Компьютерная оценка воздействия на окружающую среду магистральных трубопроводов

КОМПЬЮТЕРНАЯ ОЦЕНКА

ВОЗДЕЙСТВИЯ 

НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ 

МАГИСТРАЛЬНЫХ 
ТРУБОПРОВОДОВ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва

ИНФРА-М

2020

В.П. МЕШАЛКИН
О.Б. БУТУСОВ

Допущено 

учебно-методическим объединением вузов 

Российской Федерации по образованию в области 

химической технологии и биотехнологии

в качестве учебного пособия для студентов,

обучающихся по направлению подготовки 

18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы

химической технологии, нефтехимии 

и биотехнологии»

V.P. MESHALKIN
O.B. BUTUSOV

COMPUTERIZED 
ENVIRONMENTAL IMPACT
ASSESSMENT 
FROM MAIN PIPELINES 

MOSCOW
INFRA-M

Мешалкин В.П.

Компьютерная оценка воздействия на окружающую среду маги
стральных трубопроводов : учеб. пособие / В.П. Мешалкин, О.Б. Бутусов. — М. : ИНФРА-М, 2020. — 449 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-16-012163-5 (print)
ISBN 978-5-16-104978-5 (online)

Изложены основные концепции, математические модели и методы компьютерной 

оценки и прогнозирования воздействия магистральных трубопроводов и предприятий 
нефтегазовой промышленности на окружающую среду, в том числе на лесные массивы.

Подробно описаны современные компьютерные методы обработки и распознава
ния аэрокосмических изображений с использованием методов фрактально-статистического, текстурного, вейвлет- и нейросетевого анализа, а также методологии космического мониторинга и математического моделирования зон лесных пожаров в районе 
аварий на газо- и нефтепроводах.

Рассмотрены процессы и явления, сопровождающие распространение химиче
ских загрязнений атмосферного воздуха при повреждении трубопроводов, проанализированы прикладные математические модели распространения загрязнений в атмосфере, выявлены их достоинства и недостатки. 

Описаны архитектура и программно-информационное обеспечение систем авто
матизированного мониторинга атмосферного воздуха и систем поддержки принятия 
управленческих решений при выбросах вредных веществ в авариях на магистральных 
трубопроводах; методологические основы оценки экологического риска от магистральных трубопроводов. Подробно изложены принципы управления рисками и предупреждения чрезвычайных ситуаций на объектах химической промышленности.

Описаны архитектура и принципы разработки интеллектуального обеспечения ги
бридных экспертных систем ситуационного управления магистральными газо- и нефтепроводами.

Учебное пособие предназначено для студентов химико-технологических и инже
нерно-экологических специальностей университетов и может быть полезно преподавателям университетов, магистрантам, аспирантам, слушателям бизнес-школ, научным 
сотрудникам и предпринимателям, занимающимся проблемами повышения экономической эффективности промышленных предприятий и систем магистрального трубопроводного транспорта, а также проблемами охраны окружающей среды.

УДК 004(075.8)
ББК 32.973я73

М41

Подписано в печать 17.06.2019. 

Формат 60×90/16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Гарнитура Times. 

Усл. печ. л. 28,06. ППТ12. Заказ № 00000

ТК 122850-1039228-260809

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»

127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1

Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

E-mail: books@infra-m.ru        http://www.infra-m.ru

ISBN 978-5-16-012163-5 (print)
ISBN 978-5-16-104978-5 (online)
© Мешалкин В.П., Бутусов О.Б., 2010

Р е ц е н з е н т ы:
Бузник Вячеслав Михайлович, академик; 
Самсонов Роман Олегович, д-р техн. наук, генеральный директор ВНИИГаз

УДК 004(075.8)
ББК 32.973я73
 
М41

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»

127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1

Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

V.P.Meshalkin, O.B.Butusov 
Computerized environmental impact assessment from main pipelines

ANNOTATION

The conception, theoretical and methodological foundations of ecological analysis 
and prediction of gas and oil pipelines emergency impacts on forests are presented 
in this textbook. 
The foundations of the contemporary computer-aided remote techniques, including 
fractal, texture and artificial neuron nets analysis and also mathematical modeling 
and remote sensing of gas and oil pipelines emergency forest fires are set out in understandable for student level and plain words. 
Theoretical topics are clearly explained by practical examples. Algorithms and computer information system architectures are explained by detailed descriptions. It 
helps readers to use the acquired knowledge, methods, algorithms and codes in their 
practical work. 
This textbook is intended first of all for chemical engineering and ecological engineering students. But it might be also useful for university teachers, undergraduate 
and post-graduate students, business school students, researchers, and businessmen 
dealing with economic efficiency of industrial enterprises and mainpipelines systems, also environmental protection. 

…………………………………………………….. 13 
………………………………………………………………. 17 
…………………………………………………………………... 23 
…………………………………………... 31 
1. …………………………... 34
1. -………………………………………………………………………. 34
1.1. 34 
1.2. -……………… 42 
1.3. ………………………………... 57 
1.4. ……………. 62 
1.5. -……………………………………………………………………... 66 
1.6. ……………………………………………… 70 
2. ……………………………………………………………
75
2.1. ………………….. 75 
2.2. -……………………………………………………………… 94 
2.2.1. ………………………………………………. 94 
2.2.2. -……………………………………………………. 102 
2.2.3. ……………………………….. 
109 
2.2.4. 5

- ……………………………………………….
128
2.2.5. - …………………………………………………... 133 
2.3. …………………………… 135 
3. ………………………………………………..
154
3.1. ………………………………………………………………. 
154 
3.2. ……………………………………………………………… 165 
3.3. ……………………….. 173 
3.4. ………………………….. 177 
3.5. …………………………………………………… 183 
4. --……………………...
194
4.1. "-" …………….. 
194 
4.2. ………… 200 
4.3. --………………………………………………………………………… 211 
4.4. -…………………. 222 
4.5. -…………………. 233 
1……………………………………….. 246

6

2. -…………..
250
5. ………………………………………………………………..
250
5.1. ……………………………………. 250 
5.2. …………………………………………………..
258
5.3. ……………………………………………………………... 
270 
5.4. 290 
6. -………………………………………………
315
6.1. ………………………………………………... 315 
6.2. -…………………………………………………………….
320
6.3. ………………………………………. 333 
2………………………………………. 
351
3. ……………………………………………………….
352
7. ………………………………………
352
7.1. ……………………………………………….. 
352 
7.2. …………………………………………………………… 358 

7.3. -…………………………………………………………… 364 

7

7.4. ……………………………………………………… 
372 
7.5. ….. 
378 
7.6. --…………………………………... 382 
7.7. ………………………………………. 387 
8. ……………………………………. 393
8.1. ………………………… 393 
8.2. 401 
8.3. ……………………………………………………………… 408 
3……………… 
…………………
418
-………………………..
419
-…………………...
432

8

CONTENT

Book presentation 
13
Foreword 
17 
Introduction 
23 
Abbreviations 
31 

Part 1. Mathematical and computerized methods of forest regions impact 
assessment from main pipelines
34

Chapter 1. Analysis of forest impact from oil and gas mining and 
transportation processes 
34
1.1. Forests as main ecological systems of environment 
34
1.2. Oil and gas enterprises and forest ecosystems as complicated industrial-nature systems 
42
1.3. Classification of environmental impact assessment from oil and gas 
enterprises 
57 
1.4. Dangerous states of main pipelines system analysis as mathematical 
simulation subjects 
62
1.5. Remote control of forest stock impact assessment from oil and gas 
exploration and mining processes 
66
1.6. Topics and idices of forest impact assessment from main pipelines 
70 

Chapter 2. Aerospace remote controll mathematical techniques of forest 
impact from emergency main pipelines
75
2.1. The classical methods and instruments of aerospace images of forest impact on main pipelines emergency 
75
2.2. Recognitions remote-computerized modern methods of forest impact from main pipelines emergency 
94
2.2.1. Modern computerized methods of aerospace image processing 
94 
2.2.2. Fractal and statistical analysis techniques of aerospace photography patterns 
102
2.2.3. Texture and wavelet analysis techniques of aerospace photography patterns processing 
109
2.2.4. Neural network techniques of aerospace photography patterns 
recognitions for analysis of forest impact from main pipelines emergency
128
2.2.5. Fuzzy-set remote analysis techniques of forest impact from 
main pipelines emergency 
133

9

2.3. Space monitoring and mathematical simulation of forest fires in the 
region of gas pipelines emergency 
135

Chapter 3. Mathematical and computerized simulation of environmental 
impact from main pipelines emergency releases
154
3.1. Soils pollution simulation in the region of oil spills 
154
3.2. Atmosphere diffusion computerized simulation of gas pipelines 
emergency releases 
165
3.3. Damaged pipeline gas flow simulation 
173
3.4. Mathematical and computerized simulation of the emergency gas 
clouds turbulent air transport 
177
3.5. Mathematical and computerized simulation of the emergency gas 
clouds air transport over complex terrain in the region of gas pipeline 
emergency 
183 

Chapter 4. Linguistic and fuzzy-logical methods for remote and computerized assessment of forest stock impact from main pipelines emergency
194
4.1. Forest ecosystem exposure-response theory as integral forest estimate from technogenic emergency 
194
4.2. Linguistic agglomerative algorithms near oil spills forests ecological zoning 
200
4.3. Fuzzy-logical algorithms of remote and computerized analysis of 
forest ecosystem degradation under oil pipelines emergency spills impact 
211 
4.4. Fuzzy interval model of forest near oil spills recovery 
222
4.5. Probabilistic-statistical model of burned forest places recovery after 
gas pipelines emergency fires 
233

References to part 1 
246

Part 2 Applied mathematical models of atmosphere pollutions diffusion 
and computerized-information environmental monitoring and management systems under main pipelines emergency
250

Chapter 5. Mathematical models for harmful substances atmosphere diffusion under main pipelines emergency
250
5.1. General characteristic of mathematical models for harmful substances atmosphere diffusion 
250

10

5.2. Analysis of processes and phenomena under atmosphere pollutions 
diffusion
258
5.3. Applied mathematical models of atmosphere pollutions diffusion 
270 
5.4. Gauss models of atmosphere pollutions diffusion 
290 

Chapter 6. omputerized-information environmental monitoring and 
management systems under main pipelines emergency accompanied by 
chemical harmful substances releases
315
6.1. General characteristic of program system for atmosphere pollutions 
diffusion forecasting 
315
6.2. omputerized-information system of managerial decision making 
support under main pipelines emergency accompanied by chemical 
harmful substances releases
320
6.3. Computer-aided atmosphere pollutions monitoring system in industrial region 
333

References to part 2 
351

Part 3. The basic concepts and situational management intelligence systems of oil gas petrochemical industry objects in risk conditions
352

Chapter 7. The Risk management methodology and extreme situations 
prevention at oil gas and petrochemical industry objects
352
7.1. Risk tips and extreme situations at oil gas and petrochemical industry objects 
352
7.2. The system analysis of hazards and extreme situations forecasting 
358 
7.3. The scientifically-proved decisions development technique on mancaused risk reduction and the extreme situations prevention 
364
7.4. Risk assessment and management methodology from technical systems impacts 
372
7.5. The environmental risk management strategy and procedure 
378 
7.6. 
Organizational-economic 
risks 
management 
Heuristiccomputational procedure 
382
7.7. A social risks computational assessment methods at hazard on the 
main pipelines 
387

Chapter 8. The main pipelines computer-aided situational management 
393 
8.1. The main gas pipelines situational management intellectual computer-aided system 
393

11