АКУСТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2015, том 61, № 5, с. 605-613
АКУСТИКА ОКЕАНА. ^^^^^^^^^^^^ ГИДРОАКУСТИКА
УДК 534.232
ОЦЕНКИ АКУСТИЧЕСКИХ ШУМОВ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМИ СУДАМИ, РАБОТАЮЩИМИ С НЕФТЕДОБЫВАЮЩИМИ ПЛАТФОРМАМИ
© 2015 г. А. Н. Рутенко, В. Г. Ущиповский
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН 690041 Владивосток, ул. Балтийская 43 E-mail: rutenko@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 13.10.2014 г.
Приводятся результаты пространственных измерений акустических шумов, генерируемых буксирами двух типов во время их движения около платформы "Моликпак" и в режиме динамического позиционирования во время работы с платформой "ПА-Б". По результатам этих измерений с помощью моделирования и предварительных исследований функции потерь, проведенных на акустических профилях, простирающихся от платформ в прибрежный Пильтунский район летне-осеннего нагула серых китов, построены спектры эквивалентных точечных источников, которые позволяют построить 1/3-октавные спектры антропогенных шумов в любой точке на заданном профиле и оценить значение их уровня в заданной полосе частот с точностью до 2 дБ. Натурные измерения показали, что в режиме динамического позиционирования буксиры шумят примерно на 10 дБ больше, чем во время движения, причем буксир дизель-электроход в обоих режимах шумит примерно на 5 дБ меньше буксира с дизельным движителем.
Ключевые слова: акустические шумы, генерируемые судами на шельфе, построение эквивалентного точечного источника шума, экспериментальные и теоретические исследования распространения звука на шельфе.
DOI: 10.7868/S0320791915040103
ВВЕДЕНИЕ
Для освоения углеводородного Пильтун-Астох-ского месторождения, расположенного на северо-восточном шельфе о. Сахалин, компания "Сахалин Энерджи Инвестмент Компании Лтд." установила в море две платформы: "Моликпак" и "ПА-Б". На рис. 1 видно, что они удалены на 8— 10 км от 20-метровой изобаты, являющейся восточной границей прибрежного Пильтунского района летне-осеннего нагула западной (охотско-корейской) популяции серых китов, занесенных в "Красную книгу РФ" [1—3]. Поэтому при разработке данного месторождения особое внимание уделяется контролю уровней антропогенных акустических шумов, формируемых в районе производственной деятельностью компаний [4—6].
Многолетние наблюдения за распределением серых китов в этом районе [2, 3] показали, что киты кормятся на глубинах 6—15 метров. Следовательно, результаты ежегодных акустических измерений, проводимых с помощью автономных подводных акустических регистраторов (АПАР) [7], устанавливаемых в точках, показанных на рис. 1, характеризуют вариации уровней фоновых и антропогенных шумов на восточной границе и внутри
прибрежного Пильтунского района кормления серых китов.
Необходимо отметить, что в данном районе шельфа Охотского моря в период 2005—2010 гг. с борта научно-исследовательских судов "Профессор Богоров" и "Академик Опарин" в комплексных биолого-акустических экспедициях, организуемых ТОИ ДВО РАН и ИБМ ДВО РАН при финансовой поддержке компаниями "Эксон Нефтегаз Лими-тед" и "Сахалин Энерджи Инвестмент Компании Лтд.", проводились гидрологические и батиметрические измерения, а также специальные исследования потерь при распространении звука вдоль акустических профилей, простирающихся от места установки потенциального источника антропогенных шумов в традиционные районы кормления серых китов. Эти данные позволили построить адекватные экспериментальным данным теоретические модели, которые делают возможным в пределах изученного района предсказывать уровни шумов, формируемых известными источниками с заданным расположением [8—10].
Акустические измерения, проводимые в точках мониторинга ПА-Б-20 и Моликпак, показали, что уровни антропогенных шумов от механизмов и устройств, работающих на соответствующих
Рис. 1. Карта района с указанием точек расположений газо-нефтедобывающих платформ "ПА-Б", "Моликпак", трека на котором проводились измерения шумов от движущегося судна, точек ежегодного акустического мониторинга (отмечены звездочками): ПА-Б-20, ПА-Б-10, Моликпак и двух точек, расположенных около платформ — П-0.5 и М-1.0.
платформах, значительно ниже, чем от обслуживающих их судов. Поэтому в 2013 г. были проведены специальные пространственные акустические измерения спектров акустических шумов, формируемых в данной акватории буксирами разного типа в режиме равномерного движения возле платформы "Моликпак" и в режиме динамического позиционирования возле платформы "ПА-Б". Ниже приводятся результаты этих натурных и модельных исследований.
АППАРАТУРА И МЕТОДИКА
Стационарные измерения у дна вариаций акустического давления в частотном диапазоне 2— 15000 Гц проводились с помощью гидрофона типа Ги-50, установленного на резиновых амортизаторах в пирамидке, изготовленной из стального прутка. В точках ежегодного акустического мониторинга измерения проводились с помощью АПАР [7], а возле платформ (см. рис. 1, точки П-0.5 и М-1.0) — с помощью мини-АПАР, отличающегося от АПАР только временем автономной работы 6 сут, тогда как у АПАР автономность 52 сут.
Для теоретических расчетов распространения тональных сигналов использовали адаптирован-
ную программу RAMS [11], основанную на решении широкоугольных параболических уравнений [12], полученных из стационарных уравнений Ламе в цилиндрических координатах. Эта программа позволяет учитывать упругие свойства пород, слагающих дно.
Гидрологические измерения, включая измерения скорости звука в воде, были проведены с помощью автономного комбинированного зонда MIDAS CTD +500 производства компании Valeport Limited, Англия. При построении модельных геоакустических волноводов, соответствующих трассам распространения звука, использовались батиметрические данные из базы данных ТОИ ДВО РАН. Также применялись распределения акустических параметров пород, слагающих дно, полученные в результате специальных натурных и теоретических исследований. Они были получены на акустических профилях — TLP (несколько стационарных точек приема и много квазистационарных точек излучения), близких к трасе распространения шумов, генерируемых судном, до точек приема.
При численном моделировании акустического поля, формируемого точечным тональным источником в заданном двухмерном геоакустическом волноводе, известно распределение поля скорости звука в водном слое C(z, r) и профиль дна, которые были специально измерены во время эксперимента с судном. Распределение основных акустических параметров в дне было взято из результатов экспериментально-теоретических исследований, проведенных в 2006 г. на акустическом профиле, близком к акустической трассе "Моликпак"— Моликпак, показанной на рис. 1.
С 2004 г. в ежегодных биолого-акустических экспедициях проводится контроль уровней антропогенных шумов, формируемых в прибрежном Пильтунском районе кормления серых китов производственной деятельностью платформ "Моликпак" и "ПА-Б", показанных на рис. 1. Акустический мониторинг, в сочетании с наблюдениями за физическим состоянием серых китов с помощью методов фотоидентификации [13], внутрисезон-ным их распределением [3] и кормовой базой [14], дает необходимую информацию об условиях существования данной популяции в этом важном районе ее кормления.
В течение нескольких лет в этих экспедициях проводились специальные исследования затухания при распространении звука вдоль акустических профилей, простирающихся от места установки потенциального источника антропогенных шумов в данный район нагула китов. Для измерения потерь при распространении звука с частотами 15—15000 Гц применялись частотно-модулированные и тональные сигналы, которые генерировались широкополосным излучателем пьезокерамического типа и резонансным излуча-
телем электромагнитного типа, работающим в нелинейном режиме с излучением интенсивных гармоник, кратных резонансной частоте [15]. В результате обработки были получены файлы, соответствующие определенным точкам излучения и приема, а также заданному в расписании режиму излучения. В этих файлах указывались значения частот и значения измеренного с помощью гидрофона АПАР, установленного в 25 см от дна, уровня спектральной плотности мощности 01м(/) акустических сигналов, измеренных на этих частотах на расстоянии 1 м от излучателя, и Ог (/) — на расстоянии г от излучателя. Затем эти таблицы объединялись в общий массив, и значения
TLexp(f, r) = 10 lg
( Gr (f )Ч
для уменьшения влия-
v G1Mf);
ния пространственной и частотной интерференции усреднялись в 1/3-октавных частотных диапазонах. Далее значения эмпирической функции потерь TLexp(f, r) сравнивались со значениями модельной функции потерь TLmod(f, r), полученной с помощью метода широкоугольного параболического уравнения для некоторых наборов параметров слоистого морского дна, с помощью их вариаций достигалось наилучшее согласие модельных значений с экспериментальными, и этот набор параметров в дальнейшем использовался в модельном геоакустическом волноводе.
В данной работе для анализа были выбраны результаты акустических измерений, проведенных для буксиров "Smit Sakhalin" и "Pacific Endurance" с подобными характеристиками, но второй буксир является дизель-электроходом. Его два гребных винта вращаются электродвигателями, и поэтому у него нет длинных гребных валов, вызывающих вибрации корпуса судна. Для построения спектра антропогенных шумов, генерируемых буксиром при движении около платформы в типовом режиме, был определен трек, показанный на рис. 1 и ориентированный перпендикулярно акустической трассе М-1.0 "Моликпак", пересекающий ее на расстоянии 600 м от точки акустических измерений М-1.0. Во время измерений судно проходило по этому треку, затем разворачивалось на 180° и проходило трек еще раз. Таким образом мы получали оценки спектров, формируемые на траверзе правого и левого борта. Конечной целью этих измерений было построение эквивалентного 1/3-октавного спектра точечного источника, расположенного на глубине 6 м в точке пересечения треком акустической трассы "М-1.0 Моликпак". Поскольку во время движения судна в точке Моликпак с помощью АПАР были прове
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.