Глава 5. Разработка информационного обеспечения и функциональной схемы охраны морских экосистем от загрязнения нефтью в зонах повышенного экологического риска

Использование аэрофотосъемки нефтяного загрязнения позволяет доказательно и с наибольшей точностью регистрировать и определять масштабы нефтяного загрязнения, получать ряд сведений о характере распространения нефтяного загрязнения, его масштабах и в отдельных случаях – об источнике загрязнения, что очень важно при организации и проведении работ по ликвидации нефтяного загрязнения.

В работе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению оптимальных условий производства перспективной аэрофотосъемки нефтяного загрязнения, проводимой с борта самолета Л-410 при различных высотах, углах и направлениях съемки и метеоусловиях. Установлено, что наибольший и устойчивый контраст нефтяного пятна и чистой воды, при котором достаточно уверенно дешифрируются границы всего нефтяного пятна, его структура и зоны равной интенсивности обеспечивается при следующих условиях: высота съемки (Н) 100 - 600 м; угол съемки () 50^о - 80^о; азимутальный угол съемки относительно положения Солнца () от 40^о до 135^о; от -40^о до -135^о; зенитное расстояние Солнца (L) 20^о - 40^о.

Исходя из анализа принципиальной схемы выполнения перспективной аэрофотосъемки (рисунок 4), выведены математические формулы для определения площади нефтяного пятна (S) и определения угла съемки (α_с) по известному линейному размеру объекта, изображенного на перспективном снимке (длина корпуса судна, причала и т.п.), и измеренной высоте съемки (Н):

Рисунок 4 - Схема к определению площади нефтяного пятна по перспективному

аэрофотоснимку при известных Н и α_с.

(7)

Угол съемки (_c) определяется исходя из следующего условия:

(8)

где - известный линейный размер объекта на снимке, м.

В работе приведены формулы расчета линейного размер () при заданном угле съемки (α_c).

Для практического выполнения расчетов разработана компьютерная программа «Облако», обеспечивающая на основании измеренных исходных данных расчет площади нефтяного пятна и определения массы разлитой в море нефти.

В ходе проведенных экспериментов установлено, что в сочетании с методом отбора проб поверхностного слоя воды для определения количества нефти на единицу площади предложенный метод определения площади нефтяного пятна позволяет определить массу разлитой нефти с относительной погрешностью ± 20 %, в то время как существующие методы имеют относительную погрешность 60 % и более процентов.

Учитывая, что на практике крайне важное значение имеет оперативное определение массы разлитой в море нефти на основании обобщения результатов практических и экспериментальных измерений массы нефти на единицу площади, выполненных в натурных условиях с помощью новой технологии отбора проб, были уточнены данные, используемые при аэровизуальном методе экспертной оценки массы нефти на единицу площади по внешним признакам нефтяного пятна (таблица 2)

Интенсивность нефтяной пленки, балл	Внешние признаки нефтяной пленки	Масса нефти в нефтяной пленке, г/м2
2	Отдельные пятна и серые пленки серебристого налета на поверхности воды, наблюдаемые при спокойном состоянии водной поверхности, появление первых признаков цветности	0,2 0,75
3	Пятна и пленки с яркими цветными полосами, наблюдаемые при слабом волнении	0,4 – 1,7
4	Нефть в виде пятен и пленки, покрывающая значительные участки поверхности воды, не разрывающиеся при волнении, с переходом цветности к тусклой мутно-коричневой	1,2 – 4,7
5	Поверхность воды покрыта сплошным слоем нефти, сглаживающим волнение водной поверхности, цветность темная, темно-коричневая	более 200,0 (уточняется контактным методом

В работе показано, что высокий уровень экологической безопасности в зонах повышенного экологического риска может быть обеспечен только при комплексном использовании методов и технических средств обнаружения, регистрации и определения масштабов загрязнения в рамках единой системы управления охраной морских прибрежных экосистем. Предложена функциональная схема комплексной системы управления охраной морской среды от загрязнения нефтепродуктами в зонах повышенного экологического риска с использованием авиационных средств наблюдения ( рисунок 5 ).

• 
  
  
• 
  загрязнения, расследовании причин и установлении источника;
  

Рисунок 5– Функциональная схема охраны морских прибрежных зон от загрязнения нефтью

• 
  организация регулярных полетов патрульного самолета по установленным маршрутам (рисунок 6);
  
• 
  оснащение патрульного самолета и катеров средствами визуального и инструментального обнаружения, регистрации и измерения характеристик нефтяного загрязнения;
  
• 
  организация взаимодействия подразделений при оценке масштабов
  

• 
  организация взаимодействия со специализированными подразделениями морского порта по ликвидации загрязнения;
  
• 
  организация оперативного получения аэрофотоснимков и их дешифровки, анализа отобранных проб и обработки полученных результатов, в том числе по идентификации проб нефти.
  

Характер распределения нефтепродуктов в толще морской воды зависит от многих факторов, в том числе гидрологических и метеорологических особенностей района исследований, физических и гидрохимических свойств морской воды, характера и местоположения источника загрязнения. В работе приведены результаты исследований, основной целью которых являлось определение пространственного распределения нефтяных углеводородов (НУ) в толще морской воды в районе курортных территорий для оптимизации схемы отбора проб и снижения затрат при проведении мониторинговых работ для контроля экологического состояния прибрежной зоны Черного моря в районе курортов Краснодарского края.

Для оценки пространственного распределения нефтяных углеводородов в прибрежной морской зоне в июне – октябре 2006 года по специально разработанной программе, в том числе с использованием новой технологии отбора поверхностного слоя воды, на участке побережья от п. Адлер до г. Анапа были проведены исследования в створах, расположенных в прибрежной зоне моря в районе устьевых участков рек и граничащих с зонами повышенного экологического риска, (рисунок 7).

Рисунок 7 Схема пространственного положения створов отбора проб воды в прибрежной зоне моря

Для оценки загрязненности морской воды и определения пространственного распределения НУ в толще морской воды пробы отбирались в установленных створах по схеме, изображенной на рисунке 8.

Рисунок 8 - Схема пространственного положения вертикалей и точек в створе отбора проб воды в прибрежной зоне моря

Предложенный вариант расположения точек отбора проб морской воды обеспечивает наибольшую репрезентативность при изучении процессов пространственного распределения НУ в прибрежной зоне и установления возможных причин загрязнения морской среды нефтью.

В 10 створах на участке Адлер - Анапа в створе было отобрано и исследовано 192 пробы. Полученные результаты приведены в таблице 2.

1. 
   Наибольшее количество НУ, сравнивая их содержание в водной толще, обнаружены в основном в слое воды 0 – 30 см. Как правило, концентрация НУ уменьшается с увеличением глубины отбора проб. В поверхностном слое воды 0 – 30 см концентрация НУ варьирует в диапазоне 0,03 - 0.9 мг/дм³ , а в водных слоях 2 – 4 м, 4 – 8 м - в диапазоне 0.02 – 0.1 мг/дм³.
   
2. 
   Наибольшая разница в концентрациях НУ между слоями воды наблюдается при больших значениях концентрации НУ в поверхностном слое воды, что свидетельствует о недавнем происхождении загрязнения моря НУ.
   
3. 
   Практические результаты показали незначительное отклонение концентраций НУ, определенных в пробах, взятых в точках 50 и 100 м от берега и из различных слоев воды.
   
4. 
   На содержание нефтепродуктов в морской воде на расстоянии 2 метра от берега существенное влияние оказывают гидроморфологические характеристики (состояние берегов, наличие устьевых участков рек, состояние дна и др.).
   

Для оценки фонового состояния качества морской среды вертикаль отбора проб целесообразно размещать на расстоянии 5 км от берега, где исключается влияние глубоководных выпусков сточных вод.

В 2007 - 2008 годах, опираясь на полученные выводы, осуществлялось наблюдение за состоянием морской среды на участке Адлер – Анапа. Вертикаль отбора проб находилась на расстоянии 100 метров от берега в 13 створах. Отбор проб поверхностного слоя воды (0 - 0,3 м) производился пробоотборником ОВ 900/25.

Динамика изменения концентраций НУ в прибрежной зоне Черного моря за период 2006 - 2008 показана на рисунке 9.

1. 
   Наибольшие концентрации нефтепродуктов практически по всем пунктам наблюдений отмечается в поверхностном слое воды (0 - 0,3 м).
   
2. 
   Выявлена общая тенденция увеличения загрязненности морской воды нефтепродуктами в 2008 году по сравнению с 2006 и 2007 годами в пунктах наблюдений в Адлере, Центральном районе г. Сочи, Аше, п. Новомихайловском, Геленджике. Снизилась концентрация нефтепродуктов в пункте наблюдений в п. Лазаревском.
   
3. 
   Наибольшая концентрация нефтепродуктов отмечается в пункте наблюдений в г. Геленджике (4,5 ПДК), что свидетельствует о влиянии на качество морской воды перевалки нефти в порту г. Новороссийска.
   
4. 
   Увеличение концентрации в поверхностном слое и в толще морской воды в 2008 году на станции наблюдений в районе г. Анапа связано с последствиями техногенной аварии в Керченском проливе, в результате чего в море попало около 4000 тонн мазута.
   

На основании анализа всех факторов загрязнения акватории порта Сочи нефтепродуктами и гидрологических характеристик в пределах акватории порта было определено 9 точек отбора проб морской воды( рисунок 10). С учетом характера распространения нефти в морской среде отбор проб производился из поверхностного слоя (0 - 0,3 м) и с глубины 0,5 м.

Анализ полученных результатов показал, что содержание нефтепродуктов во всех пробах превышает ПДК от 1,5 до 3-х раз, наибольшая концентрация была отмечена (0,15 мг/л) в пробе, отобранной в точке № 5,

Аналогичные исследования были проведены в этот период и в порту Туапсе. В течение многих лет в результате деятельности предприятий, связанных с переработкой и перевалкой нефти, в устьевой части р. Туапсе сформировалась обширная зона загрязненных грунтов и подземных вод, в связи с этим периодически наблюдается дренирование нефтепродуктов в прибрежную зону моря. Выбор точек отбора проб осуществлялся с учетом возможного влияния потенциальных источников загрязнения моря нефтью, расположенных на берегу (выпуски ливневых коллекторов, нефтепирсы, глубоководный выпуск с городских очистных сооружений, дренаж нефтепродуктов и др.). Всего было выбрано 13 точек, в которых были отобраны пробы поверхностного слоя воды (0 - 0,3 м) методом высечки водного столба.

Полученные результаты исследований показали, что содержание нефтепродуктов в пробах 384, 385, 392 и 393 превышает ПДК от 3 до 18 раз, наибольшая концентрация (0,9 мг/л) отмечена в пробе отобранной в точке № 9, находящейся в зоне влияния дренажа нефтепродуктов.

Как показала практика, наиболее сложной задачей является оценка и прогноз развития экологической ситуации в районах крупных техногенных аварий, связанных с загрязнением морской среды нефтью.

Наиболее крупная техногенная катастрофа в Азово-Черноморском регионе, связанная с загрязнением морской экосистемы нефтью, произошла 11 ноября 2007 года в Керченском проливе.

В 2008 году автором в рамках государственного контракта заключенного с НИИ прикладной и экспериментальной экологии была проведена научно исследовательская работа по оценке влияния техногенной аварии в Керченском проливе на состояние экосистемы Черного моря.

На основе анализа факторов, влияющих на распространение нефтяного загрязнения в прибрежной морской зоне, была разработана программа исследований по оценке экологической обстановке в зоне катастрофы в Керченском проливе. Всего было определено 20 створов с 3-мя вертикалями расположенных от ст. Голубицкой до озера Соленого и 10 вертикалей расположенных в Таманском заливе. В установленных вертикалях отбирались пробы морской воды и донные отложения. В качестве параметрических характеристик отклика экосистемы на загрязнение определены концентрация нефтепродуктов в морской воде, концентрация нефтеокисляющих микроорганизмов, видовой состав численность и биомасса зооценозов, в наибольшей степени реагирующих на нефтяное загрязнение.

Полученные результаты показали, что пространственное распределение нефтяного загрязнения на изучаемой акватории неоднородно (рисунок 12). На всех станциях содержание НП значительно превышает их фоновое содержание в морских водах. Среднее содержание НП в водах Керченского пролива составляет 3 ПДК (0,161 мг/дм³), при фоновом значении 1,0 – 1,5 ПДК. Среднее содержание НП в водах Азовского моря составляет 2,56 ПДК, при фоновом значении 0,7 ПДК. Подобная картина отмечается и в водах Черного моря, где среднее содержание (0,17 мг/дм³) НП превышает фоновое (0,008 мг/дм³) в 21 раз.

Высокое содержание НП в морских водах способствовало активному развитию нефтеокисляющих микроорганизмов, наибольшее количество которых (до 0,01 титр) выделялось на станциях, расположенных вблизи судоходных путей и порта «Кавказ», что свидетельствует о постоянном загрязнении вод Керченского пролива НП.

Анализ полученных данных о структуре зооценозов грунтов Керченского пролива показал, что численность и общая биомасса представителей макрозообентоса напрямую зависит от загрязненности нефтепродуктами. Макрозообентос в июне – июле 2008 г. был представлен в основном тремя биоценозами: Tritia reticulata, Terebellides stroemi, Pitar rudis. Самыми многочисленными и распространенными видами бентосных ценозов являются представители классов брюхоногих (Gastropoda) и двустворчатых моллюсков (Bivalvia). Средняя численность зообентоса равнялась 63 экз./м², а биомасса – 36 г/м². На наиболее загрязненных участках отмечено доминирование брюхоногого моллюска - Tritia reticulate вида наиболее устойчивого к загрязнению.

Рисунок 12- Карта загрязненности морской воды нефтью в зоне Керченского пролива в июне 2008 года.

Полученные данные о биотическом состоянии и загрязненности нефтепродуктами морской воды и донных отложений в районе техногенной аварии послужили основой для разработки комплекса мер по улучшению экологического состояния прибрежной морской экосистемы в районе Керченского пролива.