CC BY
91
УДК 504.064
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ АНАЛИЗА НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ РЕК
Ирина Германовна Ященко
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук, 634021, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, кандидат геолого-минералогических наук, зав. лабораторией «Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей», тел. (3822)49-18-11, e-mail: sric@ipc.tsc.ru
Мария Николаевна Алексеева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН), 634021, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, кандидат географических наук, младший научный сотрудник лаборатории «Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей», тел. (3822)49-10-42, е-mail: amn@ipc.tsc.ru
Лидия Ивановна Сваровская
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН) 634021, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории коллоидной химии нефти, тел. (3822)49-26-61, е-mail: sli@ipc.tsc.ru
Для своевременной оценки загрязнения труднодоступных болотистых территорий Томской области перспективно применение современных ГИС-технологий и космических снимков (КС) с последующим составлением карт, наглядно иллюстрирующих влияние нефтедобывающего комплекса на природные объекты. В частности, были составлены цифровые карты водосборных бассейнов притоков рек Васюган и Обь, растительности, карты риска нефтезагрязнения почв и водных объектов в Обском и Васюганском водосборных бассейнах.
Ключевые слова: нефть, реки, нефтяное загрязнение, месторождения нефти.
GEOINFORMATION TECHNOLOGIES FOR THE ANALYSIS OF OIL POLLUTION OF RIVERS
Irina G. Yashchenko
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634021, Russia, Tomsk, 4, Akademichesky Avenue, Ph. D. in Geologyand Mineralogy, Head of the Laboratory, tel. (3822)49-18-11, e-mail: sric@ipc.tsc.ru
Maria. N. Alexeeva
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634021, Russia, Tomsk, 4, Akademichesky Avenue, Ph. D. in Geography, Junior Researcher, tel. (3822)49-10-42, e-mail: amn@ipc.tsc.ru
Lidia I. Svarovskaya
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634021, Russia, Tomsk, 4, Akademichesky Avenue, senior researcher of colloid chemistry of oil, tel. (3822)49-26-61, e-mail: sli@ipc.tsc.ru
For timely assessment of pollution inaccessible wetlands Tomsk Oblast promising application of modern GIS technology and space images and design maps of the impact of oil production on nature. In particular, the digital maps watersheds of Ob and Vasyugan rivers, vegetation maps and maps of zones of oil pollution risk of soil and water bodies were designed.
Key words: oil, rivers, oil pollution, oil field.
Увеличение объемов добычи нефти на территории Западной Сибири приводит к усилению техногенной нагрузки на все компоненты экосистемы, в том числе, на почву, воду, лесные массивы и атмосферу. На территории нефтедобывающих комплексов примерно 3 % от всей добытой нефти попадает в окружающую среду и становится источником ее загрязнения. На территории Томской области открыто 126 месторождений нефти и газа, из них в разработке находится 56. Наибольшую долю в общую оценку степени загрязненности воды основных и малых рек вносят нефтепродукты. Суммарный сброс нефтепродуктов на рельеф и в водные объекты Томской области измеряется десятками тысяч тонн [1].
На месторождениях в больших объемах накапливаются нефтешламовые отходы, образованные фактически с самого начала освоения и эксплуатации нефтяных месторождений, поэтому в настоящее время остро стоит вопрос об их ликвидации [2, 3]. Решение проблемы утилизации нефтяных шламов осложняется их высокой устойчивостью, особенностями состава и свойствами, постоянно изменяющимися под влиянием воздуха при хранении в открытых амбарах. Опасность нефтесодержащих отходов связана с наличием токсических и канцерогенных соединений, которые проникают в нижние водоносные слои грунта [3, 4]. На объектах нефтегазодобывающего комплекса Томской области в 2012 г. зарегистрирован 601 некатегорийный отказ, в 2011 г. - 678 [1].
Геохимическая миграция нефтепродуктов происходит с поверхностным стоком загрязненной почвы в реки, ухудшая их качество, и как следствие, обостряя социальные проблемы, связанные с неблагоприятными изменениями условий жизни и здоровья населения. В среднем за год только водами р. Обь переносится около 120 тыс. т нефтепродуктов. Малые реки на территории нефтяного месторождения, имеющие площадь водосбора 1000 км2, при степени загрязнения даже 1 % площади месторождения, выносят за год более 8 т. нефтепродуктов [5, 6].
Геоинформационные технологии применялись при анализе нефтяных загрязнений рек нефтедобывающих территорий Александровского и Каргасокского административных районов Томской области. Составлены карты, наглядно иллюстрирующие влияние нефтедобывающего комплекса Томской области на качество поверхностных вод.
Растительный покров является одним из факторов, который определяет формирование почв и состав почвенно-грунтовых вод, которыми питаются реки. На рис. 1 приведена карта растительности водосборного бассейна р. Васюган Каргасокского района, составленная на основе продукта MCD12Q1.
I нефтяные, газоконденсатные, нефтегазоконденсатные месторождения
Матющ|сиН'
яр
Северу!
О
Б
темнохвоиныи лес сосновый лес
смешанный темнохвойно-лиственный
болото
пойма
I I нефтяные, газоконденсатные. нефтегазоконденсатные месторождения
Рис. 1. Карта растительного покрова районов с границами месторождений углевородов: А- Васюганский бассейн, Б - Средне-Обской бассейн
Продукт MODIS 3-го уровня обработки «MCD12Q1», представлен набором классифицированных растров глобального охвата, имеющих 500-м пространственное разрешение. Нами была использована наиболее дробная классификационная схема ландшафтного покрова Международной геосферно-биосферной программы (IGBP) [7], включающая 16 классов (1-й слой продукта MCD12Q1). После визуальной оценки классифицированного по схеме IGBP растра и сравнения его с КС Landsat исходный продукт «MCD12Q1» был доработан и представлен нами в виде основных типологических единиц растительности. Средствами ГИС на карту растительности Васюганского и Средне-Обского водосборных бассейнов наложена карта «Развития нефтегазового комплекса М 1:500000» (рис. 1). Показано, что преобладающим растительным покровом являются темнохвойные и смешанные леса с массивами болот (преобладают верховые грядово-мочажинные).
Для моделирования влияния нефтедобывающей промышленности на качество поверхностных вод применялись цифровые модели рельефа ASTER GDEM и SRTM. Оценка точности цифровых моделей рельефа составляет от 2,9 до 16 м на равнинной местности [8]. Обработка и анализ ASTER GDEM и SRTM проводились с использованием специализированного гидрологического программного приложения Arc Hydro Tools и методов моделирования [9, 10] в среде геоинформационной системы ARC GIS. Картосхема Средне-Обского и Васюганского водосборных бассейнов построена с использованием ГИС технологий (рис. 2).
Большую опасность нефтяные загрязнения представляют для незамкнутых низинных болот и озер, расположенных в пойме рек и на надпойменных террасах, так как загрязнения неминуемо будут вынесены в гидросистему территорий.
На основе Постановления правительства РФ № 1404 от 23.11.96 г. с помощью моделирования в ГИС построены карта риска нефтезагрязнения водных объектов (озера, болота и реки) на территориях Каргасоксокого и Александровского районов Томской области (рис. 3). На карте обозначены точками места перехода нефтепроводов через реки, как возможное местоположение загрязнения водной поверхности при аварийных ситуациях на нефтепроводах, например, в Васюганском бассейне таких точек выявлено 376 (рис. 3).
A
^у реки Васюганского бассейна | водосборные бассейны притоков реки Васюган
нефтяные, газоконденсатные, нефтегазоконденсатные месторождения ■ месторождения с отбором проб
Обь
Б
100 км
J
| | водосборные бассейны притоков реки Оби /\/реки Обского бассейна ■ нефтяные, газоконденсатные, нефтегазоконденсатные месторождения
Рис. 2. Картосхема водосборных бассейнов притоков малых рек: А - Васюганского бассейна, Б - Средне-Обского бассейна
A
/\/ Реки
| водосборные бассейны с риском выноса нефтепродуктов Я зона риска нефтезагрязнения озер и болот • точки перехода нефтепроводов через реки
нефтяные, нефтегазоконденсатные, газоконденсатные месторождения нефтепровод
/\/ реки
I I водосборные бассейны с риском выноса нефтепродуктов Я^В зона риска нефтезагрязнения озер и болот • точки перехода нефтепроводов через реки
нефтяные, нефтегазоконденсатные. газоконденсатные месторождения /\/ нефтепровод
Рис. 3. Карта риска нефтезагрязнения земель и водных объектов: А - Васюганского бассейна и Б - Средне-Обского бассейна
В результате естественного и антропогенного загрязнения поверхностных вод, водоемы Томской области соответствуют 3-4-му классам качества вод: «загрязненная» и «умеренно загрязненная». Наибольшую долю в общую оценку степени загрязненности воды вносят нефть и нефтепродукты, ПДК которых равен 0,1 мг/л. Удельный комбинаторный индекс загрязненности воды в 2012 г. составил 4,53, что соответствует 4 «А» классу качества - грязная вода [1].
Таким образом, труднодоступные и обширные заболоченные территории нефтедобывающих предприятий не позволяют своевременно оценивать масштаб загрязнения и планировать рекультивационные мероприятия. Цифровые модели рельефа ASTER GDEM, SRTM и продукты MODIS (MCD12Q) доступные в сети Интернет, наглядно характеризуют рельеф поверхности территории, растительный покров, водосборные бассейны и позволяют проводить с использованием геоинформационных технологий моделирование влияния нефтедобывающей промышленности на качество поверхностных вод. На примере Каргасокского и Александровского районов с наличием нефтедобывающих предприятий и объектов выделены водосборные бассейны данных территорий, определены зоны риска выноса нефтепродуктов и нефтезагрязнения водных объектов.
Работа выполнена при финансовой поддержке регионального проекта РФФИ № 13-05-98080 р-сибирь_а
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Экологический мониторинг: Доклад о состоянии и охране окружающей среды Томской области в 2012 году / Глав. ред. A. M. Адам, редкол.: В. А. Коняшкин, О. И. Кобзарь; Департамент природных ресурсов и охраны окружающей среды Томской области, ОГБУ «Облкомприрода». - Томск: Дельтаплан, 2013. -172 с. .
2. Svarovskaya L. I. Biotechnology for Recultivation of Oil Polluted Soils / L. I. Svarovskaya, L.K. Altunina // Biotechnology. - 2004. - № 3. - pp. 63-69
3. Алтунина Л. К. Реабилитация нарушенной природной среды нефтедобывающих территорий/ Л. К. Алтунина, Л. И. Сваровская, Ю. М. Полищук, О. С. Токарева // Нефтехимия. - 2011. - Т. 51, № 5. - С. 387-391.
4. Савичев О. Г. Реки Томской области: состояние, охрана и использование. -Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - 170 с.
5. Калинин В. М. Диффузное загрязнение нефтепродуктами малых рек Среднего Приобья // Водное хозяйство России. - 2001. - Т. 3. - № 4. - С. 384-393.
6. Проект нормативов допустимого воздействия по бассейну реки Обь. -Екатеринбург, 2012 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.wrm.ru/partners/sience/2011/
7. Belward A. S., Estes J. E., Kline K. D. 1999. The IGBP-DIS Global 1-km Land-Cover Data Set DISCover: A Project Overview // Photogram. Eng. Remote Sens. V. 65. P. 1013-1020.
8. Karwel A.K., Ewiak I. Estimation of the accuracy of the SRTM terrain model on the area of Poland, The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. - Vol. XXXVII. - Part B7. - Beijing 2008, pp. 169-172.
9. Алексеева М. Н., Ященко И. Г., Перемитина Т. О. Оценка объемов нефтезагрязнений рек в районах нефтедобычи с использованием дистанционных данных // Вода: химия и экология. - 2013. - № 4, апрель. - С. 25-29.
10. Алексеева М. Н., Ященко И. Г., Перемитина Т. О. Оценка состояния окружающей среды нефтедобывающих территорий на основе данных дистанционного зондирования с применением геоинформационных технологий // Безопасность жизнедеятельности. - 2013. - № 1. - С. 30-35.
© И. Г. Ященко, М. Н. Алексеева, Л. И. Сваровская, 2014
