CC BY
437Б. Е. Чижов, В. А. Долингер, А. И. Захаров
ОСОБЕННОСТИ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА
Проанализированы ландшафтные особенности нефтяного загрязнения территорий 14 эксплуатируемых месторождений нефти в подзонах северной и средней тайги Западной Сибири: количество и размеры загрязненных участков, их биотопическая приуроченность, распределение по категориям крупности. Рассмотрена глубина проникновения нефти в почву, ее изменения в течение 5 лет после дозированного внесения.
По чрезвычайным техногенным ситуациям, связанным с выбросами нефти и нефтепродуктов, Ханты-Мансийский автономный округ лидирует не только в России, но и в мире. Ежегодные объемы аварийно разливаемой нефти составляют от 50 до 70 тыс. т. Если в 1980-е гг. в округе ежегодно фиксировалось 150-250 аварий, то в 1995-1997 гг. их число увеличилось более чем в 10 раз, а в 2004-2006 гг. составило 3631-4815 случаев в год (табл. 1). Несмотря на многократное увеличение объемов рекультивационных работ, проблема нефтяного загрязнения в округе остается чрезвычайно острой.
Таблица 1
Аварийность промысловых нефтепроводов в ХМАО — Югре
Показатель Ед. изм. Год
2001 2002 2003 2004 2005 2006
Общая протяженность промысловых трубопроводов км 65 590 67 942 69 079 70 072 72 047 73 966
Из них требуют капитального ремонта км — 4334 — 3176 2526 —
фактически отремонтировано км 1467 1386 1459 1337 1475 1014
Число аварий на трубопроводах ед. 1598 1771 2235 3631 4311 4815
Общая площадь нефтезагрязненных земель га — 3421 3994 6814 6862 7046
Объект и методы исследований
Исследования основных закономерностей нефтяного загрязнения почв выполнены в подзонах северной и средней тайги Западной Сибири на территории Красно-Ленинского, Нефтеюганского, Сургутского и Нижневартовского районов Ханты-Мансийского округа. Они включали сбор и анализ материалов, характеризующих местонахождение, площади и конфигурации нефтяных разливов, почвенно-гидрологические условия каждого участка, состояние растительного покрова, концентрацию остаточных нефтепродуктов в почвенных горизонтах, захламление и другие факторы, имеющие значение для выбора технологии рекультивационных работ слоем [Бобов и др., 1998]. Обследовались все загрязненные участки площадью более 0,01 га. Отбор почвенных образцов для определения содержания остаточной нефти проводился по генетическим горизонтам до границы с незагрязненным.
На разливах нефти выделяли минимум две зоны: зону сильного загрязнения с глубоким нарушением всех компонентов фитоценоза и очень медленным естественным их восстановлением и зону, где деградационные изменения фитоценозов обратимы в хозяйственно приемлемые сроки, а рекультивация почвы не требуется. Территорию относили к сильно нарушенной, если из следующих трех показателей два достигали критических значений:
— усыхание древостоя превышает 50 %;
— число учетных площадок размером 2*2 м, лишенных жизнеспособного подроста, более 40 %;
— проективное покрытие почвы кустарничково-травяно-моховым ярусом менее 25 %.
Степень загрязнения почв, определенная визуально в полевых условиях, уточнялась лабораторными анализами. Выделялись участки с сильным, средним и слабым загрязнением (табл. 2).
Таблица 2
Классификация нефтезагрязненных земель по уровням загрязнения (по: [Чижов, Долингер, 1998])
Степень загрязнения Содержание нефти по типам почв, %
Биогенные (торф, лесная подстилка) Минеральные (песок, суглинок)
Слабая До 15 До 3
Средняя 15-40 3-20
Сильная Более 40 Более 20
Кроме статистических методов исследования в 1985-1986 гг. выполнено дозированное загрязнение обессоленной и обезвоженной (товарной) нефтью на участках спелых насаждений, расположенных в сосняках брусничном и кустарничко-во-черничном, кедровнике кислично-черничном. Почвы опытных участков соответственно песчаные, супесчаные и легкосуглинистые. Учеты содержания нефти в почве выполнены сразу после загрязнения и на третий год после разлива нефти.
Результаты и обсуждение
Большинство разливов нефти приурочено к буровым площадкам, местам прокладки нефтепроводов или первичной переработки нефти.
Загрязнение природных экосистем происходит в основном растеканием нефти по поверхности почвы, образуя более или менее сплошное нефтяное пятно с повышенными концентрациями загрязнителя в пониженных участках рельефа.
Анализ отчетных данных и результатов дешифрирования материалов аэрофотосъемки показал, что в настоящее время учитываются в основном крупные разливы нефти. Это приводит к занижению общей площади загрязнения и завышению средних размеров замазученных участков.
По данным наземного лесоустройства, проведенного в Куль-Еганском (50 тыс. га) и Сургутском (953 тыс. га) лесхозах, средняя площадь нефтяных разливов (учитывались участки более 1 га) составила 2,7 га.
Таблица 3
Распределение загрязненных нефтью участков Аганского месторождения по категориям крупности и необходимости интенсивной рекультивации
Показатель Ед. Размер участка , га По месторождению
изм. Менее 0,15 0,16-1,0 Более 1,0 в целом
Число участков шт. 101 88 11 200
% 50,5 44,0 5,5 100
Средняя площадь участка га 0,06 0,31 2,06 0,28
Общая площадь загрязненных земель га 6,06 27,28 22,66 56
В том числе сильно нарушенная, га 4,24 21,83 21,53 47,6
требующая рекультивации % 70 80 95 85
Число участков, требующих рекульти- шт. 90 84 10 184
вации % 89 96 91 92
Полная инвентаризация замазученных земель на территории Аганского месторождения показала, что число участков площадью менее 0,15 га составило 50,5 %, а площадью 0,16-1,0 га — 44,0 % (табл. 3). Преобладание мелких разливов определило и сравнительно небольшую среднюю площадь загрязнения — 0,28 га.
Детальное обследование 13 месторождений (1586 км2) с описанием и наземным картированием 1847 га загрязненных земель подтвердило абсолютное преобладание разливов площадью менее 1 га (табл. 4). Средняя площадь загрязненных участков колебалась в зависимости от типа ландшафта в пределах 0,6-1,7 га (табл. 5). Разливы крупнее 1 га составляли 12-35 % от количества и 68-86 % от общей площади загрязненных земель.
Таблица 4
Распределение загрязненных нефтью участков по категориям крупности в пределах различных ландшафтов
Ландшафт Размер участка, га
До 0,15 0,15-1,0 Более 1
шт. % шт. % шт. %
Увалистый дренированный 253 45 201 33 63 23
Плоский водораздельный 309 54 381 63 197 71
Пойменный 7 1 23 4 16 6
Всего 569 100 605 100 276 100
Характер нефтяного загрязнения существенно определяется рельефом и почвенно-гидрологическими особенностями местности. Возвышенные, изрезанные долинами ручьев ландшафты с холмисто-увалистым рельефом обуславливают небольшие площади разливов и вытянутую форму нефтяного пятна. Наибольшие по площади разливы имеют место на верховых олиго-трофных болотах с высоким уровнем грунтовых вод.
Небольшие по площади разливы встречаются практически во всех типах ландшафтов, но наиболее характерны для насыпных и достаточно дренированных грунтов буровых площадок.
По результатам обследования выделено три основных типа ландшафтов, имеющих существенные различия по плотности загрязнения и характеру распределения загрязнителя в биогеоценозах:
— дренированный холмисто-увалистый ландшафт возвышенности и высоких уровней поймы;
— ландшафт водораздельных пространств с выположенным рельефом и высокой степенью заболоченности;
— плоский ландшафт низких уровней поймы р. Оби.
Если количество разливов тесно связано с технологией, объемами добычи и продолжительностью эксплуатации оборудования, то загрязненная площадь зависит от объемов разлитой нефти и характера рельефа местности. В среднем на 1 км2 месторождения с дренированной территорией приходится
0,75 разлива площадью 0,4 га. В болотных ландшафтах количество разливов увеличивается до 1,1, площадь — до 1,9 га. Таким образом, доля загрязненных земель на дренированных территориях с увалистым рельефом в 4,2 раза меньше таковой на выположенных заболоченных пространствах (табл. 5).
Около половины обследованной территории (49 %) приходится на плоские сильно заболоченные ландшафты водораздельных пространств, где сосредоточено 61 % загрязненных участков, составляющих 79 % от общей площади неф-
тяного загрязнения. Выровненность рельефа, высокий уровень грунтовых вод, несвоевременность ликвидации аварий ввиду ограниченной транспортной доступности способствуют широкому растеканию нефти и незначительному проникновению загрязнителя в глубину почвенного профиля.
Таблица 5
Ландшафтные особенности нефтяного загрязнения территорий 13 месторождений (по: [Чижов, Долингер, 1998])
Ед. изм. Ландшафт По всем месторождениям
Показатель Увалистый дренированный Плоский водораздельный Пойменный
Обследованная площадь тыс. га 69,3 77,8 11,5 158,6
Загрязненная площадь га 301 1466 79 1846
% 16 80 4 100
Доля загрязненной площади от общей % 0,4 1,9 0,7 1,2
Число загрязненных участ- шт. 517 887 46 1450
ков % 36 61 3 100
Средняя площадь загрязненного участка га 0,6 1,7 1,7 1,3
Размеры загрязненных участков в пойме сопоставимы с таковыми на плоских водораздельных равнинах, однако общая плотность первых значительно ниже (табл. 5). Особенность пойменных биотопов — сезонное колебание уровня грунтовых вод, периодическое смывание загрязнителя, равномерное его распределение по площади разлива, отсутствие переходных зон. Пойменные участки обладают высокой скоростью самоочищения и восстановления. Однако нефть, попадая в гидрологическую систему, может разноситься на большие расстояния, что несет опасность загрязнения обширных водных пространств.
Основная нагрузка загрязнения приходится на экосистемы открытых болотных пространств, водную поверхность и заболоченные леса (табл. 6). Участие продуктивных типов леса в структуре биотопической приуроченности в среднем незначительно (9 %), хотя для отдельных месторождений (территория Аганского увала) может составлять более 50 %. Обычно это зеленомошные и долгомошные хвойные и смешанные леса (табл. 7).
Таблица 6
Биотопическая приуроченность разливов нефти
Биотоп Площадь загрязненных земель
га %
Верховые олиготрофные болота 656 36
Заболоченные леса 375 20
Продуктивные типы леса 165 9
Заливные луга 37 2
Водная поверхность озер и канав 461 25
Насыпной минеральный грунт 26 1
Другие 127 7
На разливах нефти Аганского, Быстринского, Солкинского, ЗападноСургутского, Средне-Балыкского, Мамонтовского и Южно-Балыкского месторождений сильно загрязненные площади составляли от 60 до 89 % от общей площади разливов. В структуре площадей нефтяных разливов Ай-Еганского, Ван-Еганского, Лор-Еганского и Ермаковского месторождений доля земель с
сильным загрязнением варьирует от 16 до 27 % (табл. 8). Участки, на которых полностью отсутствует зона сильного загрязнения, очень редки: менее 10 % по количеству и менее 5 % по площади.
Таблица 7
Распределение нефтезагрязненных земель Аганского месторождения по группам типов леса
Группа типов леса Площадь
га %
Зеленомошная 16,51 29
Долгомошная 8,51 15
Разнотравная 9,11 16
Т равяно-болотная 12,97 23
Приручейная 8,01 14
Сфагновая 1,57 3
Всего 56,68 100
Примечание. «Разнотравная» группа представлена в основном вырубками с разнотравным типом живого напочвенного покрова.
Таблица 8
Структура площадей нефтяных разливов по степени загрязнения, %
Месторождение Степень нефтяного загрязнения Солевое загрязнение
Сильная Средняя Слабая Усл. чист.
Ай-Еганское, Ван-Еганское 16 26 36 22 —
Лор-Еганское 27 23 23 10 16
Ермаковское 23 13 37 25 2
Удельный вес зоны слабого загрязнения наибольший на мелких разливах, а также на выровненных болотах, где она может достигать 30 %. На лесных участках более 1 га умеренное нарушение растительности наблюдается в узкой пограничной полосе, составляющей менее 10 % площади разлива. К категории «условно чистых» отнесены водная поверхность и насыпные грунты без видимого нефтяного загрязнения, а также участки с сохранившейся естественной растительностью в пределах площадей разливов. Такие земли не нуждаются в интенсивной рекультивации, так как способны к самовосстановлению. Доля их в общей площади земель, обозначенных как «загрязненные», составляет от 33 до 62 %.
На Ермаковском месторождении до 75,5 % разливов сосредоточены в пойме, в результате около 25 % их площади приходится на водную поверхность. На других месторождениях этот показатель значительно ниже.
Дозированное загрязнение товарной нефтью
Хорошая проницаемость дренированных песчаных и супесчаных почв обусловила глубокое проникновение загрязнителя в почву и материнские породы. Начиная с доз загрязнения 50 л/м2 следы нефти обнаруживаются на глубине 100 см и более, при дозах 10-20 л/м2 глубины проникновения нефти в почву сопоставляют 10-30 см. При дозах 1,5 л/м2 и менее загрязнитель в основном перехватывается торфянистым горизонтом и лесной подстилкой.
Попадая в почву, нефть претерпевает количественные и качественные изменения в результате испарения, вымывания, ультрафиолетового разложения и
микробиологического окисления. На участках дозированного загрязнения по прошествии двух лет остаточные массы загрязнителя составляли в среднем 38 %, трех — 30 и четырех — 24 % от внесенного количества (рис., табл. 9). Снижение уровня загрязнения почв нефтью тесно связано с изменением ее фракционного состава. В течение первого года практически полностью испарились и вымылись фракции нефти с температурой кипения ниже 200 °С.
Рис. Остаточное количество нефти (%) в песчаных и супесчаных почвах на 2-5-й год после дозированного внесения (л/м2)
Таблица 9
Содержание остаточных нефтепродуктов в почвенных горизонтах через три года после дозированного загрязнения
Глубина взятия образцов, см Содержание нефтепродуктов (кг/м2) при начальном загрязнении (л/м2)
10 20 50 100
Сосняк брусничный
Лесная подстилка (3 см) 0,3 0,3 0,3 0,3
3-10 1,4 3,4 4,3 4,8
11-20 — 1,6 4,3 4,6
21 и более — 0,1 5,2 10,9
Всего 1,7 5,4 14,1 20,6
Сосняк кустарничково-черничный
Лесная подстилка (5 см) 0,5 0,5 0,5 0,5
5-15 0,8 2,7 3,8 5,1
1 6-25 — 2,1 3,4 4,6
26 и более — 1,6 6,6 14,9
Всего 1,3 6,9 14,3 25,1
Кедровник кислично-черничный
Торфянистый (10 см) 1,0 1,0 0,9 1,3
10-20 2,4 5,0 7,3 5,3
21-30 0,2 1,3 2,2 2,1
31 и более 0,1 0,6 1,9 3,1
Всего 3,7 7,9 12,3 11,8
На аварийных разливах 10-летней давности в составе остаточной нефти абсолютно преобладали асфальтены и смолы (С17 и более) с температурой кипения выше 300 °С (табл. 10). Как показали лабораторные опыты, они малотоксичны для растений, но при относительно высоких концентрациях способны существенно
повлиять на свойства почвы: изменить ее гидрофобность, затруднить капиллярный подъем влаги, затормозить процессы минерализации органогенных остатков.
Таблица 10
Фракционный состав остаточных нефтепродуктов в песчаных и супесчаных почвах, %
Длина углеродной цепи Температура кипения, °С Свежая нефть Год после разлива нефти
2 3 10
Менее Сц Менее 200 71 — — —
С12 С14 200-250 11 4 — —
С15 С16 250-300 8 23 10 —
Более С17 Более 300 10 73 90 100
Примечание. Во второй год образцы отбирались из лесной подстилки, в остальные годы — из минеральных слоев почвы с глубины 0-10 см.
Выводы
1. Конфигурация, размеры загрязненных участков, глубина проникновения нефти в почву определяются главным образом особенностями рельефа, почвенно-гидрологическими условиями и количеством излившейся нефти.
2. Точный учет разливов нефти недостаточно налажен. Целесообразно выполнять его сочетая крупномасштабную аэрофотосъемку и наземное обследование. При выборе масштаба съемки следует учитывать, что около 50 % числа разливов на дренированной территории и 15-35 % на пойменных и болотных участках имеют размеры менее 0,15 га.
3. В результате испарения, вымывания, ультрафиолетового разложения и микробиологического окисления за два первых года количество нефти в почве сокращается более чем вдвое, исчезают легкие, наиболее токсичные фракции. Через 5 лет остаточный нефтепродукт составляет 25-30 % от попавшей в почву нефти.
4. На разливах давностью более 3 лет остаточное загрязнение из асфальте-нов и смол может допускать появление всходов древесных и травянистых растений, но при уровне загрязнения более 10 кг/м2 сильно ухудшает агрофизические свойства почв. В этом случае восстановление исходных фитоценозов растягивается на десятки лет. Поэтому более 90 % разливов нефти требуют интенсивной рекультивации.
ЛИТЕРАТУРА
Бобов В. И., Гашев С. Н., Казанцева М. Н., Пауничев Е. А. Опыт наземного обследования и паспортизации нефтезагрязненных земель // Леса и лесн. хоз-во Западной Сибири: Сб. науч. тр. Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 1998. Вып. 6. С. 172-179.
Чижов Б. Е., Долингер В. А. Классификация нефтезагрязненных земель таежной зоны Западной Сибири с целью их рекультивации // Там же. С. 179-192.
Филиал ФГУ ВНИИЛМ «Тюменская лесная опытная станция», г. Тюмень Правительство ХМАО — Югры, г. Ханты-Мансийск
B. Ye. Tschizhov, V. A. Dolinger, A. I. Zakharov
SPECIFICITY OF OIL POLLUTION ON THE TERRITORY OF KHANTY-MANSI NATIONAL REGION
Subject to analysis being landscape features of oil pollution on the territory of 14 developed oil fields in subzones of West Siberian north and middle taiga: a number and size of polluted areas, their biotope confinement, and sizing distribution. The article considers depth of oil penetration into soil as well as dynamics thereof during 5 years upon dosed introduction.
