Методы и технологии экологической оценки и управления природно-техническими системами при проведении операций с нефтью



бет1/4
Дата16.06.2016
өлшемі13.9 Mb.
#140206
түріАвтореферат
  1   2   3   4


На правах рукописи

Ярмак Леонид Петрович



МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ

И УПРАВЛЕНИЯ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ОПЕРАЦИЙ С НЕФТЬЮ

( На примере прибрежной морской зоны Краснодарского края).

Специальность: 25.00.36 - Геоэкология


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора географических наук

Краснодар – 2010

Работа выполнена в Кубанском государственном аграрном университете.

Научные консультанты:

доктор физико-математических наук, профессор Карлин Л.Н.
доктор технических наук, профессор Музалевский А.А.

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Смирнов Н.П.
доктор географических наук, профессор Шилин М.Б.
доктор географических наук, профессор Субетто Д.А.

Ведущая организация: Южное отделение Учреждения Российской академии наук Института океанологии им. П.П.Ширшова РАН.


Защита состоится «11» ноября 2010 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.197.03 при Российском государственном

гидрометеорологическом университете.

Адрес: 195196, Санкт-Петербург, Проспект Металлистов, 3, ауд. 406б.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета.

Автореферат разослан ___________________ 2010 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета Бескид П.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Актуальность работы. Анализ результатов многолетних наблюдений за состоянием экологической обстановки в прибрежной зоне Черного и Азовского морей в пределах территории Краснодарского края показал, что нефтяное загрязнение относится к числу наиболее часто регистрируемых техногенных чрезвычайных ситуаций, сопровождающихся значительным ущербом для природных экосистем и некоторых видов хозяйственной деятельности - рыболовства, туризма, курортной сферы и т.д.

По установленным в результате исследований данным в период 1998-2007 годы в прибрежную зону Черного моря в среднем ежегодно поступает около 500 т нефти, в том числе около 38 % - при грузовых операциях на причалах и аварийных разливах, 22 % - в результате сбросов нефти с судов, 17 % - поступает с речными водами, 11% - с промышленными сточными водами, 6 % - из атмосферы, 5 % - с ливневыми водами населенных пунктов, 1,0 % - в результате естественного выхода из недр.

Ежегодно в портах гг. Новороссийск, Туапсе, а также в акватории рейдового перегрузочного комплекса «Таманский» происходит в среднем 9-12 инцидентов, связанных с разливом нефти вод в море. Наиболее крупная техногенная катастрофа, в результате которой в море попало около 4000 тонн мазута, произошла 11 ноября 2007 года в Керченском проливе.

Актуальность проблемы обусловлена следующими тремя основными аспектами:



  1. необходимостью повышения эффективности управления охраной морских вод от загрязнения с целью обеспечения выполнения международных и национальных норм и правил по предотвращению загрязнения морской среды в условиях интенсификации проведения операций с нефтью;

  2. необходимостью при проведении оценки экологического состояния локальной прибрежной морской экосистемы выбора и анализа оптимального числа параметров, характеризующих общую нагрузку на экосистему, ее устойчивость и отклик на изменение нагрузки;

  3. необходимостью совершенствования методов, средств и технологий инструментальной оценки параметров нефтяного загрязнения и установления причинно-следственных связей в процессах его образования;

Актуальность работы подтверждена включением в настоящее время отдельных результатов работы в практическую деятельность природоохранных органов и научно-исследовательских организаций.

Основные положения диссертации базируются на результатах научных исследований, проведенных автором в период 1988-2005 гг при организации экологического контроля за состоянием морской среды , а также в рамках государственных контрактов № 2/4 от 17.04.2006г. по теме «Проведение исследований состояния экологической обстановки на Азово-Черноморском побережье и курортах края и выработка предложений», №8 от 29 апреля 2008 г по теме: «Оценка состояния экосистем и изменения биологического разнообразия в результате техногенных аварий и катастроф на территории Краснодарского края» (Техногенная авария в Керченском проливе), № 24 – 07/3 от 10 января 2008 г. по теме: «Исследование современного состояния прибрежной акватории Черного моря в районе г. Сочи (от устья р. Псоу до пос. Дагомыс), зонирование территории морского побережья для оценки допустимого антропогенного воздействия на рассматриваемом участке», а также международного проекта по восстановлению экосистемы Черного моря (ПВЭЧМ) UNDP-GEF, регистрационный номер: RER/01/G33/A/1G/31 (июль 2004 – июнь 2007г).



Объекты исследования: прибрежная морская экосистема Черного моря в пределах Краснодарского края, имеющая пространственно-территориальные границы, окружающая природная среда, ее главные компоненты, прибрежная (береговая) зона, пятна пролитой нефти.

Предмет исследования: экологическая безопасность, экологическая обстановка в прибрежной зоне, методы и технологии их оценки, системы, схемы управления природно-техническими системам, алгоритмы действий по предупреждению, управлению ситуацией и ликвидации разливов нефти в прибрежных водах Черного моря Краснодарского края.

Основная идея работы состоит в том, что повышение уровня экологической безопасности в акватории Черного моря Краснодарского края при проведении операций с нефтью может быть обеспечено за счет совершенствования методов оценки экологического состояния прибрежной морской зоны, создания эффективно функционирующей системы управления охраной морских экосистем, а также разработки новых методов и технологий наблюдения, измерения, предупреждения и координации действий по ликвидации нефтяного загрязнения.

Цель работы: разработка принципов и теоретических положений, а также методов и технологий, улучшающих экологическую оценку и управление природно-техническими системами в прибрежной морской зоне и обеспечивающих повышение уровня экологической безопасности в условиях интенсификации проведения операций с нефтью.

Основные задачи исследований:

  1. Исследовать процессы и факторы, способствующие загрязнению морской среды при проведении операций с нефтью и разработать концепцию улучшения экологической обстановки в прибрежной морской зоне Краснодарского края;

  2. Обосновать основные принципы и механизмы построения и эффективного функционирования системы управления охраной прибрежных морских экосистем от загрязнения и предложить структуру такой системы;

  3. Разработать методологию интегральной оценки экологического состояния прибрежных морских экосистем на основе индикаторов, характеризующих общую антропогенную нагрузку на экосистему, ее устойчивость и отклик на изменение нагрузки и реализовать ее на конкретных территориях черноморского побережья Краснодарского края;

  4. Исследовать особенности трансформации нефтяного загрязнения в поверхностном слое морской воды и разработать технологию отбора проб, повышающую уровень репрезентативности проб и точность измерения содержания нефтепродуктов в морской воде;

  5. Исследовать факторы, приводящие к изменению идентификационных свойств нефти после ее разлива и разработать технологию подготовки проб нефти, исключающую влияние этих факторов и повышающую точность и достоверность установления причинно-следственных связей в процессах образования нефтяного загрязнения;

  6. Разработать методологию и функциональную схему проведения наблюдений, определения масштабов загрязнения и управления ликвидацией последствий разлива нефти в зонах повышенного экологического риска (порты г.г. Новороссийск, Туапсе, нефтяной терминал КТК в Южной Озереевке, рейдовый перегрузочный комплекс РПК «Таманский») и реализовать ее на практике;

  7. Исследовать в натурных условиях пространственное распределение нефтяного загрязнения в водной толще прибрежной морской зоны на участке Адлер-Анапа, разработать и реализовать практически схему отбора проб при ведении мониторинга качества морских вод в пределах курортных территорий черноморского побережья Краснодарского края;

  8. Реализовать практически с использованием новой технологии отбора и обработки проб загрязненной нефтью воды алгоритм проведения оценки нефтяного загрязнения морской воды в акватории портов Туапсе и Сочи, а также в прибрежной морской зоне в районе Керченского пролива.

Материалы, средства и условия проведения исследований:

В качестве исходного материала использованы данные собственных экспедиционных исследований экологического состояния прибрежных морских вод в пределах побережья Краснодарского края, проведенных экспериментов и практических результатов применения разработанных технологий, методов и средств. Проанализированы многочисленные опубликованные и фондовые материалы по исследуемой проблеме.

При проведении исследований использовались: самолет Л-410, вертолеты МИ-2, МИ-8, научные суда, танкеры водоизмещением до 100 тыс. тонн, патрульные катера, лодки, аттестованное лабораторное оборудование.

Научно-теоретическую основу исследований составили:

- результаты аэровизуальных наблюдений и гидрохимического мониторинга прибрежных морских вод Черного моря в пределах Краснодарского края.

-теоретические основы управления сложными природно-техническими системами (Dalmahn G., Реймерс Н.Ф., Александров А.Г., Акимова Т.А., Карлин Л.Н. , Музалевский А.А., Коновалов С.М., Котова Л.А., Смирнов Н.П., Семенов А.Д., Субетто Д.А. Осипов Ю.Б., Шилин М.Б., Красилов В.А.);

- закономерности распространения и деградации нефтяного загрязнения в морской среде (Fay I., Garrett W., Goldberg E., Desideri P., Berringe S., Альтман Э.Н., Безбородов А.А., Михайлов В.И., Орлова И.Г., Нельсон – Смит А., Семенов А.Д., Подплетная Н.Ф. Русанов В.П., Каплин В.Т.);

- теоретические основы организации экологического мониторинга морских экосистем (Gitelson A., Stark R., Израэль Ю.А., Виноградов В.И., Патин С.А., Симонов А.И., Михайлов В.И., Новоселова О.А., Новиков Ю.В., Цветков Г.М.Кисляков Ю.Я.);

- теоретические основы оценки антропогенного влияния на экосистему и экологического нормирования (Parker C., Абалаков А.Д., Медведев Ю.О., Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Морозов Н.П., Теленти-


нов В.Е., Максименко Ю.Л., Караушев А.В.);

- методы обработки экологической информации (Воробейчик Е.Л., Ципилева Т.А., Мишин А.С., Моисеенкова Т.А., Костина Н.В.);

- оптические характеристики загрязненной нефтью водной поверхности (Богородский В.В., Кропоткин Т.Ю., Бузников А.А., Лахтанов Т.А., Кондратьев К.Я.).

Научная новизна и значимость исследования:


  • Впервые проведена оценка влияния проведения операций с нефтью на состояние прибрежных морских экосистем и разработана концепция снижения уровня загрязненности морской среды черноморского побережья Краснодарского края.

  • Впервые обоснован комплекс требований и определены принципы и механизмы создания эффективных систем управления охраной прибрежных морских экосистем от загрязнения, разработана принципиальная схема структуры управления, реализующая экосистемный и многоцелевой подход в обеспечении устойчивого состояния природно-технических систем, расположенных в прибрежных морской зоне;

  • Разработана и реализована практически на территории г Сочи новая методология интегральной оценки экологического состояния морских прибрежных экосистем и определения допустимой нагрузки на основе индикаторов, характеризующих антропогенную нагрузку на экосистему, ее устойчивость и отклик на изменение нагрузки.

  • Разработана принципиально новая технология определения концентрации нефтепродуктов в поверхностном слое воды, позволяющая в реальных условиях отбора проб в 2 раза повысить точность измерения масштабов нефтяного загрязнения по сравнению с существующими методами.

  • Разработана новая технология предварительной подготовки проб, исключающая влияние внешних факторов на идентификационные свойства нефти и повышающая достоверность установления источника нефтяного загрязнения и причин его возникновения.

  • Впервые для зон повышенного экологического риска ( порты г.г. Новороссийск, Туапсе, терминал КТК в Южной Озереевке, РПК «Таманский») разработана и практически реализована методология и функциональная схема авианаблюдений, определения масштабов загрязнения и управления ликвидацией последствий разлива нефти, позволяющие минимизировать ущерб, наносимый морской среде.

  • Предложен и реализован в период экспедиционных исследований алгоритм оценки загрязнения морской среды прибрежных зон на участке Адлер-Анапа с использованием новых методов и технологий, позволяющий минимизировать затраты на проведение мониторинговых работ и обеспечить достоверность результатов оценки загрязненности морской среды нефтью

  • Реализована на конкретных территориях (порты г.г. Сочи, Туапсе, Керченский пролив) новая технология определения уровня и характера распространения нефтяного загрязнения и установления основных причин загрязнения с целью разработки и реализации мер по его ликвидации.

Методы исследования:

Общей методологической основой работы является комплексный экосистемный подход, включающий организацию и проведение экспедиционных исследований и аэровизуальных наблюдений состояния морских прибрежных экосистем, физическое и математическое моделирование распространения нефтяного загрязнения, а также анализ и обобщение опыта работ в области предупреждения и ликвидации разливов нефти, методов, оригинальных алгоритмов и систем охраны морских вод от загрязнения нефтью.



Практическая ценность результатов исследования заключается в следующем:

  1. Разработан комплекс мероприятий и рекомендаций по повышению уровня экологической безопасности при проведении операций с нефтью в прибрежной зоне Черного моря.

  2. Для информационной поддержки выработки управленческих решений по увеличению объемов перевалки и переработки нефти в прибрежной морской зоне разработана и практически реализована на территории г.Сочи система индикаторов и методология интегральной оценки экологической ситуации в прибрежной морской зоне, позволяющие оценивать общую нагрузку на экосистему, ее устойчивость и отклик на изменение нагрузки.

  3. Создана и запущена в режим испытательного функционирования комплексная система управления охраной прибрежных морских экосистем от загрязнения, реализующая экосистемный и многоцелевой подход в решении задач управления природно-техническими системами, находящимися в прибрежной морской зоне

  4. Создана новая технология отбора проб морской воды , позволяющая производить отбор проб методом высечки водного столба, включая поверхностный слой, на глубину до 0,5 метров без нарушения его структуры, что повышает точность измерений по сравнению с существующими методами на 60%.

  5. Разработана и реализована в практических условиях (порты Новороссийск, Туапсе) технология достоверного выявления источника нефтяного загрязнения путем идентификации проб нефти, что позволяет в целях предотвращения загрязнения морской среды нефтью воздействовать непосредственно на источник загрязнения.

  6. Разработаны и утверждены федеральными природоохранными органами для практического применения методические рекомендации, включающие разработанные технологии оценки масштабов нефтяного загрязнения и установления источника загрязнения.

  7. Практически реализована комплексная система наблюдения, измерения и управления ликвидацией последствий разлива нефти в зонах повышенного риска (порты Новороссийск, Туапсе, РПК «Таманский», терминал КТК в Южной Озереевке), позволяющая с требуемой точностью и оперативно определять масштабы нефтяного загрязнения, прогнозировать характер его распространения и координировать действия по организации сбора разлитой нефти.

  8. Разработана и реализована система мониторинга качества морских вод в районе курортных территорий на участке Адлер-Анапа, получены новые сведения о динамике загрязненности морской воды нефтью за период 2006-2008 годы, разработан для департамента по курортам и туризму Краснодарского края план первоочередных мероприятий по восстановлению качества морской среды в прибрежных зонах, подверженных загрязнению.

  9. Реализована практически технология проведения исследований по оценке нефтяного загрязнения морской воды в акватории портов Туапсе и Сочи, а также в прибрежной морской зоне в районе Керченского пролива, получены новые данные о характере и источниках загрязнения морской среды нефтью, для департамента по чрезвычайным ситуациям и государственному экологическому контролю Краснодарского края разработан комплекс мероприятий по ликвидации загрязнения морской среды нефтью.

Достоверность и обоснованность полученных результатов диссертационных исследований подтверждена лабораторными и натурными экспериментами и испытаниями, обоснованностью принятых физических моделей и математических описаний процессов загрязнения морской среды нефтью, использованием аттестованных методик и поверенных приборов при проведении измерений параметров нефтяного загрязнения, а также результатами практического применения разработанных методов и технических средств.
На защиту выносятся следующие основные положения и результаты исследований:

  1. Результаты оценки влияния проведения операций с нефтью на экологическое состояние прибрежных морских экосистем и разработанная на их основе концепция снижения уровня загрязненности морской среды черноморского побережья Краснодарского края;

  2. Принципы и механизмы эффективного функционирования системы охраны прибрежных морских экосистем от загрязнения нефтью и разработанная на их основе структурная схема системы управления, реализующая экосистемный и многоцелевой подход в решении задач управления природно-техническими системами, находящимися в прибрежной морской зоне;

  3. Методология интегральной оценки экологического состояния морских прибрежных экосистем и определения допустимой нагрузки на основе индикаторов, характеризующих антропогенную нагрузку на экосистему, ее устойчивость и отклик на изменение нагрузки.

  4. Технология измерения концентрации нефтяных углеводородов в поверхностном слое воды, созданная на основе физической и математической моделей распространения нефтяного загрязнения в поверхностном слое воды и позволяющая в реальных условиях вдвое повысить точность измерений характеристик нефтяного загрязнения по сравнению с существующими методами.

  5. Технология подготовки проб нефти для реализации метода установления причинно-следственных связей между источником нефтяного загрязнения и состоянием морской среды, позволяющая обеспечить точность выводов о сходимости проб с большей степенью вероятности по сравнению с существующими методами

  6. Методология и функциональная схема наблюдения, измерения масштабов нефтяного загрязнения и управления ликвидацией последствий аварийных разливов нефти в зонах повышенного экологического риска, обеспечивающая с использованием авиационных средств оперативную оценку экологической обстановки и информационную поддержку проведения операций по ликвидации последствий разлива нефти в море.

  7. Результаты исследований пространственного распределения нефтяных углеводородов в прибрежной морской зоне Черноморского побережья Краснодарского края, алгоритм оценки загрязненности морской среды нефтью с использованием новых технологий при проведении мониторинга качества морских вод в районе курортных территорий Черноморского побережья на участке Адлер-Анапа и практические результаты мониторинга за 2006-2008 годы.

  8. Алгоритм оценки загрязненности морской среды нефтью с использованием новых технологий в акватории портов Туапсе и Сочи, а также в районе Керченского пролива и результаты натурных исследований, проведенных в 2000-2008 годах.

Реализация работы:

  1. При участии автора проведено внедрение разработанных методов и технологий экологической оценки и информационного обеспечения системы управления охраной окружающей среды от загрязнения нефтью, в том числе для зон повышенного риска, в Государственном комитете по охране окружающей среды по Краснодарскому краю и Северо-Кавказском межрегиональном управлении по технологическому и экологическому надзору.

  2. Методы интегральной оценки экологического состояния прибрежной морской зоны были использованы при выборе места размещения морского нефтяного терминала Каспийского трубопроводного консорциума и рекреационных объектов в районе г. Сочи.

  3. Разработанные методы и технологии оценки нефтяного загрязнения морской среды и экологического состояния прибрежных зон Краснодарского края использованы НИИ прикладной и экспериментальной экологии Кубанского ГАУ при проведении научно-исследовательских работ, выполненных в соответствии с государственными контрактами (№ 2/4 от 17.04.2006г; № 22 от 14.06.2007; № 24 – 07/3 от 10 января 2008 ; № 8 от 29 апреля 2008 г).

  4. При проведении оценки масштабов нефтяного загрязнения морской среды Центром лабораторного анализа и инструментальных измерений по ЮФО и НИИ прикладной и экспериментальной экологии Кубанского ГАУ используется разработанная технология отбора проб поверхностного слоя воды.

  5. Разработанная технология идентификации проб нефти включена в Инструкцию по идентификации источника загрязнения водного объекта нефтью, которая была утверждена приказом Минприроды СССР 2 августа 1994 г № 241 и рекомендована для практического применения. Технология прошла международное тестирование при проведении эксперимента по установлению источника нефтяного загрязнения в Северном море.

  6. Разработанная методика расчета площади нефтяного пятна по перспективному аэрофотоснимку включены в «Рекомендации по аэрофотосъемке нефтяных разливов, дешифрированию фотодокументов и оценке площади нефтяного разлива», используемые в настоящее время природоохранными органами.

  7. Разработанные методы оценки масштабов нефтяного загрязнения и идентификации проб нефти были использованы природоохранными органами при решении вопросов компенсации ущерба, нанесенного крупномасштабным загрязнением моря нефтью (1985г т/х Таксиархис», п. Новороосийск; 1986 г., т/х «Нордвал», п. Новороссийск; 1995г, т/х «Вихрен», п. Туапсе; 1992 и 1997 гг. н/б «Шесхарис», п. Новороссийск; 2007 год, т/х «Волгонефть 139», п. Кавказ). По представленным природоохранными органами материалам страховыми компаниями был компенсирован ущерб, нанесенный морской среде в результате загрязнения нефтью, в сумме более 3 млн. долларов.

  8. С использованием новых технологий в 2008 году проведены исследования состояния морской среды в районе Керченского пролива и на основании полученных данных для департамента по чрезвычайным ситуациям и государственному экологическому контролю Краснодарского края разработан план первоочередных мероприятий по ликвидации последствий нефтяного загрязнения.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на заседаниях НТС Государственного комитета по охране
окружающей среды по Краснодарскому краю (Краснодар, 1992 - 2000 г.),
на научно-практической конференции Госкомэкологии РФ по проблемам охраны морских вод от загрязнения (Владивосток, 1993 г.), на Международной конференции «Комплексное управление прибрежными зонами и его интеграция с морскими науками» (Санкт-Петербург, 2003 г.), на Международной конференции по комплексному управлению прибрежными зонами (Турция, Анталия, 1999 г.), на научно-практической секции «Экологический мониторинг» 2-го Всероссийского съезда по охране природы (Москва, 2003 г.), на научно-практической конференции Ростехнадзора (Казань, 2006 г.), на 1-ой международной конференции МАНЭБ «Человек и природа. Проблемы экологии юга России» (Анапа, 2007 г.), на международной конференции MEDCOST - 2008 (Турция, г. Акаяка, 2008 г.), на VII Международном инвестиционном форуме «Сочи - 2008» (г. Сочи, август 2008 г.), на научно-практической конференции по водным проблемам России (г. Азов, август, 2008 г.), на краевой научно-практической конференции, посвященной 20-летию образования природоохранных органов Краснодарского края (г. Краснодар ноябрь, 2008 г.).

Личный вклад соискателя:

- постановка задач исследования и разработка методологии их решения;

- разработка программ экспедиционных исследований;

- анализ и интерпретация полученных результатов исследований;

- разработка предложений по новым методам и технологиям контроля нефтяного загрязнения;

- участие в экспедиционных исследованиях, включая аэровизуальные наблюдения за состоянием морских вод;

- участие в создании систем управления охраной окружающей среды в прибрежных морских зонах и новых технологий анализа экологического состояния природно-технических систем;

- участие в расследовании реальных случаев загрязнения моря нефтью с использованием разработанных методов;

- участие в разработке «Руководства по идентификации нефтей» и «Рекомендаций по аэрофотосъемке нефтяных разливов, дешифрированию фотодокументов и оценке площади нефтяного разлива»;

- осуществление методического руководства проведением научно-исследовательских работ по оценке экологической ситуации в прибрежной зоне курортных территорий Черноморского побережья, в акватории портов Сочи и Туапсе, а также в районе Керченского пролива.



Публикации. По теме диссертации подготовлена и издана монография, опубликовано 32 статьи, отражающих основные научные результаты диссертации, в том числе 8 в ведущих рецензируемых научных журналах, включенных в список ВАК РФ. Получено авторское свидетельство на изобретение.

Объем и структура. Диссертация изложена на 359 страницах машинописного текста, содержит 39 таблиц, 91 рисунок, 56 формул и включает: введение, шесть глав, заключение, список использованных источников. Список использованной литературы содержит 276 источников, из них 25 иностранных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика проблемы, решению


которой посвящена диссертация. Изложены вопросы актуальности проблемы с учетом международного морского права, сформулирована цель и основные задачи работы, показаны ее научная новизна, достоверность
результатов и их практическая ценность, сведения об апробации работы.



Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3   4




©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет