بخشی از مقاله
خلاصه
بنادر، به عنوان یکی از مهمترین زیربناهای حمل و نقل دریایی، همواره در معرض نشت و آلودگی مشتقات نفتی قرار دارند. فعالیتهایی همچون سوختگیری و بارگیری تانکرهای نفتی، احتمال انتشار آلودگیهای نفتی در بنادر را افزایش میدهد. وقوع چنین حوادثی، منجر به ایجاد اختلال در فعالیتهای بندر میشود که این امر، تبعات اقتصادی و اجتماعی را در پی دارد. خسارتهای محیطزیستی فراوان از جمله آسیبهای جدی به حیات آبزیان و اکولوژی منطقه، از دیگر پیامدهای این گونه حوادث است.
بندر شهید رجایی در مجاورت بندرعباس، به عنوان بزرگترین بندر تجاری کشور، نقش عمدهای در واردات و صادرات مشتقات نفتی به عهده دارد. در این تحقیق، با استفاده از مدلسازی عددی به روش حجم محدود، شبیهسازی الگوی انتقال و انتشار آلودگی نفتی در حوضچه بندر شهید رجایی انجام شده است.
در ابتدا، هیدرودینامیک جریان مدلسازی شده، سپس از نتایج به دست آمده در این قسمت برای شبیهسازی انتقال و انتشار لکه نفتی و ردیابی حرکت آن استفاده شده است. در نهایت، مسیر حرکت لکه نفتی در حوضچه بندر و مساحت لکه نفتی ارائه گردیده است. نتایج حاصل از این پژوهش، به منظور مطالعات زیستمحیطی و طراحی برنامههای مدیریتی مقابله و مهار آلودگی نفتی، مستقیما در صنعت قابل استفاده است.
1. مقدمه
نیاز روز افزون دنیای امروز به انرژی، موجب گسترش اکتشاف و بهرهبرداری از سوختهای فسیلی مانند نفت و گاز شده است. از اصلیترین معضلاتی که همواره در استفاده از این سوختها مطرح بوده است، احتمال وقوع آلودگیهای زیستمحیطی است. کشتیرانی، حمل و نقل دریایی و فعالیتهای مرتبط با آن، علت بروز تعداد زیادی از حوادث و آلودگیهای نفتی هستند.
امروزه، حمل و نقل دریایی نقش بسیار پررنگی در تجارت جهانی دارد. به طوری که در حدود 80 درصد حجمی کالاها و بیش از 70 درصد از ارزش اقتصادی تجارت جهانی توسط دریا منتقل میشود .[1] در این میان، بنادر به عنوان یکی از اصلیترین ارکان نقل و انتقال نفت، روزانه با خطر وقوع حوادث نفتی گوناگون روبهرو هستند. دلیل اصلی آلودگی آب در بنادر، نشتهای اتفاقی است و 51 درصد از کل حوادث رخ داده در مناطق بندری، از نوع انتشار1 هستند.
همچنین 59 درصد حوادث رخ داده در بنادر مربوط به نشت نفت است .[1] وقوع حوادث نفتی در بنادر میتواند موجب مختل شدن فعالیت آنها و اثرات کوتاه مدت و بلند مدت اجتماعی و اقتصادی شده و یکی از مهمترین مشکلات گسترده مناطق بندری محسوب میشود. از این رو مطالعه رفتار و حرکات نفت ریخته شده در بندر به منظور تدارک یک طرح مدیریتی مناسب برای کاهش اثرات جانبی ناشی از نشت نفت بسیار حائز اهمیت است.
عوامل بسیاری بر انتقال، انتشار و وضعیت لکه نفتی در محیط دریایی اثرگذار هستند. عوامل اصلی مؤثر بر پخش و انتشار لکه نفتی عبارت از حجم اولیه نفت ریخته شده، ترکیبات آب و گردش آب در زیر و اطراف منطقه نشت نفت و میدان باد بر فراز منطقه نشت هستند. سرنوشت نفت ریخته شده به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نفت ریخته شده، هواشناسی منطقه و تعدادی از فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی از قبیل تبخیر، انحلال، امولسیون، فتواکسیداسیون و تجزیه بیولوژیکی که به مجموع آنها هوازدگی گفته میشود، بستگی دارد.
داشتن اطلاعات مربوط به انتقال، انتشار و زوال لکه نفتی یکی از ملزومات اساسی برای طراحی و آمادهسازی برنامه مدیریت بلایای طبیعی برای فعالیتهای فعلی و آتی در ارتباط با هیدروکربنهای دریایی است. با آگاهی از موقعیت مناطق حساس و آسیب پذیر در برابر آلودگیهای نفتی، نتایج شبیهسازی میتواند پایهای برای ارزیابی پتانسیل آسیبدیدگی احتمالی ناشی از نشت ناگهانی نفت در بندر باشد و همچنین به مقامات ناظر و مسئول برای برنامهریزی اقدامات فوری و پیشگیرانه، کمک نماید .
مقاله حاضر به شبیهسازی عددی انتقال و انتشار لکه نفتی درمجتمع بندری شهید رجایی، به عنوان بزرگترین بندر تجاری کشور و یکی از بزرگترین بنادر منطقه میپردازد. با وجود تمامی مطالعاتی که تا کنون بر روی آلودگی نفتی در این بندر انجام گردیده است، با این حال همواره نیاز به اقدامات نوین و متعددی برای پیشگیری از وقوع حوادث نفتی و کاهش خطرات ناشی از آنها وجود دارد.
این شبیهسازی به کمک مدولهای هیدرودینامیک1 و نشت نفت2 بسته نرمافزاری مایک21 انجام میشود. جزئیات طراحی بر اساس چهار سناریو محتمل در نظر گرفته شده است. در دو سناریوی اول مدلسازی انتقال و انتشار نفت با در نظر گرفتن پارامتر جریان جزر و مدی و بدون در نظر گرفتن پارامترهای باد منطقهای طی مدت زمان 14 شبانه روز و سناریوی دوم مدلسازی انتقال و انتشار لکه نفتی با در نظر گرفتن پارامترهای باد علاوه بر پارامترهای قبلی طی همان مدت زمانی است. در ابتدا مدل بر اساس دادههای اندازهگیری میدانی هیدرودینامیکی کالیبره شده و پس از کالیبراسیون مدل هیدرودینامیک، پخش و انتشار نفت برای چهار سناریوی فوق شبیهسازی شده است.
2. منطقه مورد مطالعه
مجتمع بندری شهید رجایی، با برخورداری از موقعیت منحصر به فرد جغرافیایی، در نزدیکترین نقطه در شمال تنگه هرمز و دهانه ورودی خلیجفارس، در نزدیکی بندر جبل علی - بزرگترین بندر حوزه خاورمیانه - و در فاصله کوتاه از مسیر اصلی تردد بین قارهای کشتیها، در محل تلاقی کریدور ترانزیتی شمال- جنوب - هلسینکی-بمبئی - ، واقع شده است. بندر شهید رجایی، به عنوان بزرگترین بندر تجاری کشور و یکی از مهمترین بنادر منطقه خلیج فارس و دریای عمان از نظر حجم مبادلات بازرگانی شناخته میشود و به دروازه صادرات و واردات جمهوری اسلامی ایران مشهور است.
این بندر در بخش شرقی کانال قشم که به تنگه خوران نیز معروف است قرار گرفته است. کانال قشم، بین عرضهای شمالی 26 درجه و 41 دقیقه تا 27 درجه و 3 دقیقه و طول شرقی 55 درجه و 15 دقیقه تا 56 درجه و 17 دقیقه قرار دارد. طول این کانال در منابع مختلف بین 100 تا 130 کیلومتر تخمین زده شده است، اما بیشترین تکیه بر روی طول بین 115 تا 120 کیلومتر بوده است.
فاصله بندر شهید رجایی تا سربندر قشم که ابتدای تنگه خوران محسوب میشود، 10/8 مایل دریایی 20 - کیلومتر - است .[3] بندر شهید رجایی دارای یک کانال ورودی به طول 6500 متر و عرض 249 متر و با عمق 13/5 متر از سطح صفر و 18/5 متر از سطح متوسط دریا است که ظرفیت عبور دو کشتی به صورت همزمان را داراست. حوضچههای بندر دارای مساحت 3/2 میلیون متر مربع و حوضچههای شماره 1 و 2 به ترتیب دارای مساحت 240 هزار متر مربع و 270 هزار متر مربع هستند و حوضچه شماره 3 نیز در حال ساخت است .[4]
شکل – 1 - الف - موقعیت جغرافیایی [5] و - ب - نقشه بندر شهید رجایی [6]
3. توصیف مدل عددی مایک 21
در این مقاله از بسته نرمافزاری مدلسازی مایک21 که توسط مؤسسه هیدرولیک دانمارک توسعه یافته است، به منظور شبیهسازی هیدرودینامیکی استفاده شده است. مدول هیدرودینامیک، مدولی پایهای در مدل جریان مایک 321 است. این مدول با استفاده از معادلات رینولدز تراکمناپذیر ناویر-استوکس میانگینگیری شده و با در نظر گرفتن فرض بوزینسک و فرض توزیع هیدرواستاتیک فشار، به شبیهسازی هیدرودینامیکی جریان میپردازد. ورودیهای اصلی مدول شامل دادههای توپوگرافی بستر، اثرات باد سطحی و شرایط مرزی شبیهسازی است
مدول نشت نفت بسته نرم افزاری مایک21، مدول اصلی تحلیل انتقال و انشار نفت خام و یا سایر محصولات پالایش شده از آن در محیطهای دریایی است. این مدول کلیه پدیدههای حساس مرتبط با پخش نفت نظیر تبخیر، انتقال و انتشار در سه بعد، انحلال، امولسیون و انتقال حرارت که در فضای واقعی اتفاق میافتد را بررسی میکند. مدول نشت نفت از روش ردیابی ذرات1 برای پیشبینی غلظت و ضخامت زمانی- مکانی لکه نفتی استفاده میکند. ضخامت لکه در پایان هر گام زمانی به کمک انطباق ذرات در سلولهای هر شبکه محاسبه میشود
4. شبیهسازی هیدرودینامیک جریان
مدل سازی هیدرودینامیک جهت شبیهسازی توزیع مکانی و جزر و مدی جریان در منطقه مورد مطالعه انجام میشود. جریان در منطقه مورد مطالعه عمدتا افقی، بدون لایهبندی و سیستم به صورت دو بعدی، با در نظر گرفتن عمق فرض گردیده است. مرزهای مدل در این مطالعه، مرز باز رو به سمت دریا در نظر گرفته شدهاند. ابتدا نقشه دیجیتالی ژرفاسنجی در سیستم مختصات UTM در مایک21 تهیه و سپس شبکه مثلثی مرکز سلولی بر روی آن ایجاد شده است
انتخاب شبکه با توجه به هزینهی محاسباتی مشهای مختلف و همگرایی نتایج مدل نسبت به دادههای اندازهگیری صورت گرفته است. شبکه استفاده شده در تحقیق حاضر، دارای مشهایی است که برای داخل بندر دارای مساحت 4330 متر مربع - مثلث با ضلع 100 متر - و برای خارج از بندر دارای مساحت 108253 متر مربع - مثلث با ضلع 500 متر - هستند. تراز مبنا برای عمقسنجی مبنای نقشه 2 - CD - است که 2/2 متر زیر سطح میانگین دریا 3 - MSL - قرار دارد.
مدل هیدرودینامیک جریان، برای یک دوره 26 روزه با فاصله هر گام زمانی برابر 30 ثانیه از تاریخ 2010/10/12 تا 2010/11/7 اجرا شده است. با در نظر گرفتن این پارامترهای مش بندی، عدد کورانت در محدوده شبیهسازی 0/77 به دست آمده است که در رنج پایداری مدل قرار دارد. شرایط اولیه سطح آب در ابتدای شبیهسازی، برابر با سطح میانگین دریا در نظر گرفته شده است. نتایج حاصل از مدل کالیبره شده با دادههای اندازهگیری تراز سطح آب در ایستگاه اندازهگیری بندر شهید رجایی در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل – 2 فایل ژرفاسنجی و نحوه مش زدن مدل - الف: کل منطقه شبیه سازی، ب: بندر شهید رجایی -
شکل – 3 مقایسه نتایج حاصل از مدل و دادههای اندازهگیری شده در بندر شهید رجایی برای دوره 26 روزه
