Supercomputer Simulation of Oil Spills in the Azov Sea

Исследование микробиологической деструкции нефтяных загрязнений в мелководном водоеме с учетом фракционного состава нефти, а также гидродинамических и химико-биологических свойств воды проводилось на многопроцессорной вычислительной системе с распределенной памятью. Предложен комплекс взаимосвязанных прецизионных моделей для моделирования динамики микробиологической деградации углеводородов в Азовском море. Для дискретизации моделей использовались схемы расщепления по пространству с учетом частичной заполненности ячеек расчетной области, благодаря чему точность вычислений была значительно повышена, а время выполнения расчетов сократилось. На супер-ЭВМ разработано экспериментальное программное обеспечение, предназначенное для прогнозного моделирования экологической ситуации в мелководном водоеме при нефтяном и других загрязнениях при природных и индустриальных вызовах.

Ключевые слова

нефтяное загрязнение; биодеградация нефтяных углеводородов; мелководный водоем; математическая модель; алгоритм; супер-ЭВМ.

Литература

1. Дембицкий, С.И. Математическое моделирование и анализ биологической деструкции нефти при разных способах внесения биопрепаратов / С.И. Дембицкий, М.Х. Уртенов, М.В. Шарпан // Экологические системы и приборы. - 2007. - № 11. - С. 48-51.
2. Perevaryukha, A.Yu. Uncertainty of Asymptotic Dynamics in Bioresource Management Simulation / A.Yu. Perevaryukha // Journal of Computer and Systems Sciences International. - 2011. - V. 50, № 3. - P. 491-498.
3. Chetverushkin, B.N. Resolution Limits of Continuous Media Models and Their Mathematical Formulations / B.N. Chetverushkin // Mathematical Models and Computer Simulations. - 2013. - V. 5, № 3. - P. 266-279.
4. Shiahn-wern Shyue. Oil Spill Modeling Using 3D Cellular Automata for Coastal Waters / Shiahn-wern Shyue, Hung-chun Sung, Yung-fang Chiu // Procceding of 17th International Offshore and Polar Engineering Conference. - 2007. - P. 546-553.
5. Yihdego, Y. Hydrocarbon Assessment and Prediction Due to the Gulf War Oil Disaster, North Kuwait / Y. Yihdego, R.A. Al-Weshah // Water Environment Research. - 2017. - V. 89, № 6. - P. 484-499.
6. Чистяков, А.Е. Дифференциально-игровая модель предотвращения заморов в мелководных водоемах / А.Е. Чистяков, А.В. Никитина, Г.А. Угольницкий и др. // Управление большими системами. - 2015. - № 55. - С. 343-361.
7. Johansen, O. Dispersion of Oil from Drifting Slicks / O. Johansen // Spill Technology Newsletter. - 1982. - P. 134-149.
8. Mackay, D. Oil Spill Processes and Models / D. Mackay, I. Buist, R. Mascarenhas, S. Paterson. - Ottawa, 1980.
9. Чистяков, А.Е. Применение методов интерполяции для восстановления донной поверхности / А.Е. Чистяков, А.А. Семенякина // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2013. - № 4 (141). - С. 21-28.
10. Nikitina, A.V. Optimal Control of Sustainable Development in the Biological Rehabilitation of the Azov Sea / A.V. Nikitina, A.I. Sukhinov, G.A. Ugolnitsky et al. // Mathematical Models and Computer Simulations. - 2017. - V. 9, № 1. - P. 101-107.
11. Белоцерковский, О.М. Турбулентность: новые подходы / О.М. Белоцерковский. - М.: Наука, 2003.
12. Самарский, А.А. Теория разностных схем / А.А. Самарский. - М.: Наука, 1977.
13. Белоцерковский, О.М. Метод расщепления в применении к решению задач динамики вязкой несжимаемой жидкости / О.М. Белоцерковский, В.А. Гущин, В.В. Щенников // Журнал вычислительной математики и математической физики. - 1975. - Т. 15, № 1. - С. 190-200.
14. Абдусамадов, А.С. Растворимость и деструкция нефти в морской воде / А.С. Абдусамадов, А.П. Панарин, А.К. Магомедов и др. // Юг России: экология, развитие. - 2012. - Т. 7, № 1. - С. 165-166.
15. Fay, J.A. Physical Processes in the Spread of Oil on a Water Surface / J.A. Fay // Proceeding of Joint Conference on Prevention and Control of Oil Spills. - 1971. - P. 463-467.
16. Akhmetov, I.V. Information-Analytical System of Chemical Technology Processes Modeling by the Use of Parallel Calculations / I.V. Akhmetov, I.M. Gubaydullin // CEUR Workshop Proceedings of the 4th International Conference on Information Technology and Nanotechnology. - 2018. - P. 139-145.
17. Copeland, G. Current Data Assimilation Modelling for Oil Spill Contingency Planning / G. Copeland, Wee Thiam-Yew // Environmental Modelling and Software. - 2006. - V. 21, № 2. - P. 142-155.
18. Tyutyunov, Yu.V. Prey-Taxis Destabilizes Homogeneous Stationary State in Spatial Gause-Kolmogorov-Type Model for Predator-Prey System / Yu.V. Tyutyunov, L.I. Titova, I.N. Senina // Ecological Complexity. - 2017. - V. 31. - P. 170-180.
19. Портал 'Единая государственная система информации об обстановке в Мировом океане'. - URL: esimo.ru/portal/auth/portal/arm-csmonitor/Settlement-Model+Complex (дата обращения: 17.08.2018).
20. National Oceanic and Atmospheric Administration. - URL: hobitus.com/noaa (дата обращения: 17.08.2018).
21. 'Аналитические ГИС'. - URL: geo.iitp.ru/index.php (дата обращения: 17.08.2018).
22. National Aeronautics and Space Administration (NASA). - URL: nasa.gov (дата обращения: 17.08.2018).
23. ФГБУ 'Научно-исследовательский центр космической гидрометеорологии 'Планета'. - URL: planet.iitp.ru/index1.html (дата обращения: 17.08.2018).
24. Постановление Правительства РФ № 240 от 15.03.2002 'О порядке организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации'.
25. Никитина, А.В. Параллельная реализация модели динамики токсичной водоросли в Азовском море с применением многопоточности в операционной системе Windows / А.В. Никитина, И.С. Семенов // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2013. - № 1 (138). - С. 130-135.
26. Tkalich, P. Vertical Mixing of Oil Droplets by Breaking Waves / P. Tkalich, E.S. Chan // Marine Pollution Bulletin. - 2002. - V. 44, № 11. - P. 152-161.
27. Чистяков, А.Е. Программная реализация двумерной задачи движения воздушной среды / А.Е. Чистяков, Д.С. Хачунц // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2013. - № 4 (141). - С. 15-21.
28. Моделирование аварийных разливов нефти и нефтепродуктов для планирования действий в чрезвычайных ситуациях. - М.: ArcReview, DATA+, 2003.
29. Sukhinov, A.I. Adaptive Modified Alternating Triangular Iterative Method for Solving Grid Equations with a Non-Self-Adjoint Operator / A.I. Sukhinov, A.E. Chistyakov // Mathematical Models and Computer Simulations. - 2012. - V. 4, № 4. - P. 398-409.
30. Gushchin, V.A. A Model of Transport and Transformation of Biogenic Elements in the Coastal System and Its Numerical Implementation / V.A. Gushchin, A.I. Sukhinov, A.V. Nikitina et al. // Computational Mathematics and Mathematical Physics. - 2018. - V. 58, № 8. - P. 1316-1333.
31. Yakushev, E.V. Comprehensive Oceanological Studies of the Sea of Azov During Cruise 28 of R/V Akvanavt (July-August 2001) / E.V. Yakushev, A.I. Sukhinov, Yu.F. Lukashev et al. // Oceanology. - 2003. - V. 43, № 1. - P. 39-47.
32. Сухинов, А.И. Комплекс моделей, явных регуляризованных схем повышенного порядка точности и программ для предсказательного моделирования последствий аварийного разлива нефтепродуктов / А.И. Сухинов, А.В. Никитина, А.А. Семенякина, А.Е. Чистяков // Параллельные вычислительные технологии. - 2016. - T. 1576. - С. 308-319.