Содержание к диссертации
Введение
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 3
1.1. Химический состав и загрязнение тяжелыми металлами природных вод 7
1.2. Загрязнение водоемов органическими соединениями 13
1.3. Содержание микроэлементов в природных водах, донных осадках 16
1.4. Влияние нефтегазодобывающего комплекса на состояние природных сред территории ХМАО-Югры 18
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 28
2.1. Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха 28
2.2. Мониторинг загрязнения снежного покрова 30
2.3. Мониторинг загрязнения почвенного покрова 32
2.4. Мониторинг загрязнения поверхностных вод 35
2.5. Мониторинг загрязнения донных отложений 37
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 40
3.1. Характеристика современного состояния природных сред территории Нефтеюганской о района ХМАО-Югра 40
3.1.1. Сосюяние аімосферного воздуха 43
3.1.2. Сосюяние снежного покрова 45
3.1.3. Состояние почвенного покрова 47
3.1.4. Состояние поверхностных вод 54
3.1.5. Состояние донных отложений 62
3.2. Характеристика современного состояния природных сред территории Сургуского района ХМАО-Югра 69
3.2.1. Состояние атмосферного воздуха 73
3.2.2. Состояние снежного покрова 76
3.2.3. Состояние почвенного покрова 82
3.2.4. Состояние поверхностных вод 90
3.2.5. Состояние донных отложений 99
3.3. Характеристика современного состояния поверхностных вод и донных отложений
терриюрии Пуровского района ЯНАО 106
3.3.1. Оценка качества поверхностных вод 106
3.3.2. Оценка качества донных отложений 112
3.3.3. Оценка качества почвенного покрова 115
3.4. Обсуждение результатов '. 117
ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ 124
ВЫВОДЫ 125
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 127
ПРИЛОЖЕНИЯ 137
- Химический состав и загрязнение тяжелыми металлами природных вод
- Мониторинг загрязнения почвенного покрова
- Состояние почвенного покрова
Введение к работе
Актуальность проблемы. Нефтегазодобывающие предприятия Западной Сибири оказывают комплексное, концентрированное воздействие на гидро-. лито-, и атмосферу. Происходит изменение рельефа местности, развивается эрозия почвы, уничтожается растительный покров, происходит загрязнение воздушной среды, ухудшается качество воды. Эксплуатация нефтепроводов является одним из наиболее опасных факторов, вызывающих нарушение равновесия водных экосистем. Опасность воздействия объектов нефтеї а-зового комплекса на экосистемы обусловлена токсичностью природных углеводородов. сопутствующих соединений, разнообразием химических веществ, используемых в технологических процессах. (Батояіі В.В. и др.. 1990: Лрестова И.Ю.. Опекунова М.Г.. Опекунов А.Ю.. Кукушкина С.Ю., 2006: Синякевич Л.Н., 2004: Абакумов В.А. 1983: Магоме-дова М.А.. Морозова Л.М., 2001) Анализ проблем, освещенных в литературе, показывает. что комплексной оценке природных экосистем в зонах влияния нефтегазовых объектов уделяется недостаточное внимание и это влияет на рационапьное использование природных ресурсов. Объектами воздействия нефтегазового комплекса являются практически все компоненты природной среды, при этом происходит именно комплексное воздействие и истощение экол о го-ресурсного потенциала территорий, изменение естественных биоценозов и среды их обитания. Диссертационная работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой программой «Экология и природные ресурсы России» (2002-2010гг.), утвержденной постановлением Правительства РФ от 07.12.2001г. №860 и постановлением Правительства ХМАО-Югры №302-П от 29 июля 2003г. «Об утверждении требований к определению исходной загрязненности компонентов природной среды . проектированию и ведению экологического мониторинга в границах лицензионных участков недр на территории ХМАО-Югры».
Цель диссертационной работы - комплексная геоэкологическая оценка состояния атмосферного воздуха, снежного и почвенного покрова, поверхностных вод и донных отложений в зонах влияния нефтегазовых месторождений ХМАО-Югры Тюменской области на основе современных показателей и геоинформационных технологий (ГИС) для сохранения стабильности состояния природной среды.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
Выделить и картографировать ландшафтно-производственные системы Нефтею-ганского и Сургутского районов ХМАО-Югры с применением технологии ГИС. выбрать систему показателей для комплексной экогеохимической оценки природных сред:
Изучить влияние промышленных объектов нефтегазовых месторождений Нефтею-
ганского и Сургутского районов на атмосферный воздух, снежный и почвенный покров.
на гидрохимические показатели поверхности вод и донных отложений. Получить интегральную оценку состояния природных экосистем в зоне влияния нефтегазовых обьектов и определить степень их воздействия;
- Разработать Программу экологического мониторинга, учитывающую особенности природно-климатических характеристик региона, виды воздействий на компоненты экосистем с выявлением приоритетных загрязнителей и методов их анализа, и обеспечивающую объективность при оценке экологического благополучия исследуемой территории.
Область исследования - прикладная экология - изучение влияния антропогенных факторов на компоненты природных сред с целью разработки экологически эффективных технологий и обеспечения экологически допустимого воздействия на окружающую природную среду.
Объекты исследования — территория нефтегазовых месторождений ХМЛО-Югры Тюменской области - Омбинское, Мамонтовское, Майское Неф геюганского района и За-иадно-Угугское, Угутское, Киняминскос Сургутского района с различной степенью техногенного воздействия на компоненты природноіі среды. Исследования проводились в период с 2004 по 2008 гг.
Научная новизна результатов исследования:
Впервые проведены сравнительные комплексные исследования состояния компонентов природной среды в зонах влияния нефтегазовых'месторождений разного уровня техногенного воздействия. Выделены и картографированы ландшафтно-производственные системы Нефтеюганского и Сургутского районов ХМАО-Югры с применением геоинформационных технологий (ГИС) на базе результатов дистанционного (космического) зондирования. Выбрана система показателей для комплексной геохимической оценки природных сред (атмосферного воздуха, снежного и почвенного покрова, поверхностных вод и донных отложений) и на этой основе выявлены территории с повышенной степенью загрязнения.
Установлено, что показатели комплексного индекса загрязнения атмосферного воздуха и снежного покрова на территории месторождений Нефтеюганского, Сургутского районов имеют невысокие значения, что позволяет оценить их состояние как чистое. Приоритетными загрязнителями снежного покрова являются хлориды, сульфаты, фенолы, нефтепродукты, соединения свинца, марганца, никеля.
Найдено, что интегральный показатель загрязнения проб почвы на территории месторождений Нефтеюганского района соответствует допустимому уровню загрязнения, а на территории месторождений Сургутского района — от умеренно опасной, опасной до
чрезвычайно опасной, соответственно. Приоритетными загрязнителями почвенного покрова являются соединения хрома, меди, никеля, цинка, кобальта, азога аммонийного и АПАВ.
На примере водоемов, репрезентативных для разных ландшафтно-экологических условий Нефтеюганского и Сургутского районов, показаны резкие колебания геохимических харакіеристик: от загрязненных (водотоки Омбинского, Мамонювского и Угутского месторождений) до грязных, очень грязных и чрезвычайно грязных ( водотоки Майского, Киня-минского местрождений, р.Пур). Приоритетными загрязнителями природных вод являются фосфаты, азот аммонийный, соединения железа, меди, марганца, свинца, цинка и АПАВ.
Суммарный показатель загрязнения донных отложений водотоков Нефтеюганского и Сургутского районов имеет невысокие значения. Полученные результаты позволяют эти пробы отнести к донным отложениям с допустимым уровнем загрязнения. В качестве приоритетных загрязнителей выделены соединения железа, никеля, цинка, хрома, кобальта, кадмия, азо г аммонийный и АПАВ.
Практическая значимость и реализация исследования заключается в разработке Программы экологического мониторинга, учитывающей особенности природно-климатических характеристик Западно-Сибирского региона, виды воздействий на компоненты экосистехМ с выявлением приоритетных загрязнителей и методов их анализа, включающей исследование состояния растительного и животного мира, водных экосистем и обеспечивающей объективность при оценке экологического благополучия исследуемой территории. Основными результатами экологического мониторинга являются сведения об интенсивности загрязнения компонентов природной среды при обустройстве, эксплуатации месторождений нефти и' возможность распространения результатов мониторинговой информации между пользователями и своевременное её доведение до должностных лиц природоохранных структур. Практическая реализация выполненного исследования по экологическому мониторингу изученных месторождений подтверждена актами внедрения результатов в практик}' инженерно-экологических изысканий при выполнении проектных работ подразделениями ООО «РН-УфаНиПиНефть». Использованные в работе показатели и критерии по экогеохимической оценке влияния нефтегазовой отрасли на окружающую среду имеют достаточно универсальный характер и могут быть рекомендованы для широкого применения в проектных организациях.
На защиту выносятся следующие положения: - Результаты картографирования ландшафтно-производственных систем Нефтеюганского и Сургутского районов ХМАО-Югры с применением геоинформационных технологий (ГИС) и результатов дистанционного (космического) зондирования, выбор системы показателей для комплексной экогеохимической оценки состояния природных сред;
— Особенности современного экологического состояния компонентов природной среды (атмосферного воздуха, снежного и почвенного покрова, поверхностных вод и донных отложений) на территории нефтегазовых месторождений: Омбинское, Мамонтов-скос, Майское Нефтеюгаиского района и Западно-Угутское, Угутское, Киняминское Сургутского района с различной степенью техногенного воздействия.
Достоверность сделанных выводов обусловлена использованием современных физико-химических, химических методов анализа, методов математической и статистической обработки результатов.
Апробация материалов исследований. Основные результаты исследований об
суждались на 24-ом Всероссийском научно-практическом междисциплинарном семинаре,
Бирск (2007г.); 2-ой Международной научно-практической конференции «Актуальные
экологические проблемы», Уфа (2007г.); Всероссийском научно-практической конферен
ции «Проблемы и перспективы развития деятельности АПК» (2007г.); 7-ом Конгрессе
нефтегазовой промышленности России. Уфа (2007г.); Межрегиональной научно-
практической конференции «Чистая вода Башкортостана-2008». ~
Публикации. По теме диссертации автором опубликовапо.9 научных работ, из них 1 статья в издании перечня ВАК Минобрнауки РФ.
Структура диссертационной работы. Объем диссертации — 171 страниц. Работа состоит из введения, 3-х глав, обсуждения результатов, практической значимости, выводов, списка использованной литературы в количестве 131-го наименования и^4-х приложений. Иллюстративный материал представлен 58-ю таблицами, 54-мя рисунками.
Автор выражает признательность и благодарность научному руководителю, академику АН РБ Имашеву У.Б. за постоянную помощь, ценные советы и содействие в работе.
Химический состав и загрязнение тяжелыми металлами природных вод
В водоемах содержатся практически все химические элементы, но только немногие из них, так называемые биогенные, присутствуют в больших количествах (азот, фосфор, калий, кальций, магний, кремний, железо), остальные являются микроэлементами (Григорян Б.Р. и др., 1996; Дзюба А.А. и др., 1987; Дривер Дж., 1985; Качество поверхностных вод, 2000). Определенные концентрации и правильное их соотношение играют важную положительную роль в жизни водоемов (Линник Г.Н., 1986; Жулидов А.В., 1989; Воробьев В.И., 1993; Евтушенко Н.Ю., 1996). Биогенные элементы напрямую способствуют развитию фитопланктона, а косвенно на животных (зоопланктон и зообенгос), служащих пищей для рыб. Фосфор, кальций, натрий, калий, хлор, железо и другие элементы, проникая через жабры, кожу и слизистую оболочку в организм рыб, включаются в обмен веществ и тем самым необходимы для их роста и развития. Однако слишком большое поступление в водоем биогенных элементов и других минеральных солей может привести большой вред и поэтому рассматривается как загрязнение водоемов. Для оценки качества воды по ее химическому составу применяют как общие показатели — содержание кислорода, рЫ. жесткость, ХПК, БГЖ, так и специфические гидрохимические показатели: азот аммонийных, ннгритный, нитратный; хлориды, сульфаты, фосфаты и другие (Комаровский Ф.Я., Поли-щук Л.Р., 1981; Абакумов В.А., 1983; Линник П.Н., 1986; Жулидов А.В.; 1989; Жулидов А.В., Вимазал Я., Дубова Н.А., 1989; Варенко., Загубиженко Н.И., Гайдаш Ю.К.. 1991; Ки-ричук Г.Е., 2002).
Кислород. Обязательным условием для поддержания жизни в водоеме является наличие в воде кислорода. Кислород постоянно расходуется на дыхание гидробионтов, окисление органических и минеральных веществ. Оптимальное содержание кислорода составляет 6-11 мг/дм , нижний предел - 4-5 мг/дм (Никаноров A.M., 1989; Новиков Ю.В. и др., 1990; Алекин О.Аидр., 1973).
Водородный показатель рН. В кислой и щелочной среде у рыб нарушается дыхание и газообмен (Воробьев В.И., 1993). Поэтому оптимальными условиями существования гидробионтов является нейтральная, слабокислая и слабощелочная среда. Для пресноводных рыб принята норма, равная рН=6-9, а для максимальной продуктивности водоемов требуется рН=6,5-8,5.
Окисляемость воды. Интегральный показатель окисляемости воды отражает уровень загрязнения водоемов органическими веществами. Он выражается количеством ки- слорода (мгО/дм Н2О), необходимого для окисления органических веществ и определяется по бихроматной окисляемое (химическое потребление кислорода, ХГЖ). В качестве дополнительной характеристики используется показатель биохимического потребления кислорода (БПК), это количество кислорода (мгО/дм Н О), пошедшее на дыхание микроорганизмов и простейших, а также на окисление легкоокисляющихся веществ до начала нитрификации. С увеличением количества органических веществ в воде повышается количество микроорганизмов, и преимущественно за счет этого увеличивается БПК. Расход кислорода за определенный промежуток времени (1; 5; 20 сут.) в исследуемой пробе определяют по разности между содержаниехм до и после инкубации воды в стандартных условиях. Содержащиеся в воде органические соединения в оптимальных концентрациях бла-юприятствуюг поддержанию жизни в воде, так как являются источником питания для огромного количества мелких гидробионтов. При этом значение БПК не превышает 8-10 мгО/дм3 НгО и в воде устанавливается равновесие, кислорода достаточно для дыхания гидробионтов и окисления органических веществ.
Жесткость воды. Под жесткостью воды понимают общее содержание растворимых солей магния, кальция и других щелочноземельных металлов. По жесткости различают следующие типы воды: мягкая - 4 мг-экв/ дм , среднежесткая - 4-8 мг-экв/ дм , жесткая -8-12 мг-экв/ дм . Для пресноводных рыб благоприятна мягкая и среднежесткая вода (Воробьев В.И., 1993). Слишком мягкая вода нежелательная из-за недостатка в ней солей кальция, магния и других элементов, поэтому рыбы недополучают эти биогенные элементы через воду. Соли кальция и магния регулируют буферные свойства воды, связывают многие токсические вещества (тяжелые металлы), переводят их в нерастворимые осадки, а также положительно влияют на резистентность организма гидробионтов к некоторым болезням (Линник Г.Н., Набпванец Ю.Б., 1986; Линник П.Н., 1986; Жулидов А.В., Вимазал Я., Дубовва Н.А., 1989; Новиков Ю.В., Ластикина К.О., Болдина З.Н., 1990; Penttinen Sari, Kostano Auli, Kykkonen Jussi V.K., 1998; Jackson B.P., Lasier P.J., Miller W.P., 2000; Красногорская H.H., Фащевская Т.Б., 2001).
Соединения азота. В воде водоемов азот находится в нескольких формах: растворенного молекулярного азота и в виде различных органических и минеральных соединений - азота альбуминоидного, аммиачного и аммонийного, нитритов и нитратов (Воробьев В.И., 1993). Поскольку азот является одним из основных биогенных элементов, входящих в состав растительных и животных организмов, все эти формы присутствуют в водоемах и проходят определенный цикл превращений (круговорот) по схеме.
Мониторинг загрязнения почвенного покрова
В геоморфологическом строении территория Омбинского и Мамонтовского месторождений представлена третьей надпойменной террасой, аллювиальной, высотой 30 15 м, поздним плейстоценом. Поверхность территории представляет собой всхолмленную озёрно-аллювиальную равнину с незначительной заболоченностью и практически полным отсутствием озёр. Рельеф равнины слабо-расчленённый, в отдельных случаях пологоволнисгый. Абсолютные отметки изменяются от 27,10 до 46,90 м. На всей территории изысканий распространены четыре типа ландшафта: суходольные участки, болота II и III типов, пойма и водогоки — пр. Тангинская, р. Сыкыльигый, р. Большой Каръёган и р. Малый Каръёган). Суходольные участки занимают, в основном, дренированные склоны и, частично, водоразделы. Мохорастительный слой составляет 0,2 м. Болота, как правило, не глубокие средней мощностью 0,8 м; максимальные глубины до 4,3м приурочены к ложбинам стока, местным аномальным понижениям рельефа. Береговые склоны болот пологие. По условиям питания болота, проходящие по надпойменной террасе относятся к верховым, а по пойме — к низинным. Район работ расположен в лесной зоне левобережья реки Оби. Поверхность территории представляет собой всхолмленную озерно-аллювиальную равнину с незначительной заболоченностью и почти полным отсутствием озёр. Со временем имевшиеся здесь озера были частично опущены развившейся речной сетью, частично преврагились в заболоченные котловины (рис. 6).
Основную сіруктуру ландшафтов территории Майского месторождения формируют смешанные леса и межгривенные кустарничковыс болота. В днищах ручьев и мелких долин, в условиях проточного увлажнения, характерны смешанные лиственно-сосновые, лиственно-елово-пихтовые разреженные низкобонитетные леса. Водосборы рек представляет собой озерно-аллювиальные равнины, сложенные с поверхности преимущественно среднесуглинистыми покровными отложенияіми, подстилаемыми слоистыми глинами и песчаными толщами. Поверхности водосборов холмистые, занятые грядово-мочажинными болотами. Поймы рек то луговые, то лесные, чередующиеся, местами заболоченные. Русла извилистые, шириной 8-15 м. Коэффициент извилистости русел 1,3-1,4. Средневзвешенный уклон русел 0,2-0,3%. Берега крутые, обрывистые, высотой 1,0-3,0 м, на отдельных участках пологие. Дно рек песчаное, илистое. Глубина на плесах достигает 2-3 м, на перекатах 0,3-0,6 м. Реки Коонъях, Энтльигый, Икигль относятся к типу рек со смешанным (снеговым и дождевым) питанием с преобладанием снегового (60-80% годового стока); а по характеру водного режима принадлежат к рекам с ярко выраженным весенним половодьем и паводками в теплое время года и устойчивой зимней меженью.
Состояние почвенного покрова
Сургутский район расположен в центральной части округа, имеет протяженность с севера на юг более 500 км. Орографически район находится на Среднеобской низменности, северной частью заходит в пределы возвышенности Сибирские Увалы. На территории района выделяются геоморфологические уровни поймы р. Оби и притоков, четырех террас, водораздельной равнины. Пойма реки Оби и притоков — сегментно-островная, имеет ширину близ города Сургута около 32 км. Рекой Обь район делится на правобережную и левобережную части. Левобережная часть территории района (южная часть Среднеобской низменности) отличается от правобережной, меньшей степенью заболоченности, повышением степени лесистости за счет увеличения глубины расчленения рельефа. Заболочены широкие части прадоли-ны Большого и Малого Югана и центральные части междуречий. Глубина расчленения рельефа— 5-25 м, средние абсолютные отметки поверхности — 60-80 м. (рис. 21, 22)
На территории Западно-Угутского месторождения берут начало pp. Пугольягун, Ван-кыръягун, Сухая, Кулунигый являющиеся левыми притоками р.Бол.Юган и впадающими на 134, 187, 165 и 160 км, соответственно, и Большой Балык, являющийся притоком первой категории р.Оби. Озер на левобережье не много, они приурочены к долине р. Большой Юган. Территория Западно-Угутского месторождения расположена в бассейнах рек Большого Югана и Большого Балыка. Поверхность месторождения имеет незначительный уклон с юго-востока на северо-запад, абсолютные отметки плавно изменяются в том же направлении от 100 до 45-40 м БС. Рассматриваемый район представляет собой озерно-аллювиальную и аллювиальную равнину, сложенную с поверхности преимущественно среднесуглинистыми покровными отложениями, подстилаемыми или озерными слоистыми глинами, или легкосуглинистыми, алевритовыми и песчаными толщами. Центральные части рассматриваемых болотных массивов имеют выпуклый рельеф и занимают меньшую площадь, чем склоны. Преобладающими являются грядово-мочажинные комплексы, чередующиеся с мохово-лесными болотными микроландшафтами. Значительно меньшие по площади болота в основном покрыты сосново-кустарничковой растительностью. Средняя мощность торфяной залежи рассматриваемого района колеблется в широких пределах от 2 до 6 метров. Характерной чертой торфяной залежи является мощный верхний слой из слаборазложившегося фускум-торфа и реже комплексного торфа. Низинные (евтрофные) болота в основном приурочены к бессточным понижениям в речных долинах, окрайкам верховых болотных массивов и имеют небольшие размеры.
