Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности природных условий территории расположения объектов Западно-Сибирского газового комплекса 7
1.1. Орогидрография 7
1.2. Климатические условия 10
1.3. Растительность 12
1.4. Почвы 16
1.5. Геологическое строение 20
1.6. Геокриологические условия 23
1.7. Современный облик и история формирования ландшафтов 27
Глава 2. Воздействие объектов газодобывающей отрасли на природные комплексы криолитозоны 31
2.1. Существующие классификации техногенных воздействий 31
2.2. Особенности воздействия объектов газовой промышленности на природную среду 36
2.33агрязнение природных экосистем 38
2.3.1 Разведка запасов 38
2.3.2 Обустройство месторождений 42
2.3.3 Эксплуатация объектов 44
2.4. Воздействия на многолетнемёрзлые породы 49
2.4.1 Нарушения граничных условий на поверхности ММП 50
2.4.2 Изменение геокриологической обстановки в массиве мерзлых пород 57
Глава 3. Биогеохимические особенности и загрязнение тундровых ландшафтов на примере Бованенковского месторождения 63
3.1. Снежный покров 64
3.2. Поверхностные воды 70
3.3. Почвы 78
3.4. Растительность 90
3.5. Корреляция параметров химического состава компонентов природной среды 98
Глава 4. Экологическая стабильность газодобывающих регионов в криолитозоне 101
4.1 Нормирование воздействий на природную среду 101
4.1.1 Понятие экологического нормирования и существующие подходы к решению проблемы 101
4.1.2 Устойчивость природных комплексов к техногенным воздействиям 106
4.1.3 Нормирование воздействий на ММП 110
4.1.4 Расчет норм воздействия на многолетнемерзлые породы Бованенковского ГКМ 113
4.2 Принципы обеспечения экологической стабильности газодобывающих объектов 135
4.2.1 Общие положения 135
4.2.2 Проектируемые объекты 137
4.2.2 Действующие геотехнические системы 140
Глава 5. Комплексный экологический мониторинг геотехнических систем 147
5.1. Методические основы организации и выполнения 147
5.2. Мониторинг состояния мёрзлых оснований 155
5.3. Геохимический мониторинг ландшафтов 159
5.4. Нетрадиционные методы дистанционного зондирования при родной среды при мониторинге геотехнических систем 162
5.4.1. Использование аэровидеосъемки для оперативной оценки состояния и картирования экосистем 162
5.4.2. Применение метода геолокационного профилирования для мониторинга состояния мёрзлых оснований 173
Выводы 187
Список литературы 189
- Геокриологические условия
- Поверхностные воды
- Устойчивость природных комплексов к техногенным воздействиям
- Использование аэровидеосъемки для оперативной оценки состояния и картирования экосистем
Введение к работе
Актуальность. Освоение ресурсов углеводородного сырья в криоли-тозоне при современном уровне знаний и технологий неизбежно сопровождается процессами антропогенного преобразования и изменения естественного хода сукцессии тундровых ландшафтов. В настоящее время темпы освоения новых перспективных газоносных регионов во многом определяются взаимоотношением объектов газовой промышленности с окружающей средой, и в первую очередь - степенью экологической безопасности объектов газового комплекса. Многие из проектов добычи и транспорта газа отклоняются Государственной экологической экспертизой именно по причине недостаточной экологической обоснованности проектных решений, которые не обеспечивают минимальное воздействие на природную среду и не гарантируют экологическую безопасность проектируемых объектов. Поэтому проблема обеспечения экологической стабильности газодобывающих регионов является приоритетной среди множества других природоохранных проблем. Особо актуальна она при освоении природных ресурсов северных регионов, ландшафты которых отличаются слабой устойчивостью к техногенным воздействиям.
Цель и задачи. Целью работы является разработка методических подходов к обеспечению экологической стабильности территорий размещения объектов газовой промышленности в криолитозоне на основе комплексного анализа факторов техногенного воздействия газодобывающих объектов на северные экосистемы и оценки последствий их изменения. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:
-
Рассмотреть особенности природной обстановки территорий расположения объектов Западно-Сибирского газового комплекса. Оценить фоновое биогеохимическое состояние тундровых ландшафтов и особенности геокриологических условий, определяющих их взаимоотношение с промышленными объектами.
-
Выполнить анализ экологических последствий эксплуатации действующих объектов газодобычи, выявить и систематизировать наиболее значимые по степени изменения природных условий факторы негативного влияния, определить источники, объекты и последствия воздействий для каждой из стадий освоения месторождений.
-
Разработать методику экологического нормирования воздействий газодобывающих и газотранспортных объектов на ведущий фактор эволюции природных комплексов Крайнего Севера - многолетнемёрзлые породы (ММП).
-
Определить критерии экологической стабильности территорий освоения и на их основе разработать методические подходы к обеспечению стабильности экологической обстановки и надежности функционирования инженерных сооружений на различных этапах жизненного цикла газодобывающих объектов.
-
Рассмотреть особенности экологического мониторинга объектов газовой промышленности в криолитозоне. Предложить нетрадиционные методы дистанционного зондирования для целей мониторинга геотехнических систем.
Исходные материалы. В основе диссертационной работы лежат результаты многолетних (1985-1998 гг) исследований автором особенностей природной обстановки территорий размещения объектов Западно- Сибирского газового комплекса. Полевые работы выполнялись в процессе инженерно-геологических изысканий для строительства объектов Ямбургского, Медвежьего, Ямсовейского, Бованенковского газоконденсатных месторождений (ГКМ), а также систем магистральных газопроводов. Закономерности изменения природных условий на разных стадиях эксплуатации месторождений изучались при выполнении экологического мониторинга объектов газодобычи Надым-Пур-Тазовского региона и п-ова Ямал. В процессе работы также был собран и обработан большой объем проектных материалов, результатов фактических наблюдений о состоянии геотехнических систем других исследователей, фондовых и литературных данных.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
впервые для каждой из стадий освоения газовых месторождений систематизированы источники, объекты и последствия наиболее значимых видов негативного влияния на природные комплексы криолитозоны - загрязнение ландшафтов и воздействия на ММП;
выявлены приоритетные загрязнители ландшафтов территории Бованенковского ГКМ, определены фоновые биогеохимические особенности и установлены пространственные закономерности распределения загрязняющих веществ в элементах природной среды (снег, аквасистемы, почвы, растительность) на основе анализа результатов комплексных режимных геохимических наблюдений;
разработана и реализована на практике для конкретных условий Бованенковского ГКМ методика нормирования техногенных воздействий на многолетнемёрзлые породы, основанная на моделировании их теплового состояния при приложении техногенных нагрузок;
предложен методический подход к обеспечению экологической стабильности проектируемых газодобывающих объектов и эксплуатируемых геотехнических систем в условиях Крайнего Севера.
На защиту выносятся:
классификация наиболее значимых для условий криолитозоны видов воздействия объектов газодобычи на природную среду, выделенных на основании анализа экологических последствий эксплуатации ряда месторождений севера Западной Сибири;
методика нормирования воздействия на ММП, основанная на математическом моделировании их теплового состояния при приложении техногенных нагрузок;
алгоритм обеспечения экологической стабильности территорий расположения газодобываюших объектов в условиях криолитозоны.
Практическая значимость. Предложенные автором методические подходы к обеспечению экологической стабильности объектов газодобычи в криолитозоне использованы при разработке экологического обоснования строительства Ямальского газового комплекса (ОВОС в составе ТЭО обустройства Бованенковского, Харасавэйского ГКМ и строительства системы магистральных газопроводов Ямал-Центр) а также при проектировании и организации системы производственного экологического мониторинга объектов ОАО Газпром в Надым-Пур-Тазовском регионе.
Результаты комплексного геохимического обследования территории Бованенковского ГКМ использованы при разработке разделов ОВОС в составе проектов обустройства и прогнозировании уровней загрязнения ландшафтов при эксплуатации месторождения.
Разработанная методика нормирования воздействий на ММП может быть применена при проектировании промышленных объектов на мерзлых основаниях.
Предложенный комплекс нетрадиционных методов дистанционного мониторинга геотехнических систем использован при картировании нарушенных ландшафтов, оценке состояния инженерных коммуникаций и мони-
торинге мерзлых оснований на Бованенковском, Медвежьем, Юбилейном месторождениях и других объектах предприятия "Надымгазпром".
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались на I Международном семинаре по проблемам ОВОС (Москва, 1991); Всероссийских конференциях "Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности" (Москва, 1995) и "Химия, технология и экология переработки природного газа" (Москва, 1996); III и VI Международных конференциях "Освоение Севера, проблемы рекультивации и природопользования" (Санкт-Петербург, 1996 и Сыктывкар, 1998); Международном семинаре "Загрязнения в мёрзлых и промерзающих грунтах" (Кембридж, 1997); VI Горно - геологическом Форуме "Природные ресурсы стран СНГ" (Санкт-Петербург, 1998); I - IV Международных Конгрессах "Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего" (Тюмень,1996; Москва, 1997; Казань, 1998; Уфа, 1999),
Публикации. Результаты исследований автора по теме диссертации опубликованы в 38 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем работы составляет 200 страниц, включая 34 рисунка и 27 таблиц. Список литературы состоит из 206 наименований.
Геокриологические условия
Значительная протяженность территории расположения объектов Западно-Сибирского газодобывающего комплекса в меридиональном направлении обуславливает четко выраженную широтную зональность геокриологических условий. Территория расположена в зонах сплошного и прерывистого распространения многолетнемерзлых пород [19]. Зональность проявляется в изменении характера распространения и температуры ММП, глубины сезонного протаивания-промерзания, льдистости, криогенного строения, экзогенных процессов и явлений в различных природно-климатических подзонах [107].
Подзоны арктической и субарктической тундры. Отличительная особенность этих природных подзон - сплошное распространение ММП, что обусловлено малыми величинами радиационного баланса, низкими среднегодовыми температурами и незначительной мощностью снежного покрова. Мерзлые породы встречены даже в пределах морских пляжей и кос, бечевниках рек, мелководий озер. Сквозные гидрогенные талики развиты лишь под наиболее крупными озерными системами Ямала и в устьях рек [80]. Под руслами крупных рек формируются несквозные талики мощностью до 25-30 м. Кроме того, сплошность ММП часто нарушается незначительной мощности (2-4 м) радиационными таликами с поверхности и низкотемпературными рассолами - криопэгами, широко распространенными непосредственно в мерзлой толще.
Мощность ММП изменяется в очень широком пределе. На низкой лайде и островах Карского моря мощность ММП составляет от 2-5 до 10-15 м, в пределах лагунно-морских террас и лайды Обской губы она увеличивается до 135- 150 м, достигая 200 -300 м в центральной части Тазовского п-ова и на большей части Ямала. Максимальная мощность ММП характерна для наиболее древнего геоморфологического уровня Ямала - морской среднечет-вертичной (салехардской) равнины, где нижняя граница мерзлой тощи залегает на глубине 350-400 и более метров [123].
Температура ММП на уровне нулевых годовых амплитуд различна и в зависимости от множества природных факторов может изменяться от -1.5 - -2С в центральной части Тазовского п-ова до -8—10С на севере Ямала. Максимальные температуры пород характерны для подножий склонов и пойменных участков, покрытых кустарниковой растительностью и плотным мохово-лишайниковым покровом. Минимальная температура отмечается на возвышенных поверхностях морских и прибрежно-морских равнин.
Криогенное строение пород тундровой зоны, и в первую очередь -льдистость, во многом определяется генезисом пород и типом промерзания. Для синегентически промерзших пород характерно широкое развитие сегрегационного и полигонально-жильного льда (ПЖЛ). Лед- цемент и иньекци-онно-сеграгационный лед более характерен для эпигенетически промерзших толщ [74]. В целом, почти все породы этой зоны до глубины 3-5 м сильнольдистые, за исключением водораздельных участков, сложенных дисперсными грунтами морского генезиса. Отличительной чертой ММП Ямала является наличие пластовых (залежеобразующих) льдов спорного происхождения, мощность которых нередко превышает 25-35 м.
Мощность слоя сезонного оттаивания в зависимости от экспозиции склонов, литологического состава пород, характера напочвенных покровов и др. факторов изменяется от 0.2-0.4 м до 1.5-1.8 м.
Среди современных криогенных процессов наибольшее влияние на облик ландшафтов и преобразование рельефа оказывают процессы криоплана-ции, комплекс парагенетически связанных склоновых процессов, теромоэро-зионная деятельность временных водотоков, морозобойное растрескивание, термоабразия берегов и многолетнее пучение.
Подзона южной тундры также характеризуется практически сплошным распространением низкотемпературных пород значительной мощности. Под большинством озер формируются несквозные талики мощностью до нескольких десятков метров. В пределах топяных болот, формирующихся при зарастании озер, кровля ММП понижена на глубину 10-12 м [107]. Мощность ММП изменяется от 50-60 м на низкой пойме крупных рек Тазовского п-ова до 250-350 м на поверхностях III морской равнины и в южной части Ямала.
Среднегодовая температура ММП изменяется от -1—2С до -5—6С. Основной фактор, определяющий температуру - снежный покров, характер распределения которого зависит, главным образом, от рельефа и микрорельефа местности [173]. Наиболее высокая температура характерна для глубоких понижений рельефа, логов, долин малых речек и прибортовых частей хасыреев. Минимальные значения температуры пород на придолинных участках водоразделов с полигональными тундрами.
Льдистость мерзлых пород подзоны южной тундры повышенная. Верхняя толща (до 5 м) аллювиальных, озерных и биогенных отложений промерзала сингенетически, и поэтому для нее характерно большое количестве включений погребенных речных и озерных льдов. Чрезвычайно распространены ПЖЛ, приуроченные исключительно к массивам полигональных торфяников мощностью 3-4 м. Повторно-жильные льды залегают под слоем торфа на глубине 0.5-0.7 м. Залежи пластовых льдов отсутствуют.
Среди криогенных процессов наиболее развито сезонное и многолетнее пучение, морозобойное растрескивание. В днищах хасыреев встречаются бугры пучения высотой до 6-8 м [20]. На участках близкого к поверхности залегания ПЖЛ нередки проявления термокарста. Глубина сезонного про-таивания мерзлых пород изменяется от 0.2-0.3 м в льдистых торфяниках до 1.5-1.8 м в слабольдистых минеральных грунтах водораздельных поверхностей.
Подзона северной лесотундры. Многолетнемерзлые породы имеют преимущественно сплошное распространение. Сплошные талики формируются исключительно под руслами крупных рек (Пур, Надым), а также под акваториями глубоких озер. Ни низкой пойме рек ММП залегают либо с поверхности, либо с глубины 3-7 м. На высокой пойме кровля ММП отмечается на гривистых участках с сомкнутым лесом, а также на заболоченных участках с густым ивняком и ерником в тыловых частях поймы [107]. Мощность мерзлой толщи изменяется от 40-50 м на низкой пойме до 200-300 м на водоразделах.
Среднегодовая температура пород изменяется от -0.5—1 до -4.5—5.5С в зависимости от условий снегонакопления, залесенности и др. факторов. Максимальная температура ММП в долинах рек и на придолинных залесенных участках, минимальная - в пределах массивов полигональных торфяников и повышенных тундровых участков.
Льдистость мерзлой толщи варьирует в широких пределах. Наиболее льдистые аллювиальные и озерно-болотные отложения сингенетического типа промерзания мощностью 3-3.5 м. Повышенной льдистостью отличаются также делювиальные образования на склонах в краевых частях морских равнин [19]. На безлесых участках повсеместно распространены ПЖЛ мощностью до 2.5-3 м, залегающие как с поверхности, так и погребенные под торфом на глубину до 3-4 м. Весьма широко распространены иньекционные и сегрегационные подземные льды в ядрах бугров пучения.
Глубина сезонного оттаивания изменяется от 0.3-0.5 до 2.0-2.5 м и зависит от состава пород, их влажности (дренированности) и характера растительного покрова. Из криогенных процессов широко развиты морозобойное растрескивание и локальный термокарст.
Подзона южной лесотундры. В силу особенностей географического положения, характеризуется увеличением площади талых с поверхности пород и чрезвычайной пестротой геокриологических условий. По характеру распространения ММП различаются два типа - придолинный и водораздельный [113]. В пределах плоских заболоченных водораздельных поверхностей ММП имеют сплошное распространение. Понижение кровли мерзлых пород отмечается в массивах обводненных болот, в пределах днищ молодых хасы-реев, зарастающих берегов озер и полосах стока, где накапливается мощный снежный покров. На придолинных дренированных залесеных участках ММП имеют островное распространение. Кровля здесь часто понижается на глубину от 3-4 до 10-12 м. Под руслами крупных и средних рек ММП отсутствуют, а в пределах низкой поймы они располагаются отдельными островами [107]. Мощность ММП изменяется от нескольких метров на участках новообразований до 50-150 м в крупных поймах и 250-300 м на заболоченных частях морских и озерно-аллювиальных равнин. На придолинных участках мощность мерзлых пород изменяется от 20-30 до 50-80 м. С глубины 80-100 м залегает второй слой ММП.
Поверхностные воды
Поверхностные воды полуострова Ямал в целом характеризуются низкими величинами минерализации. Для речных вод территории БГКМ значения этого показателя варьируют от 8 до 210 мг/л, для озерных от 20 до 360 мг/л.Максимальная величина минерализации речных вод зафиксирована в р.Се-яха (09.90), что объясняется закономерностями сезонной динамики исследуемых вод в разные гидрологические фазы водности [116]. В другие периоды наблюдений значения минерализации составляли 26-98 мг/л. Достаточно высокий уровень минерализации (118-214 мг/л) наблюдался в водах р.Надуй-яха, что можно объяснить её протеканием по территории распространения засоленных четвертичных отложений III морской террасы. Для озерных вод наибольшие показатели данного параметра отмечались в водораздельных озёрах Нябыловато (280-325 мг/л) и Хорнянг-то (200-300 мг/л), наименьшее - в пойменном озере площадки № 3.
Величина кислотности поверхностных вод Бованенковкого ГКМ изменяется от слабокислой до слабощелочной, большинство вод имеют нейтральную реакцию. Однако в отдельные периоды отмечались низкие значения рН поверхностных вод. Так, в р.Се-яха (09.88) и оз. №23 (09.89) величина рН составляла 5,0. Максимальное значение показателя-8,0, было зарегистрировано в р.Се-яха (09.90). В большинстве случаев предел колебаний был практически одинаков для обеих типов вод и составлял 6,3-7,7 для речных вод и 6,0-7,6 - для озерных. В 1995г реакция среды всех анализируемых образцов поверхностных вод была нейтральной и слабощелочной, изменяясь от 6,55 до 7,70. Содержание взвешенных веществ колебалось в речных водах от 5 до 335 мг/л, а в озерных - от 1 до 355 мг/л, что в ряде случаев практически на порядок превышает установленные нормы (30 мг/л). Допустимые количества взвешенных веществ отмечались лишь в 1995 г в большинстве пойменных озер.
По анионно-катионному составу поверхностные воды месторождения относятся, преимущественно, к гидрокарбонатно-натриевым, реже хлорид-но-натриевым-магниевым, иногда встречаются воды сульфатно-натриевого состава [123]. Широкое распространение природных вод гидрокарбонатного состава обусловлено процессами углекислотного выщелачивания. Содержание макрокомпонентов в поверхностных водах представлено в таблицах 3.4, 3.5. Принципиальных отличий в химическом составе речных и озерных вод не наблюдается. Высокие концентрации хлоридов в озерных водах зафиксированы только в озерах Нябыловато и Хорнянг-то (33-39 мг/л), а также в р.Надуй-яха (45-48 мг/л), что связано с высокой засоленностью четвертичных отложений II и III морских террасе [147]. Наибольшее количество НСОз (50 мг/л) наблюдалось в оз. Нябыловато. В целом, макрокомпонентный состав поверхностных вод изучаемой территории хорошо коррелирует с химическим составом атмосферных осадков (табл. 3.2).
Для поверхностных вод Бованенковскогко ГКМ характерны относительно низкие фоновые содержания биогенных элементов (азотных соединений, минерального фосфора). Как правило, именно концентрации фосфора и азота часто являются лимитирующими в развитии водной биоты. Концентра ции нитритного азота, по данным исследований 1988-199 Ігг, в большинстве оказались случаев ничтожно малы, практически на 1-2 порядка ниже предельно-допустимых. Результаты гидрохимического опробования 1995г выявили тенденцию к повсеместному увеличению в поверхностных водах количества нитритного азота до уровня 0,02-0,131 мг/л в речных и 0,014-0,360 мг/л в озерных водах при ПДК, равной 0,02 мг/л. Величины N-NO2, превышающие допустимые на порядок, отмечались в озерах Хорнянг-то (07.94) и Нябыловато (08.95). Содержание нитратного азота в речных и озерных водах не превышало 1,56 мг/л, что значительно ниже предельно допутимых (9,1 мг/л). Наиболее типичные значения N-N03 - 0,004-0,2 мг/л. Концентрации аммонийного азота по данным 1988-91 гг находились в пределах 0,12-1,20 мг/л в речных водах, и не превышали 0,30 мг/л в озерных при ПДК 0,39 мг/л. Превышение допустимой величины в 3 раза зафиксировано в р. Се-яха только в 1988г. В 1994-96гг содержание аммонийного азота в аквасистемах месторождения повысилось незначительно и находилось в пределах 0,16-1,179 мг/л.
Содержание минерального фосфора как в речных, так и в озерных водах незначительно и достигает соответственно 0,005 мг/л и 0,018 мг/л при ПДК 0,2 мг/л. Очень высокий единичный уровень фосфатов (10,0 мг/л) зафиксирован в р. Надуй-яха 09.96 г.
Содержание общего железа в речных водах на всех обследованных пунктах превышает ПДК (0,1 мг/л) и изменяется от 0,14 до 5,6 мг/л. Максимальные количества (5,5-5,6 мг/л) отмечались в реках Надуй-яха (08.88) и Морды-яха (07.94). В озерных водах соответствие санитарным нормам по содержанию общего железа установлено только в озерах № 23 (1989-90) и № 43 (1990). Повышенное содержание в природных водах месторождения железа, так же как и повышенная цветность, объясняются генетическими условиями формирования гидрохимической обстановки в условиях болотного окружения, что обуславливает поступление в гидросеть железистых соединений гуминовых веществ [147].
Изучение тяжелых металлов в речных водах Бованенковского ГКМ проводилось только в р.Се-яха (1990), подобные сведения по остальным рекам на территории месторождения отсутствуют. В водоемах изучалось, в основном, распределение только свинца и цинка [114]. Сводные данные ранее выполненных исследований (1988-1990 гг) представлены в таблице 3.6.
Детальные исследования содержания тяжелых металлов в аквасистемах месторождения были выполнены в 1996 г. Пробы речных и озерных вод отбирались на каждой из 15 мониторинговых площадок, аналитическая часть работ была выполнена в лаборатории спектральных методов анализа МГУ. Результаты обследования представлены в таблице 2.7.
Медь. Все обследованные водотоки и водоемы территории месторождения содержат превышающие допустимый уровень количества меди. В речных водах содержание элемента изменялось от 5 до 63 мг/кг, в озерах - от 2 до 204 мкг/л при ПДК, равной 1 мкг/л. Из рек в наибольшей мере загрязнены медью воды р. Се-яха в нижнем ее течении. Следует отметить, что воды озер водоразделов содержали максимальное, а воды пойменных озер - минимальное количество меди. Максимальная концентрация элемента (выше допустимой практически в 200 раз) отмечена в оз. Хорнянг-то. Возможно, это частично связано с высоким содержанием кислоторастворимой меди в почвах, отобранных на берегу водораздельных озер. Другой причиной может быть большая площадь водосбора, что в условиях полной бессточности и достаточно высоком содержании отдельных тяжелых металлов в атмосферных осадках может приводить к их аккумуляции в водоемах.
Цинк. Содержание цинка в большинстве природных вод территории превышало допустимый уровень в 1,3-5,7 раз и составляло 2-32 мкг/л в речных и 4-57 мкг/л в озерных водах. Наибольшее количество цинка в речных водах отмечалось в реке Морды-яха - 32 мкг/л, при ПДК, равной 10 мкг/л. Максимальные количества элемента - 56-57 мкг/л, обнаружены в водах озер Нябыловато и Хорнянг-то, минимальные - в водах пойменных озёр. Невысокое содержание цинка в водах пойменных озер по сравнению с концентрацией элемента в почвах, по-видимому, обуславливается достаточно сильной фиксацией цинка органическим веществом почв. Возможно, повышенное содержание элемента в водах территории БГКМ может быть связано и с загрязненностью цинком снежного покрова, обуславливающего на 80% питание рек и озер.
Никель. Содержание никеля в большинстве исследованных водоемов находилось на уровне и ниже ПДК. Минимальная концентрация элемента наблюдалась в водах пойменных озер -1-3 мкг/л при ПДК, равной 10 мкг/л. В речных водах содержание никеля изменялось от 5 до 9 мкг/л, наибольшая концентрация -13 мкг/л зафиксирована только в водах реки Морды-яха. Максимальное содержание никеля, также, как меди и цинка, обнаружено в водах озер водоразделов Хорнянг-то и Нябыловато- 24 и 17 мкг/л, соответственно. Корреляция между содержанием никеля в водах и почвах месторождения не выявлена. Уровень концентрации никеля в снеговых водах и водах пойменных озер практически тождественен и составляет, соответственно, 1-2 и 1-3 мкг/л.
Свинец. Содержание свинца в аквасистемах месторождения на 1-2 порядка ниже ПДК (100 мкг/л). Концентрации элемента речных и озерных водах находились практически на одном уровне и варьировали в пределах 3-16 и 1-11 мкг/л соответственно. Максимальное значение (16 мкг/л) наблюдалось в верхнем течении р.Се-яха, величины 10-11 мкг/л зафиксированы в озерах Хорнянг-то и Нябыловато. Минимальное содержание свинца (0,5-3,6 мкг/л) обнаружено в водах пойменных озер. Следует отметить, что концентрации элемента в поверхностных и снеговых водах очень близки. В то же время не выявлена корреляция между содержанием свинца в водах и почвах территории месторождения.
Устойчивость природных комплексов к техногенным воздействиям
В комплексе физико-географических наук устойчивость ландшафтов различными исследователями определяется по разному. Так, К.Н. Дьяконов определяет устойчивость как постоянство характеристик ландшафтов и их неизменность во времени [76]. А.Д. Абалаков рассматривает устойчивость в двух аспектах: как способность к стабильному развитию и восприимчивость к антропогенным нагрузкам [1]. В работах М.А. Глазовской и В.Н. Солнцева устойчивость ландшафта определяется как способность к сохранению нормального функционирования путем самоочищения от продуктов техногене-за. При этом выделяется устойчивость двух родов: способность к сопротивлению внешним воздействиям и способность к восстановлению нарушенных воздействием свойств [45, 163]. Овчинников Н.Ф считает, что в природной среде существует два вида устойчивости: сохранение состояния расновесия и сохранение состояния движения, то есть - изменения [124].
B.C. Преображенский отмечает, что проблема изучения устойчивости природных экосистем появилась в 70-х годах и стала весьма актуальной в последние годы из-за усиления внимания к проблемам охраны окружающей среды. Устойчивость - это не свойство природной среды, а способность не терять и хорошо выполнять свою социально-экономическую функцию [138]. В.А. Светлосанов предлагает оценивать устойчивость ландшафтов по двум аспектам: стабильность и упругость. Под стабильностью им понимается переход ландшафта по сильным воздействием в другое состояние без изменения внутренних взаимосвязей, а под упругостью - способность сопротивляться воздействиям [157]. Т.П. Куприянова считает устойчивость геосистемы базовым свойством для активного сохранения своей структуры и характера функционирования в пространстве и времени [99].
А.Д. Арманд для определения устойчивости геосистем вводит понятие "гомеостазис" - способность возвращаться в исходное состояние после прекращения воздействия и отмечает, что при повышении сложности геосистемы или отдельных ее компонентов природная устойчивость увеличивается [12]. Л.И. Мухина и B.C. Преображенский определяют устойчивость как способность противостоять воздействиям и сохранять способность к самовосстановлению [117]. Р. Баубинас и 3. Гульбинас оперируют понятием "чувствительность", определение которого сводится к инвентаризации и взвешиванию свойств геосистемы, определяющих ее возможную реакцию на антропогенное воздействие [18]. Ю.М. Семенов и А.В. Мартынов считают устойчивость важнейшим критерием оценки состояния природной среды, который определяется рамками естественного функционирования, способностью сопротивляться внешним воздействиям и возможностью релаксации после снятия нагрузки [158].
В.Б. Сочава в своих работах рассматривает устойчивость геосистем как некоторую сумму всех динамических изменений в пределах одного качественно неизменного состояния, то есть стабильности возвращения к исходному положению [169]. Близкий подход к определению устойчивости встречается в работах А.Г. Исаченко, который отмечает, что устойчивость зависит от свойств и разнообразия биоценозов и особо подчеркивает роль динамического развития компонентов геосистемы в формировании устойчивости к внешним воздействиям [88]. З.В. Дашкевич включает в понятие устойчивость способность геосистемы при возмущающих воздействиях сохранять свою пространственно-временную структуру и способность к самовосстановлению [70]. Т.Д. Александрова, определяя норму воздействия на природ-но-территориальный комплекс, рассматривает устойчивость как способность сохранять свои свойства и функции [6, 7]. Л.П. Груздева при оценке устойчивости ландшафтов считает, что определяющими параметрами являются постоянство или инертность ландшафта в сохранении своего состояния, допуская при этом цикличную стабильность, когда система изменяется внутри замкнутых границ, а также амортизацию или буферность, то есть область, внутри которой ландшафты еще могут вернуться в исходное состояние [68].
Н.Ф. Реймерс определяет устойчивость геосистемы как способность оставаться неизменной в течении определенного периода времени вопреки внешним и внутренним возмущениям, то есть - способность к реакции на воздействия пропорционально их силе и длительности [150]. Близкое понимание устойчивости природной среды как естественно-генетической способности противостоять внешним воздействиям встречается в работах канадских и американских исследователей. Дж. Браун рассматривает устойчивость как способность адаптироваться к изменившимся условиям и переходить в новое состояние, то есть - как эластичность [199]. В работах Д. Барнетта, С.
Эдлунда и Д. Ходжонса природная потенциальная устойчивость ландшафтов определяется как основное свойство противостоять антропогенным нагрузкам или экстремальным природным воздействиям [198,194].
Многообразие выделяемых различными авторами форм устойчивости (табл. 4.1). определяется различием подходов к определению термина. Анализ приведенных выше точек зрения различных исследователей позволяет говорить о временной и пространственной устойчивости ландшафтов с доминированием того или иного свойства, в качестве которого могут быть:
- инертность (способность экосистемы сохранять при внешнем воздействии исходное состояние в течение некоторого времени);
- пластичность (способность переходить из одного состоянии равновесия в другое, сохраняя при этом внутренние связи);
- восстанавливаемость (способность возвращаться исходное состояние после снятия временного внешнего воздействия).
Первые два понятия можно трактовать как устойчивость адаптационную, третье - как регенерационную. Использовать эти понятия на практике непросто, поскольку любое сколь либо малое воздействие приводит к каким-либо изменениям и невозможно представить возвращение экосистемы в исходное состояние, поскольку сукцессионный процесс идет беспрерывно в постоянно меняющихся условиях.
Следует также различать природную стабильность природных комплексов и их устойчивость, ибо нередко они трактуются как синонимы. Если под стабильностью ландшафтов нами понимается постоянство его параметров в течении неопределенно долгого времени, то устойчивость характеризует активную реакцию ландшафтов на изменение этих условий и выражает способность оставаться в пределах зоны гомеостаза за счет способности к самовосстановлению. Если ландшафт стабилен в природном ненарушенном состоянии, это не значит, что он устойчив. Зачастую стабильность ландшафта определяется не только постоянством внешних условий их развития, но и неспособностью к саморегуляции при изменении этих условий. В таких случаях любые изменения внешних условий (экстремальные природные или интенсивные антропогенные) приводят к потере стабильности, разрушению внутренних связей и, как следствие - к деградации ландшафта.
Потенциальная устойчивость экосистем свидетельствует об их возможной ответной реакции на различные виды техногенного воздействия. Определение устойчивости геосистемы приобретает конкретность, если указаны:
- фактор воздействия, по отношению к которому анализируется устойчивость;
- временной интервал этого воздействия;
- состояние или ряд состояний, пребывая в которых геосистема остается в рамках одного инварианта.
Оценка устойчивости компонентов природной среды к антропогенным воздействиям возможна только через установление связей в цепочке: " воздействие - изменение - последствие". Подобный анализ позволяет установить максимальную и минимальную величину воздействия, за пределами которых лежит либо возможность устойчивого естественного развития, либо опасность возникновения необратимых последствий, или, другими словами - пороговые и критические значения воздействий.
Интегральных показателей, характеризующих устойчивость экосистем криолитозоны к техногенным нагрузкам в целом, пока не существует. Имеются отдельные методики по оценке устойчивости некоторых компонентов природной среды (многолетнемерзлые породы почвы, растительный покров, и др.) к определенным конкретным видам воздействий. И поскольку достоверные количественные критерии определения устойчивости экосистем в целом и по большинству её компонентов ещё не разработаны, основой для нормирования техногенных воздействий должно являться количественное определение нормы состояния элементов природной среды, характеризующейся интервалом естественных колебаний основных параметров, а также величин техногенных нагрузок, приложение которых выводит экосистемы за пределы этой нормы.
Рассмотрим вопросы нормирования воздействия объектов газовой отрасли на многолетнемерзлые породы.
Использование аэровидеосъемки для оперативной оценки состояния и картирования экосистем
Всё многообразие существующих методов дистанционного зондирования земной поверхности, используемых в настоящее время для мониторинга состояния природной среды, можно разделить на две большие группы: фотографические и нефотографические виды съёмок [187]. К первой относятся космические фотосъёмки и аэрофотосъёмка, ко второй - тепловая, инфракрасная, микроволновая, телевизионная, радиолокационная, сканерная, лазерная и другие виды съёмок. Анализ традиционных методов дистанционного зондирования показал, что применение аэрофотосъёмки и различного рода космических съёмок наиболее эффективно при необходимости получения информации о состоянии природной среды на значительных территориях. Использование же этих методов для оценки состояния экосистем или их компонентов на незначительных по размерам площадях экономически нецелесообразно из-за высокой стоимости летносъёмочных работ, значительно возрастающей пропорционально увеличению масштаба получаемых снимков. Кроме того, оперативность получения результатов АФС и КФС ограничивается необходимостью выполнения большого объёма наземных топогео-дезических работ по привязке залёта и камеральных фотограмметрических работ.
Альтернативой традиционным методам является метод оперативной оценки состояния и картирования экосистем с применением аэровидеосъём-ки, выполняемой с борта малых летательных аппаратов, методика выполнения которой разработана и опробирована автором в 1995-97 гг на объектах Ямальского газового комплекса, и в частности - на территории Бованенков-ского газоконденсатного месторождения. Метод применим при выполнении мониторинга состояния природной среды и инженерных объектов для решения следующих основных задач:
- составление крупномасштабных тематических карт (ландшафтных, инженерно-геокриологических, геоботанических и др.);
- диагностика состояния нарушенных земель и оценка эффективности рекультивационных работ;
- выявление очагов и оценка динамики развития природных и техногенно спровоцированных экзогенных процессов;
- оценка состояния инженерных объектов и коммуникаций (отсыпки промплощадок, кусты скважин, автодороги, газосборная сеть и т.д.);
- определение границ техногенного влияния объектов обустройства на природную среду.
Методика выполнения работ
Комплекс работ по картированию природных ландшафтов и технических систем с использованием аэровидеосъёмки включает следующие этапы: собственно летносъёмочные работы, наземная и аэровизуальная привязка съёмки, компьютерная обработка данных. Ниже рассмотрим основные моменты выполнения этих работ.
Летносъёмочные работы
Для обеспечения сопоставимого со стандартной аэрофотосъемкой качества, аэровидеосъёмочные работы должны удовлетворять двум следующим основным условиям:
1) при выполнении съёмки должно быть обеспечено стабильное и нормальное к поверхности геоида положение главной оптической оси видеосъемочной аппаратуры (погрешность не должна превышать 3 отклонения от нормали);
2) оптическое разрешение должно быть максимально возможным для современной видеосъемочной аппаратуры.
Для того, чтобы удовлетворить первому условию, при выполнении аэровидеосъемок наиболее целесообразно применять гиростабилизированную платформу. Дополнительно, при съемке с борта летательного аппарата, обладающего повышенной вибрацией, следует применять компенсаторы, использующих принцип гашения вибрации в вязкой жидкости. Необходимо отметить, что применение видеокамер с автоматическим стробпреобразова-нием, позволяющих компенсировать дрожание при наземной видеосъемке, не приемлемо для аэровидеосъемки, так как при покадровом просмотре видеоряда дают большое количество так называемых "полукадров" и "псевдокадров", что ведет к существенной потере информации. При выполнении съемок мелкого масштаба, позволяющих проводить работы на большой (свыше 1000 метров) высоте и при минимальных значениях трансфокации, допустимо исключение компенсатора из съемочного оборудования. Выполнение условия по разрешающей способности видеоаппаратуры зависит от маштаба выполнямой съёмки. Для крупномасштабных работ (1:1000 и крупнее) возможно применение видеоформатов любительской съемки, таких как Hi-8 или SVHS. Однако, уже при решении задач в масштабе 1:10 000 и мельче, требуется наличие профессионального видеооборудования высокого разрешения.
В качестве носителя при выполнении летносъёмочных работ наиболее целесообразно использовать вертолёты (Ми-4, МИ-8), имеющие люки для крепления вспомогательного и съёмочного оборудования. Опытные работы, выполненные в процессе разработки методики съёмки, показали, что для картирования незначительных по площади участков возможно также использование мотодельтапланов. Высота залета может быть различной (от 50-100 м до 1000 м и выше) и определяется целями работ и масштабом желаемой к получению информации.
Привязка аэровидеосъемки выполняется путём установки на местности опознавательных знаков с известными координатами, что позволяет при последующей комьютерной обработке результатов летносъёмочных работ с использованием ГИС-технологий получать угловые координаты каждого стоп-кадра (снимка).
Компьютерная обработка данных
Обработка видеоматериалов для целей картирования состояния экосистем должна отвечать следующим требованиям. На этапе предварительной обработки материалов для обеспечения возможности проведения рекогносцировочных работ и общей оценки состояния экосистем видеоряд должен максимально соответствовать по видеотону исследуемому оригиналу, и иметь возможно более контрастные границами элементов ландшафта при сохранении их фактуры. Для целей картирования исследуемых участков видеоматериалы должны содержать типизированные по цвету (видеотону) участки, соответствующие и максимально приближенные к реальным природным границам, с ярко выраженными контурами.
Первичная компьютерная обработка материалов видеосъемки и подготовка видеоряда к картированию сводится к следующим операциям:
- воспроизведение видеозаписи на мониторе рс или графической станции через плату видеоперехвата в покадровом режиме.
- фиксация выбранных кадров и их векторизация в графическом формате.
- повышение качества изображения средствами компьютерной графики.
Захват видеокадров и сохранение их на компьютере осуществляют специальные устройства, называемые видеоперехватчиками (image cupture). Они позволяют получать в компьютере с видеокамеры или видеомагнитофона кадры и их связанные последовательности для дальнейшей программной обработки и вывода на принтер или обратно на видео. Захват кадра осуществляется разделением с помощью цветового декодера принимаемого аналогового видеосигнала на компоненты, получением их цифрового представления и записи его в оперативную память (как правило, это память самой видеоплаты, емкость которой достаточна для хранения одного кадра). Фиксируемое изображение переносится на магнитный носитель в виде файла в одном из популярных графических форматов (PCX, TIFF, BMP, JPEG).
Повышение качества изображения выбранных и оцифрованных стоп-кадров возможно средствами различных графических пакетов ( Adobfoto-shop, Corel DRAW и др.) по следующим этапам:
- создание индивидуального профиля дисплея на основе температурного баланса белого цвета, исходя из реальных условий видеосъемки;
- регулирование яркости и контрастности изображения;
- воспроизведение цветопередачи, максимально приближенной к реальной, но более насыщенной из-за особенностей отображения кадра в определённом графическом формате;
- улучшение резкости кадра.