Разработка концепции комплексной системы гидрометеорологического обеспечения безопасности мореплавания на Каспийском море

Мореходство на Каспийском море имеет давнюю историю. Уже в конце XVII века в дельте Волги имелся значительный торговый флот, который играл большую роль в торговых связях России с Кавказом, Ираном, Индией и другими странами. Дальнейшее развитие мореходства в этом районе продолжилось в связи с развитием капитализма в России с середины XIX века. С Кавказа в Россию шли нефтекараваны, а из России в южные порты Каспия — большое количество леса, соли и других грузов. В 1878 — 1882 гг. был построен Волго-Каспийский канал, он непрерывно совершенствовался и в настоящее время является основной судоходной артерией, связывающей порты Каспийского моря с портами Черного и Балтийских морей [19].

До начала 90-х годов XX века роль Астраханского транспортного узла, расположенного в северной части региона Каспийского моря и дельты реки Волги, во внешнеэкономической деятельности страны можно было оценивать как крайне незначительную. Морские перевозки между СССР и странами Юго-Восточной Азии осуществлялись в основном из порта Баку. До 2,5 миллионов тонн грузов назначением в Иран ежегодно шли по железной дороге через Азербайджан (Джульфа). Всего в 70−80-е годы на иранском направлении транзитом через территорию СССР перевозилось до пяти миллионов тонн грузов. После событий в Нагорном Карабахе прямое железнодорожное сообщение между СССР и Ираном было прервано. Распад Советского Союза привел к ослаблению торгово-экономических связей. С тех пор Астрахань стала пограничным городом, значение региона в международной торговле стало возрастать. Свою роль здесь сыграла и нестабильная обстановка на Северном Кавказе: вариант доставки грузов в Иран и из Ирана через Астраханский консолидированный транспортный узел оказался более безопасным и сравнительно более выгодным. В настоящее время объем перевозок между Западной Европой и Восточной Азией оценивается в $ 250 млрд. в год. До 15-ти процентов этих грузов может следовать через Россию: бюджет страны за счет доходов от транзита может ежегодно получать $ 300млн. Начиная с 90-х годов 20 века все активнее стала обсуждаться возможность создания международного транспортного коридора «Север-Юг». Основное направление: Финляндия — Санкт-Петербург — Москва — Астрахань — Каспийское море — Иран — страны Персидского залива — Пакистан — Индия.

В настоящее время транспортный коридор «Север-Юг» работает преимущественно для обеспечения двусторонней торговли России с Ираном и рядом государств Закавказья, а также между странами Средней Азии и Закавказья.

Всего на линии работают четыре паромных судна («Кристина» — бывший теплоход «Композитор Даргомыжский», «Композитор Новиков» и «Аквара-ма»), перевозящие нефть и нефтепродукты, металл, пиломатериал, лес, бумагу, контейнеры на экспорт, в Россию и Европу перевозят чай, табак, специи, консервированные продовольственные грузы (томатная паста и др.).

Кроме паромных судов в перевозке грузов участвуют около тридцати судов под российским флагом общим тоннажем 75,0 тысячи тонн и четыре судна под иранским флагом общим тоннажем 10,0 тысячи тонн. В летний период каждое осуществляет два с половиной — три оборота в месяц между Астраханью и иранским портом Энзелив зимний период — два оборота.

Проведенный экспертами Министерств транспорта России, Индии и Ирана мониторинг позволяет предполагать, что в ближайшие годы объем перевозок может возрасти до 12−15-ти млн. тонн в год [18].

Россия, через которую проходит этот путь, сможет получать свой доход от транзита: по данным Министерства транспорта РФ, он составит от пяти до шести миллиардов долларов. Кроме того, это отвечает коренным национальным интересам России, поскольку в случае реализации данного проекта позволит нашей стране эффективно влиять на геополитическую и геоэкономическую ситуацию в обширном регионе — в том числе и на вопросы, связанные с транспортировкой нефти, добываемой в Каспийском бассейне, Иране и Ираке [4].

В соответствии с планами освоения Каспийских нефтяных месторождений объем добычи нефти в Каспийском регионе к 2010 году может достичь 100 — 120 млн. т. в год, что равняется объему нефтяного экспорта России [52]. Ежегодно увеличиваются морские перевозки. Нефть и нефтепродукты по Каспию возят в самых различных, иногда весьма неожиданных направлениях. При перевозке используются суда национального азербайджанского «Каспийского пароходства» (КАСПАР) и казахский «Казмортрансфлот». Активно работают частные компании «Волготанкер», «Палмали», «Аншип». Идет активная закупка новых судов, но большая часть каспийского флота имеет солидный возраст.

Основная проблема связана с отсутствием единой картины того, что происходит на Каспийском море. Каково качество и техническое состояние плавающих в нем судов? Четкой, своевременной официальной информации о том, что происходит с морскими перевозками на Каспии, как обеспечивается их безопасность, нет. Ситуация усложняется еще и тем, что в каждом из пяти прикаспийских государств — свои особенности. Отсутствие открытой информации на эту тему вызывает тревогу.

Есть ряд стандартных вопросов, касающихся безопасности морских перевозок, особенно таких грузов как нефтяные, на которые должны быть получены ответы.

Когда будет прекращено использование однокорпусных танкеров, и они будут заменены на более безопасные суда с двойной обшивкой корпуса? Двойная обшивка значительно снижает риск разлива нефти в случае аварий. При столкновении, посадке на мель повреждается наружная обшивка, а внутренняя, отделенная от наружной на 0,7−1,5 м, как правило, остается целой.

Второй вопрос — техническое состояние судов, особенно старых. Например, танкер «Престиж» в конце концов, просто разломился на две части, потому что после 25 лет эксплуатации толщина бортов и прочность корпуса были уже не те, что в начальный период эксплуатации судна. Понятно, что на старых судах и двигатели, и системы управления судном с большей вероятностью могут выйти из строя.

Третье — навигационное оборудование и системы приема гидрометеорологической информации. Современные суда должны быть оснащены современным оборудованием, позволяющее повысить эффективность и безопасность судоходства, это становится все более важным. Капитан должен принимать решение, не только смотря в бинокль, но и имея возможность использовать самые современные радиолокационные и космические средства навигации и связи. Береговые службы должны контролировать движение судна, хотя бы на наиболее важных и опасных участках маршрутов. Есть ли на Каспийском море система для эффективного управления судоходством на акватории Каспийского моря с правами и полномочиями, распространяющимися на все суда вне зависимости от ведомственной принадлежности?

Последствия крупного разлива нефти на Каспии для нашей страны будут зависеть от направления течений, ветра, размеров разлива. Если разлив произойдет в центральной или северной части Каспийского моря, нефть может прибить к российским берегам. Экологические последствия катастроф с танкерами «Престиж», «Эрика» и других, которые произошли в последние годы, хорошо известны.

Северный Каспий является ценнейшей рыбохозяйственной акваторией. Все знают про черную икру и каспийских осетров. Еще есть каспийские тюлени, миллионы птиц, которые пролетают либо зимуют на различных участках побережья Каспийского моря. Российская часть побережья Каспия представляет собой первоклассные места для отдыха. Нефтяная угроза Каспию связана не только с морскими перевозками. Сейчас и на севере и на юге моря активно реализуются гигантские проекты по добыче нефти со дна моря. Строятся платформы и искусственные острова, бурятся глубочайшие скважины, чтобы добраться до громадных запасов нефти и газа. Но добыча — очень сложная задача: это огромные давления, высокое содержание ядовитых газов, сложные климатические условия, а на севере Каспийского моря — мелководье и лед, что создает дополнительные сложности и проблемы [78].

Подводя итог сказанному, следует отметить, что значительные геополитические изменения, произошедшие в мире и прикаспийском регионе за последние годы, в корне изменили политическую и экономическую ситуацию в данном регионе. Россия всесторонне укрепляет свое влияние в прикаспийском регионе. Как следствие объем морских перевозок, морских переходов, всего объема мореплавания растет из года в год [21].

Потребность в увеличении объёма специализированного гидрометеорологического обеспечения морской деятельности очевидна. Проводимые в последнее время нефтяными компаниями в мелководной части Северного Каспия поисковые работы по разведке углеводородного сырья требуют также серьезного научного, экологического, технического и гидрометеорологического обеспечения. Анализ имеющихся данных по отраслям экономики показывает, что из общей суммы ущерба, наносимого неблагоприятными погодными условиями, на долю сельского хозяйства приходится 65%, на авиацию 45%, на строительство 38%, в морской деятельности — 68%. Причем предот-вратительный ущерб (т.е. тот, который можно предотвратить, используя гидрометеорологическую информацию) по экспертным оценкам отечественных и зарубежных специалистов составляет до 20% от суммы ущерба [102]. Таким образом, эффективность использования гидрометеорологической информации выражается в реальной экономии материальных средств в тех областях производства, где учитываются погодные условия при планировании и организации своей деятельности.

Учитывая то, что прикаспийские страны предусматривают значительное расширение использования природных ресурсов, возрастает и важность гидрометеорологического обеспечения морской деятельности в Каспийском регионе.

Цель работы — разработка концепции комплексной системы гидрометеорологического обеспечения безопасности мореплавания, морских перевозок и проведения операций по добыче и транспортировки углеводородного сырья на акватории Каспийского моря.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Исследование пространственно-временных закономерностей гидрометеорологических характеристик Каспийского моря, влияющих на безопасность мореплавания.

2. Разработка и создание электронного «Атласа ледовых явлений и образований Северного Каспия и дельты Волги» в целях оперативного гидрометеорологического обеспечения морской деятельности в ледовых условиях.

3. Комплексный анализ гидрометеорологических, технических, человеческих факторов с целью выработки интегрированного коэффициента степени риска безопасности мореплавания.

4. Внедрение новых форм и способов представления специализированной гидрометеорологической информации с использованием новых современных информационных и телекоммуникационных технологий для гидрометеорологического обеспечения мореплавания.

На защиту выносятся:

1. Алгоритм совокупного учета и модель оценки влияния совокупных (гидрометеорологических, судовых, человеческих) факторов с целью выработки единого, интегрированного коэффициента степени риска безопасности мореплавания.

2. Структурная модель доведения гидрометеорологической информации на суда в море с использованием новых современных информационных и телекоммуникационных технологий.

3. Электронный «Атлас ледовых явлений и образований Северного Каспия и дельты Волги» и его использование в целях гидрометеорологического обеспечения морской деятельности"на Каспийском море.

Научная новизна работы.

1. Предложена новая схема гидрометеорологического районирования Каспийского моря для точного прогнозирования направления и скорости ветра, конкретизации штормовых предупреждений по основным судовым маршрутам акватории моря.

2. Впервые создан электронный каталог «Атлас ледовых явлений и образований Северного Каспия и дельты Волги» .

3. Впервые разработана, испытана и внедрена методика учета совокупного влияния гидрометеорологических, технических и человеческих факторов путем расчета коэффициента степени риска мореплавания, с целью усовершенствования системы помощи принятия решений при управлении силами морского флота.

4. Предложена технология доведения гидрометеорологической информации на суда в море с использованием современных информационных и те- -лекоммуникационных достижений.

Практическая значимость работы.

Испытана и внедрена методика учета совокупного влияния гидрометеорологических, технических и человеческих факторов путем расчета коэффициента степени риска мореплавания. Предложены прогрессивные технологии для совершенствования предоставления гидрометеорологической информации судоводителям.

Апробация работы и публикации.

Диссертационная работа является итогом научных исследований, проведенных автором в период с 2002 по 2005 год. Основные результаты диссертационной работы докладывались: на научно-практическом совещании «Гидрометеорологическое обеспечение хозяйственной деятельности в Арктике и замерзающих морях» (27−29 марта 2002 г., г. С-Петербург) — на ежегодных итоговых научно-практических конференциях АГУ (с 2003 по 2007гг., г. Астрахань) — на Первой Международной научно-практической конференции «Проблемы сохранения экосистемы Каспия в условиях освоения нефтегазовых месторождений» (16−18 февраля 2005 г., г. Астрахань) — на сборах руководяще. го состава гидрометеорологической службы Военно — Морского флота РФ (декабрь 2006 г., г. С-Петербург) — на 11 сессии Координационного комитета по гидрометеорологии и мониторингу загрязнения Каспийского моря (КАСПКОМ) (25−26 октября 2006 г., г. Астрахань) — на второй Международной научно-практической конференции «Проблемы сохранения экосистемы Каспийского моря в условиях освоения нефтегазовых месторождений» (28−30 августа 2007 г., г. Астрахань) — на VI Международной научно-практической конференции «Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии» (26−28 сентября 2007 г., г. Астрахань) — на Всероссийской научно-практической конференции «Водные ресурсы Волги: настоящее и будущее, проблемы управления» (3−5 октября 2007 г., г. Астрахань).

По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе в журналах, ре- ' комендованных ВАК — «Естественные и технические науки», «Метеорология и гидрология», «Вестник Воронежского государственного университета». Две работы находятся в печати.

Список опубликованных работ аспиранта Болдырева Б. Ю. по теме кандидатской диссертации «Разработка концепции создания комплексной системы гидрометеорологического обеспечения безопасности мореплавания на Каспийском море» :

1. Ветровые волны в Каспийском море // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. Научно-технический журнал № 2, 2003. — Астрахань, издательство Астраханского государственного университета, 2003. С. 6−10. (соавтор Бухарицин П.И.).

2. Прозрачность вод Каспийского моря // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. Научно-технический журнал № 2, 2003. — Астрахань, издательство Астраханского государственного университета, 2003. С. 11−15. (соавтор Бухарицин П.И.).

3. Современное состояние и перспективы развития и совершенствования технического, навигационного и гидрометеорологического обеспечения воднотранспортного коридора «север-юг"// Астраполис. Астраханские политические исследования №№ 4−5, 2003.С. 36−38. (соавторы Бухарицин П. И., Беззубиков Л. Г., Куршанова Е.Ю.).

4. Особенности гидрометеорологического обеспечения на Каспийском море // Навигация и гидрография № 17, 2003. — Санкт-Петербург, 2003. С. 156−160. (соавтор Бухарицин П.И.).

5. Климатическая характеристика и гидрометеорологические условия в холодный период года по Астрахани и Северному Каспию// Вестник Российского университета Дружбы Народов Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности» № 2 (12) 2005. С. 7−11. (соавторы: Андреев А. Н., Болдырев Б.Ю.).

6. Основные задачи по гидрометеорологическому обеспечению на. Каспийском море в современных условиях.// Материалы Первой Международной научно-практической конференции «Проблемы сохранения экосистемы Каспия в условиях освоения нефтегазовых месторождений» (16−18 февраля 2005 г., г. Астрахань). Астрахань 2005, — С. 33. (соавтор Бухарицин П.И.).

7. Ледовые процессы на Нижней Волге и Северном Каспии зимой 2006/2007гг.// Материалы второй Международной научно-практической конференции «Проблемы сохранения экосистемы Каспийского моря в условиях освоения нефтегазовых месторождений» (28−30 августа 2007 г., г. Астрахань). Астрахань, 2007. С. 26−29. (соавтор Бухарицин П.И.).

8. Использование современных ГИС-технологий в решении задач гидрометеорологического обеспечения безопасности мореплавания// ЮжноРоссийский вестник геологии, географии и глобальной энергии. — № 2 (26)/ 2007. Издательский дом «Астраханский университет», 2007. С. 48−56. (соавтор Бухарицин П.И.).

9. Использование ГИС в целях обеспечения безопасности мореплавания// Материалы Всероссийской научно-практической конференции: «Водные ресурсы Волги: настоящее и будущее, проблемы управления» (3−5 октября, 2007 г., г. Астрахань). Астрахань, 2007. С. 43−45. (соавторы Шишка-нова Н.В., Дозорцева Ю. В., Бухарицин П.И.).

10. Использование геоинформационных систем при осуществлении гидрометеорологического обеспечения безопасности мореплавания на Каспийском море (Вестник АГТУ, 2007) (соавторы Шишканова Н. В., Бухарицин П.И.).

11. Особенности ветрового режима над акваторией Каспийского моря в 2003 году (Вестник АГУ, 2007) (соавторы Андреев А. Н., Бухарицин П.И.).

12. Гидрометеорологическое обеспечение поисковых работ на шельфе Северного Каспия в зимний период (Вестник АГУ, 2007) (соавторы П. И. Бухарицин, Ю. В. Дозорцева.) — в печати.

13. Особенности ветрового режима Каспийского моря в холодный период 2007/08 г. г.//Вестник Воронежского государственного университета, № Воронеж, 2008, (соавторы Ю. В. Дозорцева, А.Н. Андреев) — в печати.

14. Систематизация условий мореплавания по степени риска под влиянием неблагоприятных факторов // Естественные и технические науки/^ 12, Москва, Издательство «Спутник+», 2008, (соавторы Ю. В. Дозорцева) — включен в перечень ВАК.

15. Погодные особенности Каспийского моря в холодный период 2007/08г.г.//Метеорология и гидрология // Москва, 2008, № 12 (соавторы Ю. В. Дозорцева, А.Н. Андреев) — включен в перечень ВАК.

Реализация результатов работы. Основные научные результаты работы реализованы:

— при подготовке материалов научных исследований по теме ЗАО «ЦНИ-ИМФ» «Обоснование возможности расширения района плавания грузовых самоходных судов класса «М-СП»;

— при работе над материалами, по НИР «Создание макета электронного Атласа ледовых явлений и образований Северного Каспия и дельты Волги» ;

— в практическом применении методики учета влияния совокупных (гидрометеорологических, технических, человеческих) факторов при проведении гидрометеорологического обеспечения сил Каспийской флотилии, что подтверждено соответствующими актами.

Основные результаты исследований представлены следующими положениями.

1. В результате объективного исследования гидрометеорологических параметров Каспийского моря предложена новая типизация синоптических процессов, обуславливающих погодные условия над акваторией моря. Исследования, проведенные в работе, позволили сделать вывод о целесообразности внести изменения в существующую схему гидрометеорологического районирования Каспийского моря для точного прогнозирования направления и скорости ветра, конкретизации штормовых предупреждений по основным судовым маршрутам акватории моря и, как следствие этого, повышение качества гидрометеорологического обеспечения безопасности мореплавания. Предложена новая схема гидрометеорологических районов Каспийского моря.

2. В целях повышения качества гидрометеорологического обеспечения безопасности мореплавания специалистами гидрометеорологического центра Каспийской флотилии, под руководством автора диссертации выполнена работа по созданию электронного «Атласа ледовых явлений и образований Северного Каспия и дельты Волги».

В новый Атлас включено большое количество материалов многолетних наблюдений об изменчивости характеристик ледяного покрова по районам низовьев Волги и Северного Каспия, полученных при помощи дистанционных (авиационных и спутниковых) методов, стационарных наблюдений, выполненных на береговых гидрометеорологических станциях, а также данных полевых исследований, полученных во время зимних ледовых экспедиций (на ледоколах, гидрографических судах, дрейфующих льдинах и вертолетах) в различные по суровости зимы, гидросиноптические ситуации, в условиях изменяющегося фонового уровня моря (фотографии, схемы, карты, графики, формулы и прогностические зависимости).

При создании электронной версии атласа ледовых образований применена геоинформационная система Arc View GIS 3.2.

Новый атлас льдов Каспийского моря станет важным и полезным практическим пособием для рыбаков, нефтяников, моряков при выполнении работ и обеспечении безопасного мореплавания кораблей и судов в зимний период, при наличии ледяного покрова.

3. В целях реализации идеи совокупного учета различных факторов, влияющих на безопасность судоходства автором предложена методика оценки степени риска мореплавания. Помимо гидрометеорологических факторов, влияющих на условия плавания, которые можно оценить количественно (по скорости ветра, высоте волн и т. п.), существуют и другие, субъективные факторы, которые при благоприятных условиях могут облегчить, а при неблагоприятных значительно усложнить условия плавания. При этом степень риска будет либо снижаться, либо возрастать, и, в конце концов, достигнуть критических значений, при которых дальнейшее плавание становится не только опасным, но и невозможным. К таким факторам относятся: тип судна (его мореходность, ограничения по районам и условиям плавания и т. д.), техническое состояние судна (срок эксплуатации), опыт судоводителей (морская выучка, капитанский стаж, возраст, а также состояние здоровья и др.). Основу методики составляет совокупность факторов, влияющих на безопасность мореплавания. Исследования, проведенные в работе, позволили определить основные принципы построения нечетких продукционных моделей оценки степени риска мореплавания. К таким принципам относятся:

— определение качества решения на основе анализа степени риска, предъявляемых к безопасности мореплавания, сочетание количественных и качественных оценок;

— иерархическая структура модели;

— адаптация модели к условиям оценки обстановки путем корректировки правил логического вывода в соответствии с изменениями гидрометеорологических факторов.

Использование методики позволит оперативно осуществлять руководство движением судов и принимать правильные управленческие решения и своевременно избегать ситуаций, когда жизни экипажа и судну грозит опасность. Разработанная модель оценки степени риска мореплавания, основанная на новых принципах построения, требует проведения глубокой оценки ее характеристик, степени адекватности моделируемому процессу и определения рекомендаций по практическому применению.

4. Для решения задач гидрометеорологического обеспечения автором предложена новая структурная система доведения гидрометеорологической информации до кораблей и судов в море, основанная на достижениях современных связных телекоммуникаций и отображение её с помощью геоинформационных технологий. Отображение фактической и прогностической гидрометеорологической информации в судовых условиях предлагается производить с использованием программно-аппаратного комплекса на базе АК Митра, состоящего из компьютера, специализированного программного обеспечения (ГИС Метео) и оборудования приема и обработки сигналов от различных источников передачи гидрометеорологической информации. Прием и передачу гидрометеорологической информации (баз данных, сводок) осуществлять используя высокоскоростные космические каналы, телекоммуникационную систему Интернет, коротковолновые радиоканалы, сеть мобильной связи. Имея несколько источников поступления гидрометеорологических данных, можно гарантированно иметь в судовых условиях достаточно информации для обеспечения безопасности судна. К преимуществам предлагаемой системы можно отнести прежде всего универсальность — одним универсальным комплексом решаются основные задачи гидрометеорологического обеспечения навигации. Наличие нескольких источников передачи информации повышает устойчивость всей системы, обеспечивает повышение вероятности успешного доведения информации, позволяет ввести экспертные контролирующие системы для выработки наиболее безопасных управляющих решений.

Заключение

.