Главная Коллекция "Revolution" Экология и охрана природы Методы и технологии экологической оценки и управления природно-техническими системами при проведении операций с нефтью (на примере прибрежной морской зоны Краснодарского края)

Методы и технологии экологической оценки и управления природно-техническими системами при проведении операций с нефтью (на примере прибрежной морской зоны Краснодарского края)

Повышение уровня экологической безопасности в акватории Черного моря Краснодарского края при проведении операций с нефтью. Методы и технологии, улучшающие экологическую оценку и управление природно-техническими системами в прибрежной морской зоне.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 27.12.2017
Размер файла 2,1 M
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

42

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора географических наук

Методы и технологии экологической оценки и управления природно-техническими системами при проведении операций с нефтью (на примере прибрежной морской зоны Краснодарского края).

Специальность: 25.00.36 - Геоэкология

Ярмак Леонид Петрович

Краснодар - 2010

Работа выполнена в Кубанском государственном аграрном университете.

Научные консультанты:

доктор физико-математических наук, профессор Карлин Л.Н.

доктор технических наук, профессор Музалевский А.А.

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Смирнов Н.П.

доктор географических наук, профессор Шилин М.Б.

доктор географических наук, профессор Субетто Д.А.

Ведущая организация: Южное отделение Учреждения Российской академии наук Института океанологии им.П. П. Ширшова РАН.

Защита состоится "11" ноября 2010 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.197.03 при Российском государственном

гидрометеорологическом университете.

Адрес: 195196, Санкт-Петербург, Проспект Металлистов, 3, ауд.406б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета.

Автореферат разослан ___________________ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Бескид П.П.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Анализ результатов многолетних наблюдений за состоянием экологической обстановки в прибрежной зоне Черного и Азовского морей в пределах территории Краснодарского края показал, что нефтяное загрязнение относится к числу наиболее часто регистрируемых техногенных чрезвычайных ситуаций, сопровождающихся значительным ущербом для природных экосистем и некоторых видов хозяйственной деятельности - рыболовства, туризма, курортной сферы и т.д.

По установленным в результате исследований данным в период 1998-2007 годы в прибрежную зону Черного моря в среднем ежегодно поступает около 500 т нефти, в том числе около 38 % - при грузовых операциях на причалах и аварийных разливах, 22 % - в результате сбросов нефти с судов, 17 % - поступает с речными водами, 11% - с промышленными сточными водами, 6 % - из атмосферы, 5 % - с ливневыми водами населенных пунктов, 1,0 % - в результате естественного выхода из недр.

Ежегодно в портах гг. Новороссийск, Туапсе, а также в акватории рейдового перегрузочного комплекса "Таманский" происходит в среднем 9-12 инцидентов, связанных с разливом нефти вод в море. Наиболее крупная техногенная катастрофа, в результате которой в море попало около 4000 тонн мазута, произошла 11 ноября 2007 года в Керченском проливе.

Актуальность проблемы обусловлена следующими тремя основными аспектами:

1) необходимостью повышения эффективности управления охраной морских вод от загрязнения с целью обеспечения выполнения международных и национальных норм и правил по предотвращению загрязнения морской среды в условиях интенсификации проведения операций с нефтью;

2) необходимостью при проведении оценки экологического состояния локальной прибрежной морской экосистемы выбора и анализа оптимального числа параметров, характеризующих общую нагрузку на экосистему, ее устойчивость и отклик на изменение нагрузки;

3) необходимостью совершенствования методов, средств и технологий инструментальной оценки параметров нефтяного загрязнения и установления причинно-следственных связей в процессах его образования;

Актуальность работы подтверждена включением в настоящее время отдельных результатов работы в практическую деятельность природоохранных органов и научно-исследовательских организаций.

Основные положения диссертации базируются на результатах научных исследований, проведенных автором в период 1988-2005 гг при организации экологического контроля за состоянием морской среды, а также в рамках государственных контрактов № 2/4 от 17.04.2006 г. по теме "Проведение исследований состояния экологической обстановки на Азово-Черноморском побережье и курортах края и выработка предложений", №8 от 29 апреля 2008 г по теме: "Оценка состояния экосистем и изменения биологического разнообразия в результате техногенных аварий и катастроф на территории Краснодарского края" (Техногенная авария в Керченском проливе), № 24 - 07/3 от 10 января 2008 г. по теме: "Исследование современного состояния прибрежной акватории Черного моря в районе г. Сочи (от устья р. Псоу до пос. Дагомыс), зонирование территории морского побережья для оценки допустимого антропогенного воздействия на рассматриваемом участке", а также международного проекта по восстановлению экосистемы Черного моря (ПВЭЧМ) UNDP-GEF, регистрационный номер: RER/01/G33/A/1G/31 (июль 2004 - июнь 2007г).

Объекты исследования: прибрежная морская экосистема Черного моря в пределах Краснодарского края, имеющая пространственно-территориальные границы, окружающая природная среда, ее главные компоненты, прибрежная (береговая) зона, пятна пролитой нефти.

Предмет исследования: экологическая безопасность, экологическая обстановка в прибрежной зоне, методы и технологии их оценки, системы, схемы управления природно-техническими системам, алгоритмы действий по предупреждению, управлению ситуацией и ликвидации разливов нефти в прибрежных водах Черного моря Краснодарского края.

Основная идея работы состоит в том, что повышение уровня экологической безопасности в акватории Черного моря Краснодарского края при проведении операций с нефтью может быть обеспечено за счет совершенствования методов оценки экологического состояния прибрежной морской зоны, создания эффективно функционирующей системы управления охраной морских экосистем, а также разработки новых методов и технологий наблюдения, измерения, предупреждения и координации действий по ликвидации нефтяного загрязнения.

Цель работы: разработка принципов и теоретических положений, а также методов и технологий, улучшающих экологическую оценку и управление природно-техническими системами в прибрежной морской зоне и обеспечивающих повышение уровня экологической безопасности в условиях интенсификации проведения операций с нефтью.

Основные задачи исследований:

1. Исследовать процессы и факторы, способствующие загрязнению морской среды при проведении операций с нефтью и разработать концепцию улучшения экологической обстановки в прибрежной морской зоне Краснодарского края;

2. Обосновать основные принципы и механизмы построения и эффективного функционирования системы управления охраной прибрежных морских экосистем от загрязнения и предложить структуру такой системы;

3. Разработать методологию интегральной оценки экологического состояния прибрежных морских экосистем на основе индикаторов, характеризующих общую антропогенную нагрузку на экосистему, ее устойчивость и отклик на изменение нагрузки и реализовать ее на конкретных территориях черноморского побережья Краснодарского края;

экологическая безопасность море нефть

4. Исследовать особенности трансформации нефтяного загрязнения в поверхностном слое морской воды и разработать технологию отбора проб, повышающую уровень репрезентативности проб и точность измерения содержания нефтепродуктов в морской воде;

5. Исследовать факторы, приводящие к изменению идентификационных свойств нефти после ее разлива и разработать технологию подготовки проб нефти, исключающую влияние этих факторов и повышающую точность и достоверность установления причинно-следственных связей в процессах образования нефтяного загрязнения;

6. Разработать методологию и функциональную схему проведения наблюдений, определения масштабов загрязнения и управления ликвидацией последствий разлива нефти в зонах повышенного экологического риска (порты г. г. Новороссийск, Туапсе, нефтяной терминал КТК в Южной Озереевке, рейдовый перегрузочный комплекс РПК "Таманский") и реализовать ее на практике;

7. Исследовать в натурных условиях пространственное распределение нефтяного загрязнения в водной толще прибрежной морской зоны на участке Адлер-Анапа, разработать и реализовать практически схему отбора проб при ведении мониторинга качества морских вод в пределах курортных территорий черноморского побережья Краснодарского края;

8. Реализовать практически с использованием новой технологии отбора и обработки проб загрязненной нефтью воды алгоритм проведения оценки нефтяного загрязнения морской воды в акватории портов Туапсе и Сочи, а также в прибрежной морской зоне в районе Керченского пролива.

Материалы, средства и условия проведения исследований

В качестве исходного материала использованы данные собственных экспедиционных исследований экологического состояния прибрежных морских вод в пределах побережья Краснодарского края, проведенных экспериментов и практических результатов применения разработанных технологий, методов и средств. Проанализированы многочисленные опубликованные и фондовые материалы по исследуемой проблеме.

При проведении исследований использовались: самолет Л-410, вертолеты МИ-2, МИ-8, научные суда, танкеры водоизмещением до 100 тыс. тонн, патрульные катера, лодки, аттестованное лабораторное оборудование.

Научно-теоретическую основу исследований составили:

результаты аэровизуальных наблюдений и гидрохимического мониторинга прибрежных морских вод Черного моря в пределах Краснодарского края.

теоретические основы управления сложными природно-техническими системами (Dalmahn G., Реймерс Н.Ф., Александров А.Г., Акимова Т.А., Карлин Л.Н., Музалевский А.А., Коновалов С.М., Котова Л.А., Смирнов Н.П., Семенов А.Д., Субетто Д.А. Осипов Ю.Б., Шилин М.Б., Красилов В. А.);

закономерности распространения и деградации нефтяного загрязнения в морской среде (Fay I., Garrett W., Goldberg E., Desideri P., Berringe S., Альтман Э.Н., Безбородов А.А., Михайлов В.И., Орлова И.Г., Нельсон - Смит А., Семенов А.Д., Подплетная Н.Ф. Русанов В.П., Каплин В. Т.);

теоретические основы организации экологического мониторинга морских экосистем (Gitelson A., Stark R., Израэль Ю.А., Виноградов В.И., Патин С.А., Симонов А.И., Михайлов В.И., Новоселова О.А., Новиков Ю.В., Цветков Г.М. Кисляков Ю. Я.);

теоретические основы оценки антропогенного влияния на экосистему и экологического нормирования (Parker C., Абалаков А.Д., Медведев Ю.О., Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Морозов Н.П., Телентинов В.Е., Максименко Ю.Л., Караушев А.В.);

методы обработки экологической информации (Воробейчик Е.Л., Ципилева Т.А., Мишин А.С., Моисеенкова Т.А., Костина Н.В.);

оптические характеристики загрязненной нефтью водной поверхности (Богородский В.В., Кропоткин Т.Ю., Бузников А.А., Лахтанов Т.А., Кондратьев К.Я.).

Научная новизна и значимость исследования:

ѕ Впервые проведена оценка влияния проведения операций с нефтью на состояние прибрежных морских экосистем и разработана концепция снижения уровня загрязненности морской среды черноморского побережья Краснодарского края.

ѕ Впервые обоснован комплекс требований и определены принципы и механизмы создания эффективных систем управления охраной прибрежных морских экосистем от загрязнения, разработана принципиальная схема структуры управления, реализующая экосистемный и многоцелевой подход в обеспечении устойчивого состояния природно-технических систем, расположенных в прибрежных морской зоне;

ѕ Разработана и реализована практически на территории г Сочи новая методология интегральной оценки экологического состояния морских прибрежных экосистем и определения допустимой нагрузки на основе индикаторов, характеризующих антропогенную нагрузку на экосистему, ее устойчивость и отклик на изменение нагрузки.

ѕ Разработана принципиально новая технология определения концентрации нефтепродуктов в поверхностном слое воды, позволяющая в реальных условиях отбора проб в 2 раза повысить точность измерения масштабов нефтяного загрязнения по сравнению с существующими методами.

ѕ Разработана новая технология предварительной подготовки проб, исключающая влияние внешних факторов на идентификационные свойства нефти и повышающая достоверность установления источника нефтяного загрязнения и причин его возникновения.

ѕ Впервые для зон повышенного экологического риска (порты г. г. Новороссийск, Туапсе, терминал КТК в Южной Озереевке, РПК "Таманский") разработана и практически реализована методология и функциональная схема авианаблюдений, определения масштабов загрязнения и управления ликвидацией последствий разлива нефти, позволяющие минимизировать ущерб, наносимый морской среде.

ѕ Предложен и реализован в период экспедиционных исследований алгоритм оценки загрязнения морской среды прибрежных зон на участке Адлер-Анапа с использованием новых методов и технологий, позволяющий минимизировать затраты на проведение мониторинговых работ и обеспечить достоверность результатов оценки загрязненности морской среды нефтью

ѕ Реализована на конкретных территориях (порты г. г. Сочи, Туапсе, Керченский пролив) новая технология определения уровня и характера распространения нефтяного загрязнения и установления основных причин загрязнения с целью разработки и реализации мер по его ликвидации.

Методы исследования:

Общей методологической основой работы является комплексный экосистемный подход, включающий организацию и проведение экспедиционных исследований и аэровизуальных наблюдений состояния морских прибрежных экосистем, физическое и математическое моделирование распространения нефтяного загрязнения, а также анализ и обобщение опыта работ в области предупреждения и ликвидации разливов нефти, методов, оригинальных алгоритмов и систем охраны морских вод от загрязнения нефтью.

Практическая ценность результатов исследования заключается в следующем:

1. Разработан комплекс мероприятий и рекомендаций по повышению уровня экологической безопасности при проведении операций с нефтью в прибрежной зоне Черного моря.

2. Для информационной поддержки выработки управленческих решений по увеличению объемов перевалки и переработки нефти в прибрежной морской зоне разработана и практически реализована на территории г. Сочи система индикаторов и методология интегральной оценки экологической ситуации в прибрежной морской зоне, позволяющие оценивать общую нагрузку на экосистему, ее устойчивость и отклик на изменение нагрузки.

3. Создана и запущена в режим испытательного функционирования комплексная система управления охраной прибрежных морских экосистем от загрязнения, реализующая экосистемный и многоцелевой подход в решении задач управления природно-техническими системами, находящимися в прибрежной морской зоне

4. Создана новая технология отбора проб морской воды, позволяющая производить отбор проб методом высечки водного столба, включая поверхностный слой, на глубину до 0,5 метров без нарушения его структуры, что повышает точность измерений по сравнению с существующими методами на 60%.

5. Разработана и реализована в практических условиях (порты Новороссийск, Туапсе) технология достоверного выявления источника нефтяного загрязнения путем идентификации проб нефти, что позволяет в целях предотвращения загрязнения морской среды нефтью воздействовать непосредственно на источник загрязнения.

6. Разработаны и утверждены федеральными природоохранными органами для практического применения методические рекомендации, включающие разработанные технологии оценки масштабов нефтяного загрязнения и установления источника загрязнения.

7. Практически реализована комплексная система наблюдения, измерения и управления ликвидацией последствий разлива нефти в зонах повышенного риска (порты Новороссийск, Туапсе, РПК "Таманский", терминал КТК в Южной Озереевке), позволяющая с требуемой точностью и оперативно определять масштабы нефтяного загрязнения, прогнозировать характер его распространения и координировать действия по организации сбора разлитой нефти.

8. Разработана и реализована система мониторинга качества морских вод в районе курортных территорий на участке Адлер-Анапа, получены новые сведения о динамике загрязненности морской воды нефтью за период 2006-2008 годы, разработан для департамента по курортам и туризму Краснодарского края план первоочередных мероприятий по восстановлению качества морской среды в прибрежных зонах, подверженных загрязнению.

9. Реализована практически технология проведения исследований по оценке нефтяного загрязнения морской воды в акватории портов Туапсе и Сочи, а также в прибрежной морской зоне в районе Керченского пролива, получены новые данные о характере и источниках загрязнения морской среды нефтью, для департамента по чрезвычайным ситуациям и государственному экологическому контролю Краснодарского края разработан комплекс мероприятий по ликвидации загрязнения морской среды нефтью.

Достоверность и обоснованность полученных результатов диссертационных исследований подтверждена лабораторными и натурными экспериментами и испытаниями, обоснованностью принятых физических моделей и математических описаний процессов загрязнения морской среды нефтью, использованием аттестованных методик и поверенных приборов при проведении измерений параметров нефтяного загрязнения, а также результатами практического применения разработанных методов и технических средств.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты исследований:

1. Результаты оценки влияния проведения операций с нефтью на экологическое состояние прибрежных морских экосистем и разработанная на их основе концепция снижения уровня загрязненности морской среды черноморского побережья Краснодарского края;

2. Принципы и механизмы эффективного функционирования системы охраны прибрежных морских экосистем от загрязнения нефтью и разработанная на их основе структурная схема системы управления, реализующая экосистемный и многоцелевой подход в решении задач управления природно-техническими системами, находящимися в прибрежной морской зоне;

3. Методология интегральной оценки экологического состояния морских прибрежных экосистем и определения допустимой нагрузки на основе индикаторов, характеризующих антропогенную нагрузку на экосистему, ее устойчивость и отклик на изменение нагрузки.

4. Технология измерения концентрации нефтяных углеводородов в поверхностном слое воды, созданная на основе физической и математической моделей распространения нефтяного загрязнения в поверхностном слое воды и позволяющая в реальных условиях вдвое повысить точность измерений характеристик нефтяного загрязнения по сравнению с существующими методами.

5. Технология подготовки проб нефти для реализации метода установления причинно-следственных связей между источником нефтяного загрязнения и состоянием морской среды, позволяющая обеспечить точность выводов о сходимости проб с большей степенью вероятности по сравнению с существующими методами

6. Методология и функциональная схема наблюдения, измерения масштабов нефтяного загрязнения и управления ликвидацией последствий аварийных разливов нефти в зонах повышенного экологического риска, обеспечивающая с использованием авиационных средств оперативную оценку экологической обстановки и информационную поддержку проведения операций по ликвидации последствий разлива нефти в море.

7. Результаты исследований пространственного распределения нефтяных углеводородов в прибрежной морской зоне Черноморского побережья Краснодарского края, алгоритм оценки загрязненности морской среды нефтью с использованием новых технологий при проведении мониторинга качества морских вод в районе курортных территорий Черноморского побережья на участке Адлер-Анапа и практические результаты мониторинга за 2006-2008 годы.

8. Алгоритм оценки загрязненности морской среды нефтью с использованием новых технологий в акватории портов Туапсе и Сочи, а также в районе Керченского пролива и результаты натурных исследований, проведенных в 2000-2008 годах.

Реализация работы

При участии автора проведено внедрение разработанных методов и технологий экологической оценки и информационного обеспечения системы управления охраной окружающей среды от загрязнения нефтью, в том числе для зон повышенного риска, в Государственном комитете по охране окружающей среды по Краснодарскому краю и Северо-Кавказском межрегиональном управлении по технологическому и экологическому надзору.

Методы интегральной оценки экологического состояния прибрежной морской зоны были использованы при выборе места размещения морского нефтяного терминала Каспийского трубопроводного консорциума и рекреационных объектов в районе г. Сочи.

Разработанные методы и технологии оценки нефтяного загрязнения морской среды и экологического состояния прибрежных зон Краснодарского края использованы НИИ прикладной и экспериментальной экологии Кубанского ГАУ при проведении научно-исследовательских работ, выполненных в соответствии с государственными контрактами (№ 2/4 от 17.04.2006г; № 22 от 14.06.2007; № 24 - 07/3 от 10 января 2008; № 8 от 29 апреля 2008 г).

При проведении оценки масштабов нефтяного загрязнения морской среды Центром лабораторного анализа и инструментальных измерений по ЮФО и НИИ прикладной и экспериментальной экологии Кубанского ГАУ используется разработанная технология отбора проб поверхностного слоя воды.

Разработанная технология идентификации проб нефти включена в Инструкцию по идентификации источника загрязнения водного объекта нефтью, которая была утверждена приказом Минприроды СССР 2 августа 1994 г № 241 и рекомендована для практического применения. Технология прошла международное тестирование при проведении эксперимента по установлению источника нефтяного загрязнения в Северном море.

Разработанная методика расчета площади нефтяного пятна по перспективному аэрофотоснимку включены в "Рекомендации по аэрофотосъемке нефтяных разливов, дешифрированию фотодокументов и оценке площади нефтяного разлива", используемые в настоящее время природоохранными органами.

Разработанные методы оценки масштабов нефтяного загрязнения и идентификации проб нефти были использованы природоохранными органами при решении вопросов компенсации ущерба, нанесенного крупномасштабным загрязнением моря нефтью (1985г т/х Таксиархис", п. Новороосийск; 1986 г., т/х "Нордвал", п. Новороссийск; 1995г, т/х "Вихрен", п. Туапсе; 1992 и 1997 гг. н/б "Шесхарис", п. Новороссийск; 2007 год, т/х "Волгонефть 139", п. Кавказ). По представленным природоохранными органами материалам страховыми компаниями был компенсирован ущерб, нанесенный морской среде в результате загрязнения нефтью, в сумме более 3 млн. долларов.

С использованием новых технологий в 2008 году проведены исследования состояния морской среды в районе Керченского пролива и на основании полученных данных для департамента по чрезвычайным ситуациям и государственному экологическому контролю Краснодарского края разработан план первоочередных мероприятий по ликвидации последствий нефтяного загрязнения.

Апробация работы

Основные результаты исследований доложены и обсуждены на заседаниях НТС Государственного комитета по охране окружающей среды по Краснодарскому краю (Краснодар, 1992 - 2000 г.), на научно-практической конференции Госкомэкологии РФ по проблемам охраны морских вод от загрязнения (Владивосток, 1993 г.), на Международной конференции "Комплексное управление прибрежными зонами и его интеграция с морскими науками" (Санкт-Петербург, 2003 г.), на Международной конференции по комплексному управлению прибрежными зонами (Турция, Анталия, 1999 г.), на научно-практической секции "Экологический мониторинг" 2-го Всероссийского съезда по охране природы (Москва, 2003 г.), на научно-практической конференции Ростехнадзора (Казань, 2006 г.), на 1-ой международной конференции МАНЭБ "Человек и природа. Проблемы экологии юга России" (Анапа, 2007 г.), на международной конференции MEDCOST - 2008 (Турция, г. Акаяка, 2008 г.), на VII Международном инвестиционном форуме "Сочи - 2008" (г. Сочи, август 2008 г.), на научно-практической конференции по водным проблемам России (г. Азов, август, 2008 г.), на краевой научно-практической конференции, посвященной 20-летию образования природоохранных органов Краснодарского края (г. Краснодар ноябрь, 2008 г.).

Личный вклад соискателя:

постановка задач исследования и разработка методологии их решения;

разработка программ экспедиционных исследований;

анализ и интерпретация полученных результатов исследований;

разработка предложений по новым методам и технологиям контроля нефтяного загрязнения;

участие в экспедиционных исследованиях, включая аэровизуальные наблюдения за состоянием морских вод;

участие в создании систем управления охраной окружающей среды в прибрежных морских зонах и новых технологий анализа экологического состояния природно-технических систем;

участие в расследовании реальных случаев загрязнения моря нефтью с использованием разработанных методов;

участие в разработке "Руководства по идентификации нефтей" и "Рекомендаций по аэрофотосъемке нефтяных разливов, дешифрированию фотодокументов и оценке площади нефтяного разлива";

осуществление методического руководства проведением научно-исследовательских работ по оценке экологической ситуации в прибрежной зоне курортных территорий Черноморского побережья, в акватории портов Сочи и Туапсе, а также в районе Керченского пролива.

Публикации. По теме диссертации подготовлена и издана монография, опубликовано 32 статьи, отражающих основные научные результаты диссертации, в том числе 8 в ведущих рецензируемых научных журналах, включенных в список ВАК РФ. Получено авторское свидетельство на изобретение.

Объем и структура. Диссертация изложена на 359 страницах машинописного текста, содержит 39 таблиц, 91 рисунок, 56 формул и включает: введение, шесть глав, заключение, список использованных источников. Список использованной литературы содержит 276 источников, из них 25 иностранных.

Основное содержание работы

Во введении дана краткая характеристика проблемы, решению которой посвящена диссертация. Изложены вопросы актуальности проблемы с учетом международного морского права, сформулирована цель и основные задачи работы, показаны ее научная новизна, достоверность результатов и их практическая ценность, сведения об апробации работы.

Глава 1. Исследование проблемы загрязнения прибрежных морских экосистем нефтью и разработка концепции повышения уровня экологической безопасности. В этой главе по результатам экспедиционных исследований, авиационных наблюдений, результатов расследований реальных фактов загрязнения моря нефтью и литературным источникам дана оценка влияния проведения операций с нефтью на состояние прибрежной морской экосистемы в пределах Краснодарского края. Анализ уровня загрязнения морских вод Черного моря в пределах Краснодарского края показал, что прибрежные морские акватории (зоны) в наибольшей степени подвержены антропогенному воздействию как со стороны источников, расположенных на суше, так и в акватории моря (глубоководные выпуски, суда, ливневые стоки, свалки отходов и др.). Показано, что загрязнение морской среды нефтью вызвано следующими основными факторами:

несовершенством технических и технологических решений по предупреждению загрязнения морской среды нефтью при проведении операций с нефтью;

невыполнением в необходимом объеме комплекса природоохранных мероприятий при осуществлении деятельности, связанной с проведением операций с нефтью в прибрежной морской зоне;

отсутствием эффективной системы охраны прибрежных морских экосистем, обеспечивающей систематическую оценку экологической ситуации, определение приоритетных проблем, разработку и реализацию комплекса природоохранных мероприятий по предотвращению загрязнения морской среды нефтью и оперативной ликвидации последствий нефтяного загрязнения.

В работе на основании фактических и экспериментальных данных проведен анализ функционирования системы охраны морских прибрежных экосистем от загрязнения и ее информационного обеспечения, методов и средств оценки ущерба при загрязнении морской среды нефтью и методологии установления причинно-следственных связей в процессах образования нефтяного загрязнения

Полученные результаты анализа позволили сформулировать основные концептуальные подходы к решению проблемы предотвращения загрязнения морской среды нефтью:

1) Организация системы управления охраной прибрежных морских экосистем от загрязнения и ее информационного обеспечения должна строиться на принципах, учитывающих экосистемный и многоцелевой подход к управлению природно-техническими системами, расположенными в прибрежной зоне.

2) Оценка экологического состояния прибрежных морских экосистем, составляющая основу выработки управленческих решений по повышению уровня экологической безопасности, должна опираться на более широкий спектр индикаторов, характеризующих общую антропогенную нагрузку на экосистему, ее устойчивость и отклик на изменение нагрузки.

3) Для информационного обеспечения системы управления природно-техническими образованиями необходимы более точные методы, средства и технологии измерения параметров нефтяного загрязнения, уровня загрязненности экосистем в целом, установления причинно-следственных связей в процессах образования загрязнения, разработанные с учетом особенностей пространственного распределения и трансформации нефти в морской среде;

4) Для прибрежных морских зон повышенного экологического риска необходима комплексная система оперативного контроля и управления ликвидацией возможных разливов нефти, позволяющая оценить и минимизировать ущерб от загрязнения морской среды.

Полученные выводы позволили сформировать детальную программу научных исследований, проведенных в рамках данной работы.

Глава 2 Разработка принципов и структуры управления охраной прибрежных морских зон от загрязнения на основе экосистемного и многоцелевого подхода. В работе показано, что в системе управления достаточно четко отражаются представления о такой организации охраны окружающей среды, при которой природные комплексы, компоненты окружающей среды и антропогенные объекты, рассматриваются как объективно существующие и взаимодействующие на ограниченной территории образования, являющиеся объектом управления системы. Объект управления в системе охраны окружающей среды прибрежных морских зон Краснодарского края относятся к многомерном объектам ввиду многообразия входящих в него природно-технических систем, видов возмущающих воздействий и управленческих решений, влияющих на его состояние в целом. Основной задачей управления охраной окружающей среды является поддержание устойчивого состояния объекта управления, соответствующего социальным и природоохранным функциям.

Математически соответствие между входной и выходной функциями можно записать в виде выражения:

, (1)

где x (t) - вектор выходных координат объекта;

A (f) - оператор преобразования возмущающих воздействий в выходной сигнал (операторное воздействие);

u (t) - вектор управления (входа).

Возмущающие воздействия, в отличие от управляющих, представляют собой множество случайных сигналов. В этом случае управляющий орган не в состоянии выработать адекватное решение, направленное на возвращение объекта в устойчивое состояние или принимает эти решения с достаточно большим запаздыванием.

На рисунке 1 показаны возможные варианты развития ситуации в состоянии объекта управления при различных уровнях и характере возмущающих воздействий и эффективности управленческих решений.

Рисунок 1 - Динамика состояния объекта управления при различных уровнях и характере возмущающих воздействий.

На рисунке обозначены: Х1 - предельное состояние объекта управления, при котором сохраняется целевая функция локальной экосистемы, в которой он расположен, Х2 - состояние объекта управления, при котором локальная экосистема безвозвратно изменяет свои целевые функции ввиду изменения качества и свойств компонентов природной среды, Т - точка перегиба функции, соответствующая значениям переменных, при которых происходят качественные безвозвратные изменения в системе, tи - время, характеризующее инерционность системы управления.

В работе показано, что при разработке информационной системы важно организовать наблюдения не только за состоянием экосистемы в целом, но и за наиболее существенными потенциальными воздействиями и факторами, которые могут привести к нарушению устойчивого состояния и переходу экосистемы в другую (худшую) качественную категорию.

Исходя из анализа факторов, влияющих на формирование выходных переменных, характеризующих состояние объекта управления, определены следующие основные принципы построения систем управления в области охраны окружающей среды:

1) для системы управления должен быть определен объект управления с его пространственными границами и сформулирована основная цель управления (критерии устойчивого состояния);

2) учитывая, что управление охраной окружающей среды является довольно сложной многофакторной задачей, нижние уровни иерархической системы управления целесообразно расчленить (горизонтально декомпозировать) на более мелкие подпроблемы так, что решение всех подпроблем позволяет решить исходную проблему в целом.

3) для оценки состояния объекта управления должны быть определены основные параметры, характеризующие зависимость: "уровень воздействия - устойчивость экосистемы - отклик экосистемы" и определена методология их интерпретации для управленческих целей;

4) для обеспечения эффективного управления необходимо создание системы наблюдения, позволяющей определять состояние объекта управления, уровни и характер возмущающих воздействий по необходимому набору параметров с достаточным временным и пространственным разрешением и точностью, соответствующим целям управления;

В работе обоснована и предложена структура системы управления охраной прибрежных морских экосистем от загрязнения, построенная на принципах иерархической системы управления с горизонтальной декомпозицией нижнего уровня управления (рисунок 2).

В общей системе управления выделяются три подсистемы: подсистема управления охраной окружающей среды объекта негативного воздействия, подсистема управления охраной окружающей среды в зонах повышенного риска, подсистема регионального управления охраной окружающей среды.

Главной целью для подсистемы охраны окружающей среды объекта негативного воздействия является обеспечение в процессе хозяйственной деятельности установленных уровней (нормативов) воздействия на окружающую среду.

Подсистема управления охраной окружающей среды в зонах повышенного риска решает задачу наблюдения, предупреждения и минимизации ущерба, наносимого окружающей природной среде при аварийных ситуациях техногенного характера.

Рисунок 2 - Блок - схема системы управления охраной прибрежных морских экосистем от загрязнения

Подсистема управления охраной окружающей среды регионального уровня решает задачу общей оценки экологической ситуации, оптимизации нагрузки на окружающую среду при размещении новых объектов хозяйственной деятельности, определения основных направлений для разработки организационно-технических мероприятий, направленных на решение выявленных приоритетных экологических проблем.

Предложенная система управления прошла практическое апробирование при осуществлении управления охраной окружающей среды прибрежных морских зон в пределах Краснодарского края органами Госкомэкологии, в ходе которого была подтверждена ее высокая эффективность.

Глава 3. Методология интегральной экологической оценки и определения допустимой антропогенной нагрузки на прибрежные локальные экосистемы. При принятии решений об увеличении антропогенной нагрузки и выборе места расположения новых объектов, в том числе связанных с проведением операций с нефтью, необходимо использование более широкого спектра параметрических характеристик, отражающих экологическое состояние экосистемы в целом. В работе предложен и практически апробирован метод интегральной оценки экологического состояния экосистемы и определения предельных нагрузок на основе обобщенного показателя, связывающего входные (воздействие) и выходные (отклик системы) параметры экосистемы, а также параметры, характеризующие устойчивость экосистемы.

Под "устойчивостью" понимается способность экосистемы сохранять свойства и качество компонентов природной среды, соответствующие целевым социально-экономическим и биосферным функциям экосистемы, при увеличении антропогенной нагрузки. Под откликом экосистемы понимается оценка свойств и качества экосистемы в зависимости от типологической группы, в которую входит данная экосистема.

Признаки типологических групп прибрежных экосистем определяются в зависимости от целевого использования водных объектов, являющихся основными компонентами экосистемы (использование для рыбохозяйственных целей, питьевое водоснабжение, рекреационное и культурно-бытовое использование и др.) При этом предельной нагрузкой является нагрузка, при которой экосистема может перейти из одной типологической группы в другую (с худшими показателями качества) или потерять свойства одной из групп.

Наиболее простой способ нахождения предельных нагрузок может быть реализован при условии, когда известны критические значения свойств и качества компонентов природной среды, при которых сохраняются ее целевые социально-экономические и биосферные функций, соответствующие данной типологической группе (метод привлечения "внешней информации).

Принципиальная схема проведения интегральной оценки состояния прибрежных морских экосистем показана на рисунке 3.

Одним из важных этапов проведения интегральной оценки является подбор количественно измеряемых параметров, однозначно представляющих эмпирическую экологическую систему.

Выбор параметров для интегральной оценки экологического состояния прибрежных зон предложено осуществлять на основе анализа процессов и факторов, влияющих на функционирование экосистемы, с учетов следующих базовых принципов:

1. Параметр должен быть жестко функционально связан с характеризуемым процессом, влияющим на состояние экосистемы.

2. При проведении обобщенной оценки целесообразно использовать интегральные показатели, характеризующие какой-либо процесс в целом, а не его составляющие.

3. Параметр должен давать отклик на воздействие различных факторов, приводящих к ее изменению, существенно превышающий природный фон, обладать минимальным временем формирования отклика при его изменении и продолжительно фиксировать этот отклик.

4. Измерение параметра должно производиться на основе действующих или разработанных дополнительно программ мониторинга с использованием недорогих и несложных методов анализа.

5. При интегральной оценке экологической ситуации на основе нескольких параметров необходимо учитывать "масштаб" каждого из них, который определяется в зависимости от степени влияния процесса, который характеризует данный параметр, на общую экологическую ситуацию.

Рисунок 3 - Принципиальная схема интегральной оценки состояния прибрежных морских экосистем.

Учитывая, что воздействие (нагрузка), устойчивость и отклик экосистемы описываются многочисленными параметрами, имеющими различную размерность, в работе использованы так называемые функции желательности. Эти функции представляют собой способ перевода натуральных значений параметров в индикаторы на основе единой безразмерной числовой шкалы с фиксированными границами.

При этом граничные значения функции, например 0 и 1, соответствуют традициям "плохо - хорошо". Функция желательности реализована с помощью широко используемой в математике и количественной экологии формулы "минимакса" (2):

, (2)

Для определения обобщённых показателей, характеризующих зависимость "воздействие-устойчивость-отклик" (т.е. обобщённой функции желательности) используется общепринятая в экологической практике процедура усреднения в виде средней геометрической - интегральный показатель (8).

, (3)

Учитывая, что различными авторами приводятся разные понятия индикатора и индекса, определимся, что под индикатором понимается элементы информации, систематизированные и преобразованные для передачи их в систему принятия управленческих решений, а под индексами - степень отклонения величин от заданных нормативов.

Функция желательности представляет собой частный отклик какого - либо показателя. Качественная интерпретация функции желательности отдельного параметра (преобразование в индикаторы) проводится экспертным путем с учетом критических значений свойств и качества компонентов природной среды (отклика) экосистемы, соответствующих ее целевым функциям в зависимости от типологической группы.

В этом случае заранее устанавливаются натуральные значения параметра (Xmin, Xmax), соответствующие граничным условиям функции желательности (характерный масштаб). Граничные значения функций желательности, характеризующих отклик (качество морской среды) экосистемы задаются, опираясь на установленные стандарты, нормы и т.п. (нормирование по стандартам). В качестве "стандартов" могут выступать фоновые или критические значения показателя, ПДК, НДВ, ИЗВ, наилучшие и наихудшие значения гидробиологических и микробиологических показателей и прочие оценки.

Для корректного осуществления теоретической интерпретации зависимости "воздействие-устойчивость-отклик" требуется разбиение множества состояний экосистемы на несколько качественно отличающихся друг от друга классов. Для оценки экологического состояния экосистемы предложено использование 6 - ти ступенчатой оценочной шкалы воздействия, устойчивости и отклика экосистемы.

Разработанная методология была использована в 2008 году при проведении интегральной оценки состояния выделенных локальных экосистем в пределах города-курорта Сочи между рекой Псоу и водоразделом рек Битха - Уч-Дере (рисунок 4) с целью выделения наиболее напряженных с экологической точки зрения участков и определения возможности увеличения антропогенной нагрузки при развитии курорта Сочи.

Рисунок 4 - Схема зонирования прибрежной территории Черного моря на участке от м. Уч-Дере до р. Псоу.

Зонирование прибрежных территорий основывается на принципе достоверного различия уровня антропогенной нагрузки и факторов, влияющих на устойчивость экосистемы в пределах выделенных зон, поэтому при выделении зон учитывались следующие факторы:

- границы административного деления территории;

- границы бассейнов рек, впадающих в море;

- границы зон сосредоточения источников негативного воздействия на окружающую среду, в том числе глубоководных выпусков;

- границы расположения населенных пунктов;

- границы зон целевого использования природных ресурсов;

- местоположение постов наблюдений за качеством морской воды

- наличие статистической или другой информации, характеризующей выделенный участок по выделенным параметрам.

На основе анализа вышеперечисленных факторов исследуемый участок (р. Псоу-п. Дагомыс) был разбит на четыре зоны, которые практически совпадают с бывшими административными границами районов (Адлерский, Хостинский, Центральный и часть Лазаревского района).

На основе анализа процессов, оказывающих негативное воздействие на состояние прибрежной морской экосистемы, были определены 16 параметров, в том числе 8 параметров, характеризующих поступление загрязняющих веществ в прибрежную зону от различных источников, рекреационную нагрузку и структуру водосборной площади рек, впадающих в Черное море в пределах выделенных участков, 5 параметров, характеризующих устойчивость экосистемы в зависимости от назначения прибрежной зоны, объема морской воды, примыкающего к прибрежной зоне, структуры подводного ландшафта и береговой линии, лесистости водосборной площади, 3 параметра, характеризующих качество морской воды по гидрохимическим, микробиологическим и гидробиологическим показателям.

Исходя из значения полученного обобщенного показателя, характеризующего отклик экосистемы (качество морской воды), определены граничные условия функций желательности и построены градуировочные шкалы для отдельных индикаторов, характеризующих антропогенную нагрузку и устойчивость экосистемы.

По результатам выполненных расчетов построены гистограммы обобщенных показателей по группам индикаторов и обобщенного показателя для отдельных участков за 2006-2007 годы (рисунок 5).

Учитывая "вполне благоприятный" отклик экосистемы, существующий уровень нагрузки может быть отнесен к среднему значению нормы, в качестве нижней границы "нормы" (переход в градацию "неблагоприятная") может быть установлено фиксированное изменение среднего натурального значения индикатора (фонового значения) на 20 %.

Рисунок 5 - Обобщенные показатели оценки экологической ситуации в прибрежных морских зонах по данным за 2006-2007 год

Полученные результаты позволяют выполнить достаточно широкий сравнительный анализ состояния не только экосистемы в целом, но и факторов, в набольшей степени негативно оказывающих влияние на экологическую обстановку. Разработанная методология используется для прогнозирования экологической ситуации и оценке экологического нагрузки при размещении новых объектов, в том числе по перевалке нефти. Кроме того, полученные данные являются основой для экологического нормирования отдельных природно-технических систем.

Глава 4. Методы и технологии определения масштабов и источников загрязнения морской среды нефтью. Нефтяное загрязнение представляет собой среду, состоящую из двух компонентов "нефть - морская вода", имеющих различную плотность и концентрацию В работе на основании материалов исследований показано, что поверхностный слой воды является мощным концентратором суммы НУ. Такое концентрирование объясняется физико-химическими свойствами НУ и динамическими факторами, влияющими на поведение нефти в поверхностном слое воды. Структура и состав поверхностного слоя в значительной степени определяют физико-химическую направленность процессов формирования качества морской воды. В работе поверхностный слой был выделен как самостоятельный объект изучения благодаря существенному отличию в нем химических свойств воды от подповерхностной воды на глубине 0,5 - 1,0 метров.

Анализ результатов исследований поведения нефтяной пленки на водной поверхности в реальных условиях показал, что при разливе нефти в море основными факторами, влияющими на скорость турбулентной диффузии, являются: плотность разлитого нефтепродукта и его вязкость, толщина нефтяной пленки и размеры нефтяного пятна, скорость ветра и волнение моря. Последние два фактора влияют на скорость перемещения нефтяной пленки относительно водной массы. Толстая нефтяная пленка (свыше 1 см) сглаживает водную поверхность и уменьшает волнение моря, в связи с этим процесс вертикальной диффузии протекает медленнее.

Один из главных выводов, сделанных на основании исследования процесса распространения нефти в морской воде, указывает на необходимость отбора пробы для определения массы нефти на единицу площади в виде водного столба поверхностного слоя воды высотой не менее 20 см, включая нефтяную пленку, при этом важно сохранить структуру водного столба.

Для реализации этой технологии была разработана принципиально новая конструкция пробоотборника поверхностного слоя воды (А. С.1256520, 1986). Конструкция пробоотборника позволяет производить отбор проб поверхностного слоя воды до 0.3 м, включая поверхностную пленку методом высечки водного столба без нарушения его структуры. При этом отбор проб может производиться при большом волнении моря (до 3 баллов), и с любых площадок, палубы катера или теплохода, пирса, вертолета и др.

Анализ результатов сравнительных испытаний в лабораторных условиях показал, что разработанная технология отбора проб пробоотборник, производящий отбор проб методом высечки водного столба показал, что абсолютная средняя систематическая погрешности составляет 9,9%, в то время как существующие применяемые технологии имеют погрешность ? 33,8 %. Натурные сравнительные испытания показали, что технология отбора проб с использованием метода высечки водного столба в 2 раза точнее определяет количество нефти, находящейся в поверхностном слое воды, по сравнению с наилучшим существующим способом отбора проб с помощью планктонной сетки (таблица 1).

Более точные характеристики и возможность отбора проб поверхностного слоя воды без нарушения его структуры позволили разработать новые методологии оценки нефтяного загрязнения в реальных условиях с целью разработки мероприятий по предотвращению загрязнения морской среды.

Таблица 1 - Результаты натурных сравнительных испытаний пробоотборников

Номер пробоотборника и способ отбора пробы

...

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены