Экологические риски морского транспорта

Введение

В наше время оценка вероятности экологического риска очень актуальна. На современном этапе широкое развитие получает использование недр Карского моря и прилегающих к нему территорий. Эксплуатация шельфовых месторождений, вероятно, уже в ближайшие десятилетия станет главным предметом внимания для отечественной нефтегазодобывающей промышленности. Важные транспортные пути проходят через Карское море (Обскую губу, Енисейский залив). Очевидно, что перспективы освоения нефтегазовых запасов арктического шельфа влекут за собой значительное повышение риска нефтеуглеводородного загрязнения природной среды. Как разведка, так и эксплуатация месторождений (исходяшая от нерегулируемых выбросов, разливов и утечек в процессе добычи и транспортировки нефти) могут быть крупными источниками загрязнения нефтепродуктами вод и льдов Карского моря. Источниками загрязнения нефти могут быть аварии танкеров, раздавленных в следствии сжатия льдов и результаты нерегулярной транспортировки нефти от работающих на берегу источников.

Арктика характеризуется суровым климатом с экстремальными колебаниями освещенности и температуры, обширными территориями вечной мерзлоты, поэтому время на восстановление экосистемы очень велико. Завышение предела нагрузок на звенья равновесных систем может вывести их из состояния относительного равновесия и привести к необратимым экологическим последствиям или катастрофам.

Целью данной работы является, оценить степень экологического риска, связанного с транспортировкой нефтеуглеводородов в Карском море. Под риском понимают опасность возникновения неблагоприятных последствий рассматриваемого события или меру количественного измерения опасности, измеренную, с помощью статистических данных или рассчитанную с помощью имитационных моделей, включающих количественные показатели.[23] Под экологическим риском понимается прогноз и оценка экономического ущерба окружающей природной среде от планируемой деятельности, вытекающие из экологической оценки неблагоприятных (или опасных) природных процессов и явлений, оптимизации использования природных ресурсов.[22]

Процесс прогнозирования риска морских перевозок можно представить как объединение информационной базы модели объекта прогноза, модели, окружающей объект среды, и ее влияния на этот объект, процедуры принятия решений на основе прогнозной информации, и процедуры оценки качества этого решения.

Опасность - явление, природное, техническое или организационное, при котором возможно возникновение процессов, приводящих к поражению людей, материальному или экологическому ущербу. Класс опасности - основной признак, определяемый по характеру причин аварии. Для объектов морского промысла выделяют следующие классы опасности: природно-климатические (в частности, навалы льда на берег и сжатие льда интенсивностью 3 балла); технологические; технические; организационные.

Оценка риска аварии необходима постоянно, так как она зависит не только от проектных параметров, но и от текущей ситуации, а главное - от сочетания управленческих действий, параметров осуществления процесса, состояния оборудования и персонала, внешних условий. Предупреждение аварий возможно только при постоянном контроле за процессом и прогнозировании риска.

В Арктических морях существуют специфические условия, которые затрудняют судоходство: толщина льда, его сплоченность, торосистость и разрушенность, высота снежного покрова, дрейфовые явления, и, самое основное - сжатие льда. Состояние дрейфующих и припайных льдов как среды судоходства описывается совокупностью характеристик, определяющих сопротивление льда движению судна. Таким образом, задача оценки степени риска сводится к оценке вероятностей возникновения аварийных ситуаций при сжатиях льдов.

Оценка выполняется при помощи решения следующих задач:

1) определения вероятности попадания судна в зону сжатия;

2) определение вероятности аварии в зоне со сжатием, для этого с помощью метода статистического моделирования случайных процессов (метод Монте-Карло) следует провести модели, получить результаты и обработать результаты работы;

3) определение ущерба при аварии.

1. Аварийность морских судов

1.1 Наиболее вероятные отказы и аварии судов, связанные с эксплуатацией

Обеспечение безопасности мореплавания и функционирования техники в процессе морских работ сводится к мерам по предотвращению аварий путем совершенствования технических средств (ТС), методов судовождения и мерам по спасанию от гибели уже потерпевшее аварию ТС. Для оценки аварийности и риска при проведении морских работ большое значение имеет изучение причин аварий и гибели ТС.

За год в среднем гибнет свыше 240 судов общей валовой вместимостью до 2 млн.т, при этом потери экипажа составляют до 2 тыс. человек, а потери груза превышают 1 млн.т. Статистика аварийности мирового транспортного флота приведена за 1990-1994 гг. - на рисунке 1.1 (по Семенову Ю.Н.)[1]

350
300
250
200
150
100
500

Повышение интереса к возможности добычи минеральных ресурсов Мирового океана, стимулируя развитие техники и технологии поисковых и эксплуатационных работ, ведет к росту аварийности ТС, используемых на морских промыслах.

Особенно опасной тенденцией является рост числа аварий танкеров, из-за которых в морскую среду ежегодно выливается до 200 тыс.т нефти и нефтепродуктов. [1]

По оценке специалистов, примерно 10% аварий могут быть отнесены к так называемым форс-мажорным обстоятельствам - непреодолимому действию стихии. Еще около 15 % аварий является следствием недостатков конструкции судов или внезапного отказа судового оборудования. В остальных 75% случаев аварий их непосредственной причиной были субъективные факторы, такие как недостаточная профессиональная подготовка; нарушение мер безопасности; недостатки в организации судовой и береговой служб и т.д.

Вероятность потери судна от конкретного вида аварии определяется как произведение вероятностей возникновения аварийной ситуации на судне, условной вероятности данного вида аварии и условной вероятности гибели судна при этом виде аварии.

Вероятность возникновения аварийной ситуации на судах мирового флота составляет в среднем 0.18 и зависит от возраста судна, его водоизмещения, условий эксплуатации. Условные вероятности видов аварий и гибели судов от них представлены в таблице 1.1 (по Ю.Н. Семенову)[1]

Таблица 1.1 Условные вероятности аварий и гибели судов транспортного флота.

Вид аварии	Условная вероятность аварии	Условная вероятность гибели судна
Столкновение	0.20	0.016
Посадка на мель	0.15	0.035
Навал	0.12	0.008
Воздействие гидрометеофактов	0.08	0.08
Пожар, взрыв	0.06	0.15
Повреждение механизмов	0.27	0.01
Потеря остойчивости	0.004	1.0
Пропали без вести	0.0003	1.0
Прочее	0.12	0.017
Всего	1	2.32

Аварии морских судов можно условно разделить на четыре группы.

1. Аварии, связанные с механическим повреждением корпуса судна (столкновения, посадки на мель, навалы, штормовые повреждения, затеранием во льдах), составляют в среднем 53% всех аварии.

Половина погибших судов получили механические повреждения. Примерно 75% погибших членов экипажей и пассажиров при этом виде аварии относятся к жертвам первой группы, т.е. их гибель явилась непосредственным следствием аварии. Основными видами рассматриваемой группы аварий являются:

Столкновение - соприкосновение одного судна с другим во время движения.

Удары и навалы - соприкосновения судна, находящегося на -- ходу с неподвижным судном, берегом, гидротехническим сооружением и т.д.

Посадки на мель - соприкосновение днища судна с грунтом, при котором дальнейшее движение судна становится невозможным.

2. Аварии, связанные с повреждениями механизмов, составляют 1.5 - 2% всех аварий и приводят, как правило, к потере ходовых качеств судна. Основные характеристики развития этой группы аварий близки к характеристикам первой группы. Только в 0.5-1.5% случаев этот вид аварий приводит к гибели судна (см. табл. 1).

3. Аварии, связанные с потерей остойчивости судна, составляют около 1% всех аварий. Однако это наиболее опасный вид аварии, поскольку на каждое погибшее судно жертв приходится в 2 раза больше, чем при повреждении корпуса или его механизмов. В целом на этот вид аварий приходится до 70% всех жертв кораблекрушений. Аварии, связанные с потерей остойчивости, разделяются на 3 группы: внезапное опрокидывание, постепенное накренение и затопление с креном. В эту группу включаются все аварии по неизвестным причинам. Внезапное опрокидывание наиболее вероятно для судов длиной до 50-60 м.

Основной причиной кораблекрушений грузовых судов большей длины, как правило, являются постепенное накренение и затопление с креном вследствие получения пробоины между переборками, смещения груза на палубе или в трюме и т.д. В 10-11% случаев потеря остойчивости заканчивается гибелью судна.[1]

4. Аварии, связанные с термическими повреждениями, вследствие пожаров и взрывов составляют примерно 6% от всех видов аварий на сухогрузных судах и 24% на судах танкерного флота. Авария, как правило, протекает длительно, поэтому имеется возможность использования судовых спасательных средств. В 15% случаев пожар локализовать не удается и экипаж покидает судно. На каждый случай аварии этой группы жертв приходится в 3 раза меньше, чем при повреждении корпуса. Однако пожары зачастую приводят к взрывам, в случае которых 80% смертельных исходов относятся к жертвам первой группы.

Следует учитывать, что рассмотренные виды аварии могут протекать одновременно, а это существенно затрудняет борьбу за живучесть судна и спасание экипажа.[1]

1.2 Концепция безопасности

Обеспечение безопасности технических систем, эксплуатирующихся в море, строится в предположении, что существует отличная от нуля вероятность аварии такой системы вследствие конструкционных и функциональных отказов ее компонентов, экстремального природно-климатического воздействия, нарушения технологических процессов, ошибок персонала и т.д. Поэтому концепция безопасности морских технических систем предусматривает проведение комплекса научных, методические технических и организационных мероприятий по:

- минимизации вероятности возникновения аварий и их размеров путем поэтапного анализа надежности таких систем;

- прогнозированию аварий и их последствий в виде логических схем исследования эксплуатационной безопасности;

- соблюдению требований конструктивной, технологической и эксплуатационной надежности на всех этапах жизненного цикла системы.

Основными определениями, описывающими понятие "безопасность", являются:

1. Опасность - явление, природное, техническое или организационное, при котором возможно возникновение процессов, приводящих к поражению людей, материальному или экологическому ущербу.

2. Класс опасности - основной признак, определяемый по характеру причин аварии. Для объектов морского промысла выделяют следующие классы опасности:

природно-климатические (весь спектр природно-климатических воздействий на морские суда);

- технологические (наличие в производственном процессе опасных технологических операций и пр.);

- технические (поломки и отказы элементов, малый опыт эксплуатации и т.д.);

- организационные (недостаточная квалификация, нарушения техники безопасности и пр.).

3. Вид опасности - поражающее воздействие опасности (ударные, термические, химические, отравляющие и пр.).

4. Аварийная ситуация - комбинация обстоятельств, дальнейшее развитие которых в естественном для них направлении приводит к аварии.

5. Авария - необратимый процесс разрушения, при котором сырье, технологическое оборудование и технические средства, вовлекаясь в аварийный процесс, создают поражающие факторы для человека, окружающей среды и самого объекта.

6. Риск - частота (повторяемость) аварий определенного класса и вида. В свою очередь риск может быть:

6.1. Индивидуальным, характеризуемым частотой возникновения аварий определенного класса и вида на определенном объекте.

6.2. Массовым (определяет масштаб риска) - характеризуется зависимостью частоты аварий определенного класса, вида и величины от числа исследуемых на безопасность объектов.

7. Последствия аварии - результаты аварии определенного класса, вида и величины, зафиксированные после полного завершения аварийного процесса. Основными видами последствий аварий на объектах морского промысла являются: затопление, сгорание, деформация и разрушение конструктивных элементов. По степени тяжести последствия делятся на обратимые и необратимые. К необратимым относятся: гибель людей, невосполнимый ущерб для окружающей среды и т.д. Последствия, поддающиеся денежной оценке, можно считать обратимыми. К их числу относится материальный ущерб, ликвидируемое загрязнение окружающей среды и прочее.

8. Ликвидация аварии (борьба с аварией) - технические и организационные мероприятия, осуществляемые в начале аварийной ситуации или в ходе развития аварийного процесса.

9. Ликвидация последствий аварии - технические и организационные мероприятия по спасанию людей, сбору разлитой в море нефти, восстановлению работоспособности технических средств.

10. Итоги аварии - ущерб для здоровья человека, экологический и материальный ущерб, оцененные после завершения аварийного процесса и ликвидации его последствий.

Таким образом, причинно-следственная цепь развития опасности, реализованной в технической системе, имеет последовательность: опасность - отказ - аварийная ситуация - авария - борьба с аварией - последствия аварии - ликвидация последствий аварии - итоги аварии.[1]

1.2.1 Влияние природно-климатических факторов на оценку безопасности морских работ

Минимальный объем информации по погодным факторам, необходимый для оценки безопасности морских работ, включает в себя среднюю скорость и возможные направления ветра; высоту, период и возможные направления волн; скорость и направление течений в зависимости от глубины; атмосферные условия (осадки, видимость и т.п.); условия, способствующие обледенению; сплоченность льда; приливы и штормовой напор воды и пр.

При проведении оценочных расчетов вся информация разделяется на две группы: экстремально возможные значения природно-климатических факторов для выбора проектно-конструктивных решений и нормальные значения природно-климатических факторов для выбора организационно-технологических решений по эксплуатационным схемам морских работ.

Под экстремальными будем понимать штормовые гидрометеорологические условия, возникающие с периодичностью 50 -100 лет и определяющие условия "выживания" технического средства.

Под нормальными будем понимать среднестатические условия (среднее значение каждого гидрометеорологического параметра из трети максимальных), взятых за определенный период времени и используемых для планирования и ведения морских работ.

Для оценки экстремальных значений факторов определяется вероятность достижения каждым из них наибольшего значения. На основании полученной зависимости выбираются проектные величины параметров всех факторов, используемых в дальнейших расчетах надежности, прочности и живучести технических объектов. В таблице 1.2 (по Ю.Н. Семенову) приведен перечень среднестатистических параметров таких факторов, необходимых для оценки безопасности планируемых и проводимых морских работ.

Таблица 1.2 Перечень среднестатистических параметров гидрологических факторов, используемых в задачах оценки безопасности морских работ[1]

Факторы	Параметры
Нормальные штормы	Характеристика среднестатистического шторма, направление передвижения и пр.
Волны	Направление и частота возникновения волн (высота, период, сочетание волн открытого моря и ветрового наката и пр.) Устойчивость высоты волн Многонаправленные волны (вероятные схемы возникновения)
Течения	Компоненты скорости; общая циркуляция, приливная, ветровая Частота возникновения (зависимость скорости от направления) Устойчивость скорости течения
Приливы	Астрономические Штормового нагона (средние значения изменений уровня воды во время типичных штормов)
Физические и химические характеристики	Температура воды по стратифицированным глубинам (средняя, максимальная, минимальная) Соленость по стратифицированным глубинам (средняя, максимальная, минимальная) Мутность по стратифицированным глубинам (средняя, максимальная, минимальная)
Ветер (непрерывный)	Частота возникновения (скорости непрерывного ветра в интервале 5-60 мин) Устойчивость
Атмосферные условия	Видимость (горизонтальная) Высота нижней кромки облаков Осадки (среднемесячные, максимальные, минимальные) Влажность воздуха Температура воздуха Период возможного обледенения технических средств

1.2.2 Безопасность морской техники

Конструктивная безопасность морской техники достигается:

- конструктивной надежностью (общая и местная прочность в расчетных условиях эксплуатации, свойства материалов, способность конструкции противостоять аварийным нагрузкам и пр.);

- безопасной компоновкой (трассировка транспортных магистралей и пр.) и рациональным резервированием;

- наличием специальных противоаварийных устройств и систем;

- конструктивной защитой уязвимых и ответственных зон (двойное дно и двойные борта, заглубление в грунт, усиленные ограждения, изоляция и пр.);

В настоящее время весьма остро стоит вопрос о защите морской среды. Особенно это важно для арктических морей, где восстановление нарушенного биологического равновесия идет крайне медленно.

Одним из наиболее перспективных способов защиты морской среды от загрязнения является устройство бортовых танков, не содержащих загрязняющих веществ. В будущем, по-видимому, все или, по крайней мере, подавляющее большинство судов ледового плавания будет оборудоваться бортовыми танками, т.е. иметь двойной борт.

Эксплуатационная безопасность достигается:

- постоянством контроля за техническим состоянием судов, конструктивных элементов, технологического оборудования и пр.;

- эффективностью контроля в процессе эксплуатации и объемом работ, необходимым для восстановления;

- наличием на судне внутренней аварийно-спасательной службы, включающей в себя системы обнаружения, оповещения, борьбы с аварией, средства защиты и пр.;

- наличием внешней аварийно-спасательной службы со средствами оповещения и связи, имеющей противопожарные и аварийно-спасательные суда, авиационные средства, средства локализации и ликвидации последствий аварии и пр.[1]

Из концепции безопасности можно сделать следующие выводы:

1. В число факторов, определяющих концепцию безопасности, входят следующие.

а) Социальный фактор.

Фактор включает в себя два основных спектра: внутренний, связанный с обеспечением безопасности жизни и здоровья людей, находящихся на производственном объекте морского промысла, и внешний, связанный с обеспечением безопасности заселенных районов, вблизи территории, которых ведутся морские перевозки.

б) Экологический фактор.

Концепция безопасности морских работ должна строиться на условиях полного незагрязнения морской среды, включая поверхность, толщу вод, донный грунт, и минимального загрязнения воздушной среды. Таким образом, экологический фактор включает в себя: санитарные аспекты, связанные с оценкой загрязнения и его превышением допустимого уровня; экосистемные аспекты, связанные с оценкой изменений условий существования биоты и человека. При этом должны учитываться способность природы к естественной самоочистке и наличие в производственных комплексах средств борьбы с последствиями аварий.

в) Природно-климатический фактор.

Природно-климатический фактор включает в себя: географические аспекты, связанные с местоположением района морских путей; гидрографические аспекты, связанные с характеристиками водной среды в районе; метеорологические аспекты, связанные с характеристиками атмосферы в районе; ледовые аспекты. Основными компонентами природно-климатического фактора, прямо влияющими на концепцию безопасности, являются: ледовые условия; волновые и ветровые нагрузки значительной величины и продолжительности; глубина моря в районе работ; температура воздуха и воды; удаленность береговых спасательных служб и зависимость их технических средств от погодных условий.

г) Экономический фактор.

Фактор связан с оценкой:

- инвестиций в морской производственный комплекс и его балансовой стоимостью;

- инвестиций в комплекс природоохранных мероприятий;

- затрат на предотвращение и ликвидацию последствий аварий.

д) Юридический фактор.

Для решения проблемы безопасности человеческой жизни на море, окружающей среды и материальных ценностей необходимы: комплексы законов и подзаконных актов, определяющих непротиворечивую общедоступную формализацию отношений собственности, ответственности и субсидирования при обеспечении безопасности.

2. Для учета вышеперечисленных факторов необходима система обеспечения морских работ, которая должна включать в себя:

- совокупность нормативно-технической документации, конкретизирующую правовое условие в технологии и технике, охватывающую весь диапазон технических решений на всех стадиях жизненного цикла морской техники (нормативное условие);

- комплексы специальных технических средств (контроля состояния оборудования, сигнализации, эвакуации, борьбы с авариями и ликвидации их последствий) рассчитанные на весь диапазон классов и видов, возможных в процессе морских работ на промысле опасностей независимо от риска их реализации (техническое условие);

- комплексы мер по формированию и поддержанию активной деятельности организаций, контролирующих состояние объектов морского транспорта, уровень их технической эксплуатации, а также координирующих мероприятия по соблюдению вышеперечисленных условий (организационное условие).

1.3 Аварии судов, связанные с эксплуатации судов в условиях Арктики

1.3.1 Арктические морские транспортные системы и перспективы развития

Россия традиционно относится к числу крупных морских держав, имеющих долговременные интересы в международном морском судоходстве и активно работающих на морских транспортных коммуникациях.

Под термином транспортная (или транспортно-технологическая) система обычно понимается комплекс согласованных технических, технологических, экономических, организационных и коммерческо-правовых мероприятий, обеспечивающих перевозку груза от отправителя до получателя. Соответственно, в случае арктической морской транспортной системы (АМТС) речь идет о транспортировке грузов по арктическим морям [2]. Необходимо отметить, что обычно под термином АМТС подразумевается транспортная магистраль "Северный морской путь" (СМП), являющаяся важнейшей частью инфраструктуры экономического комплекса Крайнего Севера России и связующим звеном между российским Дальним Востоком и западными районами страны.

В настоящее время АМТС самостоятельно или совместно с другими видами транспорта обслуживают основные народно-хозяйственные комплексы: Западно-Сибирский нефтегазовый комплекс, Норильский промышленный узел, лесоэкспортные предприятия Красноярского края и Республики Саха, добывающую промышленность северных районов Якутии и Магаданской области, а также организации, промышленные предприятия, экспедиции, воинские части, аэропорты, населенные пункты и пункты зимовок (полярные станции), расположенные на побережье и островах арктических морей. К российской Арктике в зоне СМП тяготеют территории Ненецкого, Ямало-Ненецкого, Таймырского (Долгано-Ненецкого) и Чукотского автономных округов, часть территорий Мурманской и Архангельской областей и Республики Саха (Якутия), земли и острова, расположенные в Северном Ледовитом океане, внутренние воды и территориальное море, прилегающие к указанным территориям, а также прилегающие к этим территориям исключительная экономическая зона и континентальный шельф, в пределах которых Российская Федерация обладает суверенными правами и юрисдикцией в соответствие с Конвенцией ООН по международному морскому праву 1982 г.

К середине 80-х годов общий объем перевозок грузов по трассе СМП достиг 6,58 млн. т. В 2000 г. в Арктике морскими судами было перевезено 1,587 млн. т. На столь низком уровне объемы морских грузоперевозок продолжают оставаться в течение последних пяти лет (в 1996 г. объем перевозок составил 1,642 млн. т).[3]

Ситуация, сложившаяся в морских перевозках в Арктике объясняется следующими причинами:

- кризисное состояние экономики России;

- высокая стоимость перевозок на морских судах, включая затраты на ледокольное обеспечение;

- технологические издержки.

Основной состав грузов.

Вывоз углеводородов (преимущественно газового конденсата) морским транспортом из районов Ямала, Обской губы и Енисейского залива ограничивался несколькими судорейсами, с некоторым увеличением объема перевозок: 13500 т. в 1994 г., 113000 т. в 1995 г., 42900 т. в 1996 г., 45900 т. в 1997 г. и 57200 т. в 1998 гг.[3]

Кроме вывоза газового конденсата, в последние два года увеличиваются объемы круглогодичного вывоза сырой нефти с месторождений района Печорского моря.

В конце 90-х годов цветные металлы и руда стали наиболее важной составляющей в импортном грузопотоке СМП. Объемы этого груза полностью определяются компанией "Норильский Никель". В настоящее время эта компания производит почти 90% российского никеля, 65% меди, 90% кобальта и 100% платины. Начиная с 1978 г. транспортировка продукции НГМК морским транспортом осуществляется круглогодично.[3]

Поставки топлива в общем, объеме северного завоза составляют около 25% (в 2000 г. - 177,5 тыс. тонн). Начиная с 1998 г. в доставках топлива в рамках северного завоза активное участие принимают танкерный флот, принадлежащий "Лукойл-Арктик-Танкер".

Перспективы развития арктических морских транспортных систем.

Результаты исследований по отдельным проектам освоения месторождений нефти и газа, полученные российскими и зарубежными специалистами, позволяют оценить экспортный потенциал на этапе 2000-2010 гг. в следующих объемах [3]:

- сырая нефть - до 25-30 млн. тонн в год от месторождений Тимано-Печорской провинции, а также в бассейнах рек Обь и Енисей;

- сжиженный природный газ (СПГ) - до 15-20 млн. тонн в год от Харасавэйского месторождения на полуострове Ямал;

- газоконденсат - до 1-3 млн. тонн в год из бассейнов рек Обь и Енисей.

Вывоз сжиженного природного газа Харасавэйского месторождения морским транспортом будет реализован только после предполагаемого строительства завода по сжижению газа. Институтами ВНИИГАЗ и ЦНИИМФ выполнено ТЭО создания транспортно-технологической системы экспорта СПГ через порт Харасавэй на полуострове Ямал в круглогодичном режиме эксплуатации [4], включающим:

- завод по сжижению природного газа;

- береговой вариант расположения отгрузочных терминалов в порту Харасавэй;

- 14 танкеров-метановозов вместимостью 135 тыс.куб.м каждый для ежегодной поставки 30 млрд.куб.м СПГ в северные порты западноевропейских стран.

Морской экспорт газового конденсата будет продолжаться и постепенно увеличиваться с вовлечением в разработку новых месторождений, однако общий уровень его транспортировки морскими судами в ближайшие годы не будет значительно превышать современный объем транспортировки.

НГМК и в перспективе сохранит роль крупнейшего грузообразующего объекта для СМП. Ожидается постепенное возрастание значения внутреннего рынка в потреблении никеля, однако экспортная ориентация деятельности НГМК сохранится. Грузооборот НГМК на Дудинской линии стабилизируется в обозримой перспективе на отметке около 1 млн. тонн в год. Возможно смещение большего объема перевозок на летний сезон с целью минимизации расходов на оплату ледокольного обеспечения.

В настоящее время основными транспортными системами Карского моря являются:

- круглогодичная транспортировка грузов на Дудинской линии;

- доставка навалочных грузов и топлива для обеспечения арктических населенных пунктов (северный завоз) в летнюю навигацию;

Таким образом, существующие АМТС продолжат свое функционирование с сохранением объемов перевозок на текущем уровне или с некоторым его увеличением. Существенное развитие других АМТС в период до 2015 г. не прогнозируется.

Современное состояние арктического флота.

Состав и количество российских транспортных судов, способных работать в Арктике в 90-е годы претерпел существенные изменения. Если в 1993 г. пять российских пароходств, активно участвующих в перевозках по СМП (владели 373 судами высшего и среднего ледовых классов, то к 1997 г. их количество сократилось до 153 (из них только 55 активно использовалось в навигации в арктических водах). В конце 1999 г. сухогрузный флот пароходства состоял из 27 судов, общим водоизмещением 510,900 тонн, из которых 24 судна (478,700 тонн) имели ледовые классы УЛА и УЛ. В их число входит и единственный в стране атомный лихтеровоз "Севморпуть", водоизмещением 33,980 тыс. тонн. Средний возраст этих судов составлял 15,2 лет, а треть из них имела возраст более 20 лет. Заканчивает строительство 10 танкеров ледового класса для работы в Арктике. По состоянию на конец 1999 г. список судов ледового класса УЛА и УЛ представляли суда следующих типов:

"Норильск" (СА-15): водоизмещение 19,900 тыс. тонн, ледовый класс - УЛА, сухогрузы/контейнеровозы, построены в период 1982-1987 гг. В операциях участвуют 13 судов;

"Дмитрий Донской" и "Михаил Стрекаловский": водоизмещение около 19,500 тыс. тонн, ледовый класс - УЛ, сухогрузы, построены в период 1977-1982 гг. В операциях участвуют 27 судов;

"Витус Беринг": водоизмещение около 9,200 тыс. тонн, ледовый класс - УЛА, РОРО, построены в период 1986-1989 гг. В операциях участвуют 5 судов;

"Самотлор" - танкеры водоизмещением 17,200 тыс. тонн, ледовый класс - УЛ, построены в период 1975-1978 гг. В операциях участвуют 12 судов;

"Вентспилс" - танкеры водоизмещением 6,300 тыс. тонн, ледовый класс - УЛ, построены в период 1983-1986 гг. В операциях участвуют 10 судов;

"Партизанск" - танкеры водоизмещением 2,800 тыс. тонн, ледовый класс - УЛ, построены в период 1988-1990 гг. В операциях участвуют 10 судов;

"Астрахань" - танкеры водоизмещением 20,000 тыс. тонн, ледовый класс - УЛ, построены в период 2000-2001 гг. В операциях участвуют 5 судов;

"Lunni" - танкеры водоизмещением 15,700 тыс. тонн, ледовый класс - приблизительно эквивалентен классу УЛ, построены в период 1993-1995 гг. В операциях участвуют 2 судна, все принадлежат финской компании Fortum;

"Севморпуть" - атомный лихтеровоз водоизмещением 34,000 тыс. тонн, ледовый класс - УЛА, построен в 1988 г.

Из судов более низких ледовых классов необходимо отметить 5 танкеров типа "Пермь" дедвейтом 16,000 тыс. тонн, имеющих класс Л1, участвующих в операциях в западном секторе СМП, и ряд небольших лесовозов, принадлежащих Северному морскому пароходству.[4]

Ледокольный флот. В настоящее время Российский ледокольный флот, предназначенный для работы в Арктике состоит из 4 атомных ледоколов типа "Арктика" (1) и "Россия" (3) с мощностью судовой энергетической установки 56 Мвт, 2 атомных мелкосидящих ледокола типа "Таймыр" (мощность СЭУ - 33 Мвт), три дизель-электрических ледокола типа "Ермак" (мощность СЭУ - 27 Мвт), 4 дизель-электрических ледокола типа "Капитан Сорокин" (мощность СЭУ - 16 Мвт). Кроме этого, 9 небольших ледоколов, с мощностью СЭУ менее 9 Мвт, используются в портовых операциях.

В последние годы произошли следующие изменения в статусе и дислокации ледоколов: атомные ледоколы "Ленин" и "Сибирь" выведены из эксплуатации; ледокол "Арктика" не участвует в операциях в ожидании завершения работ по продлению ресурса атомной паропроизводящей установки (АППУ); в 2002 г. заканчивается проектный ресурс АППУ ледоколов "Россия" и "Таймыр"; ледоколы "Ермак" и "Капитан Сорокин" переданы в оперативное управление С. Петербургскому морскому порту; ледокол "Капитан Николаев" (типа "Капитан Сорокин") используется в последние два года в качестве ледокола обеспечения рейдовой отгрузки нефти (ЛОРОН) на танкеры у п. Варандей в зимний период, однотипные с ним ледоколы "Капитан Драницын" и "Капитан Хлебников" совершают туристические круизы в Арктике и Антарктике; ледоколы "Красин" и "Адмирал Макаров" (типа "Ермак") принимают незначительное участие в операциях в восточном секторе СМП, в основном обеспечивая ледокольную проводку в замерзающих дальневосточных морях.[4]

Перспективы развития арктического флота.

Транспортный флот. Поскольку действующий транспортный флот, участвующий в перевозках по СМП имеет значительный возраст, большинство из грузовых судов будет списано в ближайшие несколько лет. Единственная компания, заказавшая строительство новых судов ледового класса - "Лукойл-Арктик-Танкер". В планах ЛАТ, успешно реализовывающихся в настоящее время, строительство 10 танкеров типа "Астрахань" и "Пермь", общим дедвейтом 180 тыс. тонн. Считается, что этих судов будет достаточно для обеспечения топливом населенных пунктов в Арктике (200-250 тыс. тонн) и экспорта газового конденсата (около 50 тыс. тонн). Кроме того, эти танкеры, а также крупнотоннажные танкеры (дедвейтом 30-60 тыс. тонн), строительство которых планирует ЛАТ, позволят обеспечить потребности по вывозу нефти из п. Варандей (10 млн. тонн). Для вывоза нефти из месторождения Приразломное планируется использование 2 специально построенных танкеров водоизмещением 60 тыс. тонн, имеющих ледовый класс УЛ.

Несколько российских компаний, таких как Лукойл, Совкомфлот, и Газпром, сообщили о планировании строительства новых танкеров ледового класса дедвейтом 30-100 тыс. тонн [4].

Ледокольный флот. Анализ показывает, что существующий атомный ледокольный флот при условии ввода в эксплуатацию в 2004 г. ледокола "50 лет Победы" позволит обеспечить планируемые грузоперевозки в Арктике до 2005 г. К этому времени четыре ледокола выработают норматив ресурса атомных паропроизводящих установок, что приведет к необходимости их вывода из эксплуатации.

Подобная ситуация сложилась и с дизель-электрическими линейными ледоколами. Из семи ледоколов мощностью от 16 до 27 Мвт к 2005 г. выработают нормативный срок шесть ледоколов.[4]

В перспективе, при увеличении морского экспорта нефти, сжиженных газов и конденсатов с месторождений в Баренцевом и Карском морях, в бассейнах рек Обь и Енисей, по мере оживления транзитного судоходства может потребоваться строительство новых портов и перегрузочных комплексов преимущественно в западном районе Арктики.

1.3.2 Характеристики ледяного покрова, существенно влияющие на судоходство

1.3.2.1 Исходные данные для оценки влияния ледяного покрова на судоходства

На всех этапах формирования и развития Арктической морской транспортной системы (АМТС) заметное место отводится системе научно-оперативного обеспечения судоходства. В результате целенаправленных многолетних исследований были разработаны основные принципы выбора наиболее благоприятных маршрутов плавания во льдах, сформулированы критерии для оценки сроков начала и окончания безледокольного плавания, расчета показателей трудности плавания при ледокольном обеспечении.

В наиболее общем виде концепцию исследования можно сформулировать следующим образом:

В качестве исходных данных о природных условиях плавания и их влиянии на судоходство по СМП использовать материалы, накопленные в ААНИИ за период с 1960 по 1990 гг.

По результатам доступных наблюдений, в частности - данным измерений толщины льда на полярных станциях, систематизированным результатам дистанционного зондирования льда, выявить, какие изменения произошли за последнее 10-летие, оценить устойчивость выявленных раннее типов условий плавания, сроков проведения основных видов плаваний.

На основе анализа существующих климатических моделей морского льда изучить и выявить возможность оценки наиболее важных для судоходства характеристик ледяного покрова на ближайшие годы и на отдаленную перспективу.

В качестве выходной продукции должны быть экспертные оценки возможных изменений сроков различных видов плаваний, трудности плавания на традиционных и новых трассах в различные сезоны года.

В настоящее время в ААНИИ систематизированы данные о ледовых условиях плавания судов в замерзающих морях северного полушария для использования их при долгосрочном планировании и осуществлении морских операций. Систематизированные данные представлены как среднемноголетними значениями основных характеристик ледяного покрова на трассах плавания, так и сгруппированными по трем типам: легкому, среднему и тяжелому.

1.3.2.2 Оценка влияния характеристик ледяного покрова на основные виды плавания

Состояние дрейфующих и припайных льдов как среды судоходства описывается совокупностью характеристик, определяющих сопротивление льда движению судна. Следует особо подчеркнуть, что скорость судна является интегральным показателем трудности плавания во льдах, отражающим совокупность влияния всех параметров ледяного покрова. Влияние отдельного параметра на скорость судна зависит от совокупности распределения других характеристик ледяного покрова [5].

Для описания параметров ледяного покрова, наиболее существенно влияющих на эффективность и безопасность судоходства во льдах, целесообразно разделить их на два блока: а) параметры дрейфующего льда; б) параметры припайного льда.

Параметры дрейфующего льда:

Сплоченность льда. Среди многообразия характеристик ледовых условий плавания в летний период решающее значение имеет сплоченность льда. В этот период распределение сплоченности льда имеет решающее значение при выборе оптимального варианта плавания в условиях реального судоходства. Конкретные значения сплоченности ледяного покрова часто используются в качестве критерия условий ледокольного обеспечения.

На основе данных специальных судовых наблюдений сделаны оценки влияния сплоченности на скорость движения судна во льдах [6], суть которых заключается в следующем: скорость судна уменьшается по мере увеличения сплоченности; величина падения скорости зависит от толщины льда - чем толще лед, тем больше величина падения скорости при увеличении сплоченности.

Толщина льда. В зимний период, когда преобладающая сплоченность льда в арктических морях составляет 9-10 и 10 баллов, решающее значение для успеха морской операции имеет распределение толщины льда (количества льда различного возраста) на пути движения судна. Естественно, чем больше толщина льда, тем ниже скорость движения судна.

При изучении ледяного покрова как среды судоходства, существуют объективные основания для того, чтобы учитывать неравномерность распределения толщины льда. Использование средних значений толщины льда без учета особенностей ее пространственного распределения принципиально неверно, когда речь идет о расчетах скорости движения судна во льдах [7].

Высота снежного покрова. В холодный период года важной навигационной характеристикой является высота снежного покрова. Влияние снежного покрова на движение судна проявляется тем сильнее, чем больше толщина льда и меньше скорость движения судна. Существует несколько способов оценки этого влияния, суть которых заключается в том, что это влияние аналогично дополнительному слою льда, пропорционального высоте снежного покрова.

Торосистость льда. Наличие торосистых образований - характерная особенность морских льдов. Торосистые образования оказывают существенное влияние на движение судна во льдах, являясь серьезным препятствием для судоходства. В целом, влияние торосистости аналогично увеличению толщины льда.

Влияние торосистости ледяного покрова, как фактора, снижающего скорость движения судов, проявляется следующим образом: повышается средняя толщина льдов, преодолеваемых судном и тем больше, чем больше степень торосистости. По материалам судовых наблюдений за движением ледоколов [6, 8] установлено, что скорость движения в ровных льдах заданной толщины практически не отличается от скорости в торосистых льдах той же "мощности" (эквивалентной толщины) льда. Следует отметить, что даже при движении по участкам относительно ровного льда (между торосистыми образованиями) судну приходится преодолевать более толстый лед, чем на тех участках, на которых торосы отсутствуют или торосистость невелика.

Разрушенность льда. Разрушенность льда - характеристика изменений состояния ледяного покрова, связанных с процессами таяния. В результате таяния на поверхности льда образуются снежницы, проталины и промоины, нарушающие сплошность ледяного покрова, существенно уменьшая сопротивление льда движению судна. Процесс ломки льда ледоколом (судном) с повышением степени разрушенности ледяного покрова приобретает все более избирательный характер: ломке подвергаются участки более разрушенных и тонких льдов, а толстый лед раздвигается корпусом судна [9].

Раздробленность ледяного покрова. В осенне-зимний и весенний периоды важной навигационной характеристикой является раздробленность льда, которая характеризует интенсивность динамических процессов, происходящих в ледяном покрове. Горизонтальные размеры льдин оказывают существенное влияние на скорость движения судов. При прочих равных условиях минимальные значения скорости отмечаются в гигантских и обширных ледяных полях, а максимальные - при движении в мелкобитых и тертых льдах.

Нарушения сплошности ледяного покрова (НСЛ). Как правило, в зимне-весенний период навигации в замерзающих морях, когда ледяной покров достигает своего максимального развития, оптимальные пути плавания чаще всего проходят по заприпайным полыньям, а при движении по ледяному массиву - по зонам нарушений сплошности ледяного покрова (НСЛ). Одной из важнейших ледовых характеристик условий плавания (особенно в зимний период) является тип ориентации нарушений сплошности ледяного покрова относительно генерального курса движения ледокола.

Выделено пять основных типов [10]:

Тип А - зона "ориентированных" НСЛ: преобладающая ориентация системы НСЛ и генеральный курс движения ледокола совпадают или различаются не более чем на 30;

Тип В - зона "неориентированных" НСЛ: степень ориентированности НСЛ невелика или преобладающая ориентация НСЛ отличается от генерального курса движения ледокола более чем на 30;

Тип С - зона повышенной раздробленности ледяного покрова: плавание носит устойчивый характер и осуществляется по зоне, как правило, ориентированной, с преобладанием битых форм ледяного покрова;

Тип D - зона отсутствия НСЛ: движение ледокола осуществляется в сплошном льду сплоченностью 10 баллов, преобладающие формы которого - ледяные поля;

Тип Е - зона пониженной сплоченности ледяного покрова: четко выраженные НСЛ отсутствуют, движение ледокола происходит в равномерно распределенном по акватории льду сплоченностью 8 баллов и менее. Зоны этого типа характерны для летнего периода и для прикромочных районов в весенний период.

Распределение ширины НСЛ для каждой из типов зон имеет существенные различия. Зимой, в Карском море, в зонах, где НСЛ имеют ориентацию, совпадающую с генеральным курсом движения судна (тип А), повторяемость НСЛ с шириной, превышающей, в среднем, ширину судна (ледокола) - 25 метров, составляет 90%. В зонах типа В и С повторяемость таких НСЛ составляет 47% и 23%, соответственно (рисунок 1.2). В летний период во льдах Арктического бассейна повторяемость НСЛ с шириной более 25 м более высока и составляет для: зон типа А - 98%, зон типа В - 89%, зон типа С - 50%. Кроме того значительно увеличивается повторяемость крупных НСЛ, шириной более 100 м - 75% в зонах типа А, 31% в зонах типа В, 18% в зонах типа С.

Анализ данных о распределении скорости движения ледоколов, показывает, что наиболее благоприятными зонами для плавания являются зоны с благоприятной ориентацией НСЛ (тип А), наименее благоприятными - зоны с повышенной раздробленностью ледяного покрова (тип С). Неблагоприятные условия плавания в зонах типа С в зимне-весенний период обусловлены тем, что, как правило, эти зоны находятся в районах дрейфоразделов ледяного покрова, которые характеризуются повышенным фоном торосистости и высокой вероятностью сжатий [10].



Рисунок 1.2 -- Распределение ширины НСЛ в зонах с различным типом их ориентации в зимний период 1998 г., Карское море[9]

Рисунок 1.3 -- Распределение ширины НСЛ в зонах с различным типом их ориентации в летний период 2000 г.[9]

Благоприятными для плавания в летний период в Арктическом бассейне на рисунке 1.3 являются зоны типа А и С, менее благоприятными - зоны типа В, неблагоприятными - зоны с отсутствием НСЛ (тип D). Относительно высокие скорости движения судна в зонах повышенной раздробленности ледяного покрова обусловлены незначительной повторяемостью сжатий в Арктическом бассейне, уменьшением общей сплоченности за счет процессов таяния в летний период.

Заприпайные зоны молодых льдов. В период устойчивого формирования припая до его разрушения (взлома) выбор наиболее благоприятных вариантов плавания в арктических морях тесно связан с максимальным использованием заприпайных зон чистой воды или молодых (толщиной до 30 см) льдов.

Параметры припайных льдов. В настоящее время припай стал активной средой судоходства. Плавание в припае отличает ряд особенностей: Оно связано с прокладкой ледоколами канала в припае, его обновлением и проводкой судов по нему. Установлено, что успешность плавания судов при выполнении этих операций зависит от толщины невзломанного припая на фарватере, степени его торосистости, высоты снега, разрушенности, количества включений остаточных льдов (в арктических морях). При проводке судов по каналу большое значение приобретает "возраст" канала (время между двумя последовательными проходами судов по каналу), а также деформации припая, приводящие к сжатию канала.[10]

Существенная особенность ледяного покрова - неравномерность распределения его толщины присуща и для припайных районов. Даже на коротких участках среднеквадратическое отклонение толщины припая может достигать 20 см, в основном за счет неравномерного распределения высоты снега и физико-географических особенностей. Кроме того, припай не является монолитной пластиной льда. Для него характерно наличие стационарных трещин и разломов. Их использование при прокладке канала существенно увеличивает эффективность работы ледокола. Кроме того, в процессе "жизни" припая трещины и разломы могут расходиться до ширины, соизмеримой с шириной корпуса ледокола, что в последствие приводит к формированию ориентированных вставок с пониженным фоном толщины льда в припае. [10]

Сжатия льда. Сжатие льда является одной из основных характеристик, определяющих условия плавания в замерзающих морях, особенно в зимний период. Наиболее существенно они проявляются при плавании во льдах сплоченностью 9-10, 10 баллов и толщиной более 70 см. Сжатия приводят к резкому ухудшению условий плавания, часто оказываются причиной вынужденного дрейфа судов, ледовых повреждений. Хотя в арктических морях преобладают ветровые сжатия льдов, однако, при определенных условиях существенное влияние на судоходство оказывают приливные сжатия.[11]

Виды сжатий льдов:

1) Ветровые сжатия.

Под ветровым сжатием льдов понимается такой процесс, происходящий в сплоченных до 9-10 баллах льдах под действием ветра, который сопровождается появлением сжимающих или сдвиговых напряжений в ледяном покрове. Это обычно приводит к деформации его элементов, т.е. к изгибу, разлому, наслоению, торошению льдов. Главной причиной сжатия льда в Арктике является ветер, и сжатия льда ветрового характера преобладают в Арктике.

Ветровому сжатию принадлежит существенная роль в формировании ледяного покрова арктических морей. Сжатием обусловлены различные особенности ледяного покрова: трещины, разломы, разводья, наслоения, торосы различного типа, тертый и набивной лед, стамухи, береговые навалы (рис. 3).

По мере нарастания молодого льда до стадии однолетнего тонкого он постепенно теряет свою эластичность, а вместе с ней и способность наслаиваться. При сжатии такой лед начинает тороситься и создавать торосистые нагромождения различного горизонтального и вертикального размера. Чем больше степень, продолжительность и повторяемость сжатия, тем, естественно, больше и относительная площадь льда, покрытая торосами (балл торосистости). В некоторых прибрежных районах до 80% площади льда занято торосами, что составляет 4-5 баллов. C увеличением повторяемости сильных штормовых ветров увеличивается повторяемость и площадь распространения значительных и сильных сжатий. На степень сжатия влияет не только сила ветра, но и его продолжительность.[12]

Для Карского моря летом преобладают штормовые ветры, способные вызвать в прибрежной зоне сильные сжатия, а зимой увеличивается повторяемость южных ветров. Большая повторяемость штормовых ветров северного направления является одной из причин того, что в летний период в прибрежном районе трассы от острова Белый до острова Диксон часто наблюдается сжатие льда. В то же время, возможности осуществления осенне-зимних навигаций в юго-западной части Карского моря благоприятствует большая повторяемость в этот период южных, отжимных направлений ветра.

Следует отметить, что в осенне-зимний период вдали от берегов сжатие льда практически не зависит от направления ветра, а имеет место при сильных или устойчивых ветрах любых направлений. Этому способствует повсеместное распространение сплоченных молодых дрейфующих льдов при практически полном отсутствии зон чистой воды. [13]

Таким образом, явление сжатия ледяного покрова связано с конкретными областями барических образований, а сила сжатий - со скоростями и траекториями перемещения циклонов, антициклонов. Преобладающим направлением градиента атмосферного давления в период возникновения сильного сжатия в Карском море является северное, северо-восточное и восточное.

Неравномерность толщины ледяного покрова также оказывает значительное влияние на сжатие. При этом тонкие льды, до 30 см, преимущественно наслаиваются, льды в диапазоне толщин от 30 до 50 см. частично торосятся, частично наслаиваются, а льды толщиной более 50 см только торосятся. Как известно, с увеличением толщины льда скорость его дрейфа уменьшается (при прочих равных условиях), а угол отклонения дрейфа от направления ветра (в северном полушарии - вправо) возрастает. Поэтому сжатие должно возникать в тех случаях, когда ветер направлен в сторону более толстых льдов (т.е. противоположно направлению градиента толщины льда). Сжатие может отмечаться также при ветрах, направленных перпендикулярно градиенту толщины, но так, что более тонкие льды расположены справа, а толстые - слева от направления ветра.[13]

2) Приливные сжатия.

Приливо-отливные сжатия, обусловленные воздействием приливо-отливных течений, характеризуются двумя основными особенностями: периодичностью чередования сжатия и разрежения и заметным усилением интенсивности в период сизигий по сравнению с периодом квадратуры. Именно такие особенности позволяют установить наличие сжатий приливо-отливного происхождения. Эти явления наиболее четко выражены на шельфе морей российской Арктики. В глубоководной части Арктического бассейна приливо-отливные явления не оказывают сколько-нибудь существенного влияния на состояние ледяного покрова .[11]