Методы комплексной оценки экологической чувствительности прибрежно-морских зон к нефтяному загрязнению (на примере юга Дальнего Востока)

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Методы комплексной оценки экологической чувствительности прибрежно-морских зон к нефтяному загрязнению (на примере юга Дальнего Востока)

03.00.08 - Экология. Химия и нефтехимия

Блиновская Яна Юрьевна

Москва, 2010

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М.Губкина (г. Москва)

Официальные оппоненты: Петросян В.С., д. х. н., проф., зав. лабораторией физической органической химии химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова

Вялышев А. И., д. ф.-м. н., главный научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России

Постников А. В., д. т. н., главный научный сотрудник Института истории естествознания и техники им. Н. Вавилова

Ведущая организация: Российский государственный гидрометеорологический университет, г. Санкт-Петербург

Защита состоится «___» _______ 2010 г. в _____ час., в ауд. ___ на заседании диссертационного совета Д 212.200.12 в Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа им И.М. Губкина

Отзыв на автореферат (в 2 экземплярах, заверенных печатью учреждения) просьба направлять по указанному адресу ученому секретарю диссертационного совета Д 212.200.12

Автореферат разослан «____» ____________ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н., доцент Иванова Л.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сложность экологической ситуации в мировом сообществе, часто граничащая с экологическим кризисом, заключается в том, что негативно сказывающаяся на состоянии природной среды антропогенная деятельность прямо ухудшает качество жизни человека. Данный вопрос является предметом многолетних комплексных исследований и рассматривается в трудах отечественных и зарубежных ученых - Н. А. Айбулатова, А. С. Горелова, В. И. Данилова-Данильяна, Ю. С. Долотова, Ю. А. Израэля, В. Е. Лотоша, В. И. Лымарева, С. А. Патина, Б. В. Пояркова, Т. Г. Пыльновой, Н. Ф. Реймерса, А. Д. Урсула, В. Г. Федцова, А. В. Цыбань, J. K. Ajith, J. H. Baldwin, M. E. Colby, A. Gendie, J.P. Ray, A. Sarkar, A. Vallega, P.A. Victor и других.

Континентальный шельф представляет собой уникальную кладовую ресурсов, освоение которых является важным элементом государственной стратегии развития российской экономики. Однако высокая концентрация ресурсов обуславливает возникновение различных конфликтов при их освоении, одним из которых является загрязнение. Наибольшую опасность, несмотря на меры предосторожности, представляют разливы нефти. Учитывая важность принятия адекватного решения при возникновении чрезвычайных ситуаций, связанных с аварийными разливами нефти, был определен предмет диссертационного исследования. Его суть состоит в обобщении результатов мирового опыта и собственных исследований, направленных на разработку инструмента, позволяющего принимать оперативные и эффективные меры при организации мероприятий по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти.

Разработка реальных стратегий и планов по обеспечению экологической безопасности должна базироваться на знании эколого-географических и информационно-технологических предпосылок организации природопользования в прибрежно-морской зоне, поскольку в современных условиях антропогенная деятельность по силе, масштабу и скорости преобразований существенно превосходит естественно-эволюционное развитие. Таким образом, в условиях чрезвычайной ситуации важно выявить зависимость принимаемых решений от условий окружающей среды, минимизировать негативное воздействие на нее и определить наиболее оптимальные технологии ликвидации последствий. Исследования в этих направлениях весьма актуально.

Около 90 % площади российского шельфа приходится на перспективные в нефтегазоносном отношении области, что обуславливают организацию транспортировки нефти практически во всех областях прибрежно-морской зоны. Это определяет высокий риск аварийных ситуаций, и, соответственно, необходимость разработки системы предупреждения и ликвидации негативных последствий.

Современные требования, предъявляемые к рациональной системе транспортировки нефти в прибрежно-морской зоне, предполагают внедрение системы экологической безопасности, поскольку проблемы, связанные поступлением нефти в морскую среду являются не только экологическими и социально-экономическими, но и политическими, это особенно актуально для Дальнего Востока, где существует опасность трансграничного загрязнения. Для эффективного управления процессом необходимы не только достоверные данные и их своевременное поступление, но и управление ими. При этом в решении проблем экологической безопасности участвуют специалисты различных областей знаний. И в такой ситуации картографическое обеспечение является едва ли не единственным универсальным языком общения специалистов различных наук. Об этом говорят работы А. М. Берлянта, А. С. Васмута, Т. В. Верещаки, И. П. Заруцкой, А. В. Кошкарева, В. С. Тикунова, А. К. Черкашина, М. А. Шахраманьяна и других.

Значительный объем пространственной информации обусловливает необходимость использования современных средств, в частности геоинформационных систем (ГИС), объединяющих средства графической визуализации с предоставляемыми инструментами пространственного анализа, обмена и управления данными. ГИС выступают как интегрирующая технология системы экологической безопасности нефтегазового производства и создают новые условия формирования и реализации оптимальных стратегий территориального развития.

При этом важной задачей является выбор приоритетов защиты тех или иных участков при ликвидации чрезвычайных ситуаций. В реальных условиях данная проблема является весьма сложной, требующей координации различных структур и ведомств. Решение этой задачи требует комплексного подхода и становится возможным при использовании карт чувствительности прибрежно-морской зоны к загрязнению нефтью и нефтепродуктами, создаваемых на основе современных информационных технологий.

Цель диссертационного исследования состоит в разработке геоинформационного метода комплексной оценки экологической безопасности при транспортировке нефти и нефтепродуктов с использованием ГИС «Картографирование чувствительности прибрежно-морских зон к загрязнению нефтью».

Для ее достижения поставлены следующие задачи:

· изучить чувствительность объектов, находящихся в зоне риска прибрежно-морской зоны к нефтяному загрязнению;

· определить требования к создаваемым картам чувствительности прибрежно-морским к нефтяному загрязнению и используемым при этом информационно-техническим средствам;

· разработать структуру геоинформационной системы, обеспечивающей использование карт чувствительности, позволяющих снизить негативное воздействие нефти / нефтепродуктов на окружающую среду;

· апробировать ГИС «Карты чувствительности» для разных участков прибрежно-морской зоны юга Дальнего Востока;

· предложить процедуру выбора технологии реагирования при ликвидации аварийной ситуации посредством информационных технологий с учетом чувствительности побережья.

Методы исследования. Для решения вышеперечисленных задач использованы методы системного анализа, химико-аналитического анализа элементов среды, математической статистики, теории рисков, принятия решений, геоинформационного картографирования и моделирования.

Научная новизна. Результаты диссертационного исследования предлагают новый инструмент для решения задач в области обеспечения экологической безопасности при транспортировке нефти и связанными с ней аварийными ситуациями, который представлен в виде геоинформационно-картографической системы принятия решений, разработанной с учетом особенностей прибрежно-морской среды дальневосточного региона.

Впервые разработан комплекс требований и определены принципы создания карт чувствительности прибрежно-морской зоны к нефтяному загрязнению, включающие в себя обоснование выбора масштаба, качества картографического материала, необходимого объема исходных данных для разработки карт, а также количества выходных карт чувствительности для каждого региона. Предложенные информационные решения по предупреждению и ликвидации аварийных ситуаций при транспортировке нефти разработаны на основе доступных ГИС-платформ.

Впервые разработан алгоритм оперативной интерпретации данных комплексного мониторинга, учитывающего чувствительность объектов окружающей среды на разных этапах жизненного цикла, находящихся в зонах повышенного риска разливов нефти, посредством геоинформационной системы принятия решений при чрезвычайных ситуациях в прибрежно-морской зоне юга Дальнего Востока. Результаты анализа позволили скоординировать деятельность центров, участвующих в ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, а также впервые разработать для них автоматизированный алгоритм выбора оптимальных технологий на основе сценариев поведения при типичных и наихудших условиях, что позволило снизить эколого-экономический ущерб в районах ответственности операторов нефти.

Впервые для прибрежно-морской зоны острова Сахалин и юга Дальнего Востока составлена серия карт экологической чувствительности к загрязнению нефтью, использованных для принятия решений в чрезвычайных ситуациях, а также выбора наиболее целесообразного оборудования и технологий ликвидации последствий аварийных разливов.

Практическая значимость работы.

1. В период экспедиционных исследований с 2003 по 2009 гг., проходивших в пределах о. Сахалин вдоль трасс нефтепроводов, залива Чихачева (Хабаровский край) и юга Приморского края, изучена экологическая структура зон потенциального риска загрязнения нефтью и нефтепродуктами, и получены новые сведения для разработки критериев чувствительности объектов окружающей среды к нефтяному загрязнению. Анализ данных позволил оценить чувствительность побережий Сахалинской области, Приморского и Хабаровского краев и разработать более 40 карт экологической чувствительности прибрежно-морских зон к загрязнению нефтью.

2. Созданные карты чувствительности использованы в действующих Планах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти компаний, ведущих добычу и транспортировку нефти в прибрежно-морской зоне Сахалинской области (ОАО «Сахалинская Энергия», компании ABB LGI, ОАО «НК - Роснефть - Сахалинморнефтегаз», АМП Сахалин), Приморского (Администрации морских портов Находка, Владивосток, Восточный, ОАО «Восточный порт» и др.) и Хабаровского краев (Администрация морского порта Ванино, ОАО «Гаваньбункер»).

3. Разработана и апробирована процедура выбора технических и технологических решений при ликвидации аварийных разливов нефти / нефтепродуктов в прибрежно-морской зоне юга Дальнего Востока, учитывающая чувствительность объектов, находящихся в зоне риска, к воздействию нефти в различные сезоны года, что позволило снизить степень экологического риска на 18 %.

4. Разработанная информационная система обеспечения экологической безопасности при аварийных разливах нефти в прибрежно-морской зоне, основанная на комбинации индексов чувствительности береговой зоны к загрязнению нефтью и соответствующих им технологиях очистки побережья, используется при проведении регулярных командно-штабных учений компаний-операторов нефтедобычи на о. Сахалин и в регионе NOWPAP (План действий стран северо-западной Пацифики).

5. Данные оперативного мониторинга, проводимого к зонах наибольшего риска аварийных разливов, и создаваемый на его основе картографический материал, обновляемый ежеквартально, являются основой системы оптимизации экологической безопасности в прибрежно-морской зоне юга Дальнего Востока и позволяют на 10 % снизить затраты на ликвидацию последствий чрезвычайных ситуаций.

6. Разработанная информационная система рекомендована ведущими операторами нефти Дальнего Востока для управления экологическим состоянием при транспортировке и перевалке нефтепродуктов в прибрежно-морской зоне.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на 36 региональных, российских и международных конференциях и семинарах. Наиболее важные из них: региональный научно-практический семинар «Проблемы совершенствования системы борьбы с разливами нефти на Дальнем Востоке» (Владивосток, 1999); всероссийская научная конференция «Проблемы географии на рубеже XXI века» (Томск, 2000 г); международный научно-практический семинар «Совершенствование системы защиты морских акваторий и прибрежных зон от загрязнения нефтью» (Владивосток, 2001); международная научно-практическая конференция «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2002); международная научно-практическая конференция «Морская экология - 2002» (Владивосток, 2002); пятая международная конференция «Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов» (Ульяновск, 2003); Вторая Сибирская конференция пользователей программных продуктов ESRI & ERDAS (Новосибирск, 2003); международная научная конференция «Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики» (Тольятти, 2004); международная конференция ИНТЕРКАРТО-10 «Устойчивое развитие территорий: геоинформационное обеспечение и практический опыт» (Владивосток - Чанчунь, 2004); международная конференция «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2004); международная конференция «Морская экология - 2005» (Владивосток, 2005); международная научно-практическая конференция «Экологические проблемы использования прибрежных морских акваторий» (Владивосток, 2006); Вторая международная конференция «Проблемы экологии, безопасности жизнедеятельности и рационального природопользования Дальнего Востока и стран АТР» (Владивосток, 2006); международная научно-практическая конференция «Морская экология - 2007» (Владивосток, 2007), международный экологический форум «Природа без границ» (Владивосток, 2007, 2008, 2009), международный методический семинар WWF «Методики выделения чувствительных зон для планов реагирования на разливы нефти - обзор российских и зарубежных подходов» (Мурманск, 2008; Москва, 2009, Санкт-Петербург, 2010), Национальный Форум «Транспорт России - 2008» (Сочи, 2008).

Элементы информационной системы принятия решений при аварийных разливах нефти использованы во время командно-штабных учений в июне, августе 2003 г. и мае 2006 г., проведение которых предусмотрено планом работы совместной группы планирования РФ - США, а также при обучении персонала нефтедобывающих и транспортных предприятий в период с 2003 по настоящее время. экологический аварийный нефть разлив

По результатам НИР «Информационное обеспечение экологической безопасности при разработке нефтяных месторождений нефти на шельфе» получен диплом лауреата конкурса научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ «Молодые ученые транспортной отрасли - 2008» в номинации «Морской и речной транспорт».

Объект исследования и исходный материал. В качестве исходного материала использованы результаты собственных экспедиционных исследований в районах потенциального риска аварийных разливов на острове Сахалин (северо-восточная, северо-западная, южная и центральная части), в Приморском (залив Петра Великого) и Хабаровском краях (залив Чихачева), проведенных с 2002 по 2009 гг., в ходе которых была выявлена чувствительность биогеоценозов прибрежно-морской зоны и отдельных представителей флоры и фауны к загрязнению нефтью. Проанализированы многочисленные опубликованные и фондовые материалы по исследуемой проблеме, включая Интернет-публикации и картографические источники (навигационные, топографические, тематические карты). В структуру информационно-аналитической базы включены космические снимки LANDSAT 7 изучаемых территорий и акваторий, полученных из фондов ИТЦ СканЭкс, НП «Прозрачный мир», лаборатории приема и обработки спутниковой информации Дальневосточного филиала ФГУ ВНИИ ГОЧС, Приморского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Ключевые результаты исследования являются основой мероприятий по защите прибрежно-морской зоны при чрезвычайных ситуациях, связанных с аварийными разливами нефти и нефтепродуктов. Они базируются на геоинформационных принципах организации и анализа данных, включая картографирование районов риска загрязнения прибрежно-морской зоны, решение пространственных задач, изучение динамики окружающей среды в зонах риска на основе данных мониторинга, выявление взаимосвязей и способов их представления, что позволяет оптимизировать природопользование в районе разработки и транспортировки нефти.

В процессе исследований основное внимание уделено анализу современного состояния окружающей среды в районах транспортировки нефти и нефтепродуктов, информационному обеспечению операций по ликвидации аварийных разливов нефти и оптимизации технологий ликвидации загрязнения в соответствии с экологическими особенностями прибрежно-морской зоны.

Основной объем работ по обработке экспедиционных данных и результатов мониторинга, разработка концептуальной основы информационной системы и ее логической структуры, а также разработка карт чувствительности прибрежно-морских зон к нефтяному загрязнению выполнены автором лично в рамках реализации планов научно-исследовательских работ Института защиты моря Морского государственного университета им. адм. Г.И. Невельского, а также на договорной основе с проектными и иными организациями.

На защиту выносятся:

1. Процедура геоинформационной интерпретации данных комплексного мониторинга прибрежно-морской зоны, основанная на данных о чувствительности отдельных компонентов окружающей среды к нефтяному загрязнению, что позволяет снизить эколого-экономический ущерб в районах потенциального риска разлива.

2. Принципы разработки карт чувствительности прибрежно-морской зоны к нефтяному загрязнению, включая обоснование детальности и количества разрабатываемых карт для каждого региона, а также качества исходной картографической информации.

3. Последовательность выбора оптимальных технологий ликвидации аварийных ситуаций в прибрежно-морской зоне для конкретных районов, основанная на базовых сценариях поведения нефти при обычных и наихудших условиях окружающей среды с учетом чувствительности ресурсов к нефтяному загрязнению.

4. Информационная система принятия решений, представляющая инструмент для решения задач в области экологической безопасности при транспортировке нефти и нефтепродуктов в прибрежно-морской зоне и связанными с ними аварийными ситуациями в прибрежно-морской зоне, а также система оценки технической и технологической базы постов ликвидации аварийных разливов с учетом чувствительности прибрежно-морской зоны к загрязнению нефтью.

Публикации. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований изложены в 70 печатных работах, включая 12 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 9 статей в региональных научных сборниках, более 35 докладов на российских и международных научных и научно-практических конференциях, 3 учебных пособия.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, изложенных на 326 страницах, выводов, списка литературы и включает в себя 18 таблиц, 95 рисунков, 11 приложений. В приложениях приведены акты внедрения, а также результаты экспериментальных наблюдений и расчетов. Список литературы содержит 241 наименование, в том числе 69 иностранных.

Автор выражает свою признательность сотрудникам Института защиты моря Морского государственного университета имени адмирала Г.И. Невельского - коллегам по совместной работе над созданием Планов ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов, куда были включены элементы системы обеспечения экологической безопасности при оперировании нефтью / нефтепродуктами в прибрежно-морской зоне. Значимую помощь в разработке концепции информационной системы оказал ведущий научный сотрудник Тихоокеанского института географии ДВО РАН д. г. н., проф. В.Н. Бочарников. При подготовке работы получены ценные советы от заведующего кафедрой картографии и геоинформатики географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова д. г. н., проф. А. М. Берлянта, заведующего кафедрой промышленной экологии факультета химической технологии и экологии РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина д. т. н., проф. С. В. Мещерякова, профессоров этой же кафедры д. т. н. Е. А. Мазловой и д. х. н. С. И. Петрова и заведующего межкафедральным сектором экологических проблем нефти и газа д. т. н. В. Р. Мкртычана.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность, научная новизна, практическая значимость, определяются цель и задачи работы.

Глава 1. Индексация экологической чувствительности прибрежно-морской зоны юга Дальнего Востока к нефтяному загрязнению

В главе выполнен анализ состояния прибрежно-морской зоны в районах потенциального риска загрязнения нефтепродуктами с использованием традиционных методов, а также исследована чувствительность ключевых ресурсов к нефтяному загрязнению, что связано с активизацией разработки и транспортировки нефти и нефтепродуктов. Наиболее активная деятельность наблюдается в районе сахалинского шельфа, где идет масштабное освоение проектов Сахалин-1 и Сахалин-2, а также в Приморском крае, где осуществляется строительство крупного нефтеперерабатывающего комплекса и трассы нефтепровода Восточная Сибирь - Тихий океан.

Расширение масштабов нефтепромысловых работ на шельфе не только привлекает пристальное внимание многих специалистов, но и приводит к возникновению широкого круга проблем, связанных с загрязнением окружающей среды, что определяет интерес к обеспечению экологической безопасности.

1.1. Общая характеристика состояния окружающей среды в районах добычи и транспортировки нефти в прибрежно-морской зоне юга Дальнего Востока. Прибрежно-морская среда региона отличается высокой концентрацией прибрежно-морских ресурсов, имеющих важное ландшафтообразующее и социально-экономическое значение.

1.1.1. Литолого-геоморфологическая характеристика побережья. Берег, находящийся под активным воздействием приливо-отливных и нагонных явлений, морское мелководье, подверженное воздействию морских волн (обычно до глубин 20 - 50 м) и подводный береговой склон составляют прибрежно-морскую зону. Среди основных факторов образования берегов Дальневосточного побережья следует отметить тектонические процессы, колебания уровня моря и гидрометеорологический режим. Это обусловило формирование серии литологических комплексов, слагающих морское побережье: рыхлые четвертичные отложения, песчаники с алевролитами, скальные и полускальные породы, вулканогенные образования, сланцы, известняки и интрузивные породы. В соответствии с этим выделены следующие типы морских побережий на юге Дальнего Востока: абразионно-бухтовые, аккумулятивные, денудационные, приливные берега с участками развития аккумулятивных форм, риасовые.

1.1.2. Характеристика биоразнообразия. Прибрежно-морская зона Дальнего Востока уникальна по своим природным условиям, что является причиной чрезвычайного видового разнообразия. В данном районе отмечено более 600 видов рыб, наиболее значимыми являются лососевые, минтай, сельдь, морские млекопитающие представлены 10 видами, в частности, морж, морской котик, нерпа. Согласно опубликованным источникам в районе обитает около 170 видов представителей животного мира, занесенных в Красные книги различных рангов как редкие и исчезающие, такие как белоплечий орлан, серый кит, калуга, сивуч и другие.

1.1.3. Характеристика системы природопользования. Приморское положение российского Дальнего Востока является важным фактором его развития и специализации. Это определяется освоением его ресурсов. Здесь располагается 39 морских портов и около 300 портовых пунктов, наиболее значимыми являются Владивосток, Находка, Восточный, и другие. Каждый порт представляет собой ядро, вокруг которого формируется социально-экономическая жизнь прилегающего района. Объем биологических ресурсов Дальневосточного региона составляет 26 млн. тонн рыбы и морепродуктов. Рекреационный комплекс Дальнего Востока основан на богатом природно-ресурсном потенциале, здесь развиваются познавательный, экологический, оздоровительный и экстремальный виды туризма. Континентальный шельф обладает обширными запасами углеводородного сырья. С 1998 года ведется активная разработка нефти и газа на охотоморском шельфе.

1.2. Исследование чувствительности прибрежно-морских ресурсов Дальнего Востока к нефтяному загрязнению. Проведенные исследования показали, что загрязнение нефтью прибрежно-морской зоны может привести к сокращению биоразнообразия, изменению природных комплексов, истощению природных ресурсов, а также к значительным экономическим потерям, связанным с расходами на восстановление поврежденных участков и упущенной выгодой при эксплуатации смежных природных комплексов.

1.2.1. Оценка чувствительности берегов к нефтяному загрязнению. Многообразие динамических факторов, действующих в береговой зоне, определяют разнообразие морских побережий. В свою очередь структура побережий предопределяет способы и технологические особенности ликвидации последствий нефтяного загрязнения. Таким образом, индекс чувствительности береговой зоны представляет собой функцию литологической структуры берега и процессов, происходящих при попадании на него нефти. В соответствии с этим Международной морской организацией (IMO) разработана система ранжирования участков береговой черты по степени их чувствительности к нефтяному загрязнению, которая сочетает данные о качественной характеристике побережья и процессах, происходящих при попадании нефти на берег. В работе проведена адаптация данной шкалы к Дальневосточному региону и произведено разделение береговой зоны о. Сахалин, Приморского и южной части Хабаровского краев на участки, характеризующиеся различной степенью чувствительности в нефтяному загрязнению, где наименьшее весовое значение (индекс 1) соответствует минимальной чувствительности, а наибольшее (индекс 10) - максимальной. Такое ранжирование побережья стало основанием для определения приоритетов при ликвидации аварийных разливов нефти, а также оценке скорости восстановления загрязненного участка. По результатам анализа литературных источников, топографических и навигационных карт, а также собственных экспедиционных исследований оценена литологическая структура побережья и в соответствии с заданным масштабом каждому участку побережья, сложенному тем или иным типом грунта, присвоен соответствующий индекс чувствительности. Данная информация нанесена на карту, с помощью заранее выбранных условных обозначений. Так, на рисунке 1 в качестве примера приведена карта чувствительности побережья Амурского залива (Приморский край) к нефтяному загрязнению.

1.2.2. Оценка чувствительности биоты к нефтяному загрязнению. Нефть оказывает значительное влияние на живые организмы, обитающие в прибрежно-морской зоне. Как показали исследования, рыбы подвергаются воздействию разливов нефти в воде при употреблении загрязненной пищи и воды, а также при соприкосновении с нефтью во время движения икры. Так, концентрация 0,5 миллионной доли нефти в воде способна привести к гибели форели

О воздействии нефти на млекопитающих известно меньше, однако выявлено, что морские млекопитающие (каланы, тюлени, морские котики) также гибнут после контакта с нефтью. Беспозвоночные являются хорошими индикаторами загрязнения от сбросов в силу своей ограниченности в передвижении.

Влияние разливов нефти на беспозвоночных определяется типом нефти и обстоятельствами разлива и может длиться от недели до 10 лет. То же следует отметить и для морских трав и водорослей.

Размещено на http://www.allbest.ru/

.

В работе проведена оценка чувствительности биоты к нефтяному загрязнению и выделены критерии, определяющие весовое значение чувствительности на живой организм. Основными критериями являются ценность объекта (экономическая - промысловые объекты и экологическая - особо охраняемые объекты), его возместимость и уязвимость к нефтяному загрязнению. В таблице 1 приведена краткая характеристика выделенных критериев. Уязвимость биоты может меняться в зависимости от стадии жизненного цикла. Чем больше объект связан с береговой чертой, наибольшей зоной воздействия нефтяного загрязнения, тем, соответственно, выше его уязвимость. Так, например, среднеуязвимые тюлени в период кормления потомства становятся высокоуязвимыми. Таким образом, чувствительность прибрежно-морской биоты к нефтяному загрязнению представляет собой сумму весовых значений ценности, возобновимости и уязвимости.

Таблица 1. Критерии оценки чувствительности биоты к нефтяному загрязнению

Определим чувствительность наиболее ярких представителей прибрежно-морской среды юга Дальнего Востока.

Значительную долю ихтиофауны прибрежно-морской зоны составляют проходные рыбы, нагуливающиеся в открытом море, а на нерест заходящие в реки. Из них наиболее массовыми представителями являются лососевые. Повсеместно распространенным видом является кижуч (Oncorhynchus kisutch), входящий для размножения практически во все реки. Численность стада производителей кижуча с учетом промысла только на Сахалине оценена в пределах 3 - 120 тыс. штук в разные годы. Его нерестилища привязаны к выходам грунтовых вод. По срокам нерестилища его относят к осенней форме. Средняя продолжительность хода составляет 90 суток. Молодь выходит из грунта в конце апреля - начале мая и расселяется по всему водоему, мигрируя вверх и вниз по течению. Скат молоди происходит в возрасте от 1 до 3 лет. Основная масса скатывается с середины июля по первые числа августа. Кижуч является возобновимым ресурсом, таким образом, весовое значение возобновимости равно 1. Это ценный промысловый объект, играющих важную роль в экономике практически всех регионов Дальнего Востока, следовательно, весовое значение ценности равно 2. Практически на всех стадиях жизненного цикла, кроме нагула, кижуч является высокоуязвимым. Поскольку молодь и личинки кижуча постоянно присутствуют в приустьевой среде и прибрежных лагунах, весовое значение уязвимости будет равно 3. Просуммировав весовые значения основных критериев, лежащих в основе чувствительности, получим индекс 6 - достаточно высокое значение, требующее приоритета защиты при организации защитных мероприятий.

В дальневосточном регионе России из морских млекопитающих самым крупным представителем является серый кит (Eschrichtius robustus). Для настоящих исследований интерес представляет охотско-корейское стадо серых китов, места зимовок и кормления которого известны только в Охотском море у северо-восточного побережья о. Сахалин. Серые киты начинают появляться в данном районе в конце мая - начале июня после освобождения акватории ото льда. Некоторые особи остаются здесь до конца ноября, пока не установится лед. Пути миграции китов неизвестны, однако есть предположение, что они могут мигрировать через Татарский пролив и Сахалинский залив, либо через пролив Лаперуза. Точная численность стада в настоящий момент также неизвестна, по данным мониторинга, проводившегося компанией «Эксон нефтегаз лимитед» 2000 - 2001 гг, численность кормящегося стада у северо-восточного побережья Сахалина (район залива Пильтун) составляет около 100 особей. Большинство исследователей склоняется к мысли о том, что охотско-корейское стадо серых китов стоит на грани вымирания, по шкале возместимости данному виду было присвоено значение 3. В настоящее время МСОП признал данную популяцию серых китов видом, подвергающимся чрезвычайно высокой опасности исчезновения. В соответствии с этим весовое значение ценности для него равно 5. Рассматривая уязвимость серого кита, следует отметить, что места его миграции и кормежки находятся в районах, имеющих минимальный риск нефтяных разливов. В отличие от птиц, киты, как и другие морские млекопитающие, могут опознавать загрязненные участки на значительном удалении, избегая его, поэтому серые киты охарактеризованы как малоуязвимые, что позволило присвоить им весовое значение уязвимости равное 1. Таким образом, чувствительность серого кита относится к 9 индексу, что также позволяет идентифицировать данный вид как высокочувствительный, требующий приоритета защиты.

1.2.3. Оценка воздействия загрязнения на объекты природопользования. Загрязнение акватории нефтью приводит к ухудшению состояния окружающей среды, которое проявляется либо в снижении качества природных ресурсов морской экосистемы, либо в уменьшении их количества, либо в том и другом одновременно. Так, загрязнение будет проявляться в виде увеличении затрат на ликвидацию последствий и упущенной выгоды, например, для транспортной инфраструктуры. Сами по себе нефтяные загрязнения морских акваторий не оказывают воздействия на функционирование морского транспорта, но аварийные разливы нефти могут стать причиной простоев судов. Убытки от разливов нефти испытывают все производства, ведущие деятельность в прибрежно-морской зоне. Наиболее высокие требования к качеству окружающей среды предъявляют рекреационная индустрия и морской промысел, включая марикультурные хозяйства, они имеют наибольшую чувствительность, а также наибольшие экономические и экологические потери. В связи с очаговым освоением прибрежно-морской зоны Дальнего Востока в настоящее время сложно провести индексацию отраслей морского хозяйства. В соответствии с этим оценка степени чувствительности хозяйственной деятельности произведена в относительных единицах.

Из проведенного анализа состояния окружающей среды в районах потенциального риска загрязнения нефтью и нефтепродуктами следует, что многообразие факторов, определяющих интегральную чувствительность прибрежно-морской зоны, обуславливает необходимость системного подхода к проблеме предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, связанных с аварийными разливами нефти. В связи с этим важной задачей является разработка методик проектирования, расчета и комплексной оценки чувствительности прибрежно-морской зоны, что требует использования современных геоинформационных технологий. В соответствии с этим интегральная чувствительность участка прибрежно-морской зоны рассматривается как сумма индексов чувствительности береговой черты, биоты, находящейся здесь в определенной стадии жизненного цикла. Для объектов природопользования принята относительная индексация, поэтому при оценке интегральной чувствительности учитывается лишь наличие какого-либо производства.

Глава 2. Картографическое обеспечение системы экологической безопасности при ликвидации последствий нефтяного загрязнения

Размещено на http://www.allbest.ru/

2.1. Картографическое обеспечение системы предупреждения ликвидации аварийных разливов нефти. Карты чувствительности рассматриваются автором как элемент научно-методического обеспечения системы экологической безопасности транспортировки нефти. Они позволят выработать стратегию реагирования при планировании мероприятий по ликвидации разливов нефти (рис. 2). Это один из основных ресурсов, который будет использован руководящими и исполнительными органами при принятии решений, оценке последствий разлива, а также расчете необходимых средств реагирования и мест их дислокации, исходя из типичных для данного района условий.

Карты чувствительности прибрежно-морских зон к нефтяному загрязнению представлены как графическая модель экологической обстановки в зоне риска аварийных разливов, они показывают распределение объектов окружающей среды и предоставляют возможность определять приоритеты при защите наиболее уязвимых составляющих при ликвидации разливов нефти.

Карты чувствительности содержат не только сведения о состоянии природной среды района потенциального загрязнения и позволяют оценить уязвимость биоты к нефтяному воздействию (например, уязвимость птиц различается во время высиживания птенцов и во время пролета), но и дают возможность оперативно прогнозировать процесс, связанный с аварийными разливами, и оценивать ущерб, нанесенный в результате выброса нефти на побережье.

Карты чувствительности прибрежно-морской зоны отнесены к категории карт многоцелевого назначения, поскольку они служат для получения справочных сведений, а также планирования мер по предупреждению и ликвидации чрезвычайной ситуации. Обозначим основные их функции:

· получение серии тематических карт, характеризующих особенности окружающей среды, распределение чувствительных к загрязнению нефтью биоресурсов и социально-экономических объектов в прибрежно-морской зоне;

· получение характеристик о степени чувствительности ресурсов к нефтяному загрязнению в зависимости от времени года, выраженных в индексах;

· оценка и прогноз чрезвычайных ситуаций, вызванных нефтяными разливами, а также выбор приоритетов при проведении операций по ликвидации загрязнения;

· оценка ущерба, нанесенного окружающей среде, и выявление зон риска возникновения чрезвычайных ситуаций.

Одной из основных причин создания карт чувствительности прибрежно-морских зон к загрязнению нефтью является трудность на начальных стадиях разлива спланировать мероприятия по его ликвидации. С помощью созданных автором карт чувствительности стали возможными оценка вероятности попадания нефти в береговую зону, выбор оптимального метода очистки загрязненного участка, а также оценка затрат на ликвидацию последствий аварии.

Первое упоминание о картах чувствительности относится к 1976 году, когда они были составлены для залива Кука и имели традиционный вид, что является удобным для решения долговременных задач. Статичные карты содержат информацию о зонах риска нефтяных разливов, средней, многолетней обстановке в этих районах. В соответствии с Постановлениями Правительства РФ № 613 от 21.08.2000 г. и № 240 от 15.04.2002 г., а также Приказа МЧС РФ от 28.12.2004 г. № 621 все владельцы потенциально опасных объектов обязаны быть готовыми к ликвидации разлива нефти при наименее благоприятных условиях. Под готовностью мы понимаем, в первую очередь, наличие Плана по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти (далее - План ЛРН), который содержит определенный комплект данных, способствующих принятию правильных решений в чрезвычайных ситуациях. В качестве одного из обязательных приложений должна присутствовать карта зоны действия Плана ЛРН и схема расположения опасного производственного объекта организации с границами зон повышенного риска и районов приоритетной защиты. По мнению автора, данное приложение целесообразно представлять в виде карт чувствительности, что успешно используется для действующих Планов для АМП Находки, Восточного, Владивостока, ОАО «Гаваньбункер» и других, в разработке которых автор принимал личное участие.

Таким образом, карты чувствительности прибрежно-морских зон к нефтяному загрязнению представляются нами как одна из основных составляющих Плана, утверждаемого соответствующими органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации, а также всеми взаимодействующими организациями, включенными в План. Таким образом, карты чувствительности отражают существующую в определенный момент обстановку в районе потенциального разлива, фиксируя ее на уровне юридического документа.

Однако статичные карты не позволяют представить текущую ситуацию в близком к реальному времени. Помимо этого динамичность объектов прибрежно-морской зоны обусловливает достаточно быстрое старение карт. Так как обновление классических картографических произведений является достаточно трудоемким и дорогостоящим процессом, нами предложена разработка электронных карт чувствительности, выполненных на основе ГИС-технологий.

В России первое упоминание карт чувствительности относится к разработке проекта «Сахалин-1». Это вариант карт на твердом (бумажном) носителе был составлен в 1990-е годы. Существуют карты экологической чувствительности среднего Каспия, выполненные на основе данных дистанционного зондирования, карты экологической уязвимости акватории Баренцева моря, разработанные Мурманским морским биологическим институтом РАН. Однако имеющиеся карты отражают преимущественно чувствительность отдельных объектов акватории в районах разработки и транспортировки нефти и в меньшей степени затрагивают комплексную чувствительность прибрежно-морской зоны.

В настоящее время нами ведется разработка электронных версий карт чувствительности. В Дальневосточном регионе России первый опыт создания интерактивного продукта был осуществлен автором в 2000 году для прибрежно-морской зоны залива Посьета (Японское море).

Карты чувствительности мы относим к картам геоэкологическим. Выделение районов различной чувствительности произведено на основе физико-географического и ландшафтного подходов. Территориальные единицы оценены с использованием качественных и количественных способов в условных индексах, описанных в предыдущем разделе. Это позволило присвоить каждому участку прибрежно-морской зоны индекс и создать синтетические карты путем интеграции предварительно нормированных показателей, характеризующих основные объекты, распределенные в пределах рассматриваемой акватории. Наиболее важными показателями, как было отмечено выше, являются чувствительность побережья и биоты к нефтяному загрязнению, а также распределение объектов природопользования. Нормирование осуществлено согласно алгоритму, рекомендуемому В.С. Тикуновым для создания оценочных карт. При этом степень оптимальности нормируемого показателя оценивается с учетом его вклада в конечный результат и подчиняется зависимости [1]:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Карт чувствительности следует отнести к категории комплексных. Данные, содержащиеся в них, представляют своеобразную информационную базу кадастровой системы. Действительно, карты чувствительности, есть не что иное, как элемент прибрежно-морского кадастра, однако рассмотрение данной проблемы не входит в задачи настоящего исследования.

2.2. Разработка структуры карт чувствительности. Карты чувствительности включают в себя следующие элементы.

2.2.1. Разработка базовых карт. При разработке карт чувствительности большое внимание уделено базовой карте, которая служит каркасом для последующей привязки, совмещения и координирования всех данных, необходимых для принятия решения при реагировании на чрезвычайную ситуацию. Это источник сведений, обеспечивающий согласованность информации. Например, гидродинамические данные дают информацию об интенсивности волнения в зоне риска, поскольку оно может воспрепятствовать процессу ликвидации загрязнения и увеличить ширину загрязненного побережья, либо наоборот, не допустить попадания нефти на побережье за счет возникновения отраженной волны от вертикальной стенки скального обрыва. Но эти карты не позволяют наглядно представить ситуацию и оперативно внести изменения в ее развитие. Поэтому в базовую основу, помимо топографической информации, автором добавлен ряд элементов - гидродинамические климатические социально-экономические данные - необходимые для принятия решений и представления динамической картины, где ситуацию можно отслеживать буквально по минутам: гидродинамические. Результатом является более быстрое реагирование при ликвидации аварии. Данный подход дал возможность создавать сколь угодно сложные модели, которые впервые использованы для оценки реагирования в зонах потенциального риска разливов в Дальневосточном регионе. Для реализации системы созданы растровые и векторные базовые карты масштабов 1 : 200 000 и 1 : 100 000, открытые участки морской акватории имеют масштаб 1 : 250 000, для представления наиболее уязвимых объектов (лагуны, области высокого риска разлива нефти и нефтепродуктов) использовались карты масштабов 1 : 50 000, 1 : 25 000 и 1 : 10 000. Для детализации обстановки в портовых зонах проведена оцифровка планов (масштабы 1 : 5 000).

2.2.2. Картирование чувствительности побережья. Эффективность технологии реагирования также зависит от особенностей окружающей среды. Поэтому при составлении карт чувствительности автором предлагается ввод новых параметров. Одним из таких параметров является индексация чувствительности побережья к нефтяному загрязнению. Комплексная характеристика литолого-геоморфологической структуры побережья находит свое выражение в ранжировании побережья по десятибалльной шкале, где каждому участку береговой зоны присваивается собственный индекс чувствительности. Особенности индексации побережья отражены в главе 1. Индекс чувствительности береговой зоны - величина интегральная - позволила определить не только приоритеты защиты при планировании мероприятий по ликвидации аварии, но и скорость восстановления побережья, а значит, и потенциальный ущерб. Первичная индексация побережья Дальневосточного региона проведена по крупномасштабным картам, для уточнения ситуации и составления крупномасштабных карт использованы данные дистанционного зондирования (космические и аэроснимки), а также собственные экспедиционные исследования. При подготовке работы проведена индексация побережья о. Сахалин, Приморского и южной части Хабаровского края. Проведено детальное картирование заливов Амурский, Уссурийский, Находка, Посьета (Приморский край), северо-восточного побережья Сахалина, залива Чихачева (Хабаровский край).

2.2.3. Картографирование чувствительности биоты к нефтяному загрязнению как элемент карт чувствительности. Основной ущерб при катастрофах наносится живым объектам. Учет данного параметра в совокупности с чувствительностью побережья позволил минимизировать ущерб, принять быстрое решение, какие районы должны быть приоритетными для выполнения рекомендаций. Информация о чувствительности биоты прибрежно-морской зоны является наиболее обширной и значимой составляющей карт чувствительности. Чем выше плотность и разнообразие биологических компонентов на участке побережья, тем более высокой чувствительностью он характеризуются. Объекты, имеющие чувствительность до 2-4 балла представлены на картах значками зеленого цвета, 5 - 7 баллов - оттенками желтого, 8 баллов и выше - красным цветом.

Карты чувствительности в первую очередь показывают распределение объектов живой природы в пределах зоны риска. Для их идентификации использованы специальные условные обозначения, имеющиеся в стандартном наборе картографических условных знаков ArcGIS. Для их отображения использован способы значков и ареалов. Для идентификации на картах чувствительности биоты использованы различные цветовые наполнения.

2.2.4. Картографирование объектов природопользования. Данный компонент карт чувствительности определен как пространственно ограниченные комплексы (территориальные сочетания) конкретных предприятий и других хозяйственных образований, использующие располагающиеся в их пределах (или непосредственной близости) природные ресурсы, в рамках имеющихся или планируемых технологий, технических ресурсов, материальных и трудовых ресурсов. К ним отнесены: марикультурные, портовые и рекреационные хозяйства, рыбопромысловые участки и предприятия, очистные сооружения и места выброса сточных вод, месторождения минеральных ресурсов, особо охраняемые природные территории и частные постройки.

Карты чувствительности показывают распределение производств и инфраструктуры в пределах зоны потенциального риска загрязнения. Для обозначения объектов природопользования на карте выбраны два способа картографического изображения: способ ареалов и способ значков. Ареалами обозначены границы рыбохозяйственных комплексов, рекреационных зон, залежи полезных ископаемых. Графически ареалы представлены цветными штриховками, с соответствующими пояснениями в легенде карты. Способ значков использован для показа объектов, локализованных в пунктах и не выражающихся в масштабе карты. Значками показаны населенные пункты, промышленные предприятия, отдельные сооружения (например, выпуски сточных вод). При этом значки позволили охарактеризовать качественные и количественные особенности объектов, их внутреннюю структуру.

Полнота предоставленной информации по объектам природопользования и живой природы определяет величину ущерба в случае аварийного разлива нефти, а также стоимость реабилитации загрязненного участка.

Глава 3. Информационные технологии в обеспечении экологической безопасности при ликвидации аварийных разливов

Многообразие и различная чувствительность объектов окружающей среды в районах риска определили целесообразность применения современных геоинформационных методов.

3.1. Использование информационных технологий в решении вопросов экологической безопасности. Предметной областью системы обеспечения экологической ситуации при разработке нефтяных месторождений на шельфе была обозначена аварийная ситуация. Использование информационных технологий позволило интегрировать обширный массив анализируемой информации и модели механизмов взаимодействия субъектов и объектов для описания пространственно-временной изменчивости явлений. В данном случае обеспечение экологической безопасности включает в себя подбор факторов организации, соответствующих ситуаций в окружающей среде. При этом рассмотрены все возможные варианты развития ситуации, для каждого из которых определена соответствующая стратегия реагирования. Данные, поступающие из различных источников, интерпретированы в соответствии с требованиями текущей ситуации и выявлены ключевые моменты, определяющие принятие решения с использованием принципа « если…, то…».