحل مورد استفاده قرار میگیرند .[1] در سال WCMRC1 2015 با استفاده از مدل عددی SPILLCALC احتمال آلوده شدن سواحل جنوب غربی کانادا واقع در ایالت بریتیش کلمبیا را بررسی کرد.
لیوبارتسوا2 و همکاران در سال 2015 با هدف تعیین مناطق پرخطر از نظر آلوده شدن به آلایندههای هیدروکربنی در صورت وقوع حوادث نفتی و نشت از کشتی در دریای مدیترانه از مدل عددی MIDSLIK استفاده کرد .[3] برنر3 در سال 2015 نیز بازهم با استفاده از مدل عددی MIDSLIK مناطقی که احتمال آلوده شدن به نفت، در اثر فوران چاههای نفتی مدیترانه دارند را بررسی کرد
وانگ4 و همکاران در سال 2005 عاقبت نفت واریز شده به دریای بوهای چین را مورد بررسی قرار دادند .[5] کروتنکو و همکاران در سال 2004 با فرض اینکه منبع ورود آلاینده نفتی رود ولگا است، دریای خزر را با استفاده از مدل عددی POM بهصورت سه بعدی شبیه-سازی کردند. هدف از این پژوهش تعیین احتمال آلوده شدن سواحل کشور روسیه و آذربایجان بود
در سال 2001 کروتنکو و همکاران با استفاده از مدل عددی POM اقدام به شبی سازی 3 بعدی دریای خزر و تعیین مناطق ساحلی آلوده شده در صورت نشت از سکوهای نفتی آذربایجان، کردند .[7] در سال 2013 ایبرایو5 و همکاران با استفاده از مدل شبیهسازی میدان باد ECMWF-ERAIS و با در نظر گیری بارش، تبخیر، شار گرمایی و رودخانهها جریانات غالب خزر را در طول یک سال شبیهسازی کرد
بر اساس آنچه گفته شد داشتن اطلاعات ضروری در مورد نحوه انتقال و انتشار آلایندههای هیدروکربنی در صورت بروز حادثه ضروری به نظر می-رسد. لذا هدف از این مطالعه تعیین عاقبت لکه ماده هیدروکربنی واریز شده به دریا همچنین مناطق ساحلی آلوده شده، در سواحل انزلی است. در این پژوهش فرض بر این است که نشت از تانکر حامل بنزین و گازوئیل و در نزدیکی بندر انزلی رخ داده است. جهت شبیهسازی موج، جریان و عاقبت لکه آلاینده هیدروکربنی نیز از ، مدل عددی که با استفاده از روش حجم محدود اقدام به حل معادلات حاکم میکند استفاده شده است.
2. منطقه مورد مطالعه
دریای خزر، بزرگترین دریاچه جهان در مرز بین آسیا و اروپا، در شمال ایران و در محل تلاقی آسیای مرکزی، قفقاز و ایران واقع شده است - شکل . - 1 آلوده شدن مناطق ساحلی علاوه بر اینکه باعث برهم خوردن اکوسیستم محیط دریا میشود بر اقتصاد و همچنین سلامت انسان نیز تأثیر به سزایی دارد. آلایندههای وارد شده به محیط دریا با ورود به بدن موجود زنده در آن تجمع یافته و علاوه بر این در زنجیره غذایی از موجودی به موجود دیگر منتقل میشود. بنابراین طبق آنچه گفته شد، در صورت آلودگی دریا، نهتنها ساحلنشینان بلکه تمامی افرادی که بهنوعی در ارتباط با دریا هستند تحت تأثیر محیطزیست آن قرار دارند.
صنعت گردشگری و توریسم که یکی از ارکان درآمدی همه کشورهاست نیز بهشدت از محیط زیست دریا تأثیر میپذیرد. همچنین منابع اقتصادی موجود در مناطق ساحلی موجب تراکم و گسترش جمعیت در این مکانها شده است، تا جایی که %38 جمعیت جهان در مناطق ساحلی ساکناند.
مسائل زیستمحیطی سواحل بهعنوان یکی از پارامترهای مهم در توسعه این مناطق شناخته میشود. ازاینرو اهتمام به مسائل زیستمحیطی دریا و داشتن مدیریت درست و کارآمد، جزء جدانشدنی پیشرفتهای اقتصادی و اجتماعی است که لازمه آن شناخت کامل از منطقه و محیط دریا و انواع مخاطرات زیستمحیطی دریایی و همچنین اثرات نامطلوب آنها است. لذا لزوم استفاده از ابزارهای مدیریتی در هنگام وقوع بحران-های زیستمحیطی بیشازپیش احساس میشود.
با رشد صنعت و همچنین رشد جمعیت کشور در سالیان اخیر با افزایش مصرف مواد سوختی ازجمله گازوئیل و بنزین روبهرو بودهایم. بخشی از این دو نوع سوخت از طریق واردات از کشور آذربایجان صورت گرفته و بندر انزلی نیز یکی از پایانههای واردات این نوع مواد شیمیایی و سمی است. ازآنجاییکه بندر انزلی یکی از بنادر پرتردد سواحل جنوبی کشور است، همواره خطر ریزش مواد شیمیایی و سمی از تانکرهای حامل سوخت در نزدیکی بندر، در جایی که تراکم رفتوآمد کشتیها و تانکرها بالا است، وجود دارد.
شکل -1 موقعیت جغرافیایی دریای خزر
3. مدلسازی عددی
مدل عددی استفاده شده قادر است جریان و موج را در آبهای کم عمق و مناطق ساحلی به خوبی شبیهسازی کند. در این مدل همچنین با استفاده از ماژول نشت نفت و با در نظر گیری فرآیندهای هوازدگی از جمله تبخیر، اکسیداسیون، گسترش، انحلال، تجزیه زیستی و امولسیون، میتواند عاقبت لکه ماده هیدروکربنی را به خوبی شبیهسازی کند. با استفاده از مدل عددی شبیهسازی دو بعدی، میانگین گیری شده در عمق، به روش احجام محدود را انجام داد.
معادلات حاکم بر قسمت هیدرودینامیک جهت شبیهسازی جریان، عبارتاند از: معادلات پیوستگی جرم، مومنتوم در جهت x و مومنتوم در جهت .y در مدل موج طیفی رابطه حاکم بقای موج است. در ماژول Oil Spill نیز معادله حاکم، معادله انتقال و انتشار1 است. لازم به ذکر است در این ماژول فرآیندهای هوازدگی در عاقبت لکه آلاینده در نظر گرفته میشود. همچنین ماژول نشت نفت این مدل عددی جهت حل معادله انتقال و انتشار از دیدگاه لاگرانژی و در حل معادلات مربوط به فرآیندهای هوازدگی از دیدگاه اویلری استفاده میکند.
4. برپایی مدل
جهت انجام مدلسازی هیدرودینامیک و موج طیفی ابتدا کل دریای خزر شبیهسازی شد. سپس جهت تعیین مناطق محتمل آلودگی در سواحل انزلی، شبیهسازی دیگری به صورت محلی انجام گرفت. دادههای ژرفاسنجی از وبسایت GEBCO با دقت 30 ثانیه گرفته و از شبکهبندی بیساختار2 در این مدلسازی، استفاده شد - شکل . - 2 همچنین میدان باد ECMWF به عنوان فایل ورودی به نرمافزار معرفی شد.
برای اجرای کلی دریای خزر مدل هیدرودینامیک و مدل موج طیفی به صورت کوپل برای مدت 1 سال اجرا و جهت اطمینان از شبیهسازی انجام گرفته خروجیهای مدل - سرعت جریان و ارتفاع موج - با داده های اندازهگیری بویه که از سازمان بنادر و دریانوردی گرفته شده است مقایسه شد. همچنین از ضرایب ویسکوزیته ادی، مقاومت بستر، شکست موج، اصطکاک بستر و سفیدک رأس موج که مقادیر انتخابی آنها در جدول 1 آمده است به عنوان ضرایب کالیبراسیون استفاده شده است.
جدول -1 پارامترهای کالیبراسیون و مقادیر انتخابی آنها
