Специалисты разработали новую вычислительную модель таяния вечной мерзлоты и защиту от разливов нефти на почве и на льду

Фото: Никита Кузнецов / GeoPhoto

Новосибирский государственный технический университет (НЭТИ)

Мерзлота

В Новосибирском государственном техническом университете (НГТУ НЭТИ) при участии Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН (ИНГГ СО РАН) оценили состояние геологических сред российской Арктики и Сибири и провели исследование, которое позволило определить – как именно мерзлые грунты реагируют на изменения температуры, в том числе под влиянием техногенных факторов, информировали в пресс-службе университета. Чтобы оценить поведение грунта в условиях многолетней мерзлоты, исследователи создали математические модели, которые показали состояние почв при изменении температуры и под влиянием внешних нагрузок.

По словам руководителей исследования, разработка ученых НГТУ НЭТИ на данный момент имеет особенные отличия от аналогов: их методика учитывает сразу несколько взаимосвязанных процессов – теплопередачу, механическую деформацию и фазовые переходы воды в грунт, что дает более точные результаты, чем другие модели, которые чаще всего сосредотачиваются лишь на одной из этих задач. Кроме этого, созданные алгоритмы оптимизированы для параллельных вычислений, что позволяет проводить расчеты быстрее и в более высоком разрешении: чем выше детализация, тем лучше прогноз, «а в таких вопросах, как устойчивость зданий или безопасность трубопроводов, точность решает все», говорят авторы работы.

В процессе исследования выяснилось, что «вечной» мерзлоту на территории Арктики и Сибири можно назвать только условно – на самом деле она чутко реагирует на каждый природный сезон и  тепло от созданных людьми построек и трубопроводов. Особенно любопытные результаты были получены именно при изучении техногенных факторов, – например, влияния на мерзлоту свайных конструкций. Специалисты обнаружили, что теплая бетонная свая буквально «прожигает» грунт вокруг себя, создавая область постоянного оттаивания, что делает породу менее прочной и создает серьезные риски для строительства, инфраструктуры и экологии. Кроме того, даже без учета подвижности грунтовых вод при оттаивании грунта, а просто под действием гравитации за сезон порода проседает на два сантиметра.

Также исследователи зафиксировали последовательное таяние и замерзание породы до четырех метров в глубину, что приводит к деградации структуры породы: летом почва может растаять до глубины четырех метров, но зимой вновь промерзнуть метров на пять. По данным моделирования, большое значение имеет не только температура воздуха, но и снежный покров, который работает как естественный утеплитель.

Для проверки процессов таяния вечной мерзлоты были использованы специальные вычислительные методы, которые позволяют следить за изменениями мерзлоты с шагом в 10 минут для суточных процессов и в 24 часа – для сезонных. Эти методы помогут спрогнозировать, как будет вести себя грунт, и учесть различные факторы при строительстве дорог, зданий и трубопроводов в районах вечной мерзлоты. В будущем планируется адаптировать разработанные модели к новым климатическим условиям, расширить возможности программного комплекса, провести дополнительные вычислительные эксперименты и проанализировать, как изменяющийся климат повлияет на многолетнемёрзлые породы.

Экран

Учёные НГТУ НЭТИ, кроме вычислительной модели таяния мерзлоты, разработали защитный экран для сбора смеси углеводородов с почвы после их аварийного разлива. Как сообщают в пресс-службе университета, – существуют различные способы очистки загрязненных почв от нефти и нефтепродуктов: термические, биологические, механические, химические. Однако многие из них нерентабельны, сложны в исполнении и трудоемки. Сорбционный же метод, относящийся к физическим методам, – недорогой и достаточно эффективный, к его преимуществам относятся: возможность удаления загрязнений различной природы, отсутствие вторичных загрязнений и контролирование процесса.

В НГТУ одними из первых стали пропагандировать использование в качестве сорбентов то, что называют «вторичными материалами», полученными на основе отходов производства и потребления, отметили в университете. Их новая разработка – это защитный экран, представляющий собой технический геотекстиль со слоем из композита из разных материалов, таких как агротехнический вермикулит, опилки хвойных пород, отходы льна, технический силикагель, гидрогель и др. Эксперименты показали возможность многократного использования техногенных отходов в качестве сорбентов для сбора нефтепродуктов при их аварийных разливах на твердую поверхность.

В университете отметили, что размеры защитного экрана в готовом виде будут зависеть от реальных задач после получения патента и коммерческого производства, а пока разработчики могут гарантировать эффективности и простоту применения защитного экрана, который можно использовать при разливах нефти и нефтепродуктов не один раз.

Новосибирская компания «ИнжТех-СМЦ» испытала оборудование для ликвидации разливов нефти на льду

Новосибирская компания «ИнжТех-СМЦ» разработала машину для прорезания каналов во льду при ликвидации аварийных разливов нефти и установки боновых заграждений в зимний период. 20 февраля состоялись натурные испытания и учебно-тренировочные занятия по эксплуатации нового ледорезного оборудования «Диктум». Испытания позволили оценить работоспособность ледореза, который использует технологии распределения гидропотока и специальные зубья из тугоплавкой стали, что продемонстрировало преимущества перед зарубежными аналогами по весовой нагрузке и скорости работы, передаёт «Лента новостей Новосибирска».

Создание отечественного аналога ледореза, превосходящего по характеристикам импортные образцы, – это шаг к укреплению технологического суверенитета и обеспечению безопасности окружающей среды, отметили в руководстве области.