CC BY
44
Вестник ДВО РАН. 2004. № 1
В.А.ШУСТИН, Л.А.ФОКИНА
Об использовании географических информационных систем для анализа и прогноза экологической ситуации
Использование географических информационных систем для анализа экологических процессов на территориях и в морских акваториях Сахалинской области представляется чрезвычайно актуальной задачей как в период создания постоянно действующей системы мониторинга, так и по мере ее развития и накопления значимых для принятия природоохранных решений материалов. В настоящей работе показаны структура и состав информации в новой информационной системе, созданной по заданию администрации Сахалинской области, приводятся примеры практического анализа экологических процессов и природных катастроф на основе ГИС, в том числе подтвержденные специальными экспедиционными наблюдениями в экологически неблагоприятных районах.
On using the geographical information systems for analysis and prediction of an ecological situation.
VA.SHUSTIN, L.A.FOKINA (Special Design Office of the Means of Marine Research Automation, FEB RAS, Yuzhno-Sakhalinsk).
Using the geographical information systems for analysis of the environmental issues on the coast and in the seawaters of the Sakhalin region seems to be extremely actual both during the period of formation of permanently working monitoring system and during its development and accumulation of materials significant for taking decisions on the environmental issues. In the present work, the structure and composition of information in new information system formed by order of the Sakhalin region authorities have been shown. Based on the geographical information systems, the examples of practical analysis of the ecological processes and natural catastrophes have been provided with those ones, which were confirmed by special expeditionary observations in the environmentally unfavorable regions.
Начало практического освоения нефтепромысловых акваторий северо-восточного побережья сахалинского шельфа обусловило повышенный интерес общественности к проблемам экологической безопасности и сохранения многообразия природы наших северных морей, тесно связанным с решением задач по обеспечению безопасности ведения работ в сложнейших условиях охотоморского шельфа о-ва Сахалин.
Исследования экологически значимых показателей состояния природы требуют не только высокоточной измерительной техники, но также и постоянного сопоставления вновь получаемой информации с архивами наукоемких материалов об истории
ШУСТИН Валерий Александрович, ФОКИНА Лидия Алексеевна (СКБ средств автоматизации морских исследований ДВО РАН, Южно-Сахалинск).
* Охрана природы, мониторинг и обустройство сахалинского шельфа. Южно-Сахалинск: Сах. кн. из-во, 2001. С. 166—171. (С изменениями).
биологических, метеорологических и океанологических процессов, происходящих на островах и прилегающих морских акваториях Сахалинской области.
По заданию администрации Сахалинской области и при непосредственном участии Сахалинского государственного комитета по экологии и охране природы, на базе СКБ средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук (СКБ САМИ ДВО РАН) ведутся постоянные исследования и подготовительные работы по созданию такой действенной системы непрерывного наблюдения за состоянием морских акваторий, которая позволила бы обеспечить как контроль за опасными или экологически необратимыми процессами на сахалинском побережье и в прилегающих морских акваториях, так и решение оперативных задач информационного обеспечения при возникновении аварийных ситуаций или экологических катастроф, в том числе связанных с морскими нефтеразливами [4].
Центральным звеном такой системы является автоматизированная экспертно-информационная система, в которой должны обобщаться все материалы океанографических наблюдений прошлых лет, непрерывно пополняться и анализироваться данные о текущем состоянии моря, в том числе с использованием телеметрических каналов сбора информации, и где должны постоянно отрабатываться вопросы прогнозирования и упреждающего математического моделирования различных гидрофизических и гидрометеорологических процессов в жизненно важных для Сахалинской области шельфовых акваториях.
В настоящее время уже создан прототип такой информационно-картографической системы и получены первые результаты ее опытного опробования для анализа экологической ситуации в шельфовой зоне, в том числе на примерах реальных и экологически значимых ситуаций, возникавших с началом эксплуатации морского нефтедобывающего комплекса «Витязь». В качестве базовой электронно-картографической основы использовано программное обеспечение MapMaster и GisMaster (фирма «Ингит», Санкт-Петербург), разработанное по заказу Федерального агентства правительственной связи и информации для географической информационной системы (ГИС) органов государственной власти [5]. Объединение электронно-картографических материалов и океанографических баз данных уже позволяет делать качественные оценки экологического риска любой хозяйственной деятельности, а в применении к территориям и морским акваториям Сахалинской области является незаменимым инструментом повышения качества экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды.
Пополнение баз данных новой информационно-картографической системы, названной «Экология Сахалинской области», происходит постоянно. В нее вошли специализированные информационно-аналитические комплексы исторических данных по экологически значимым параметрам состояния окружающей среды, предназначенные для отработки новых экспертных, прогностических оценок экологической безопасности на территории Сахалинской области и ее акваториях; паспортные характеристики природоохранных объектов на Сахалине и Курильских островах, с использованием которых был подготовлен Государственный кадастр, также включенный в состав новой информационной системы.
Кроме этого информационно-картографическая система содержит несколько тематических слоев.
1. Трубопроводный транспорт и хранение нефтепродуктов: нефтеперекачивающие станции, нефтепарки УМНГ, Охинский р-н, нефтесборные пункты НГДУ «Оханефтегаз»; нефтесборные пункты НГДУ «Катанглинефтегаз»; нефтебазы и склады ГСМ.
2. «Разливы нефти на суше» с привязкой к 21 географическому объекту хранения и транспортировки нефти и газа. По нефтегазопроводам дается дополнительная информация в текстовых файлах о разливах на примыкающих и соседних ветках трубопроводов. Использованы материалы 1968—1992 гг., собранные «Экологической компанией Сахалина», и 1994—1998 гг., имеющиеся в распоряжении Госкомэкологии Сахалинской области.
3. Места организованных стоков с указанием количества загрязняющих веществ.
Каждый такой слой содержит сведения о природных территориях, требующих особой охраны, или опасных объектах и выводится на свою электронную карту.
Пополнение баз данных продолжается: обозначаются места затонувших судов; территории, пострадавшие от лесных пожаров; места размещения складов химически опасных веществ (хлора, аммиака, пестицидов и др.) и взрывчатых веществ; места выпуска стоков промышленных предприятий, сбросы очистных сооружений городов и других населенных пунктов; трубопроводы с потенциально опасными веществами, проходящие по дну водоемов в непосредственной близости от них; маршруты судов различного класса, перевозящих опасные и вредные вещества и т. д. По каждому источнику загрязнения в информационной системе имеются данные о расположении мест поступлений сточных вод от указанных объектов в акваторию, расходе, количестве и качестве выбрасываемых вредных веществ, степени их опасности. Все материалы получены из официальных источников, а также из годовых отчетов Госкомэкологии Сахалинской области, отчетов об авариях и экологически опасных ситуациях.
Использование сведений о потенциально опасных объектах в комплексе с возможностями по визуализации данных электронной картографии может существенно повысить эффективность контролирующих или спасательных служб, их оперативность при принятии управленческих решений, что в целом должно обеспечивать существенное снижение риска экологических катастроф при повторении аварийных сбросов вредных веществ или нефтепродуктов в реки и морские акватории Сахалинской области. ГИС уже находит практическое применение в процессе планирования и выполнения комплекса мероприятий по охране важных, легкоранимых территорий и акваторий Сахалинской области.
В качестве примера проанализируем информацию по нефтедобывающему комплексу «Витязь» в связанной с картографической системой базе данных. В отчете Комитета природных ресурсов Сахалинской области показано, что Ногликский район в 1999 г. сбросил в Охотское море 3,45 т нефтепродуктов и 4313,84 т взвешенных веществ. Общий объем сбросов для всех охотоморских районов о-ва Сахалин соответственно 3,99 т и 4854,16 т. Аналогичные цифры в базе данных за 1998 г., когда нефтедобывающий комплекс «Витязь» еще не работал, меньше на порядки: нефти — 0,0003 т, взвешенных веществ — 453,2 т. Это указывает либо на существенный прирост уровня загрязнения вод сахалинского шельфа, либо на то, что до начала работы комплекса «Витязь» реальных наблюдений за количеством сбросов в морскую среду не производилось.
Для оценки величины сбросов взвешенных веществ, производимых комплексом «Витязь» в открытом море на 30-метровой глубине, сопоставим их со сбросами рек, которые способны выносить загрязнения непосредственно в наиболее чувствительные мелководные акватории сахалинского шельфа. Так, малые реки Даги и Очипуха выносят в море по 7—8 тыс. т взвешенных веществ; р. Сусуя в районе пос. Новоалександровск и р. Лютога в районе пос. Огоньки — не менее 100 тыс. т твердых взвесей в год, р. Тымь, выносящая свои «загрязненные» воды в Охотское
море непосредственно в районе нефтепромысловых акваторий сахалинского шельфа, даже в районе пос. Адо-Тымово — не менее 200 тыс. т твердых веществ ежегодно [1]. Учитывая, что на берегах рек расположены все населенные пункты, сельскохозяйственные угодья и производственные предприятия, следует отметить, что чистота морских акваторий и побережья сахалинского шельфа в большей степени обусловлена качеством вод наших сахалинских рек, которые определяют динамику и устойчивость экологических процессов, а также современное биоразнообразие в прибрежных акваториях и в многочисленных лагунах на северо-восточном побережье острова.
Безусловно, воздействие речных стоков, влияние которых уравновешено многолетней эволюцией живой природы в прилегающих морских акваториях, существенно отличается от инородного по составу химического и токсического воздействия на морскую среду со стороны нефтедобывающего комплекса, концентрация вредных веществ от которого при разведочном бурении может превышать предельно допустимые нормы (ПДК) даже за пределами контрольного радиуса 250 м в створе по течению за буровой платформой. Реальный контроль экологической обстановки возможен только после установки высокоточного измерительного оборудования в контрольных точках на побережье и в открытом море, а также на борту всех морских нефтепромысловых комплексов с использованием телеметрических каналов связи, что очень важно для организации автоматизированного анализа всего комплекса данных о динамике и текущем состоянии экологически значимых процессов как в открытом море, так и на побережье о-ва Сахалин.
В базе данных «Сброс стоков в море» содержатся сведения о сбросах семи сахалинских целлюлозобумажных заводов до 1998 г., когда заводы почти полностью прекратили производство и сбросы стоков в морскую среду. Поэтому в экологических отчетах 1999 г. показано воздействие на морскую среду только со стороны новых морских производств (нефтеразведочных буровых платформ и нефтедобывающего комплекса «Витязь»), однако это не означает отсутствия загрязнений морской среды от бесхозяйственного использования полуразрушенных предприятий.
Использование картографической информационной системы позволяет показать связь между обнаруженным в 1999 г. замором рыбы в зал. Пильтун и сбросом нефти в речную сеть о-ва Сахалин в результате Нефтегорского землетрясения 28 мая 1995 г. В те трагические дни было не до забот об экологических последствиях, но отмечено, что землетрясение повредило 33 магистральных нефтепровода, повреждения сконцентрировались в локальной области, а наибольшее расстояние дефекта трубопровода от г. Нефтегорск не превысило 35 км. На нефтепроводах и в коллекторах скважин обнаружено 96 порывов [3], а, по известным ныне оценкам, в болотистые поймы рек Эри, Сабо и Кодыланьи тогда вылилось не менее 4 500 т нефти [2]. Такой концентрированный удар, нанесенный по водным системам северо-восточного побережья Сахалина, вызвал чрезвычайную гидроэкологическую ситуацию [5], но она отошла на задний план ввиду трагедии, связанной с гибелью в период этого землетрясения более 2 тыс. жителей Нефтегорска и проблемами расселения оставшихся в живых. Сопоставление местоположения участков замора сельди и мест поступления огромного объема нефтепродуктов в болотные массивы побережья зал. Пильтун уже не позволяет однозначно отвергать возможность замора сельди из-за дефицита кислорода. Скорее всего, неразложившаяся нефть периодически поступала в воду на каждой фазе отлива в результате давления льда на торфяное дно, забирая на свое окисление кислород из вод залива.
В 1999 г. в прессе активно обсуждалось мнение, что причиной замора сельди, в которой была обнаружена чрезмерная концентрация нефтеуглеводородов, явля-
ется начало производственной деятельности нефтедобывающего комплекса «Витязь». Однако достаточно простого взгляда на карту речной сети в нефтегорском районе, чтобы понять, что нефть, от которой погибла сельдь, попала в зал. Пильтун из болотистых речных пойм, загрязненных еще в 1995 г. На научно-техническом семинаре-совещании «Память и уроки Нефтегорского землетрясения» [3], проведенном в мае 2000 г., также не обсуждалось воздействие приведенного разлива на реки и болота региона.
Рекогносцировочные полевые исследования в апреле 2001 г. на р. Сабо (рис. 1) и в зал. Пильтун подтвердили выводы, полученные ранее на основе анализа материалов ГИС. В реке и в заливе были отобраны керны льда с примерзшим ко льду грунтом. В воде, образовавшейся при размораживании нижних горизонтов керна, была обнаружена нефть в концентрации от 0,096 до 2,78 мг/л, т. е. в количестве, превышающем ПДК от 2 до 56 раз. Наибольшая концентрация отмечена в кернах льда с примерзшим илом в 300 м ниже по течению от места разрыва нефтепровода. На этом участке реки даже наблюдались промоины во льду, заполненные нефтью. В промежуточных горизонтах ледового керна концентрация нефти составляла от 0,185 до 0,576 мг/л. Была обнаружена нефть и в нижних слоях керна, взятого в пойменном болоте в 400 м от устья р. Сабо (0,98 мг/л). В керне, взятом непосредственно в зал. Пильтун, нефть присутствовала в незначительных количествах, на пороге обнаружения, однако в пойменном озере с песчаным дном уровень
Рис. 1. Выход нефти на поверхность р. Сабо 28 апреля 2001 г. как результат нефтеразлива при землетрясении в мае 1985 г.
Рис. 2. Экспедиция Сахалингидромета в районе шельфового месторождения Одопту-море, апрель 1972 г. Показаны стамухи и выбуренный керн монолитного льда высотой 2,31 м
загрязнений составлял до 20 ПДК. Это подтверждает значительное влияние динамики вод заливов, связанных с морем, на процесс самоочищения грунтов. Наибольшее количество загрязнений из рек и болот выносится в морские заливы при таянии льда, чему в немалой степени способствует вынос загрязненного грунта, примерзшего ко льду. Не исключено, что именно в период половодья 1999 г. в зал. Пильтун из загрязненных рек и пойменных болот поступило значительное количество нефти, что и привело к гибели большого косяка сельди.
Вывод о необходимости экологического исследования мест аккумуляции нефтепродуктов в болотистых берегах зал. Пильтун не только в летний, но и в зимний период напрашивается сам собой. И основным толчком к скорейшему решению вопроса о проведении подобной экспедиции послужило создание настоящей информационно-картографической системы, на базе которой возможно объединение всех данных о состоянии загрязненного участка сахалинского побережья, с последующим контролем его экологического состояния. У одного из авторов работы имеется более чем 35-летний опыт подобных зимних и ледовых экспедиций, включая первые гидрометеорологические экспедиции на шельфе о-ва Сахалин в 1972 г. (рис. 2). Появляется надежда, что исходные материалы подобных экспедиций, за чей бы счет они ни проводились, не станут вновь невостребованными или «конфиденциальными» и найдут должное применение в составе автоматизированной информационно-картографической системы «Экология Сахалинской области».
Информационная система составит основу для разработки научно обоснованных методик реагирования на опасные или аварийные ситуации, позволит принимать обоснованные решения о проведении целенаправленных экологических исследований в конкретных морских акваториях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Государственный водный кадастр. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод. Т. 1. Вып. 22. Бассейны рек Сахалинской области. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 228 с.
2. Доклад о состоянии окружающей природной среды в Сахалинской области в 1999 г. / Гос. ком. по охране окружающей среды Сахалинской области. Южно-Сахалинск, 2000. 270 с.
3. Землюк С.В., Астафьев Н.В., Поломошнов А.М., Сурков Г.А., Калинин Э.Н. Анализ последствий воздействий Нефтегорского землетрясения на промышленные сооружения // Сб. докл. науч.-техн. се-минара-совещ. «Память и уроки Нефтегорского землетрясения». М.: Полтекс, 2000. С. 42—45.
4. Красный М.Л., Храмушин В.Н., Шустин В.А., Воловский В.В., Громов А.Б., Золотухин Е.Г., Пи-щальник В.М. Пути создания системы мониторинга шельфа Сахалинской области. Южно-Сахалинск: Сах. кн. изд-во, 1998. 208 с.
5. Невская губа — опыт моделирования / Под общ. ред. В.В.Меншуткина. СПб.: Санкт-Петерб. НЦ РАН, 1997. 375 с.
