В настоящее время все активнее осваиваются полярные регионы России. Транспортная инфраструктура и ее узлы (порты и грузовые терминалы) являются важной частью развития морских акваторий Российской Арктики. При их проектировании учитывается множество факторов: характер грузов для транспортировки, планируемые параметры судов и интенсивность судового трафика, состав гидротехнических сооружений и многое другое. На начальных этапах определяется общая концепция узла транспортной системы, его компоновка, включающая геометрию и ориентацию в пространстве базового объекта (одного, как например терминал, или нескольких, если рассматривается порт). В последнем случае дополнительно прорабатывается взаимное расположение всего комплекса сооружений.
Условно морские узловые инфраструктурные объекты можно разделить следующим образом:
-
отгрузочные терминалы открытого моря;
-
платформы открытого моря;
-
порты (портопункты);
-
вспомогательные объекты транспортной инфраструктуры.
Рассмотрим некоторые особенности указанных объектов (комплексов).
Отгрузочные терминалы открытого моря (ОТОМ)
Это компактные объекты узкой направленности, предназначенные только для отгрузки одного вида сырья. Для обеспечения условий свободного маневрирования танкеров, терминалы выносятся достаточно далеко в море. При этом с месторождением на суше они связываются трубопроводом, по которому получают сырье для отгрузки. Обслуживается ОТОМ минимальным количеством персонала, причем управление может происходить с берега. В качестве примера можно привести Варандейский терминал (Печорское море) или терминал «Ворота Арктики» (Обская губа).
Платформы открытого моря (ПОМ)
По сравнению с отгрузочными терминалами они могут располагаться практически на всей акватории моря и имеют более широкую функциональную нагрузку. Платформы осуществляют не только отгрузку сырья, но также его добычу и временное хранение. Для обеспечения их работы требуются дополнительные операции по доставке расходных материалов и вывозу отходов с привлечением соответствующего вспомогательного флота (судов обеспечения). Обслуживающий персонал проживает на платформе и по численности может достигает нескольких сотен человек. В Российской Арктике примером ПОМ является морская ледостойкая платформа «Приразломная» в Печорском море.
Порты (портопункты)
Расположение их привязано к прибрежной зоне. Функциональная нагрузка очень широка, даже если основное направление работы порта – вывоз определенного вида сырья. Так, например, строящийся в Обской губе порт Сабетта предназначен для вывоза СПГ и газоконденсата. Однако в своем составе порт имеет разные виды вспомогательных причалов, предназначенных для доставки и выгрузки генеральных грузов, техники, стройматериалов и готовых модулей, необходимых при строительстве, как самого порта, так и береговых объектов (завода СПГ и др.). Порты имеют максимальное насыщение разнообразными объектами: причалы различного назначения (для отгрузки сырья, строительных и накатных грузов, портофлота и др.), палы, берегозащита, волно- и ледозащитные сооружения, эстакады и другие гидротехнические сооружения. В связи с этим к портам в наибольшей степени относится понятие «компоновка», т.е. не только конфигурация и ориентация отдельных объектов (как ОТОМ и ПОМ), но и их взаимное расположение.
Важной отличительной чертой порта является наличие развитой операционной акватории, куда входят: подходной канал, разворотный круг, операционные зоны причалов и т.д. Обслуживающий персонал, проживающий на берегу, может достигать нескольких тысяч человек. Примером перспективных полярных портов в России являются уже упомянутая Сабетта, а также иные, планируемые в Обской губе (район Салмановского месторождения) и в других акваториях.
Необходимо отметить, что при реализации проектов узлов транспортных систем в полярных регионах все активнее начинают применять готовые основания для различных объектов инфраструктуры аналогичные массивам-гигантам, только еще крупнее. Для этой цели, по сообщениям СМИ [1, 2], в Кольском заливе Баренцева моря планируется создать «Центр строительства крупнотоннажных морских сооружений». Он будет изготавливать железобетонные платформы гравитационного типа для заводов СПГ, крупнотоннажные сооружения для обеспечения работы Северного морского пути, буровые и добычные платформы для шельфовых проектов западного сектора Арктики. Все эти сооружения можно объединить одним термином – «основание гравитационного типа» (ОГТ). На базе различных ОГТ могут быть реализованы все три рассмотренные разновидности объектов, т.е. отгрузочные терминалы, платформы в мелководной зоне и отдельные элементы портовых комплексов. Например, при освоении Салмановского НГКМ по проекту «Арктик СПГ-2» на базе одного ОГТ планируется совмещение основания для завода по производству сжиженного природного газа и причала для танкеров с отгрузкой СПГ [1-3].
Вспомогательные объекты транспортной инфраструктуры (ВО)
В первую очередь к ним отнесем подходные каналы – стандартный элемент портов в мелководной зоне. Поскольку полярные акватории изобилуют мелководными зонами, то в ряде случаев возникает необходимость в дополнительных каналах. Например, на баре Обской губы, где естественные глубины существенно меньше, чем на фарватере губы, потребовалось строительство «морского канала» для обеспечения прохождения большегрузных танкеров в порт Сабетта. Поскольку подходные и морские каналы отличаются малой шириной (до нескольких сот метров) и большой протяженностью (до нескольких десятков километров), то судоходство в каналах, как и в любых узкостях, сопряжено с определенными сложностями и ограничениями.
Кроме вышеперечисленного, к вспомогательным объектам можно отнести подводные трубопроводы подачи сырья к отгрузочным терминалам и прочие линейные подводные коммуникации (линии связи, питания и др.). Своеобразным объектом являются и ледовые каналы в припайных (неподвижных) льдах, которые предназначены для проводки судов от кромки припая до пункта назначения (порта, терминала и т.д.).
Как было указано ранее, при проектировании объектов морской инфраструктуры учитывается множество факторов, в том числе – параметры природной среды. Однако при создании проекта обычно основное внимание уделяется геологическим условиям места строительства. Не приуменьшая их значение, следует не забывать о важности гидрометеорологических факторов. Гидрометеорологические и, учитывая регион, ледовые условия могут оказать существенное влияние на строительство и дальнейшее функционирование грузового терминала, порта или другого объекта.
Рассмотрим подробнее и оценим значимость тех или иных гидрометеорологических параметров с точки зрения их влияния на компоновку портов и других рассмотренных объектов транспортной системы. Для удобства оценки возьмем за основу перечень из действующего руководящего документа СП 11-114-2004 (раздел 7 «Инженерно-гидрометеорологические изыскания», [4]).
Метеорологические условия
В состав метеорологических наблюдений, проводимых при инженерных изысканиях, входят: атмосферное давление, температура воздуха, скорость и направление ветра (в том числе порывы ветра), облачность, влажность (обычно относительная), осадки (вид и интенсивность), продолжительность солнечного сияния (а также периоды явлений полярной ночи и полярного дня), оценка горизонтальной видимости, обледенение (морское и атмосферное), явления погоды (грозы, метели и т.д.), а также сочетания нескольких параметров (например, температуры, влажности и скорости ветра).
Подавляющее число перечисленных метеопараметров не оказывает заметного влияния компоновку гидротехнических сооружений, т.к. их воздействие в локальном районе будет практически одинаковым на все объекты вне зависимости от взаимного расположения и ориентации последних. Действительно, даже в масштабах порта (или портопункта, как варианта структурной единицы, сильно разнесенного по пространству порта) будут не значимы различия продолжительности солнечного сияния или полярной ночи, поля атмосферного давления или облачности, фоновой температуры воздуха. Атмосферные осадки, горизонтальная видимость, явления погоды могут отличаться значительной пространственной неоднородностью в конкретный момент времени, но этим эффектом можно пренебречь, когда речь идет о временных масштабах, сравнимых с периодом эксплуатации объекта (25 50 лет и более). Тем более что указанные параметры по своей сути характеризуют определенную площадь (достаточно большую) вокруг точки наблюдения и не определяются с точностью до метров. К значимым метеофакторам, при определенных условиях, следует отнести только скорость и направление ветра, обледенение и, частично определяющую его, влажность воздуха. Более подробно эти характеристики будут рассмотрены ниже, совместно с другими гидрометеорологическими параметрами, определенными как значимые.
Гидрологические условия
Здесь основными факторами являются: колебания уровня моря, термохалинные характеристики (температура и соленость воды), ветровое волнение, направление и скорость течений.
Первые два параметра, по аналогии с рассмотренными выше атмосферным давлением или осадками, одинаково воздействуют на все сооружения порта или стороны объекта независимо от расположения и ориентации по сторонам света. К ним же можно причислить и гидрохимические показатели, которые, при необходимости, тоже включаются в программу изысканий. Ветровое волнение и течения имеют показатель направления и, следовательно, могут менять степень воздействия на гидротехнические сооружения при их различных компоновках. Таким образом, эти параметры относим к значимым. Их подробное рассмотрение будет приведено ниже.
Ледовые условия
В комплекс ледовых наблюдений при изысканиях включаются следующие характеристики: даты ледовых фаз (появления льда, становление и взлом припая, очищение акватории и др.) и производные от них – продолжительность и сроки навигационного периода, толщина ровного льда термического нарастания и высота снежного покрова, морфометрические параметры деформированного льда (ширина, длина и вертикальное развитие паруса и киля торосов, стамух, навалов льда, особенности их внутреннего строения), физико-механические свойства льда (ровного и деформированного), характеристики динамики ледяного покрова (скорости и направления дрейфа льда). Также учитываются: характер ледяного покрова (неподвижный или дрейфующий), сплоченность и горизонтальные размеры дрейфующего льда, айсберговая опасность. На наш взгляд дополнительно необходимо рассматривать наличие возможности образования и накопления ледяной каши как результат интенсивного судоходства.
Из первого блока все параметры, кроме скорости и направления дрейфа льда, характеризуют фоновые ледовые условия на достаточно большой акватории, прилегающей к объекту, и обычно не имеют выраженной пространственной неоднородности или направленности. Следовательно, считаем их как не влияющие на компоновочные решения рассматриваемых объектов.
Отдельно стоит рассмотреть ледяные образования, особенно навалы льда. Преобразование, в ходе строительства, естественной среды неминуемо приведет к локальным изменениям ледовых условий. Наиболее ярким примером может служить возникновение навалов льда у границы объекта, хотя в естественных условиях в точке строительства мог наблюдаться только ровный лед или незначительные торосы. Причем характеристики ледяных образований во многом будут зависеть не только от фоновых природных условий, но и от параметров самого инфраструктурного сооружения.
Дрейф льда, по аналогии с течением, имеет показатель направления и, следовательно, может менять степень воздействия на гидротехнические сооружения при их различных компоновках. Однако динамику льда необходимо рассматривать в комплексе со сплоченностью и геометрией (горизонтальными размерами) льдин, т.к. они совместно влияют на характер взаимодействия объекта с ледяным покровом.
Характер ледяного покрова интересен, в частности, с точки зрения дополнительного фактора – возможности образования и накопления ледяной каши. При интенсивном судоходстве дробление льда и, как следствие, образование тертого льда или ледяной каши будет происходить всегда. Однако при дрейфе льда заметного накопление каши происходить не будет, т.к. она будет уноситься от места возникновения вместе с остальным льдом. Это справедливо только для условия свободного, и относительно интенсивного, дрейфа, когда льдины и каша перемещаются на значительные расстояния. Если подвижность льда на акватории ограничена колебательными движениями из-за естественных или искусственных препятствий, то такой дрейфующий лед по свойству накопления ледяной каши близок к неподвижному, т.е. припаю, где создаются благоприятные условия для интенсивного накопления больших объемов ледяной каши. Подробнее эти вопросы рассмотрены ниже.
Айсберговую опасность в данной работе рассматривать не будем по нескольким причинам. Во-первых, из-за ограничения по глубине в мелководной зоне, где располагается основная масса рассматриваемых объектов, могут появиться только обломки и куски айсбергов, сравнимые по размерам с обычными ледяными образованиями, которые уже были проанализированы. Во-вторых, узлы транспортной инфраструктуры тяготеют к материковому побережью, а места зарождения айсбергов (выводные ледники) сосредоточены на Арктических островах, т.е. на значительном расстоянии друг от друга. Это существенно снижает риск воздействия айсбергов на рассматриваемые объекты.
В итоге из ледовых условий значимыми для компоновки портов и грузовых терминалов следует признать скорость и направление дрейфа льда, сплоченность и горизонтальные размеры дрейфующего льда, характер ледяного покрова, наличие возможности образования и накопления ледяной каши, а также ледяные образования.
Литодинамические условия
К комплексу литодинамических параметров относятся: динамика наносов, динамика рельефа дна и берегов, экзарация дна ледяными образованиями. Последний пункт тесно связан с ледовыми условиями. По литодинамическим условиям все параметры можно считать значимыми, так как пространственная изменчивость их бывает очень большой даже на локальном участке, следовательно, небольшие изменения во взаимном расположении гидротехнических сооружений с высокой вероятностью отразятся на рассматриваемых условиях и их обратном влиянии на объекты.
В результате первичного анализа нами были выделены следующие значимые гидрометеорологические параметры:
(1) скорость и направление ветра;
(2) обледенение (атмосферное и морское);
(3) ветровое волнение;
(4) направление и скорость течений;
(5) направление и скорость дрейфа льда;
(6) сплоченность и горизонтальные размеры дрейфующего льда;
(7) характер ледяного покрова (неподвижный, дрейфующий);
(8) наличие возможности образования и накопления ледяной каши;
(9) ледяные образования (торосы, стамухи, навалы);
(10) литодинамический комплекс.
Необходимо напомнить, что выделение указанных параметров происходит только в рамках определения их влияния на выбор компоновочных решений, т.е. формы, геометрии и ориентации отдельных рассматриваемых объектов или их комбинации, если рассматриваются портовые комплексы в целом. Однако это ни коим образом не уменьшает значение иных гидрометеорологических характеристик при проектировании гидротехнических сооружений.
Рассмотрим подробнее те гидрометеорологические параметры, которые были выделены нами как значимые при определении расположения и компоновки каждого вида перспективных объектов (узлов транспортной инфраструктуры).
Скорость и направление ветра
Скорость и направление ветра первый взгляд представляются существенными при выборе компоновочных решений рассматриваемых объектов. Проверим этот тезис.
Во-первых, ветровые условия (и скорость, и направление) в большинстве случаев имеют большую изменчивость во времени. Это справедливо как в краткосрочных проявлениях, так и от сезона к сезону для всех объектов. Следовательно, рассчитывать, что ветер будет обдувать объект (или группу объектов) преимущественно с одного направления и в узком диапазоне скоростей необоснованно, если к этому нет серьезных предпосылок по данным натурных наблюдений. Например, при размещении любого сооружения в узком скалистом заливе велика вероятность существенного преобладания сильных ветров вдоль оси акватории, которые будут влиять на компоновку сами по себе или опосредованно через другие гидрометеорологические параметры (ветровое волнение, дрейф льда и др.).
Во-вторых, большая изменчивость ветровых условий отмечается и по пространству. Для вариантов ОТОМ или ПОМ это не актуально, т.к. рассматривается точечный объект, но для достаточно большой территории портовых комплексов фактор становиться уже значимым. По этому, говоря о группе объектов (например, комплекс однотипных ОГТ с заводами СПГ и причалами для отгрузки), считаем не обоснованным возможный посыл об одинаковом воздействием природных факторов на каждый объект при их параллельном расположении. Однако это абсолютно не верно для большинства элементов окружающей среды, и в частности - для ветровых условий. Так, на практике, при небольших дистанциях и любом взаимном расположении ОГТ (в том числе линейном), в подавляющем большинстве случаев одни объекты окажутся с наветренной стороны, а другие - под воздействием ветровой тени и локальных завихрений от первых. Это учитывается, например, в наставлении гидрометстанциям и постам, где рекомендуется располагать метеоплощадку на значительном удалении от любых препятствий, чтобы наблюдать характерные для района станции природные условия, а не искусственные локальные возмущения.
Следовательно, можно сделать вывод об отсутствии влияния ветровых условий (в силу их большой изменчивости) на оптимизацию компоновки и расположения рассматриваемых объектов транспортной инфраструктуры для большинства районов расположения. Исключение составляют только отдельные специфические условия, рассмотренные выше.
Здесь требуется сделать одно замечание относительно таких вспомогательных объектов как подходные и вспомогательные каналы. Ветровые условия мало влияют на выбор их расположение (другие природные факторы в данном вопросе имеют больший вес), но становятся значимыми при определении плановой геометрии. Необходимо обязательно учитывать ветровой дрейф судов поперек оси канала при расчете его ширины. В противном случае, в условиях плавания в узкости, судно может быть вытеснено на бровку канала.
Обледенение (атмосферное и морское)
Атмосферное обледенение происходит вследствие неблагоприятного сочетания, в первую очередь, температуры воздуха и скорости ветра. Эти метеопараметры, как указывалось выше, практически одинаково воздействуют на все рассматриваемые объекты. Следовательно, атмосферное обледенение не будет влиять на компоновочные решения. Исключением является только случай парения акватории (т.е. локального увеличения влажности воздуха) при отеплении акватории для активного воздействия на ледяной покров вблизи причалов и аналогичных объектов.
Наличие и интенсивность морского обледенения зависит от забрызгивания и заливания объектов морской водой при интенсивном ветровом волнении и подъемах уровня воды. Снижение влияния указанных факторов возможно при выборе обоснованных значений вертикальных отметок горизонтальных поверхностей, выбор более обтекаемой геометрии объекта (ОТОМ и ПОМ) с использованием соответствующих форм и приспособлений (наклонных поверхностей, дефлекторов и др.), особенно с наиболее волноопасных направлений. Для портов логичным решением является создание волнозащитных сооружений, ограничивающих операционную акваторию. При этом для самих внешних ограждений остаются актуальными рекомендации для терминалов и платформ.
По объективным причинам для подводных вспомогательных объектов проблемы обледенения не актуальны. Обледенение судов при движении по каналу отличается от аналогичного в открытом море только невозможностью выбора оптимального курса относительно волны (для уменьшения забрызгивания).
Ветровое волнение
Ветровое волнение представляет опасность в первую очередь для пришвартованных судов, особенно у причалов на акватории порта. Защите гидротехнических объектов и судов от ветрового волнения посвящено очень много литературы [5-7 и др.]. Поэтому подробно останавливаться на этом вопросе не будем. Можно только отметить те же рекомендации, что были приведены для морского обледенения.
Направление и скорость течений
Суммарные течения складываются из нескольких компонент: периодической (или приливной), непериодической (преимущественно ветровой) и квазипостоянных течений.
Для условий открытого моря, где влияние берегов минимизируется, течения начинают оказывать практически равнозначное воздействие со всех сторон по следующим причинам:
-
квазипостоянные течения в открытом море малы по сравнению с другими компонентами;
-
эллипсы приливных течений с удалением от берегов и увеличением глубины стремятся к окружности, т.е. к равномерной смене направления при относительно постоянной скорости;
-
ветровые течения, зависящие от ветрового режима, имеют преимущественно такую же изменчивость и, следовательно, могут считаться не влияющими на геометрию и пространственную ориентацию терминала.
Главным следствие такого равнозначного воздействия является необходимость создания поворотного узла отгрузки, поскольку судно под действием течений (в первую очередь приливных) будет стремиться повернуться относительно неподвижного терминала или платформы.
При приближении к берегу сильнее начинает сказываться влияние орографии. Проявляется это в более четком выражении квазипостоянных течений (куда могут добавляться сезонное проявление стоковых течений). Приливные эллипсы вытягиваются и периодические течения становятся ближе к реверсивным с четкой сменой направления четыре раза в сутки (полусуточный прилив). Ветровые течения тоже в большей степени приобретают вдольбереговую направленность. В прибрежной зоне для объектов также необходим поворотный узел отгрузки, только судно будет стремиться повернуться не постоянно, а после половины приливного цикла (при реверсивной смене направления течения). Это характерно для всех существующих терминалов и платформ в полярных акваториях. В условиях порта подобная резкая смена направления течения может провоцировать явление тягуна или снос судов при их низкой управляемости из-за отсутствия скорости. Оградительные сооружения помогут существенно снизить остроту проблемы для операционной акватории порта. Снос судов также характерен при движении по каналам. Более ярко это будет проявляться при выраженной ортогональности направления канала и течения, что характерно для подходных каналов портов в Обской губе.
Скорость и направление дрейфа льда
Поскольку дрейф льда является результатом воздействия ветра и течений, то все сказанное по этим параметрам суммируется в данном разделе. Учитывая вероятность максимального совпадения по направлению воздействия ветра, поверхностных течений и дрейфующего льда в прибрежной зоне, то в наиболее неблагоприятной ситуации будут находиться суда в операционной акватории порта, когда они плохоуправляемы из-за малой скорости и могут находиться в невыгодном положении относительно внешних нагрузок. В связи с этим рекомендуется защита акватории порта (включая зону торможения судов перед разворотным кругом) с помощью ледозащитных сооружений (ЛЗС). Необходимо учитывать, что, практически ни при каких приемлемых вариантах компоновки, самоочищение акватории порта от битого льда происходить не будет. В данной ситуации сталкиваются два противоположенных требования к бассейну - открытость акватории для свободного выхода льда и ее закрытость для защиты от воздействия льда.
На внешней границе ЛЗС и у точечных объектов (ОТОМ, ПОМ) при дрейфе льда и его торошении перед препятствием могут возникать навалы и стамухи, что способствует блокированию объектов с одной или нескольких сторон. Если для ЛЗС подобное не критично, то у терминалов и платформ это может вызвать угрозу частичной потери функциональности (например, при невозможности проведения грузовых операций и эвакуации персонала). Для снижения подобных рисков необходимо оптимизировать геометрию объектов (выбор обтекаемых форм, подбор наклона стенок и т.д.) и компоновку внутренних устройств и механизмов (расположение кранов, отгрузочных устройств, средств эвакуации).
При рассмотрении вспомогательных объектов дрейф льда опасен в первую очередь для судов в стесненных условиях каналов. Здесь также будет наблюдаться суммарный эффект от воздействия ветра, течений и льда.
Сплоченность и горизонтальные размеры дрейфующего льда
Данные параметры могут усугублять негативный эффект от уже рассмотренных факторов (дрейф льда и др.). Увеличение сплоченности и размеров льдин (при прочих равных) будет сказываться следующим образом:
-
рост вероятности возникновения и масштаб торошений у препятствий (терминалов, ЛЗС и др.);
-
увеличение риска образования навала в зоне выхода трубопроводов на берег;
-
увеличение воздействия на судно в канале;
-
уменьшение площади разводий в ветровой (дрейфовой) тени объектов, где создаются благоприятные условия для временной стоянки судна или грузовых операций.
При малой сплоченности (1-3 балла) проявляться влияние ветрового волнения, которое может спровоцировать ударные нагрузки от битого льда. Влияние зыби может проявляться при еще большей сплоченности льда и вызывать аналогичные последствия.
Дробление льда вспомогательным флотом будет снижать нагрузки от дрейфующего льда на сооружения и суда.
Характер ледяного покрова (неподвижный, дрейфующий)
Ледяной покров делится на подвижный (дрейфующий) и неподвижный (припай). Влияние дрейфующего льда было рассмотрено выше.
Наличие припая, образующегося у кромки объекта, исключает (на время) негативное влияние от подвижного льда, но с другой стороны накладывает свои ограничения. Припай вокруг объекта демпфирует воздействие на него дрейфующего льда, но при этом создаются дополнительные нагрузки от сплошного ледяного покрова: вертикальные - при колебаниях уровня моря, горизонтальные – при термических расширениях. Второе особенно актуально для закрытых акваторий портов. Необходимо помнить, что после взлома припая объекты окажутся под воздействием дрейфующего льда с соответствующими последствиями, описанными выше.
Для прохода судов в неподвижном льду от кромки припая к объектам инфраструктуры требуется прокладка ледового канала. В нем в зависимости от внешних условий (температура воздуха, интенсивность трафика и др.) будет накапливаться раздробленный лед (ледяная каша). Накопление каши происходит значительно быстрее роста толщины ровного льда вокруг, причем не только по ширине канала, но и в районе его кромок, образуя искусственные торосы в буферной зоне. Важным моментом, в данном случае, является отсутствие размыва скоплений ледяной каши под припаем в естественных условиях, т.е. даже наличие течений не может существенно снизить скорость накопления дробленого льда. При избытке ледяной каши суда не смогут ее преодолеть и потребуется прокладка нового ледового канала. Поэтому в арктических условиях Ширину ворот порта, подходных и удаленных каналов необходимо рассчитывать, принимая во внимание количество возможных ледовых каналов (с учетом ширины судна и буферных зон).
Наличие возможности образования и накопления ледяной каши
Как указано выше, при судоходстве в припайном льду происходит образование и накопление ледяной каши. Особенно быстро развивается этот процесс в зонах существенного расширения ледового канала (разворотный круг, разветвления каналов и др.), где происходит хаотичный взлом льда. Системы снижения количества ледяной каши (термические и механические) для суровых полярных условий только разрабатываются. Поскольку объем накопления каши зависит (кроме природных факторов) от площади взлома льда и частоты проходов судов, то при проектировании портов следует минимизировать эти показатели, плотнее размещая ключевые объекты и по-возможности исключая непроизводительные перемещения основного и вспомогательного флота.
Ледяные образования (торосы, стамухи, навалы)
Частично этот фактор был рассмотрен выше при анализе дрейфа льда, его сплоченности и размеров, прокладке ледовых каналов в припае. Дополнительно следует упомянуть возможность частичной блокировки терминалов и платформ не при местном торошении льда, а вследствие появления дрейфующих ледяных образований извне.
Необходимо учитывать, что при разрушении льда дрейфующими могут стать даже большие стамухи, размеры которых существенно превышают обычные торосы. Для портов и подходных каналов, при их расположении в зоне распространения неподвижных льдов, может представлять угрозу дрейф искусственных торосов с бровок старых ледовых каналов при разрушении припая. Кили дрейфующих торосов опасны при экзарации дна для подводных коммуникаций и кромок подходных каналов.
Литодинамический комплекс
Существенное влияние на динамику наносов оказывают в первую очередь искусственные прорези на дне (каналы, дноуглубления в порту и т.д.). При строительстве терминалов и платформ естественные условия изменяются относительно не значительно, а стандартная защитная берма предусматривается сразу. Дноуглубление, характерное для каналов и портов, создает искусственные ловушки для наносов. Следовательно, минимизация дноуглубления (по площади и глубине) сократит не только строительные, но и эксплутационные затраты. Вторым источником дополнительных наносов являются реки, которые (в полярной зоне) в период половодья способны выносить до 90 % объема годового твердого стока. Отделение акватории порта от устья реки сократит заносимость. Размыву способствуют слабые грунты и сильные придонные течения. Первое может быть скорректировано (в лучшую или худшую сторону) при дноуглублении, риск второго возрастает при интенсивной работе судовых винтов и создании локальных сужений, усиливающих естественные потоки.
Из-за плохой предсказуемости развития природных процессов в вечной мерзлоте, следует минимизировать любое воздействие на нее. Оптимальным может быть разумное сокращение дноуглубления и вдольбереговой линии порта.
Экзарация дна ледяными образованиями была рассмотрена выше.
Рассмотрим некоторые примеры учета гидрометеорологических параметров на основе открытой информации по уже существующим объектам в Российской Арктике.
Наиболее оптимизированы из уже действующих объектов, по всей видимости, грузовые терминалы: Варандейский и «Ворота Арктики». Они компактны, обтекаемы, имеют поворотный узел отгрузки. Работают: первый с 2008 г., второй с 2016 г. Значительных нареканий по их работе, с точки зрения учета гидрометеорологических условий, замечено не было. Однако для терминала «Ворот Арктики», расположенном в припайной зоне Обской губы в будущем (с увеличением судового трафика и при более суровых зимних условиях) возможны проблемы, связанные с накоплением ледяной каши, как в зоне ледового канала, так и непосредственно у терминала.
По МЛСП «Приразломная» уже отмечались некоторые проблемы из-за навалов льда вокруг корпуса. Согласно сообщениям в СМИ [8-10] они преодолеваются, но одной из причин возникновения навалов является квадратная плохообтекаемая форма платформы.
Проект порта Сабетта в Обской губе изначально не предусматривал серьезной ледозащиты. Однако в последующем он был пересмотрен и сейчас в число основных объектов порта входят: технологическая эстакада завода СПГ, два причала для отгрузки СПГ и ледозащитные сооружения.
Морской канал на баре Обской губы и подходной к п. Сабетта. Проблемы с проводкой судов из-за большой динамичности дрейфующего льда уже отмечались судоводителями. Предполагается создание системы мониторинга и управления ледовой обстановкой в северной части Обской губы, которая должна скорректировать проблему.
Выводы
Рекомендации по компоновке отгрузочных терминалов и платформ схожи, из-за значительной однотипности влияния гидрометеорологических параметров, и сводится к следующему:
-
использование обтекаемых форм, наклонных поверхностей, защитных дефлекторов;
-
использование поворотного узла отгрузки;
-
расположение кранов, отгрузочных устройств, средств эвакуации с учетом возможной блокировки внешнего периметра объекта ледяными образованиями;
-
минимизация примороженного льда (припая) механическими или иными методами;
Рекомендации для портов:
-
защита акватории порта (включая зону торможения судов) с помощью многофункциональных защитных сооружений (от волнения, течений и дрейфующего льда);
-
если необходимо регулирование очищения акватории порта от битого льда и каши, то требуется создание специализированных систем, т.к. создать систему самоочищения порта ото льда практически не возможно;
-
минимизация площади акватории порта и протяженности ее береговой границы;
-
оптимизация ширины ворот порта (достаточность по судовому трафику с учетом ледовых каналов и минимизация для повышения защиты акватории от внешних факторов);
-
минимизация площади взлома льда (операционной зоны) и частоты проходов судов для чего необходимо плотнее размещать ключевые объекты и исключать непроизводительные перемещения основного и вспомогательного флота;
-
минимизация дноуглубления и воздействия на вечную мерзлоту;
-
отделение акватории порта от устьев рек;
Рекомендации для каналов и подводных коммуникаций:
-
рассчитывать ширину каналов с учетом снижения управляемости судов, влияния волнения и возможных одновременных ударных нагрузок от льда, сноса под воздействием комплекса ветер-течения-дрейфующий лед и необходимого количества ледовых каналов при наличии припая;
-
учитывать разрушающее воздействие килей естественных и искусственных ледяных образований на бровки каналов и подводные коммуникации;
-
минимизировать дноуглублений для снижения заносимости и воздействия на ММГ.
Для всех объектов необходимо создание системы управление ледовой обстановкой.
Литература
1. http://rosinvest.com/novosti/1289203
2. http://neftianka.ru/novatek-privlekaet-linde-technip-i-nipigaz-v-proekt-arktik-spg-2/
4. СП 11-114-2004 «Инженерные изыскания на континентальном шельфе для строительства морских нефтегазопромысловых сооружений», М, Госстрой РФ, 2004, 91 с.
5. СП 38.13330.2012 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82*, М, Госстрой РФ, 2012, 116 с.
6. JIaппo Д. Д., Стрекалов С. С., Завьялов В. К. Нагрузки и воздейст вия ветровых волн на гидротехнические сооружения. Теория. Инженерные методы. Расчеты. — Л.: Изд. ВНИИГ, 1990. — 432 с
7. Крылов Ю. М. и др. Ветер, волны и морские порты. — Л.: Гидроме теоиздат, 1986. — 264 с.
8. Новости ФГУП КГНЦ «Две недели на Приразломной: уникальное решение для борьбы с ледяными образованиями» (http://krylov-center.ru/rus/news/?ELEMENT_ID=628)
9. Электронное издание KORABEL.RU, Пресс-релизы. 11:31 25.04.2016, «Две недели на Приразломной: уникальное решение для борьбы с ледяными образованиями» (https://www.korabel.ru/news/comments/dve_nedeli_na_prirazlomnoy_unikalnoe_reshenie_dlya_borby_s_ledy...)
