پیش بینی کوتاه مدت انتشار، استهلاک و نفوذ لکه های نفتی در آب های خلیج فارس با بهره گیری از یک مدل هیدرودینامیکی جدید
Abstract
در طی سه دهه اخیر، روابط تجربی ساده شده برای ارزیابی سریع انتشار دینامیکی آلودگیها ارائه شده است. مدلهای جدید ریاضی فرمولهای دقیقتر و منطبق تر بر فیزیک مسئله را می توانند به کار برند. در اکثر موارد، مدل سازی ریاضی ابزار قوی و مناسبی نه تنها برای محاسبه سریع سرنوشت آلودگی ها بلکه برای شبیه سازی عملیات پاکسازی می باشند. اکنون شبیه سازی کامپیوتری محیط های دریایی یکی از حوزه های مورد علاقه پژوهشگران شده است. مدلهای عددی به طور گسترده به عنوان یک مولفه مهم برای جلوگیری از احتمال وقوع حوادث و مدیریت ساحلی می باشند. اینگونه مدلها به عنوان یک ابزار واقعی برای پیش بینی حرکت آلودگیها و انتخاب روشهای مقابله و محافظت منابع واقع در مناطق ساحلی استفاده می گردند. یکی از مهمترین کاربردهای استفاده از چنین مدلهای هیدرودینامیکی برآورد حرکت سطحی لکه نفت و پیش بینی انتقال و سرنوشت آن می باشد. بنابراین مدل حاضرکه یک مدل سه بعدی است برای چنین منظوری برای خلیج فارس پیشنهاد و تهیه شده است. منطقه خلیج فارس در زمینه تولید و انتقال نفت در دنیا اشتهار یافته است و برخی پژوهشها قبلا به منظور تهیه یک اطلس هیدرودینامیکی، شبیه سازی و اعتبار دهی وقایع نفتی و بالاخره تهیه نقشه مسیرهای خطر از جنبه رها سازی نفت بر اساس شرایط بحرانی دریا انجام یافته است. اگرچه مطالعاتی در زمینه پخش و انتشار لکه های نفتی برای خلیج فارس انجام شده است، ارائه روشهای پر راندمان همواره مورد نیاز بوده است. بنابراین هدف اصلی پژوهش حاضر، تهیه یک مدل سه بعدی برای تولید میدان دینامیکی در خلیج فارس به عنوان ابزاری در تعیین موقعیت لکه نفت رها شده و ارائه مقصد آن در بازه مورد نظر می باشد. این مدل نشان داده است که چگونه می توان از یک تقریب ژئوستروفیک برای تولید یک چارچوب دینامیکی و محاسبه حرکت در مقیاس مکان وزمان بزرگ بهره برداری نمود. این مدل در واقع از خصوصیات اساسی فیزیکی حرکت زمین بهره جسته است و در اینجا از آن به عنوان یک مدل جدید هیدرودینامیکی برای حوزه خلیج فارس که دارای جریانات جزر و مدی و نوسانات مربوط به آن می باشد یاد شده است. معادلات هیدرودینامیکی شامل معادلات بقای جرم و ممنتوم برای آبهای کم عمق مورد توجه قرار گرفته و ساده شده است. استفاده از نظریه امواج کلوین در مقایسه با مدل هیدرودینامیکی دیگری که معرفی شده است در کوتاه مدت به طور متوسط تا میزان 15 درصد نتایج بهتری ارائه داده است. از یک میدان باد با استفاده از داده های میدانی استفاده شده است و یک فایل داده ها شامل میدان باد، توپوگرافی بستر، مولفه های جزر و مدی، نوسانات سطح آب و سرعت سطحی آب در بازه زمانی مورد نظر تهیه شده است. به منظور مقایسه الگوی جریان از بخش هیدرودینامیکی نرم افزار mike-hd استفاده شده است. عملکرد این مدل به وسیله داده های اندازه گیری در نقاط مشخص و به منظور کالیبراسیون آن مورد توجه قرار گرفته است تا بتواند مبنای مقایسه نتایج محاسبه شده از طریق استفاده از نظریه امواج کلوین باشد. در واقع نتایج مدل ساده که تعیین میدان دینامیکی با استفاده از نظریه کلوین می باشد، داده های اندازه گیری و مدل پر هزینه (mike) مقایسه شده اند و انطباق مناسبی مشاهده شده است. استفاده از نظریه امواج کلوین به عنوان یک مدل هیدرودینامیکی جایگزین، نه تنها قادر به برآورد الگوی جریان به روشی ساده و با سرعت زیاد می باشد بلکه نتایج بهتری در بازه مورد بررسی چه به لحاظ الگوی جریان و چه در راستای تعیین موقعیت لکه ارائه نموده است. در واقع، این پیش بینی با در نظرگرفتن تاثیرات میدان باد و جزر و مد که اثر آن بیش از حدود 60% کل اثرات پیرامونی در افزایش مساحت لکه تخمین زده شده است، می تواند به تهیه یک سناریوی جمع آوری لکه از روی آب منجر گردد. مدل توسعه داده شده به عنوان کاربرد در پیش بینی مسیر لکه و تعیین موقعیت، ضخامت و سطح آن بهره گیری شده است. همچنین در صد نفت تبخیر شده، حل شده و امولسیون شده و نیز میزان نفت باقیمانده بر روی سطح آب بررسی گردیده است. مقایسه انتشار واقعی لکه با توجه به داده های در دست و مقدار محاسبه شده توافق مناسبی نشان داده است. در مطالعه ای موردی در رابطه با یک حادثه نمونه، حدود 25 درصد از نفت ریخته شده تبخیر و 19 درصد آن به ذرات معلق تبدیل یافته است. همچنین حدود 20 درصد به داخل ستون آب نفوذ نموده است به طوری که پس از 5/1 روز تنها حدود 36 درصد نفت بر روی آب باقیمانده است. بنابراین، خروجی اصلی این پژوهش ارائه یک برآورد ساده برای تعیین الگوی جریان با استفاده از نظریه امواج کلوین در بررسی های کوتاه مدت انتشار لکه نفت می باشد. توانایی استفاده از میدان باد و داده های میدانی به ایجاد سهولت در بهره برداری از این روش ساده و پر سرعت منجر شده است. همچنین سهولت و ارائه کاربردی مدلسازی مسیرحرکت نفت به منظوربررسی آثار زیست محیطی و تعیین مسیر لکه برای آماده سازی نقشه های مناطق خطر آفرین در نواحی شمالی خلیج فارس از جنبه ریزش و انتشار نفت براهمیت این پژوهش می افزاید.