CC BY
109
УДК 504.064
МОНИТОРИНГ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
Ирина Германовна Ященко
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химии нефти» СО РАН, 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
Татьяна Олеговна Перемитина
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химии нефти» СО РАН, 634021, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории «Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей», тел: (3822)49-22-27, е-mail: pto@ipc.tsc.ru.
Для своевременной оценки экологического состояния труднодоступных болотистых территорий Западной Сибири разработана методика определения и картографирования тепловых аномалий (факелы, пожары, гари) нефтедобывающих территорий на основе спутниковых данных. Проведена оценка экологического риска воздействия сжигания попутного газа в факелах на растительный покров нефтедобывающих территорий Западной Сибири.
Ключевые слова: окружающая среда, космические снимки, месторождения нефти.
ENVIRONMENTAL MONITORING OF WEST SIBERIA OIL-PRODUCING TERRITORIES ON THE BASIS OF SPACE IMAGES
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
Tatiana O. Peremitina
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634021, Russia, Tomsk, 4 Akademichesky Avenue, Ph. D. in Technical Science, research associate, tel. (3822)49-18-11, e-mail: pto@ipc.tsc.ru
For timely assessment of the ecological status of hard wetlands Western Siberia developed methods of measuring and mapping the thermal anomalies (torches, fires, burning) of oil-producing territories on the basis of satellite data. An assessment of environmental risk exposure to combustion gas flaring at oil-producing vegetation of Western Siberia territories was performed.
Key words: environment, satellite images, oil field.
Опасным фактором негативного воздействия нефтедобывающего комплекса на экологию Западной Сибири является химическое загрязнение атмосферы в результате сжигания попутного нефтяного газа в факелах. Россия является мировым «лидером» по факельному сжиганию попутного нефтяного газа
(ПНГ). Больше всего сжигается ПНГ в Восточной Сибири и Ханты-Мансийском автономном округе - суммарно почти 70 % всего объема факельного сжигания ПНГ в стране [1].
Некоторые негативные последствия от сжигания ПНГ для экосистем включают: сокращение лесных территорий, повышение уровня пожароопасно-сти лесов; механическое, химическое и термическое повреждение растительности и почвенного покрова; снижение численности и видового разнообразия животных, насекомых и микроорганизмов; обеднение видового состава подроста, кустарникового, травяно-кустарничкового и мохово-лишайникового ярусов территорий.
Для своевременной оценки экологического состояния труднодоступных болотистых территорий Западной Сибири разработана методика определения и картографирования тепловых аномалий (факелы, пожары, гари) нефтедобывающих территорий на основе спутниковых данных. В настоящее время тепловые космические снимки (КС) широко используются для изучения тепловых полей поверхности ландшафтов в условиях антропогенного воздействия. В предложенной методике рассмотрено применение тепловых КС Landsat и продукта MODIS (MOD14A1) - данные по тепловым аномалиям) для экологического мониторинга антропогенного воздействия на территории нефтяных месторождений Ватинское, Самотлорское (Ханты-Мансийский АО) и Советского (Томская область).
В Научно-исследовательском информационном центре ИХН СО РАН сформирована коллекция КС и тематических продуктов MODIS (Moderateresolution Imaging Spectroradiometer - сканирующий спектрорадиометр среднего разрешения) для исследуемой территории Западной Сибири за период 2000 -2014 гг. Тематические продукты созданы зарубежными специалистами по результатам обработки КС, полученных со спутника TERRA сканером MODIS и цифровых моделей рельефа. Материалы съёмки MODIS имеют широкий спектр применения для исследования атмосферы, водных объектов и суши [2]. Данные MODIS по всей поверхности Земли поступают со спутника Terra каждые 2 дня в 36 спектральных зонах с разрешением 250-1000 м, что обеспечивает моделирование в глобальном и региональном масштабе. Предназначение системы MODIS состоит в сборе данных для калиброванных глобальных интерактивных моделей Земли как единой системы.
Для выделения высокотемпературных участков на КС Landsat в среде ERDAS Imagine проводилось: 1) пересчет исходных значений пикселей в реальные значения приходящего излучения на сенсоре; 2) пересчет значений излучения на сенсоре в значения температуры; 3) выявление участков с температурой выше порогового значения. Пороговое значение температуры выбрано на основе значений температуры воздуха приземного слоя, которая в сентябре 1999 г. составляла +17 ° С, в июле 2007 г. составила +21° С [3].
Продукты MOD14A1 группы «Тепловые аномалии/Пожары» позволяют обнаружить очаги с высокой интенсивностью горения [2]. Принцип определения площадей пожаров основан на их сильном излучении в среднем инфра-
красном диапазоне. На рис. 1 приведен результат применения разработанной методики определения и картографирования участков с высокими значениями температуры поверхности исследуемых территорий. Высокие значения температуры по КС Landsat отмечены на участках с факельными установками и на территории с городской застройкой. Как следует из рис. 1, зелеными и красными точками отмечены горящие факела на территории Советского, Самотлор-ского и Ватинского месторождений. Совмещение зеленых и красных точек указывает на длительное горение факелов в период 1999-2007 гг. По КС Landsat в 2007 г. на Ватинском месторождении выявлено 176 высокотемпературных участков, на Самотлорском месторождении - 390, на Советском - 22. В 2012 г. по данным MOD14A1 на территории Самотлорского месторождения численность горящих факелов составила 136, на Советском и Ватинском месторождениях снизилась до 7 и 1 соответственно [4].
Рис. 1. Участки и точки с аномальными значениями температуры
Известно, что радиус прямого термического повреждения растительности для факела малой мощности составляет до 50 м, с большей мощностью - до 200 м. Последствия угнетения растительности только за счет теплового излучения наблюдаются на расстоянии до 4 км и более. Значительное негативное действие на растительность оказывают пожары, риск возникновения которых существенно повышается на нефтедобывающих территориях с действующими факельными установками. По данным MOD14A1 [14] на рис. 1 приведены участки гарей за 2000 - 2010 гг. и очаги пожаров за 2007 и 2012 гг. Как видно из рис. 1, на Самотлорском месторождении отмечены большие площади как старых пожаров, так и более современных.
Основу ПНГ составляет смесь легких углеводородов, включающая метан, этан, пропан, бутан, изобутан и другие углеводороды, которые под давлением растворены в нефти. Состав ПНГ может значительно варьироваться в зависимости от территории добычи, а также от свойств конкретного месторождения. Основными химическими веществами, выбрасываемыми в атмосферу при сжигании попутного газа в факелах, являются сажа, оксид углерода
(СО2)
и диоксид азота (ЫО2). Известно, что некоторые виды растений оказываются более чувствительными к воздействию вредных факторов, чем человек. Таксономические группы растений по степени чувствительности к воздействию фи-тотоксичных газов располагаются в следующем порядке: мхи, лишайники и грибы; хвойные древесные породы; лиственные древесные породы; травянистые растения. Чем выше чувствительность, тем меньшие концентрации загрязняющих веществ вызывают повреждения соответствующих видов растительности. В соответствии с коэффициентом чувствительности для каждой группы растительных сообществ выбираются зоны с определенным уровнем загрязнения атмосферы. Например, для лесных комплексов с преобладанием хвойной растительности получено [5]:
- неприемлемый уровень риска - в зоне с уровнем загрязнения >1 ПДК;
- приемлемый - в зоне с уровнем загрязнения от 1 до 0,5 ПДК;
- пренебрежимый - в зоне с уровнем загрязнения от 0,5 до 0,025 ПДК.
Картографирование экологических рисков реализовано средствами геоинформационной системы (ГИС) ArcGIS и состоит из следующих этапов:
1. кластеризация и векторизация мультиспектрального космического снимка и создание тематического векторного слоя пространственной структуры растительного покрова;
2. построение векторных слоев цифровой карты, содержащих зоны с разными уровнями загрязнения атмосферы в долях от ПДК соответствующего загрязняющего вещества для человека;
3. выбор зоны загрязнения атмосферы для каждого типа растительности с уровнями загрязнения в зависимости от чувствительности соответствующего типа растительности;
4. построение итоговой карты зон экологического риска.
Таким образом, рассмотрены негативные последствия от сжигания ПНГ для экосистемы Западной Сибири. Представлено применение тепловых космических снимков Landsat и продуктов MODIS для картографирования аномальных тепловых полей поверхности ландшафта для определения местоположения действующих факелов и площадей пожаров. Разработана методика расчета уровня риска антропогенного влияния действующих факелов на растительный покров. Картографирование и пространственный анализ труднодоступной болотистой местности нефтедобывающих территорий Западной Сибири могут оказать значительную помощь в своевременной оценке экологической ситуации и принятии решений в устранении и профилактики загрязнения окружающей среды.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Экологический мониторинг: Доклад об экологической ситуации в Ханты-Мансийском автономном округе-Югре в 2012 году.- Ханты-Мансийск, 2013. - 172 с.
2. Данные по тепловым аномалиям MOD14A1, описание и получение [Электронный ресурс]: данные. Режим доступа: http://gis-lab.info/qa/mod14a1.html
3. Дневник погоды [Электронный ресурс]: данные. Режим доступа: http://www.gismeteo.ru/diary/3974/1999/9/.
4. Алексеева М. Н., Ященко И. Г., Перемитина Т.О. Оценка состояния и динамики восстановления растительного покрова нефтедобывающих территорий с использованием космических снимков // Нефть. Газ. Новации. - 2013. - № 10 (177). - С. 16-19.
5. Природные ресурсы Томской области /Дюкарев А. Г., Львов Ю. А., Хмелев А. А. и др. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991.-176 с.
© И. Г. Ященко, Т. О. Перемитина, 2015
