Моделирование разлива дизельного топлива под Норильском на основе данных ДЗЗ

Масштабный разлив дизельного топлива, произошедший 29 мая 2020 года в районе Норильска, требует анализа причин и последствий аварии, а также оценки мероприятий по снижению воздействий на окружающую среду.
Об аварии стало известно вечером 31 мая по сообщениям из социальных сетей. По информации СМИ разгерметизация резервуара хранения дизельного топлива и утечка 21000 тонн нефтепродукта произошла 29 мая. Первые космические снимки, показавшие масштабы нефтяного загрязнения, стали доступны в открытом доступе 31 мая - в предыдущие дни облачность в районе Норильска препятствовала съемке. По инициативе Российского отделения Всемирного фонда дикой природы было проведено моделирование распространения разлива по акваториям рек Далдыкан и Амбарная с целью оценить угрозу воздействия нефтяного загрязнения на озеро Пясино и, возможно, Большого Арктического заповедника.
На основании доступной информации были сделаны предположения о времени начала и продолжительности сброса дизельного топлива из аварийного резервуара. Скорости течения в реках были оценены по картам рельефа местности с помощью GoogleEarth. Конфигурация речной сети была восстановлена по картам Государственного геоинформационного центра (ГГЦ) с корректировкой по информации ДЗЗ. Корректировка гидрографической основы потребовалась, так как разлив дизельного топлива произошел в конце периода половодья, когда уровень воды в реке ежедневно изменялся. Информация о ветровой ситуации была получена из на ресурса https://rp5.ruпо данным ГМС г. Норильск и Норильский аэропорт. Станции расположены примерно в 40 км друг от друга и примерно на таком же расстоянии от устья реки Амбарная, в районе которого концентрировались загрязнения и развернулись основные мероприятия по борьбе с разливом в первые дни после сброса дизельного топлива.
Особенностью распространения норильского разлива стало то обстоятельство, что разлив некоторое время распространялся по рельефу суши, потом по безымянному ручью, пока не попал в маленькую, но быструю реку Далдыкан, а затем в более многоводную реку Амбарная., а Начальное распространение разлива было описано на основе оценок скорости течений в ручье и реке Далдыкан, а детальный расчет распространение разлива произведен от места его попадания в реку Амбарная.
Результаты моделирования распространения разлива показали, что вечером 30 мая часть нефтепродукта могла попасть в озеро Пясино, однако дальнейшему распространению загрязнения на север помешал усилившийся северный ветер. Сложившаяся ветровая ситуация привела к тому, что пятно нефтепродукта развернулось и стало двигаться вверх по течению реки Амбарная. В дальнейшем 1 июня между пятном разлива и озером Пясино было установлено несколько рубежей боновых заграждений. При ослаблении северного ветра в следующие дни пятно дизельного топлива снова двинулось в сторону озера Пясино, но было задержано бонами. Начавшаяся операция по ликвидации разлива и сбору дизельного топлива на воде в месте установки боновых заграждений в районе устья реки Амбарная довольно быстро стала неэффективной, так как под действием северо-восточных ветров пятно дизельного топлива поднялось вверх по течению, зашло в протоки по правому берегу реки Амбарная и проникло в систему озер, в период высокой воды соединяющихся с основным руслом. Результаты моделирования распространения разлива были подтверждены спутниковыми снимками от 4 июня. Выход части разлива в озеро Пясино подтверждается по информации СМИ, в которой отмечено загрязнение левого берега реки Амбарная в районе устья. Моделирование объясняет и отсутствие следов нефтяного загрязнения на проведенной радарной съемке озера Пясино, так как в момент съемки пятно нефтепродукта было прибито к юго-восточному берегу озера и на открытой части водоема пятен дизельного топлива не было.
Моделирование распространения разлива дизельного топлива было проведено с помощью модели SPILLMOD, разработанной в Государственном океанографическом институте имени Н.Н.Зубова (Росгидромет) [Зацепа и др., 2018]. Одной из особенностей модели является возможность рассчитывать распространение и выветривание разлива нефтепродуктов в областях сложной геометрии, при наличии контактных границ. Ограниченное берегами реки, а впоследствии и системой боновых заграждений, пятно дизельного топлива имело до момента локализации площадь на порядок меньшую, чем при свободном распространении разлива на открытой воде.
До начала массовых нефтесборных операций основным механизмами сокращения количества нефтепродуктов на поверхности водных объектов явилось осаждение заметной части разлива на берегах (оценивается массой до 4 000 тонн), нарастающее в течение первых трех суток разлива и в дальнейшем стабилизировавшееся в связи с достижением максимума протяженности береговых загрязнений. Другие механизмы существенно зависят от общей площади разлива и дают незначительный вклад: испарение около 700 тонн, которое происходило практически равномерно, и диспергирование около 100 тонн при временном усилении ветра 31 мая.
В течение всего периода моделирования разлив претерпевал многочисленные трансформации, изменяющие площадь, конфигурацию и распределение толщины слоя нефтепродукта при его перемещениях в русле реки, в узких протоках переносом разлива в озерах. Максимальное значение площади разлива редко превышает 1,0 кв. км и наблюдалось в период «обратного» переноса разлива в реку Амбарную с проникновением в протоки и озера и в конце расчетного периода, когда загрязнение распространилось на прилегающие озера. Малая площадь разлива ограничила его испарение.
Уроки «норильского разлива» заключаются в необходимости выявлять возможные пути попадания разливов водные и объекты и предусматривать в планах реагирования на разливы возможность оперативной мобилизации ресурсов для прогнозирования распространения разливов нефтепродуктов по водным объектам.
Другим уроком является необходимость обеспечения оперативного доступа штабов спасателей и поддерживающих их коллективов научной поддержки реагирования к открытой космической информации от российских КА ДЗЗ и зарубежных спутников ДЗЗ, предоставляемых в рамках международной Хартии «Космос и Крупные Катастрофы» (The International Charter Space and Major Disaster). Первые опубликованные российские снимки стали доступны через 6 суток, что не отвечает современным представлениям об оперативности реагирования.
Своевременное использование результатов прогнозирования распространения разлива с использованием актуальной информации ДЗЗ позволило бы повысить эффективность реагирования и снизить масштабы воздействия на окружающую среду посредством установки боновых заграждений в протоках, соединяющих основное русло и многочисленные близлежащие озера, избежать их загрязнения и более эффективно провести ликвидацию разлива.
Уроки норильского разлива показывают, что информационная поддержка реагирования на разливы нефтепродуктов в водных объектах необходимо должна включать комплекс средств моделирования разливов с использованием и дополнением данных ДЗЗ.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов № 18–07–00373, № 18–07–01001, № 19–07–00450, № 19–07–00493, №20–0700623.