Научная статья на тему 'Экологический мониторинг нефтедобывающих территорий на основе космических снимков'

Экологический мониторинг нефтедобывающих территорий на основе космических снимков Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
621
106
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МОНИТОРИНГ / МЕХАНИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ / ХИМИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ / ПОЧВА / РАСТИТЕЛЬНОСТЬ / ВОДА / НЕФТЕПРОВОДЫ / НЕФТЕРАЗЛИВЫ / ЭНТРОПИЯ / NDVI / MONITORING / MECHANICAL DISTURBANCES / CHEMICAL POLLUTION / SOIL / VEGETATION / WATER / PIPELINE / OIL SPILLS / ENTROPY

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Алексеева Мария Николаевна, Ященко Ирина Германовна

С использованием аэрокосмических методов и геоинформационных технологий осуществляется выявление и картографирование механических нарушений и химических загрязнений транзитных сред (воды) и депонирующих сред (почв и растений) на территории размещения нефтегазового сектора Западной Сибири. В статье представлено применение данных со спутников TERRA и Landsat с 2000 по 2012 гг., ASTER GDEM и геоинформационных систем ERDAS Imagine, ArcGIS, ArcView, перспективных для проведения мониторинговых исследований и предотвращения риска неблагоприятных воздействий на компоненты окружающей природной среды.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Алексеева Мария Николаевна, Ященко Ирина Германовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ECOLOGICAL MONITORING OF OIL-PRODUCING TERRITORIES ON THE BASIS OF SPACE IMAGES

The mechanical disturbances and chemical pollution of environment (water, soil and plants) of the oil deposit Western Siberia using aerospace methods and geographic information technologies are detected. This paper presents the use of satellite data and Landsat, TERRA from 2000 to 2012 year and ASTER GDEM and GIS ERDAS Imagine, ArcGIS, ArcView to conduct monitoring studies and to avoid the risk of adverse impacts on the environmental components.

Текст научной работы на тему «Экологический мониторинг нефтедобывающих территорий на основе космических снимков»

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ НА ОСНОВЕ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ

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, младший научный сотрудник, к.г.н., тел. (3822)-49-10-42, е-mail: amn@ipc.tsc.ru

Ирина Германовна Ященко

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук, 634021, Россия, г. Томск,

пр. Академический, 4, канд. геол.-минерал. наук, зав. лаборатории "Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей", тел. (3822)-49-18-11, e-mail: sric@ipc.tsc.ru

С использованием аэрокосмических методов и геоинформационных технологий осуществляется выявление и картографирование механических нарушений и химических загрязнений транзитных сред (воды) и депонирующих сред (почв и растений) на территории размещения нефтегазового сектора Западной Сибири. В статье представлено применение данных со спутников TERRA и Landsat с 2000 по 2012 гг., ASTER GDEM и геоинформационных систем ERDAS Imagine, ArcGIS, ArcView, перспективных для проведения мониторинговых исследований и предотвращения риска неблагоприятных воздействий на компоненты окружающей природной среды.

Ключевые слова: мониторинг, механические нарушения, химические загрязнения, почва, растительность, вода, нефтепроводы, нефтеразливы, NDVI, энтропия.

ECOLOGICAL MONITORING OF OIL-PRODUCING TERRITORIES ON THE BASIS OF SPACE IMAGES

Maria N. Alexeeva

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)49-10-42, e-mail: amn@ipc.tsc.ru

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

The mechanical disturbances and chemical pollution of environment (water, soil and plants) of the oil deposit Western Siberia using aerospace methods and geographic information technologies are detected. This paper presents the use of satellite data and Landsat, TERRA from 2000 to 2012 year and ASTER GDEM and GIS ERDAS Imagine, ArcGIS, ArcView to conduct monitoring studies and to avoid the risk of adverse impacts on the environmental components.

Key words: monitoring, mechanical disturbances, chemical pollution, soil, vegetation, water, pipeline, oil spills, NDVI, entropy.

Оценка и мониторинг нарушенных территорий объектов нефтедобычи.

Оценка состояния и изменения механически нарушенных в результате строительства и эксплуатации объектов нефтедобычи территорий проведена на территориях Самотлорского, Ватинского, Советского, Вахского и Советского нефтяных месторождений ХМАО с использованием TERRA/MODIS13Q1 - вегетационные индексы NDVI за 16-дневный период. Оценка механических нарушений в зоне воздействия добычи и транспорта нефти проводилась с расчетом:

1. Средних значений КОУ1 по типам растительного покрова и антропогенным модификациям, выделенным на КС Landsat.

2. Коэффициента энтропии.

На рис. 1 приведены средние значения NDVI, определенные для типов растительного покрова и механически нарушенных участков. Показано, что наибольшие значения NDVI рассчитаны для темнохвойных и мелколиственных лесов в июле 2000, 2001и 2007 гг. (0,8), а наименьшие значения NDVI MODIS - в мае 2007 г. для пойменной растительности (0,2) вследствие обводнения поймы реки Оби на Ватинском и Советском месторождениях, а так же для техногенных грунтов коридоров нефтепроводов (0,3-0,4). В сентябре 2000 г. из-за природных и возможно антропогенных причин наблюдаются минимальные NDVI всех типов растительного покрова и механически нарушенных участков. Следует отметить, что точность NDVI вторичной растительности на месте механических нарушений лесов и болот, и в местах техногенных грунтов составляет 60 % вследствие низкого (250 м) разрешения NDVI.

Коэффициент энтропии характеризует однородность и упорядоченность строения территории и зависит от количества и площади контуров. Чем территория однородней и упорядоченней, тем коэффициент энтропии ближе к значению 1, при сильной нарушенности коэффициент энтропии приближается к 0. На КС определены площади контуров распространения растительности различных типов (см. рис. 1), контуры водных объектов, нефтепроводов, дорог и кустовых площадок. Алгоритм расчета коэффициента энтропии был программно реализован в среде ГИС ArcView авторами работы (рис. 1).

Коэффициент энтропии рассчитан по картам КОУ1 по формуле [1]:

п

Х®г 10§2 ®г

I(А)г = 1 - (- —-), где Фг - отношение площади данного /-го контура к

1ое2 п

площади всех контуров на карте, п - количество контуров.

Из рис. 2 следует, что самая высокая неоднородность территории с коэффициентом энтропии (0,19) характерна для мая 2007 г., также в мае и сентябре 2000 г. коэффициент энтропии составляет всего -(0,27), что повторяет закономерности, выявленные на рис. 1.

Рис. 1. Средние значения Ы0У1, полученные а) в мае, б) июле, в) сентябре для типологических единиц растительного покрова и механически нарушенных участков: 1 - хвойный лес, 2 - мелколиственный лес, 3 - пойменные экосистемы, 4 - моховые и травяные болота, 5- вторичная растительность на месте механических нарушений лесов и болот, 6 - техногенные грунты

коридоров нефтепроводов

Рис. 2. Цифровая карта КОУ1 и коэффициенты энтропии за вегетационный период 2000-2012 гг.

Оценка и мониторинг химических загрязнений объектов нефтедобычи

На основе дешифрирования КС Landsat 1999 - 2001 гг. было определено, что общая площадь нефтяных разливов на территориях Ватинского, Самотлор-

ского, Советского и Вахского нефтяных месторождений, расположенных в

2 2 2 2 Нижневартовском районе ХМАО составляет 0,5 км , 11 км , 0,4 км и 0,5 км

соответственно. За последние годы на территории ХМАО отмечается уменьшение площади нефтезагрязненных земель, как в результате проведенной рекультивации, так и благодаря процессам самовосстановления. Так, в нашей работе установлено, что в результате дешифрирования КС Landsat 2007 г. на территориях вышеперечисленных месторождений площади нефтеразливов составили

2 2 2 2 0,4 км , 4,5 км , 0,3 км и 0,2 км соответственно, что меньше площадей нефте-

разливов, определенных по КС 1999 - 2001 гг., примерно в 1 - 2,5 раза.

Как показывает практика, значительная часть нефтезагрязнений (от 20 до 60 %) приходится на болота [2, 3], на которых расположены истоки рек. Нефтедобыча на месторождениях зачастую ведется в поймах рек или нефтезагрязнен-ные участки расположены вблизи русел рек, поэтому представляется актуальным оценка смыва нефтепродуктов с нефтезагрязненных участков в реки с применением дистанционных данных - космических снимков (КС) Landsat, ASTER GDEM и геоинформационных технологий ERDAS Imagine и ArcGIS. КС Landsat в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра используются для выявления нефтезагрязненных участков на территориях водосборов. ASTER GDEM (Global Digital Elevation Model - GDEM) создана на основе данных ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer с разрешением около 30 метров). Обработка и анализ данных ASTER GDEM проводились с использованием программного приложения Arc Hydro Tools [4] в среде геоинформационной системы ARC GIS, которое является специализированным гидрологическим приложением ARC GIS для моделирования и расчетов основных характеристик потоков воды и водосборов.

На рис. 3 приведена карто-схема химического загрязнения транзитных сред (воды) и депонирующих сред (почв и растений) окружающей природной среды. Зона риска пространственной миграции нефтепродуктов с поверхностным стоком в водосборе реки Большой Балык на территории Нефтеюганского района ХМАО построена с использованием средств Arc Hydro Tools исходя из методик расчета смыва нефтепродуктов с загрязненных участков водосборов в реки [5, 6]. Бассейн реки Большой Балык, общей площадью 5950 км включает водосборы других притоков, основными из которых являются Пытьях, Коонь-ях, Малый Балык. В водосборах этих основных притоков расположены нефтедобывающие объекты Мало-Балыкского, Южно-Балыкского, Тепловского, Ефремовского и Мамонтовского месторождений (рис. 3). При сбросе сточных вод и смыве нефтепродуктов с загрязненных участков на основе гидрометрических данных из [7] по методике [6] нами вычислен объем выноса нефтепродуктов рекой Большой Балык. Установлено, что при фоновой концентрации нефтяных углеводородов в воде 0,05 мг/дм за год объем выносимых рекой нефтепродуктов составляет около 60 т, при концентрации 0,1 мг/дм - примерно 120 т, что не противоречит результатам аналогичных расчетов для водосборных бассейнов притоков реки Пур в работе [6].

Рис. 3. Карто-схема химического загрязнения транзитных сред (воды) и депонирующих сред (почв и растений)

Проведенные исследования могут быть использованы в мониторинговых исследованиях состояния окружающей природной среды нефтедобывающих районов Западной Сибири с учетом ее особенностей (заболоченность, труднодос-тупность и отсутствие возможностей проведения наземных исследований).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Берлянт А.М. Картографический метод исследования. М.: Изд-во МГУ, 1978. 249 с.

2. Алексеева М.Н. Перемитина Т.О. Ященко И.Г. Оценка влияния нефтеразливов на состояние растительного покрова и приземного слоя атмосферы с использованием космических снимков // Оптика атмосферы и океана. - 2011. - № 7. - С.606-610.

3. 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.

4. ArcHydro Tools. USA: ESRI. - 2011. - 184 с.

5. Калинин В.М. Диффузное загрязнение нефтепродуктами малых рек Среднего Приобья // Водное хозяйство России. - 2001. - Т. 3. - №4. - С. 384-393.

6. Хорошавин В.Ю. Прогноз формирования качества речных вод под влиянием рассредоточенных источников нефтепродуктов // Вестник Тюменского государственного университета. - 2010. - № 7.- С. 153-161.

7. Лезин В.А. Реки Ямало-Ненецкого автономного округа: Справочное пособие. Тюмень: Вектор Бук. - 2000. - 142 с.

© М.Н. Алексеева, И.Г. Ященко, 2013

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.