Содержание к диссертации
Введение
Природные условия освоения прибрежно-шельфовой зоны Печорского моря 9
1.1 Климат и климатообразующие факторы 11
1.2 Поверхностные воды 14
1.2.1 Речная сеть 14
1.2.2 Озера 16
1.2.3 Болота 17
1.3 Морские воды 18
1.3.1 Гидрологический режим 18
1.3.2 Динамика вод 19
1.3.3 Ледовые условия 22
1.3.4 Гидрохимия морских вод 24
1.4 Геолого-геоморфологические условия 28
1.4.1 Современные отложения и геоморфология 28
1.4.2 Тектоника и магматизм 32
1.4.3 Ландшафтная дифференциация 33
1.4.4 Почвы 33
1.4.5 Геокриологические условия 34
1.4.6 Геоморфология юго-востока Баренцева моря 35
1.5 Растительность и животный мир прибрежной и шсльфовой зон 39
1.5.1 Общая характеристика растительности 39
1.5.2 Животный мир 42
1.6 Морское побережье как наиболее уязвимая зона 48
2 Оценка воздействия на природную среду при освоении нефтяных месторождений территории 52
2.1 Объекты нефтегазового освоения 54'
2.2 Источники и виды воздействия на окружающую среду 57
2.3 Анализ рисков при освоении нефтегазовых месторождений 63
2.4 Экологический риск как показатель воздействия на природную среду 65
3 Исследование основных факторов экологического риска 66
3.1 Классификация факторов экологического риска 66
3.2 Природные факторы экологического риска 70
3.2.1 Природоохранные факторы 71
3.2.2 Геологические факторы 79
3.2.3 Физико-географические факторы 82
3.2.4 Гидрометеорологические факторы 83
3.3 Техногенные факторы экологического риска 89
4 Обоснование показателей и критериев оценки факторов экологического риска 93
4.1 Обзор методов анализа факторов и основные подходы к оценке экологического риска 93
4.2 Обоснование показателей и критериев оценки природных факторов экологического риска 119
Обоснование показателей и критериев оценки техногенных факторов экологического риска 127
Разработка методики интегральной оценки экологического риска при освоении нефтяных месторождений 130
Методика комплексной оценки величины экологического риска на основе экспертных методов анализа факторов 130
Районирование территории по экологическому риску при освоении месторождений углеводородов прибрежно-шельфовой зоны
Печорского моря 151
Результаты интегральной оценки экологического риска на примере
отдельного нефтяного месторождения 156
Заключение 158
Список использованных источников
- Климат и климатообразующие факторы
- Объекты нефтегазового освоения
- Классификация факторов экологического риска
- Обзор методов анализа факторов и основные подходы к оценке экологического риска
Введение к работе
Исследования по прогнозной оценке территорий, подверженных негативным воздействиям опасных природных и техноприродных процессов (ОПТП), с использованием количественных показателей опасности и риска стали впервые проводиться в различных странах мира, в том числе и бывшем СССР, с конца 60-х годов XX века. Одним из первых, кто использовал термин «риск» к ОПТП был известный американский сейсмолог К. А. Корнелл [177]. Он предложил понимать под сейсмическим риском вероятность превышения заданной интенсивности землятресении в определенном районе за определенный промежуток времени, то есть то, что в настоящее время принято называть опасностью. Аналогичный вероятностный показатель сейсмической опасности, названный «сотрясаемостью», и соответствующий метод его оценки был разработан и опубликован 3 годами раньше Ю. В. Ризниченко.
Современное понимание природного (экологического) риска как возможных потерь от опасности определенного генезиса было заложено, по всей видимости, в 70-х годах небольшой группой сейсмологов из Института физики Земли АН СССР (ныне ОИФЗ РАН), возглавляемой академиком В. И. Кейлисом-Бороком [68]. Знаменательно, что примерно к этому же времени большинство западных риск-аналитиков относят начало современных междисциплинарных исследований по вероятностному количественному анализу разнообразных рисков. Тридцать лет назад эти исследования были связаны, преимущественно, с разработкой методологии обеспечения безопасности сложных технических систем и опасных производств - ядерных, космических и т.п.
Несмотря на обширный список публикаций по природным опасностям, примеры количественной оценки обуславливаемых ими рисков и соответствующих карт были исключительно редки вплоть до 1993 г. Они отражали в основном такие процессы, как наводнения и снежные лавины, для которых обычно имеются представительные ряды наблюдений [9,187,175].
Единственным до 1993 г. примером количественной оценки интегрального риска от нескольких процессов разного генезиса была, по данным [132], Общая схема инженерной защиты территории России от опасных природных и техноприродных процессов, составленная в 1990 г. и отвечавшая по своему назначению и содержанию обзорной карте природного экономического риска масштаба 1:5000000.
Примеры количественной оценки обуславливаемых природными опасностями рисков и соответствующих карт были исключительно редки вплоть до 1993 г. Они отражали в основном такие процессы, как наводнения и снежные лавины, для которых обычно имеются представительные ряды наблюдений [9,187,175].
Важным по значимости событием в современной истории анализа природных рисков в России стала организация и проведение, начиная с 1991 г. комплексных научных исследований природных рисков по ГНТП «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф» (руководитель работ природного блока программы академик РАН В. И. Осипов), а также Всероссийских конференций «Оценка и управление природными рисками» под руководством В.И. Осипова и А.Л. Рагозина с периодичностью один раз в три года.
История разработки морских месторождений нефти и газа есть история успешного преодоления усложняющихся природных условий на основе выдающихся достижений техники и технологии. Однако эта же история свидетельствует, что аварии на все более совершенных морских добычных комплексах, тем не менее, продолжают возникать и приводить к потерям человеческих жизней, экологическому и экономическому ущербу. К числу наиболее крупных катастроф XX века относятся: Опрокидывание жилого модуля Александр Шейланд, крушение полупогружной буровой установки Оушн Рейнджер, взрыв и пожар на платформе Пайпер Альфа.
За последние 20 лет широкое распространение получила количественная оценка величины экологического и техногенного риска при освоении месторождений в Северном море (MIRA - Multi-Criteria Integrated Resource Assessment; EIF - Environmental Impact Factor и др.).
В последние годы арктический шельф России привлекает к себе пристальное внимание благодаря открытым здесь нефтяным и газовым месторождениям. Ресурсы углеводородного сырья Арктического шельфа являются важнейшей составляющей сырьевой базы топливно-энергетического комплекса страны. Их разработка имеет стратегическое значение и играет исключительную роль в экономике страны и прибрежных субъектов Российской Федерации.
В юго-восточной части Баренцева моря (Печорское море) выявлен новый, преимущественно нефтеносный район. Разведанные запасы и ресурсы углеводородов позволяют сформировать на Печорском шельфе новый нефтедобывающий район. Территория шельфа Печорского моря, а также прибрежная зона являются очень уязвимыми природными средами. Освоение этих территорий должно сопровождаться соответствующей, комплексной оценкой экологического риска (геоэкологического -по терминологии ряда исследователей (Самсонов, 2008 и др.)), как одного из самых важных показателей возможного ущерба природной среде. Общепринятого понятия экологического риска (ЭР) в настоящее время нет; во многих опубликованных исследованиях под экологическим риском понимается вероятность и масштаб возможного
изменения экологической ситуации, вызванного негативным воздействием хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайными ситуациями природного и техногенного характера [132]
Учет природных и техногенных факторов экологического риска (ФЭР), помимо сохранения окружающей среды (ОС), имеет и экономическую основу. Чем сложнее природные условия и выше уязвимость экосистем, тем выше капитальные затраты и эксплуатационные расходы на обеспечение инженерной безопасности и природоохранные мероприятия, а за счет комплексной оценки и грамотного управления ЭР, можно существенно сократить стоимость проекта.
Поскольку опыт нефтегазового освоения западной части Российского арктического шельфа практически отсутствует, то становится актуальным исследование факторов ЭР при освоении месторождений углеводородов прибрежно-шельфовой зоны Печорского моря.
Целью данной работы является исследование факторов и разработка методики оценки экологического риска при освоении нефтяных месторождений прибрежно-шельфовой зоны Печорского моря.
Для реализации этой цели, в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:
анализ возможного взаимного воздействия компонентов ОС прибрежно-шельфовой зоны Печорского моря и объектов нефтяного освоения;
исследование и классификацию основных факторов экологического риска (ФЭР), влияющих на оценку величины ЭР при освоении нефтяных месторождений, и разработку показателей их оценки;
разработку технологии учета ФЭР природного и техногенного характера;
районирование территории с целью сокращения возможного ущерба ОС и снижения стоимости проектирования, строительства и эксплуатации объектов нефтегазового комплекса.
Научная новизна исследований заключается в следующем:
1) Выделены и систематизированы основные ФЭР, влияющие на оценку величины ЭР
при освоении нефтяных месторождений прибрежно-шельфовой зоны Печорского моря.
Предложена система критериев и показателей, дающая возможность получить количественные интегральные оценки ФЭР.
Разработана методика комплексной оценки ЭР, с использованием экспертного метода анализа ФЭР.
Проведено зонирование рассматриваемой территории по интегральной оценке ФЭР.
Практическая значимость работы. Разработана методика оценки величины экологического риска на основании экспертных методов анализа факторов экологического
риска. Дана интегральная оценка возможного воздействия на компоненты ОС объектов нефтяного комплекса при освоении прибрежно-шельфовой зоны Печорского моря. Проведено зонирование указанной слабоизученной территории по величине экологического риска.
Результаты работы могут быть использованы в процессе разработки проектной документации для освоения нефтяных и газовых месторождений, предприятиями нефтегазового сектора, начинающими освоение углеводородных ресурсов западной части Арктического шельфа России
Положения, выносимые на защиту:
Классификация факторов экологического риска и показателей их оценки при освоении нефтяных месторождений прибрежно-шельфовой части Печорского моря на основе шкал баллов, и предложенное зонирование исследуемой территории дают „ возможность ранжировать влияющие факторы по степени возможного воздействия на окружающую среду.
Методика количественной оценки факторов экологического риска с применением многоуровневого экспертного анализа природных и техногенных факторов воздействия позволяет балльные оценки осуществлять с учетом весовых коэффициентов и приводить множество факторов экологического риска в 5-балльную систему оценки с использованием универсальной шкалы соответствия.
3. Выполненное впервые районирование территории прибрежно-шельфовой зоны
Печорского моря на основе комплексного анализа факторов экологического риска может
быть использовано при разработке документации для освоения месторождений
предприятиями нефтегазового сектора, начинающими освоение углеводородных ресурсов
западной части Арктического шельфа России.
Личный вклад автора и методы исследований. К основной идее диссертационной . работы — использование количественных методов оценки величины ЭР при освоении месторождений углеводородов прибрежно-шельфовой зоны Печорского моря, автор пришел, участвуя в НИР АГТУ «Методы и экологически безопасные технологии освоения нефтегазовых месторождений Европейского Севера России», работе по гранту РФФИ 05-05-97518 «Экологические проблемы освоения минерально-сырьевых ресурсов Архангельской области», а также в совместных проектах с норвежской компанией «StatoilHydro». Основы использованного подхода, экспертные оценки влияющих факторов, изложены в более ранних работах [5; 139; 136; 48; 76], но его адаптация применительно к данной проблеме и территории выполнена впервые непосредственно автором. Методы исследований заключались в использовании широкого комплекса средств, включающего анализ и обобщение фондовых и литературных источников, аналитическую и
статистическую обработку данных, математическое моделирование и графическую -интерпретацию результатов, с использованием различных электронных приложений. Также автором выделены наиболее значимые влияющие ФЭР, разработаны критерии и показатели их оценки, усовершенствованы процедуры расчета балльных оценок и проведения экспертных опросов. Как практический результат, автором разработана карта распределения величины ЭР исследуемого участка прибрежно-шельфовой зоны Печорского моря, которая является инструментом для первичной оценки величины ЭР при предстоящей разработке нефтяных месторождений.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались: на секции «Проблемы освоения нефтегазовых месторождений Европейского Севера России» научно-технической конференции в АГТУ (2006-2008); на международной молодежной конференции «Экология 2007» (Архангельск, 2007), во время стажировок в Норвегии по совместной программе АГТУ и «StatoilHydro»: научный центр в г. Поршгрюн (2006), институт «AkvaplanNiva» Тромсе (2007), научный центр в г. Тронхейм (2008).
По теме диссертации опубликовано 8 работ, в т.ч. 1 статья в журнале из перечня изданий, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, включающего 190 наименований. Объем работы 170 страниц, включая 14 рисунков и 28 таблиц.
Автор глубоко благодарен своему научному руководителю - д.г.-м.н. М.Г. Губайдуллину, за постоянную поддержку и внимание к работе, д.г.н. А.С. Викторову и д.г.н. В.Б. Коробову, за полезные консультации и ценные замечания на стадии завершения исследований.
Климат и климатообразующие факторы
По климатическому районированию данная территория относится к южному району атлантической области [15]. В южном районе происходит наиболее интенсивный приток тепла. Здесь отмечается рекордно высокая для Арктики температура, максимальные облачность и осадки.
Длительность и границы климатических сезонов не совпадают с календарными (табл. 1.1). По совокупности всех климатических характеристик территория НАО считается дискомфортной для проживания населения [117].
Температура воздуха. Термический режим определяется сезонным ходом солнечной радиации и притоком тепла с Северной Атлантики. Особенно заметна роль последнего фактора в холодный период года: осенне-зимние изотермы имеют выраженную меридиональную составляющую. В распределении температуры воздуха отмечается следующая закономерность: по мере ослабления отепляющего влияния североатлантических " воздушных масс температура снижается с запада на восток. Летом также происходит ее падение в северном направлении. Самый теплый месяц — июль, когда среднемесячные температуры достигают значений 12 С на юге НАО и 6-7 С в юго-восточной части Баренцева моря. Минимальная температура отмечается в феврале, когда среднемесячные значения понижаются до -10 С в западной части округа и до -20 С - в восточном секторе [110]. Холодный период длится с ноября по март, теплый - с апреля по октябрь. Отсутствие высоких гор на севере и юге благоприятствуют проникновению холодных арктических и теплых южных воздушных масс на территорию округа, что приводит к летним заморозкам и оттепелям зимой.
Экстремальные температуры могут достигать очень высоких значений. Зимой термометр нередко опускается ниже отметок -40 С, а на юге НАО даже до -50; летом температура воздуха может подняться до 28-29 С на морском побережье, а на южной границе округа еще выше - до 33-34 С [110]. В целом же среднегодовая температура " воздуха на всей территории отрицательная.
Ветровой режим. НАО и Баренцево море находятся между исландским минимумом и сибирским максимумом атмосферного давления. В окрестностях Исландии проходящие циклоны часто замедляют свое передвижение, формируя тем самым область климатического минимума. Давление в центре Исландского минимума на многолетней средней январской карте равно 996-997 мб; летом, в июле, давление поднимается до 1009 мб. Антициклоны развиваются обычно над холодной подстилающей поверхностью. Зимой, над Сибирью, формируется обширная зона высокого давления - от 1030 до 1035 мб; летом она размывается и заменяется азиатской депрессией от 1000 до 1005 мб. [157,159]. Вследствие этого характер атмосферной циркуляции от зимы к лету меняется коренным образом [140], определяя смену направлений ветровых потоков. В осенне-зимний период преобладают ветры южного и юго-западного направления, в весенне-летний - северного и северо-западного направлений. ,В целом, за год преобладающим является юго-западный ветер [15,110].
Скорость ветра увеличивается в широтном направлении, в соответствии с рисунком 1.2: чем дальше на север, тем выше ее значение.
Соответственно уменьшается количество безветренных дней — повторяемость штилей уменьшается с 8-9% в континентальной части до 2% и менее на островах. Максимальная скорость ветра отмечается в зимние месяцы, когда атмосферные процессы наиболее активны, и достигает 40 м/с, а в порывах и выше. Атмосферные явления.
Туманы. Условия для образования туманов возникают в течение всего года. Чаще туманы возникают в прибрежных областях, что объясняется влиянием моря. Максимум дней с туманом отмечается в теплое время года с июля по август, когда воздух содержит максимальное количество водяного пара. В эти месяцы туманы регистрируются в два-три _ раза чаще, чем зимой. В среднем, за год отмечается от 50 до 85 дней с туманом на морском побережье и 30-40 дней в центральных и южных районах округа. Однако в отдельные годы число таких дней может достигнуть более 100 у побережья и более 50 в тундре. Средняя продолжительность туманов относительно невелика и равна 4-6 часов, и только в исключительных случаях может превышать одни сутки [110].
Метели. На Крайнем Севере метели достаточно частое явление. В среднем за год отмечается около 100 дней с метелью на морском побережье и 50-60 дней в более южных районах. В экстремальные годы количество метелей увеличивается до полутора раз. Метели встречаются уже в сентябре и могут быть даже в июне, но наиболее часто происходят в декабре-феврале. Средняя продолжительность метелей около 10 часов, но бывают случаи, когда метели длятся в течение нескольких суток [110].
Избыточное увлажнение, равнинный рельеф и наличие многолетнемерзлых пород, препятствующих дренированию поверхностных вод, определяют изобилие поверхностных вод на территории НАО, особенно вблизи морского побережья. Густая речная сеть, в соответствии с рисунком 1.2, большое количество озер и болот существенно затрудняют освоение этих территорий и способствуют распространению загрязнения на местности.
На территории НАО располагается хорошо развитая речная сеть. Основной водоток -Печора, является наиболее крупной рекой Европейского Севера и по водоносности в европейской части России уступает только Волге. В нижнем течении в Печору впадает множество притоков, в том числе и такие сравнительно крупные реки, как Колва, Шапкина, Лая и Сула. Из рек, имеющий самостоятельный выход к морю, своими размерами на территории НАО выделяются Коротаиха, Черная, Пеша, Ома, Море-Ю, Индига и Вижас. Остальные реки уступают им по размерам и по сравнению с этими водотоками имеют небольшие водосборные площади. Глубины рек небольшие и, за исключением некоторых участков, колеблются в пределах от 0.5 до 2 м. Только в нижнем течении Печоры глубины достигают 15 м, что позволяет проходить в Нарьян-Мар морским судам. Берега некоторых рек высокие, нередко обрывистые до 10...20 м, однако ближе к прибрежной зоне моря становятся низкими и часто заболоченными [171].
Для водного режима рек характерно высокое весеннее половодье и низкая продолжительная зимняя межень. Питание рек осуществляется, в основном, за счет таяния снега в весенний период, когда доля стока составляет от 60 до 85 % от суммарного годового объема. В зимний период при переходе на питание грунтовыми водами доля стока обычно не превышает 5 % [134]. Режим питания рек напрямую зависит от площади водосбора. Чем дальше на севере расположена река и чем меньше ее площадь водосбора, тем больше неравномерность во внутригодовом распределении ее стока. Реки с площадями водосбора менее 50 км" обычно к середине зимы истощаются и перемерзают. Реки с площадями водосборов от 50 до 150 км" являются промерзающими, а реки с площадями водосборов более 150 км" - периодически промерзающими. В период летне-осенней межени нередки случаи пересыхания водотоков, площадь водосбора которых менее 10 км2. Дождевые паводки летом обычно одиночные, а осенью часто приобретают многопиковый затяжной характер.
Объекты нефтегазового освоения
В связи с тем, что в данной работе рассмотрена прибрежно-шельфовая зона, объекты нефтегазового освоения будут состоять из двух сильно различающихся между собой частей: сухопутные и морские. Они существенным образом различаются по своему составу, способами возведения сооружений, укладки трубопроводов и эксплуатации объектов.
Сухопутные объекты. Промысел в целом с основными технологическими зонами: буровой комплекс, добыча пластового флюида, подготовка нефти и попутного газа.
Отдельно рассмотрим транспортировку и хранение углеводородов, так как в этой технологической зоне самая высокая вероятность разливов и пожаров [174, 179]. Рассматриваемая технологическая зона состоит: внутрипромысловые, межпромысловые - и магистральные трубопроводы, резервуарные парки, промежуточные насосно перекачивающие станции (НПС), вахтовые поселки, складские помещения и производственные базы.
Внутрипромысловые трубопроводы прокладываются от отдельных скважин к центральному пункту сбора (ЦПС) на месторождениях. Посредством межпромысловых трубопроводов нефть поступает в резервуарный парк и далее в магистральный трубопровод. С целью избежания воздействия на вечную мерзлоту трубопроводы поднимаются над поверхностью земли на вертикальных опорах. Встречающиеся на пути небольшие реки и мелкие водотоки преодолеваются по воздуху, через средние реки и Печору необходимо прокладывать дюкер или строить переходы под дном.
Для поддержания необходимого давления и подогрева остывающей нефти на трассе трубопровода размещаются промежуточные НПС, оборудованные насосами и печами. В s состав НПС входит узел учета нефти. Количество промежуточных НПС определяется протяженностью трассы, рельефом местности и в определенной степени вязкостью перекачиваемой нефти.
Морские объекты Включают те же технологические зоны, что и промыслы на суше. Уделим особое внимание транспортировке и хранению углеводородов, так как в этой технологической зоне самая высокая вероятность разливов и пожаров [174, 179]. Основные объекты морской транспортной системы включают: подводные трубопроводы, резервуарные парки, береговые НПС, отгрузочные терминалы, танкерный и вспомогательный флот, плавучие нефтехранилища.
При морской схеме транспортировки на побережье необходимо построить нефтехранилище (резервуарный парк) с емкостью не менее семидневного (по некоторым расчетам - не менее двухнедельного) запаса нефти от пропускной способности нефтепровода. Это необходимо в целях избегания переполнения емкостей при _ невозможности подхода танкеров к терминалу по погодным или ледовым условиям. Если место расположения резервуарного парка удалено от вахтового поселка, на его территории сооружается вся необходимая инфраструктура, обеспечивающая жизнедеятельность и функционирование лагеря для рабочих, вертолетной площадки, транспортных средств.
Морские трубопроводы в прибрежной части, во избежание их повреждения ледяными образованиями, заглубляются в грунт. На удалении от берега, при достижении глубин, до которых не достают кили наиболее крупных торосов и иных ледовых образований, трубопровод прокладывают прямо по дну. Подводный трубопровод может состоять из двух ниток, что при опаздывании танкера во избежание застывания нефти позволяет осуществлять перекачку ее по кругу.
Относительно конструкции отгрузочного терминала существует несколько концепций. Принципиальное значение имеет место размещения емкостей для хранения нефти: на берегу или самом терминале. В первом случае терминал представляет собой .. автоматизированный объект с минимумом обслуживающего персонала, закрепленный на грунте морского дна и по внешнему виду напоминающий башню, выполняющую роль точечного причала. Нефть через такой терминал перекачивается с берега непосредственно на танкер. На самом терминале находится только буферный резервуар на случай аварийного отключения системы. Более надежной представляется конструкция терминала с хранилищем, поскольку представляет собой значительно большее по размерам сооружение, способное вьщержать высокие гидродинамические, ледовые и механические нагрузки. На такой терминал нефть может подаваться из нескольких береговых резервуарных парков. Роль нефтяного терминала может выполнять и буровая платформа в море, оборудованная емкостями для хранения нефти. Размеры таких сооружений позволяют отнести их к категории искусственных островов. Так, морская ледостойкая стационарная платформа с хранилищем на 100000 т, которую предполагается разместить на месторождении «Приразломное», имеет длину и ширину 126 м, высоту 100 м и вес 85000 т [121].
В зависимости от водоизмещения время загрузки танкера у терминала занимает от 18 до 44 часов. Средняя разгрузка танкера в порту занимает примерно 24 часа независимо от его тоннажа [7]. Чтобы уменьшить время загрузки танкера у терминала и тем самым снизить вероятность аварий и повысить эффективность транспортных операций, нефть должна подаваться под большим давлением, что предъявляет повышенные требования к качеству насосов. Можно решить эту проблему и путем увеличения количества и мощности самих перекачивающих устройств, но чем больше шлангов, тем выше опасность утечек нефти при их повреждении, например, при проведении швартовочных операций в сложных погодных условиях. Поэтому сейчас быстрыми темпами разрабатываются так называемые технологии «влажной загрузки», применение которых не исключено и в Печорском море [161].
Плавучее нефтяное хранилище (ПНХ) создается в том случае, когда экономически целесообразна перевалка нефти на более крупные танкеры для дальнейшей транспортировки в зарубежные порты. В качестве ПНХ может быть использован стоящий на якоре супертанкер, дедвейтом от 150000 до 220000 т, или специально спроектированное хранилище. ПНХ должно обеспечивать одновременный прием челночных (линейных) танкеров и одного супертанкера. Место расположения ПНХ может быть выбрано как на открытой акватории, так и в подходящей для его размещения бухте.
Классификация факторов экологического риска
Природные ФЭР, оказывающие влияние на ЭР в целом, определяемые исходя из состояния природных комплексов, характера и особенностей природных процессов, а также географического расположения территории планируемой для разработки. Эти факторы определяют возможность и степень нежелательных последствий для всех природных сред, в период разработки нефтяных и газовых месторождений
Техногенные ФЭР, к ним отнесены факторы, влияющие в пределах рассматриваемого участка, той или иной технологической зоны разрабатываемого месторождения на вероятность, характер и степень развития процессов, инициированных освоением месторождений, и имеющие неблагоприятные экологические последствия, прежде всего разливы и пожары [174, 179, 181]. Такие процессы вызываются авариями, которые характеризуются наибольшей частотой проявления на всех стадиях разработки месторождений углеводородов, а также способные нанести наибольший вред ОС и -персоналу.
Исследование ФЭР необходимо для выработки правильной стратегии освоения нефтегазовых месторождений прибрежно-шельфовой зоны Печорского моря и предварительной оценки величны ЭР. Определяющее значение имеют, прежде всего, экономические факторы, далеко не последнюю роль играют социальные и политические условия [171]. Однако, рассмотренные нами ФЭР, иногда решающим образом, могут повлиять на экономические показатели при освоении месторождений, и особенно важно учитывать экологическую составляющую, так как в денежном эквиваленте это будет возможный ущерб.
Анализ ФЭР играет большую роль при оценке ЭР, так как от правильности выбора рассматриваемых факторов, будет зависеть точность определения возможного ущерба ОС. ФЭР определены нами исходя из следующих положений [73]: - прямо запрещающие намечаемую деятельность. Устанавливаются законодательным -путем; - косвенно влияющие на реализацию намечаемой деятельности. Устанавливаются как законодательным путем, так и самими природными условиями; - способствующие возникновению аварийных ситуаций и распространению загрязняющих веществ в окружающей среде.
При выборе ФЭР принимается во внимание характер протекания природных процессов на исследуемой территории и область применения нормативных актов. Каждая территория обладает своими, только ей присущими особенностями, обусловленными ее географическим положением. Так, для Арктики и в целом для северных областей характерно наличие многолетнемерзлых пород, отсутствующих в расположенных южнее регионах. Что касается законодательной и нормативной базы, то ее применение имеет следующие аспекты. Во-первых, не все положения законов, указов, постановлений и т. д. могут применяться из-за отсутствия в рассматриваемом регионе соответствующих объектов. Например, на юго-востоке Баренцева моря нет некоторых режимных районов, ограничивающих производство некоторых видов работ, имеющихся в его юго-западной части. Во-вторых, местными законодательными и административными органами могут издаваться акты, ограничивающие те или иные виды деятельности, или устанавливающий особый режим природопользования на подведомственной им территории [171].
Если рассматривать природные процессы и явления во всей совокупности, можно прийти к выводу, что все они в той или иной степени каким-либо образом влияют на любую хозяйственную деятельность. В определенном смысле это действительно так. Однако, не все они имеют одинаковый вес. Поэтому в первоочередную задачу исследователей входит отбор наиболее важных ФЭР, объединяющих обособленные процессы. Данная задача может решаться последовательно. На первом этапе можно выделить все ФЭР, а затем, применяя методы количественного анализа, постепенно исключать второстепенные и взаимосвязанные факторы.
Количественный анализ возможен только в том случае, если удается представить ФЭР в числовом виде. Этого возможно достигнуть, если выработать систему показателей факторов и критериев показателей. Под показателем будем понимать такую характеристику, которая в наибольшей степени описывает исследуемый процесс. При этом может оказаться, что такая характеристика является не единственной, что имеет место при изучении сложных процессов (например, ледовых условий в море). Здесь есть два пути решения возникающих проблем. В первом случае можно рассматривать каждый показатель в отдельности, а затем, по возможности, объединять их, снижая тем самым размерность. В тех случаях, когда показатели имеют одинаковый смысл, их можно путем нормировки привести к безразмерному виду, что позволяет несколько показателей свести к одному [171]. Измеряемые величины (или представляемые в числовом виде), как правило, могут быть описаны несколькими характеристиками, такими как средние, наиболее вероятные и экстремальные значения, а также производными от них. Выбор числовой или статистической характеристики, наиболее пригодной для описания рассматриваемого явления в контексте решаемой задачи, и составляет суть выбора критерия. В качестве критериев могут использоваться различные величины. Выбор критериев определяется доступностью на данный момент информации и стадией исследования. Однако, в некоторых случаях, когда речь идет о качественных характеристиках объекта, показатели и критерии могут выражаться в одних понятийных единицах [171].
По характеру влияния все ФЭР можно разделить на группы: природоохранные; геологические; физико-географические; гидрометеорологические; техногенные, связанные с пожарами и разливами нефти. В качестве влияющих факторов мы будем рассматривать только те, которые являются: а) запрещающими, б) в наибольшей степени благоприятствующими созданию аварийных ситуаций, в) способствующие распространению загрязняющих веществ и г) затрудняющие работу персонала [171]. Также каждая группа будет состоять из подфакторов. При таком подходе неизбежно возникнут ситуации, когда один и тот же подфактор может входить в состав двух и более групп. В этом нет ничего удивительного, поскольку природные условия по-разному влияют на функционирование техногенных систем. Поэтому их и необходимо рассматривать с разных точек зрения.
Таким образом, чтобы оценить величину ЭР при совоении нефтяных и газовых месторождений, необходимо на основании тщательного анализа ситуации в регионе установить ФЭР и выработать систему их оценки путем выбора соответствующих показателей и критериев.
При выборе факторов и особенно показателей необходимо учитывать специфику региона и рассматриваемого природного объекта. Рассмотренные в предыдущих главах характеристика природных условий, законодательные и нормативные документы и характер воздействия объектов освоения нефтяных и газовых месторождений на природу и человека помогут нам в этом.
Обзор методов анализа факторов и основные подходы к оценке экологического риска
Существует несколько подходов к оценке риска. Риск — величина вероятностная, и определить ее можно как вероятность наступления некоторого неблагоприятного события. Методологический аппарат анализа рисков во многом использует подходы теории надежности и теории кибернетических систем [37, 130, 158]. Вся совокупность природных и техногенных объектов и эколого-экономических показателей описывается случайным вектором: X(t) = (X,(t);...;Xn(t)), (4.1) характеризующимся распределением вероятности F(x,;...;xn;t), (4.2) или многомерной функцией вероятности ЗД Хь. Хпф Хп. (4.3)
В простейшем случае, когда определяется какой-либо один, независимый от других, компонент системы, R(x) = Р(х Х), (4.4) где Р(х Х) — вероятность наступления события.
Каждому состоянию системы х = (xi; ...; хп) соответствует некоторая взаимно однозначная числовая функция g(x), называемая целевой функцией. Математическое ожидание этой целевой функции G(t) является основополагающей величиной. Целевая функция осредняется с учетом некоторой весовой функции W(t).
При помощи этой функции находят пределы надежности системы, например вероятность безотказной работы. Целевой параметр может быть использован и для нахождения совокупного риска системы. Величина риска может быть найдена несколькими способами в зависимости от вероятностной модели состояния системы. Рассмотрим один из возможных методов, основанный на функциональном подходе. Он хоть и является одним из самым сложных, но позволяет проиллюстрировать все трудности расчета рисков сложных систем [47, 115].
Данное уравнение интерпретируется как уравнение многофакторной регрессии, в котором коэффициент ао — свободный член, а остальные коэффициенты характеризуют: а-, — линейные эффекты, ау — эффекты взаимодействия, а,-,- - квадратичные эффекты.
При качественном анализе систем при помощи уравнения (4.7) достаточно рассмотреть только линейные эффекты; при необходимости получения количественных характеристик необходимо использовать члены более высокого порядка. Когда не совсем ясна роль факторов, что обычно имеет место при большом их количестве, исследования по определению значимости факторов производят в несколько этапов, используя методы алгебры логики. Вначале определяют диапазоны изменчивости переменных. Затем найденные диапазоны квантуются на отдельные уровни и методом минимизации булевых функций строится булева модель системы. Далее решается задача интерпретации булевых моделей.
Функциональный подход к анализу рисков может быть реализован тремя способами, каждый из которых обладает своими особенностями. В первом варианте изучаемый риск представляют как неизвестную величину — «черный ящик», поведение которого зависит от входных воздействий (факторов) и внутреннего состояния системы. При этом подходе необходимо определить номенклатуру факторов и параметров системы и функциональную связь между ними. Во втором варианте изучаемый риск представляют как фактор, который наряду с другими факторами определяет состояние и поведение объекта. При этом подходе необходимо определить значимость влияния риска на состояние объекта и взаимосвязь фактора с параметрами. В третьем варианте изучаемый риск представляют как параметр (одну из выходящих реакций), который наряду с другими является целевой установкой деятельности объекта. При этом подходе необходимо определить значимость риска для объекта и взаимосвязь фактора с риском [74].
При определении составляющих регрессионного уравнения (4.7) используют имеющиеся эмпирические данные, а также результаты моделирования исследуемых процессов. Анализ производится статистическими, вероятностными и экспертными методами. Для многокомпонентных и многофакторных систем при этом возникает ряд трудноразрешимых проблем. Наиболее важные из них [74]:
1. Полнота исходных данных о компонентах системы. Для нахождения статистически надежных коэффициентов регрессии необходимы выборки соответствующего объема. Данные, отвечающие всем требованиям, как правило, имеются только для ограниченного числа факторов, например, многолетние климатические ряды на сети метеорологических станций, да и то, если эти станции расположены в непосредственной близости от оцениваемых объектов. Недостаток данных или их отсутствие в определенной степени может быть компенсирован созданием математических моделей, например, таких как распространение загрязняющих веществ в атмосфере и гидросфере.
2. Неявность связей между компонентами системы. Все природные и социальные процессы нелинейны [6, 162]. Взаимосвязи между факторами, факторами и параметрами системы, даже если ограничиться только зависимостями не выше второго порядка, не всегда являются очевидными и для их установления необходимо проведение специальных исследований, включая длительные натурные наблюдения и лабораторные эксперименты.
3. Неопределенность многомерных распределений. Из-за отсутствия требуемой информации проблематично найти полную функцию многомерного . распределения характеристик влияющих факторов. В некоторых случаях можно получить двумерные распределения, но в целом приходится вводить гипотезы на характер распределения или заменять их экспертными оценками связей различных компонент, как это практикуется в теории надежности.
4. Критерии допустимого риска. Этот вопрос до сих пор остается открытым и решается в соответствии с поставленными целями. Для отдельных компонентов системы, прежде всего технических [40, 41, 126], уровень допустимого риска устанавливается нормативно. Но когда приходится учитывать несколько зависимых факторов, выработка такого критерия становится проблематичной в виду отсутствия единого понимания к безопасности системы. Причем эта неопределенность с критериями возникает уже при анализе двумерных распределений, например совместного влияния экстремальных волн и течений на гидротехнические сооружения, где ищутся параметры высот волн и модуля скорости течений, возможные 1 раз в заданное число лет. Когда же требуется оценить риск, являющийся следствием действия нескольких факторов, неопределенность возрастает на несколько порядков. В качестве примера можно привести понятие экологического риска.
