Строим облако сами;pdf

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
171
2014. Вып. 2
Краткие сообщения
УДК 57.045
Д.Ф. Колосов, М.Г. Губайдуллин, А.В. Калашников
РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ НАГРУЗКИ НА ПОЧВЫ И РАСТИТЕЛЬНОСТЬ
ПРИ ОСВОЕНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА
ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ БОЛЬШЕЗЕМЕЛЬСКОЙ ТУНДРЫ
Освоение месторождений нефти и газа на территории регионов заполярной тундры сопровождается негативным воздействием на тундровые почвы и растительность (ТПР). Целью данной статьи является разработка методики интегральной оценки воздействия на состояние ТПР (на примере юго-восточной части Большеземельской тундры) с её последующим районированием по степени нагрузки на ТПР. Объект исследования – ТПР
юго-восточной части Большеземельской тундры. В статье рассмотрены основные факторы как абиотического,
так и антропогенного характера, определяющие состояние ТПР заполярной тундры. Проведенная экспертная
оценка позволила сравнить их между собой и рассчитать коэффициенты факторов. Наиболее значимыми оказались факторы антропогенного характера. Полученные данные положены в методику интегральной оценки экологической нагрузки (воздействия) на ТПР. Результатом стало выделение различных территории с разной степенью нагрузки (воздействия) на состояние ТПР.
Ключевые слова: Большеземельская тундра, тундровые почвы и растительность, факторы, определяющие состояние ТПР, весовые коэффициенты факторов, деградация ТПР, антропогенные изменения.
Опыт строительства и эксплуатации объектов нефтегазовой отрасли при разработке месторождений нефти и газа на территории заполярной тундры наглядно свидетельствует о необходимости
оценки особенностей водно-теплового режима грунтов на осваиваемых территориях, климатических
и природных характеристик региона в целях предупреждения негативных нарушений экологической
обстановки [1]. Так, разнообразные механические и химические воздействия на ТПР, которые имеют
место быть при разработке месторождений углеводородов, приводят к нарушениям микро и мезорельефа, водных и тепловых условий поверхностного и дождевого стока. Все это приводит к появлению дополнительных источников талого и дождевого стока, часто более теплых вод с инженерных
сооружений, которые в свою очередь вызывают целый комплекс негативных склоновых процессов:
протаивание, просадка, термокарст, пучение, солифлюкция, оползни, захоронение ТПР, заболачивание и иссушение, эрозия и термоэрозия, дефляции и др. Изменения экологической устойчивости экосистем происходят не только на самих объектах нефтегазовой отрасли, но и далеко за их пределами.
В комплексе негативные природные процессы при их активизации приводят к полному разрушению
уязвимых естественных тундровых экосистем, о чем также свидетельствуют исследования, проведенные на базе Северного (Арктического) федерального университета [2]. Поэтому проблема сохранения биоразнообразия и возможностей самовосстановления почвенных систем арктического севера
в настоящее время становится все более актуальной.
Наши исследования проводились на территории лицензионных участков недр месторождений
нефти и газа юго-восточной части Большеземельской тундры общей площадью 8927,35 км2. В связи с
удаленностью данный регион практически не изучен. Проведенные нами геоботанические почвенные
изыскания позволили уточнить сведения о почвенно-растительном покрове территории [3], который
в большинстве случаев не нарушен.
Для эффективного решения экологических проблем при освоении месторождений углеводородов на первоначальном этапе важно провести оценку воздействия на ТПР. Оценка воздействия на
ТПР представляет сложную многокомпонентную задачу. Сложность заключается в том, что на ТПР
действуют как природные, так и антропогенные факторы, степень воздействия которых различна.
Для анализа этих факторов возникает необходимость в разработке критериев и новых подходов их
оценки. Одним из таких подходов являются экспертные методы интегральной оценки.
В литературе по почвоведению [4] упоминаются несколько видов факторов, которые можно
разделить на две большие группы абиотического и антропогенного происхождения. Среди абиотиче-
172
Д.Ф. Колосов, М.Г. Губайдуллин, А.В. Калашников
2014. Вып. 2
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
ских факторов предлагается выделить 6 факторов неживой природы, при активизации которых оказывается преимущественно отрицательное влияние на состояние ТПР изучаемой территории:
– опасные метеорологические явления, которые активизируют ветровую и водную эрозии, оказывают влияние на промерзание почвенного покрова в начале вегетационного периода, могут нарушить стабильность различных нефтегазовых объектов, что может привести к возникновению аварийных ситуаций;
– обводненность территории и уровень грунтовых вод, влияющие на площадь распространения
загрязнителей при попадании их в водную среду;
– экзогенные процессы, проявляющиеся на всей территории исследуемого региона, что ведет к
развитию таких процессов, как солифлюкция и дефляция;
– многолетняя мерзлота и мерзлотные процессы, сдерживающие рост растительности и способствующие морозному пучению, растрескиванию горных пород, образованию курумов (каменных потоков) и оползней, протаиванию отдельных участков (термокарст), заболачиванию местности;
– рельеф, оказывающий влияние на характер распространения солнечной энергии по земной
поверхности, а также сезонно-талые и сезонно-мерзлые грунты, определяющие величину деятельного
почвенного слоя, степень заболоченности и тиксотропности ТПР;
– оленеводство, ведущее к перевыпасу и изменению состава доминирующих видов растений.
К антропогенным факторам следует отнести использование тяжелого гусеничного транспорта в
тундре при освоении газовых и нефтяных месторождений, которое приводит к механическим нарушениям органогенных горизонтов, активизирует эрозионные и другие деструктивные процессы. Другим фактором из этой группы является химическое загрязнение почв, приводящее к полному или частичному изменению их химических свойств. На этапе разведочных работ, или на предэксплуатационной стадии разработки месторождений, загрязнение ТПР происходит за счет пластовых вод, отработанных буровых растворов и буровых шламов, содержащих нефть и аккумулирующихся в котлованах-сборниках, а также за счет конденсатной смеси легких углеводородов.
В связи с тем, что факторы неравнозначны и к тому же отличаются разными единицами измерения, важно дать оценку каждому влияющему фактору. Для качественной оценки и сравнения факторов мы воспользовались методом анализа иерархий (МАИ), получившим наибольшее распространение в геоэкологии [5]. Суть МАИ заключается в определении экспертами, специалистами высокой
квалификации, степени взаимосвязи между факторами и их коэффициентами.
Коэффициенты по своей сути являются множителями, корректирующими значения факторов в
зависимости от их значимости в конечный результат. Критерий оценки факторов – степень их негативного влияния на состояние и изменение тундровых почв и растительности. Для этого был проведен опрос экспертов. Оценка качества работы экспертов рассчитывается на основе индекса согласованности (ИС), который дает информацию о степени нарушения численной и порядковой согласованности. ИС в каждой матрице оценивается, используя формулу:
ИС 
 n
 100 %,
n  1  1,45
(1)
где λ – собственное число матрицы парных сравнений, n – число сравниваемых факторов.
В экспертном опросе приняло участие семь специалистов – кандидатов наук и профессоров в
области географии, геологии, биологии, в сельском хозяйстве. Анкеты двух экспертов в итоговом
расчете не учитывались, так как величина ИС превысила установленный предел в 20 % [5].
Данные ранжирования (табл.), полученные при экспертной оценке, позволяют отметить следующее. Наиболее значимыми являются антропогенные факторы: разливы и аварии на объектах нефтегазовой инфраструктуры, химическое воздействие на территории буровой, движение техники по
тундре. Далее следуют абиотические факторы в порядке уменьшения значимости – опасные метеорологические явления, оленеводство, многолетнемерзлые породы (ММП), обводненность территории,
экзогенные процессы, рельеф.
Ранжирование зон на основании коэффициентов факторов, определенных в ходе экспертного
опроса, проводилось по следующим выражениям, полученным исходя из экспертных оценок по методике [4]:
I  0,078I 1  0,066I 2  0,118I 3  0,022I 4  0,073I 5  0,642I 6 ,
(2)
где I1 – климатический фактор (опасные метеорологические явления),
Результаты оценки нагрузки на почвенно-растительный покров…
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
173
2014. Вып. 2
I 2 – гидрологический фактор (обводненность территории и уровень грунтовых вод),
I 3 – геологические факторы,
I 4 – физико-географический фактор (рельеф),
I 5 – биологический фактор (оленеводство),
I 6 – антропогенные факторы.
Для расчета балл.ьных оценок внутри групп выражения выглядят следующим образом. Для
геологических факторов:
I 3  0,067  ф1  0,051 ф2 , где в порядке возрастания индексов расположены бальные оценки
ММП, экзогенных процессов.
Для антропогенных факторов: I 6  0,138  ф1  0,244  ф2  0,260  ф3 , где в порядке возрастания индексов расположены балльные оценки факторов, учитывающих движение техники по тундре,
химическое воздействие на территории буровой (воздействие пластовых вод, бурового раствора и
бурового шлама на территории буровой), разливы и аварии на объектах нефтегазовой инфраструктуры (воздействие нефти и нефтепродуктов).
Факторы, определяющие состояние ТПР
№
Фактор
1
Опасные метеорологические
явления (ОМЯ)
2
Обводненность
3
Многолетнемерзлые породы
(ММП)
4
Экзогенные процессы
5
6
7
8
9
Показатель и критерий фактора
ПРИРОДНЫЕ ФАКТОРЫ
Среднее число дней с опасными метеорологическими явлениями по всем наблюдаемым элементам, %
Отношение площади озер и болот, длины речной
сети к площади территории, %
Тип мерзлоты, ранг
Количество участков, предрасположенных
к экзогенным процессам, км2
Оленеводство
Поголовье скота, кол-во голов
Абсолютная высота горных образований
Рельеф
над уровнем моря, м
АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ
Общая протяженность дорог (км) на единицу
Движение техники по тундре
площади (км2), км/км2
Химическое воздействие
Количество действующих и законсервированных
(воздействие пластовых вод,
бурового раствора и бурового
скважин, шт
шлама на территории буровой)
Разливы и аварии на объектах
нефтегазовой инфраструктуры
Общая протяженность трубопроводов, км
(воздействие нефти
и нефтепродуктов)
Значение
фактора
в баллах
0,078
0,066
0,067
0,051
0,022
0,073
0,138
0,244
0,260
Для проведения районирования и построения карты оценки воздействия на ТПР была использована карта исследуемого региона юго-восточной части Большеземельской тундры в масштабе 1:200 000
в проекции WGS 84, на которую была наложена сетка с размером ячеи 11 км. Затем всякой ячейке
сетки и соответствующей ей территории присваивалось значение по каждому влияющему фактору, которые после суммировались с учетом весовых коэффициентов факторов по выражению (2).
В качестве источников информации о компонентах природной среды юго-восточной части
Большеземельской тундры при проведении районирования использовались данные производственно-
174
2014. Вып. 2
Д.Ф. Колосов, М.Г. Губайдуллин, А.В. Калашников
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
го экологического мониторинга лицензионных участков на территории исследуемого региона, данные официально опубликованные в различных изданиях в России и за рубежом, а также доступные
фондовые материалы.
Данные об опасных метеорологических явлениях, заболоченность, плотность озер и речной сети
уточнены по [6]. Сведения о характере распространения ММП взяты из [7]. Наибольшую неопределенность вызывает учет ЭГП. Рассматриваемая территория слабо изучена в инженерно-геологическом отношении. ЭГП на картах наносятся в виде значков, что не позволяет определить линейные размеры зон.
К тому же имеющиеся в геологических фондах среднемасштабные карты, где эти процессы нанесены,
имеют фрагментарный характер. Но, с другой стороны, это свидетельствует о том, что проявления ЭГП
не являются сплошными. Такие участки во многих случаях можно обойти при строительстве. Данные
взяты из [8]. Для оценки рельефа использовалась карта административно-территориального устройства
субъектов Российской Федерации [9]. Данные о распространении оленеводческих сельскохозяйственных кооперативов определены по данным [10]. Сведения о трубопроводных трассах, транспортной инфраструктуре, инженерным сооружениям и скважинным кустам взяты из [11].
Для возможности сопоставления присвоение балльной оценки действия факторов по каждому
влияющему фактору было приведено к единому значению от 1 (низкая нагрузка) до 5 (очень высокая
нагрузка) баллов. Таким образом, суммарное количество баллов с учетом коэффициентов факторов
для каждой ячейки карты изменялось в диапазоне от 1 до 5 баллов. Построение карты (рис.) осуществлялось с применением ГИС технологий в среде QGis (Quantum GIS).
Рис. Экологическая нагрузка на ТПР юго-восточной части Большеземельской тундры с учетом весовых коэффициентов: 1 – скважина; 2 – дорога; 3 – трубопровод; 4 – планируемая площадка
Скважины; 5 – ЦПС; 6 – вахтенный поселок; 7 – вертолетная площадка; 8 карьер; I – низкая нагрузка
(1 балл); II – умеренная нагрузка (2 балла); III – средняя нагрузка (3 балла); IV – высокая нагрузка
(4 балла); V – очень высокая нагрузка (5 баллов)
Район юго-восточной части Большеземельской тундры характеризуется различными уровнями
воздействия на ТПР с площадно-очаговым характером распространения. Большая часть исследуемого
региона подвергается умеренной нагрузке (2 балла), главную роль здесь играют природные факторы
живой и неживой природы. Очаговый характер распространения имеет антропогенная нагрузка от
объектов нефтегазовой промышленности, где они имеются: кусты скважин, ЦПС, карьеры, трубопроводы, дороги (4–5 баллов).
Результаты оценки нагрузки на почвенно-растительный покров…
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
175
2014. Вып. 2
Заключение
Разработанная методика интегральной оценки воздействия на почвенно-растительный покров по
полученному уравнению (2) позволяет максимально полно учитывать влияние абиотических и антропогенных факторов, определяющих состояние ТПР при нефтегазовом освоении заполярной тундры.
В результате выполненного районирования в пределах лицензионных участков месторождений
нефти и газа юго-восточной части Большеземельской тундры выделены территории с разной степенью нагрузки (воздействия) на ТПР внешних природных и антропогенных факторов.
Благодарности. Автор выражает благодарность уважаемым экспертам за участие в опросе: к. б. н.
Н.Ю. Калашниковой, проф., д. г. н. В.Б. Коробову, к. с-х. н. С. В.Хрущевой, к. б. н. А.А. Дымову.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Губайдуллин М.Г., Калашников А.В., Макарский Н.А. Оценка и прогнозирование экологического состояния
геологической среды при освоении севера Тимано-Печорской провинции: монография. Архангельск: Изд-во
Арханг. гос. техн. ун-та, 2008. 270 с.
2. Колосов Д.Ф., Калашников А.В. Деградация почвенно-растительного покрова в районах нефтегазоразведочных работ на территории юго-восточной части Большеземельской тундры // Защита окружающей среды в
нефтегазовом комплексе. 2013. № 9. С. 9-11.
3. Колосов Д.Ф., Калашников А.В., Дымов А.А. Изученность почвенно-растительного покрова юго-восточной
части Большеземельской тундры // Биоразнообразие экосистем крайнего севера: инвентаризация, мониторинг,
охрана: докл. II Всеросс. науч.конф. Сыктывкар: Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, 2013. С. 314-324
4. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвоведение: учебник для вузов. М.: ИКЦ «МарТ»; Ростов
н/Д: Изд. центр «МарТ», 2006. 496 с.
5. Коробов В.Б. Экспертные методы в географии и геоэкологии: монография. Архангельск: Изд-во Поморского
ун-та, 2008. 236 с.
6. Климатический справочник по Ненецкому автономному округу Архангельской области для сельского хозяйства / под. общ. ред. Д.С. Филимонова. Архангельск: Архангельск. кн. изд-во, 1962. 131 с.
7. Вечная мерзлота и освоение нефтегазовых районов / отв. ред. Е.М. Мельников, С.Е. Гречищев. М.: ГЕОС,
2002. 402 с.
8. Экогеология России. Т. 1. Европейская часть. / гл. ред. Г.С. Вартанян. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2000. 300 с.
9. Архангельская область, Ненецкий автономный округ: карта административно-территориального устройства
субъектов российской федерации / сост. и подгот. к изданию ФГУП «Аэрография»; гл. ред. Т.А. Купидонова. 1 : 1 000 000. СПб.: ФГУП «Уральская картографическая фабрика», 2008. 1 л. (1 карта): многокрас.
(Общегеогр. карты Рос. Федерации).
10. Мониторинг развития территорий традиционного природопользования в Ненецком автономном округе, Северо-Западная Россия. Отчет проекта. 2011 г. / под ред. В.К. Даллмана (Норв. поляр. ин-т), В.В. Пескова (ассоц. ненец. народа «Ясавей»), О.А. Мурашко (НИИ и музей антропологии МГУ); предисл. В.К. Даллмана.
Архангельск, 2011 (ИПП «Правда севера»). 196 с.
11. Атлас нефтегазоносности и перспектив освоения запасов и ресурсов углеводородного сырья Ненецкого автономного округа. Нарьян-Мар: ГУП НАО «НИАЦ», 2004. 98 с
Поступила в редакцию 18.12.13
D.F. Kolosov, M.G. Gubaidullin, A.V. Kalashnikov
THE EVALUATION RESULTS FOR THE SOILS AND VEGETATION LOAD IN THE DEVELOPMENT
OF OIL AND GAS (FOR EXAMPLE, THE SOUTH-EASTERN PART OF BOLSHEZEMELSKAYA TUNDRA)
Development of oil and gas in the Arctic tundra regions is accompanied by negative impacts on the tundra soil and vegetation (TSV). The purpose of this article is to develop a technique for the integrated impact assessment of the TSV (illustrated by the example of the south-eastern part of the Bolshezemelskaya tundra) and its subsequent zoning according to the
load on the TSV. The object of research is the TSV in the south-eastern part of the Bolshezemelskaya tundra. The article
describes the main factors of both abiotic and anthropogenic characters of soil and vegetation of the polar tundra. The expert assessment allowed us to compare them and calculate the weights of factors. The most significant were the factors of
human nature. The data obtained has become the basis for the methodology of the integrated assessment of the environmental load (impact) on the TSV. The result was the allocation of various areas with different degrees of load (impact) on
the state of the TSV.
Keywords: Bolshezemelskaya tundra, land cover, the determinants of land cover, weighting factors, degradation of soil
and vegetation, anthropogenic changes.
176
Д.Ф. Колосов, М.Г. Губайдуллин, А.В. Калашников
2014. Вып. 2
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Колосов Дмитрий Федорович, аспирант кафедры
транспорта и хранения нефти и газа
E-mail: [email protected]
Губайдуллин Марсель Галиуллович,
доктор геолого-минералогических наук, профессор,
зам. директора по научной работе института нефти и газа
E-mail: [email protected]
Калашников Антон Владимирович,
кандидат биологических наук, доцент, зам. зав. кафедрой
транспорта и хранения нефти и газа
E-mail: [email protected]
Kolosov D.F., postgraduate student
of Department of Transport and Storage of Oil and Gas
E-mail: [email protected]
Gubaidullin M.G.,
Doctor of Geology & Mineralogy, Professor,
Deputy Director for Research Institute of Oil and Gas
E-mail: [email protected]
Kalashnikov A.V., Candidate of Biology,
Associate Professor, Deputy Head of Department
of transport and storage of oil and gas
E-mail: [email protected]
Северный (Арктический) федеральный университет
163002, Россия, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17
Northern (Arctic) Federal University
nab. Northern Dvina, 17, Arkhangelsk, Russia,163002