CC BY
102
УДК 504.06;519.876.5
МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ЗОН ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕФТЕДОБЫЧИ НА РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ
Ю.М. Полищук, О.С. Токарева*
Институт химии нефти СО РАН, г. Томск *Томский политехнический университет E-mail: ostokareva@mail.ru
Рассматриваются вопросы оценки и картографирования зон экологического риска воздействия химического загрязнения атмосферы на растительный покров нефтедобывающей территории, связанного со сжиганием попутного газа. Оценка экологического риска основана на использовании критерия чрезвычайной экологической ситуации сучетом чувствительности различных растительных сообществ к загрязнению атмосферы и особенностей пространственной структуры растительного покрова, определяемой на основе космических снимков. Картографирование зон экологического риска показано на примере воздействия сжигания попутного газа на территории Приобского месторождения в Западной Сибири.
Ключевые слова:
Растительный покров, экологический риск, воздействие, загрязнение атмосферы, космические снимки. Key words:
Vegetation cover, ecological risk, effect, air pollution, space image.
Введение
Одним из наиболее опасных факторов воздействия нефтедобычи на растительный покров, как показано в [1, 2], является химическое загрязнение атмосферы, возникающее при сжигании попутного газа в факелах на нефтяных месторождениях. В практике оценки воздействий нефтедобычи на растительные экосистемы используют санитарно-гигиенические нормативы [3], которые не адаптированы к оценке воздействий на природную среду с ее совокупным биоразнообразием. Экологический риск, рассматриваемый как вероятность возникновения неблагоприятных ситуаций в состоянии окружающей среды в результате хозяйственной деятельности человека, позволяет более обоснованно оценивать степень воздействия негативных факторов на компоненты природной среды. Поэтому интерес представляет оценка экологического риска воздействия нефтедобычи нарасти-тельный покров нефтедобывающих территорий [4-6]. Однако в настоящее время недостаточно разработаны вопросы оценки экологического риска в зонах воздействия нефтедобывающих предприятий. В связи с этим целью работы является изложение методических вопросов оценки и картографирования зон экологических рисков, возникающих в результате воздействия нефтедобычи на растительные экосистемы с использованием космических снимков земной поверхности.
Определение пороговых уровней загрязнения атмосферы, соответствующих разным зонам экологического риска
Принято рассматривать три уровня экологического риска: пренебрежимый, приемлемый и неприемлемый, в соответствии с чем на исследуемых территориях могут быть выделены зоны соответствующих рисков. Важным вопросом является определение концентраций загрязняющих веществ, соответствующих разным уровням риска.
Уровень загрязнения атмосферы в настоящее время обычно оценивают в долях ПДК (предельно допустимая концентрация). Учитывая инерционность проявлений воздействия химического загрязнения на растительные сообщества, необходимо при установлении уровня загрязнения атмосферы использовать не среднесуточные, а среднегодовые значения ПДК, которые могут быть определены на основе данных и методических материалов, изложенных в [7]. Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе рассчитываются по ГОСТ 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных мест». Степень загрязнения воздуха рассчитывается с учетом кратности превышения среднегодового значения ПДК веществ, их класса опасности, допустимой повторяемости концентраций заданного уровня, массы веществ, одновременно присутствующих в воздухе [7]. Согласно [7] среднегодовые значения ПДК,/г связаны со среднесуточным значением ПДК соотношением:
ПДКс/г=аПДК, (*)
где а - коэффициент, значение которого определяется в интервале 0,1...1,0 в зависимости от вещества.
Известно, что основными химическими веществами, выбрасываемыми в атмосферу при сжигании попутного газа в факелах на нефтяных месторождениях, являются сажа, оксид углерода и диоксид азота, для которых в соответствии с (*) получаем значения предельно допустимых концентраций, табл. 1.
Таблица 1. Предельно допустимые концентрации веществ в факельных выбросах
Вещества a ПДК, мг/м3 ПДКс/г, мг/м3
Сажа 0,30 0,05 0,015
Азота диоксид 1,00 0,04 0,04
Углерода оксид 0,34 3,00 1,02
Как показано в [7], если атмосферный воздух загрязнен несколькими веществами, относящимися к разным классам опасности, оценка уровня загрязнения воздуха может быть получена с использованием комплексного показателя среднегодового загрязнения атмосферного воздуха, введенного в [7] для классификации состояний окружающей среды в терминах «экологического бедствия», «чрезвычайной экологической ситуации» и т. п. Методика определения величины комплексного показателя изложена в [7]. ПДК здесь обозначает предельно допустимую концентрацию (среднесуточное значение), определяемую для здоровья человека [3].
В качестве зоны неприемлемого риска далее будем рассматривать участок территории, в пределах которого значение комплексного показателя среднегодового загрязнения атмосферного воздуха соответствует уровню чрезвычайной экологической ситуации [7] и выбирается равным 8. Заметим, что сажа, поступающая в атмосферу при сжигании попутного газа, является наиболее токсичным загрязняющим веществом по отношению к растительности. Поэтому далее в нашей работе определение пороговых уровней загрязнения, соответствующих границам зон разного уровня экологического риска, будет проведено по концентрации сажи. Переходя согласно (*) к среднесуточным значениям ПДК для выбросов сажи, получим соотношение: 8ПДКс/г=8(0,3ПДК)=2,4ПДК,
из которого следует, что в качестве границы зоны неприемлемого риска для человека можно принять пороговый уровень загрязнения атмосферного воздуха, равный 2,4 ПДК для сажи.
В связи с выше изложенным в качестве уровня пренебрежимого риска естественно выбрать пороговый уровень загрязнения, равный ПДК. Соответственно участок территории с пороговым уровнем загрязнения менее ПДК будем считать зоной пренебрежимого риска.
Приемлемым, согласно [6], принимается уровень риска, с которым общество может смириться из-за отсутствия у него необходимых материальных ресурсов для осуществления в полном объеме защитных мероприятий. Зоной приемлемого риска для человека будем считать участок территории с уровнем загрязнения атмосферы в интервале значений от 2,4 до 1 ПДК.
Анализ чувствительности растений
к негативным воздействиям
Известно [1, 4], что большинство видов растений более чувствительны к воздействию вредных факторов, чем человек. А разные виды растений отличаются различной степенью чувствительности к негативным воздействиям. Так, согласно [1] таксономические группы растений по степени чувствительности к воздействию фитотоксичных газов располагаются в следующем порядке: мхи, лишайники и грибы; хвойные древесные породы; ли-
ственные древесные породы; травянистые растения. Необходимо отметить, что экологические нормативы качества атмосферного воздуха по уровню химического загрязнения носят рекомендательный характер и в настоящее время определены не для всех загрязняющих веществ. В нашей работе чувствительность групп растений определялась с учетом экологических нормативов, рекомендуемых сотрудниками Научно-исследовательского института охраны атмосферного воздуха [8].
На основе выше изложенного предлагается для оценки экологического риска использовать следующие величины коэффициентов чувствительности (по отношению к человеку): травянистая растительность - 1,0; мелколиственный лес - 0,75; хвойный лес - 0,5. Заметим, что чем выше чувствительность, тем меньшие концентрации загрязняющих веществ вызывают нарушение функционирования соответствующих видов растительности. С учетом указанных коэффициентов чувствительности определены пороговые уровни загрязнения атмосферы, соответствующие разным зонам экологического риска, для каждой группы растительных сообществ, табл. 2.
Таблица 2. Пороговые уровни загрязнения атмосферы
Уровень экологического риска Уровень загрязнения атмосферы, в долях ПДК
Хвойный лес Мелколиственный лес Травянистая растительность
неприемлемый >1,2 >1,8 >2,4
приемлемый 1,2.0,5 1,8.75 2,4.1,0
пренебрежимый <0,5 <0,75 <1,0
Картографическое отображение зон
экологического риска
Наиболее удобной формой отображения уровней экологических рисков является картосхема зон экологического риска, для создания которой необходима информация о пространственной структуре растительного покрова на территории в зоне воздействия нефтедобывающего предприятия, т. е. информация о расположении и размерах (площадях) различных растительных комплексов. Пространственная структура растительного покрова определялась на основе дешифрирования космических снимков территории в зоне воздействия факелов для сжигания попутного газа на нефтяных месторождениях в соответствии с методикой [1].
Картосхемы зон экологического риска негативного воздействия загрязнения атмосферного воздуха строятся с использованием контуров зон загрязнения атмосферы, определяемых на основе методики [1, 2] с использованием данных из экологических паспортов нефтяных месторождений. При построении указанных картосхем экологического риска воздействий сжигания попутного газа в факелах учитывается чувствительность различных растительных сообществ к загрязнению атмосферы.
Процедура картографирования зон экологических рисков, реализованная в нашей работе средствами геоинформационной системы (ГИС) Агс-СТБ 9.2, включает следующие этапы:
• классификация и векторизация синтезированного космического снимка и создание в ГИС тематического векторного слоя пространственной структуры растительного покрова на исследуемой территории;
• построение векторных слоев цифровой карты, содержащих границы зон с разными уровнями загрязнения атмосферы в долях ПДК соответствующего загрязняющего вещества;
• выбор зон загрязнения атмосферы для каждого типа растительности с учетом их чувствительности и пороговых уровней, определенных выше;
• построение итоговой картосхемы зон экологического риска воздействия нефтедобычи.
Для иллюстрации ниже приведены результаты картографирования зон экологического риска на участке нефтедобывающей территории, находящемся в зоне воздействия Приобского месторождения - одного из наиболее крупных месторождений Ханты-Мансийского автономного округа, разрабатываемых в последнее время. Добыча нефти на этом месторождении постоянно увеличивается, при этом в факелах сжигается ежегодно до 2...3 млрд м3попутного газа.
В работе использованы космические снимки со спутника Ьапёза1-7 (пространственное разрешение 30 м). В результате дешифрирования космического снимка определены следующие классы: тем-нохвойные (ель, пихта, кедр) и светлохвойные насаждения (сосна), мелколиственный лес (береза, осина, кустарники), болотные угодья, пойменная травянистая растительность, водные объекты, открытые минерализованные поверхности и объекты инфраструктуры. На рис. 1 приведена карта пространственной структуры растительного покрова в зоне влияния газовых факелов на Приобском месторождении, на которую наложены границы зон различного уровня загрязнения атмосферного воздуха сажей (в долях ПДК).
На рис. 2 приведена картосхема зон экологического риска воздействия загрязнения атмосферы выбросами из газовых факелов на территории Приобского месторождения, полученная в соответствии с описанной выше методикой. Пятна зон приемлемого и неприемлемого экологического риска, рис. 2, обусловлены структурой растительного покрова.
Заключение
Рассмотрены вопросы определения уровней неприемлемого, приемлемого и пренебрежимого экологического риска воздействия атмосферного за-
Рис. 1. Наложение зон загрязнения атмосферы факельными выбросами на карту чувствительности растительных сообществ на Приобском месторождении: 1) факелы; 2) границы зон загрязнения; 3) травянистая растительность (болото, пойма); 4) мелколиственный лес; 5) хвойный лес; 6) водные объекты
Рис. 2. Картосхема зон экологического риска для территории в зоне воздействия сжигания газа в факелах на Приобском месторождении: 1) факелы; 2) неприемлемый, 3) приемлемый, 4) пренебрежимый риски; 5) участки суши без растительности и водные объекты, риск не оценивался
грязнения на растительный покров нефтедобывающих территорий, вызванного сжиганием попутного газа на нефтяных месторождениях. Оценка экологического риска проводится с учетом различной чувствительности к химическому загрязнению атмосферы разных видов растительности. Предлагается определять уровень неприемлемого риска на основе «критерия чрезвычайной экологической ситуа-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ерохин Г.Н., Копылов В.Н., Полищук Ю.М., Токарева О.С. Информационно-космические технологии в задачах экологического анализа воздействий нефтедобычи на природную среду. - Новосибирск: Изд-во ГПНТБ СО РАН, 2003. - 98 с.
2. Полищук Ю.М., Березин А.Е., Дюкарев А.Г., Токарева О.С. Экологическое прогнозирование воздействия нефтегазового комплекса Западной Сибири с использованием ГИС-техноло-гий // География и природные ресурсы. - 2001. - №2. -С. 44-49.
3. Гриценко А.И., Акопова Г.С., Максимов В.М. Экология, нефть и газ. - М.: Наука, 1997. - 598 с.
4. Закарин Э.А., Миркаримова Б.М., Дедова Т.В. Геоинформационные модели атмосферного загрязнения Арало-Каспийского региона Казахстана. - Алматы: Изд-во «CaJa», 2007. - 108 с.
5. Меньшиков В.В. Концептуальные основы оценки экологического риска. - М.: Изд-во МНЭПУ, 2001. - 44 с.
ции». Разработана методика картографирования зон экологического риска с их отображением на цифровых картах с использованием средств ГИС.
Приведен пример определения и картографирования зон экологического риска воздействия нефтедобычи на растительный покров на территории Приобского месторождения (Ханты-Мансийский автономный округ).
6. Осипова Н.А. Техногенные системы и экологический риск. -Томск: Изд-во ТПУ, 2005. - 112 с.
7. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. Методика Министерства природных ресурсов РФ от 30 ноября 1992 г. // Предпринимательское право. Законодательство РФ и Москвы. 2010. URL: http://www.bu-sinesspravo.ru/Docum/DocumShow_DocumID_10592.html (дата обращения: 04.01.2010).
8. Коплан-Дикс В.А., Алехова М.В. К вопросу разработки экологических нормативов качества атмосферного воздуха // Научно-исследовательский институт охраны атмосферного воздуха. 2009. URL: http://www.nii-atmosphere.ru/files/stKDiks.htm (дата обращения 02.12.2009).
Поступила 27.08.2010 г.
