авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Геоэкологический мониторинг территорий расположения объектов транспорта газа в криолитозоне (теория, методология, практика)

-- [ Страница 2 ] --

В 80-х годах появилось много новых терминов, и среди них «геоэкология», с которой связывают развитие экологической тематики в геологии. Несмотря на отсутствие строгого научного подхода к определению объекта и предмета нового «экологизированного» направления в науках геологического цикла, ученые (Г.К. Бондарик, В.Е. Бойцов, Э.В. Гирусова, Г.А.Голодковская, Н.В. Демин, Ю.Б. Елисеев, Д.Г. Зилинг, П.А. Игнатов, А.Н. Клюквин, В.А. Коробейников, В.А. Королев, И.В. Круть, М.Б. Куринов, А.В. Маненков, Ф.Н. Мильков, В.И.Осипов, В.Н.Островский, Л.А.Островский, В.В. Пендин, Л.Л. Прозоров, Н.Ф. Реймерс, Е.М.Сергеев, К.И.Сычев, В.Т. Трофимов, В.Н. Экзарьян и др.) единодушны в том, что это комплексная междисциплинарная наука, методологической основой которой является системный анализ, при котором геоэкологическая среда рассматривается как компонент окружающей среды в тесной связи с атмосферой, гидросферой, биосферой и техносферой, а функциональной единицей изучения являются геоэкологические системы.

По мнению автора, геоэкология – это междисциплинарная комплексная наука об управлении природно-техническими геоэкологическими системами, представляющими собой комплексные образования, в целях сохранения равновесного состояния всех геосфер и оптимизации жизнедеятельности как человека, так и биосистем всех уровней организации, основанная на накоплении информации об искусственно измененных компонентах окружающей среды. Объектом изучения геоэкологии являются природно-технические геоэкологические системы различных уровней.

В геоэкологии наиболее часто используются литотехнические, природно-технические и геоэкологические, реже - природно-технические геоэкологические системы. При этом геоэкологической системой, по мнению автора, является формализованная, сознательно создаваемая, обладающая эмерджентными свойствами модельная конструкция, компонентами которой являются взаимосвязанные и взаимообусловленные друг другом сведения о геоэкологических параметрах, изменяющихся при взаимодействии с окружающей средой (в том числе при искусственных взаимодействиях). Следует учитывать, что устойчивость геоэкологической системы, как единого целого всегда выше устойчивости каждого отдельного ее компонента или подсистемы. Нарушение этого правила, вызванное внутренним саморазвитием системы, или внешним на нее влиянием, выводит систему из состояния равновесия. Таким образом, любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.

Размер системы должен соответствовать выполняемым ею функциям, в противном случае она будет неэффективной или неконкурентоспособной. С другой стороны, усложнение системы за пределы достаточности в конечном итоге ведет к ее гибели.

Анализируя причины каких-либо изменений, произошедших в окружающей среде, или прогнозируя их, всегда приходится рассматривать не менее двух взаимосвязанных компонентов, образующих единую систему взаимодействия: природную основу системы и ее техногенное ядро. Такие образования можно называть природно-техническими геоэкологическими системами (ПТГЭС), под которыми понимается совокупность взаимодействующих с геосферами Земли искусственно созданных объектов. Структура ПТГЭС включает подсистему природных объектов (геологические тела, почву, водное пространство, атмосферный воздух, животный мир, растительный покров и т.д.) и подсистему антропогенных объектов.

Для получения наиболее объективной картины поведения любой системы необходимо учитывать возможные негативные изменения ПТГЭС, происходящие на всех этапах хозяйственной деятельности. Основной особенностью ведения работ по предупреждению развития негативных изменений в состоянии окружающей среды, при эксплуатации которых предусмотрена возможность управления состоянием ПТГЭС, является проведение на первом этапе энергоинформационной холистической экспертизы, которая позволяет построить эффективную многоуровневую систему понижения неопределенности рисков по областям пространства, временным интервалам и возможным типам аварийных событий, связанных с развитием тех или иных негативных изменений системы, а, следовательно, сузить область дальнейших исследований (рис. 1). На втором этапе осуществляется геоэкологическое обследование территории с целью уточнения диагностики, полученной на первом этапе. Особое внимание при проведении обследования следует уделять ранее оконтуренным зонам риска. На третьем этапе проводится анализ всех собранных материалов и результатов диагностики состояния ПТГЭС на текущий момент времени, что позволяет выявить парагенезис всех процессов и изменений, определяющих возможность развития экстремальных ситуаций. На четвертом этапе на основании анализа риска отказа ПТГЭС в результате проявления негативных процессов и изменений дается возможность предварительно прогнозировать функционирование ПТГЭС в пределах области допустимых состояний. Уточнение предварительного прогноза осуществляется на пятом этапе, который заключается в создании системы геоэкологического мониторинга. На заключительном этапе реализации концепции раннего предупреждения негативных геоэкологических процессов осуществляется проектно-аналитическое и статистическое исследования, направленные на разработку управляющих рекомендаций по безопасной эксплуатации объекта.

Данная концепция подтверждается примером, отражающим ситуацию, которая наблюдалась на территории ГП-4, являющейся локальной ПТС. ГП 4 находится в средней части газового месторождения Медвежье. На первом этапе зоны риска выявлены не были: в период изысканий (1971-72 г.г.) площадка находилась полностью в мерзлом состоянии, температура грунтов на глубине нулевых годовых амплитуд была от -0,5 до -2,3 С, мощность сезонно-талого слоя (СТС) изменялась от 0,4 до 1,6 м. Мощность снежного покрова не превышала 0,8 м. Грунтовые воды на площадке не встречены.

 Алгоритм реализации концепции раннего предупреждения негативных изменений-0

Рис. 1. Алгоритм реализации концепции раннего предупреждения

негативных изменений природно-технических геоэкологических систем

Исследования, выполненные в 1987 г. (2 этап), выявили значительные изменения в мерзлотных условиях. К этому времени стабилизировались процессы растепления и изменения среднегодовой температуры. Значительное понижение температуры наблюдалось под зданиями, имеющими продуваемое подполье и под автодорогами, расчищенными от снега. Глубина СТС под цехами - менее 1,0 м, на открытых поверхностях - до 3,0 м. Мощность снежного покрова составляла у стен зданий 2,0 м. Значительное изменение температуры грунтов наблюдалось вдоль подземных коммуникаций, где образовались талики различной мощности. Анализ собранных материалов (этап 3) показал, что на площадке начал развиваться процесс оврагообразования, наиболее интенсивный на границе насыпи. Практически повсеместное обводнение территории способствовало заболачиванию, особенно по границам площадки. На забетонированных участках развился процесс суффозии, что выражалось в образовании провалов в бетонном покрытии, из-под которого вынесло песчаную подсыпку. Из-за сброса технических и бытовых вод произошло образование наледей под цехами. Нарушение мерзлотных условий площадки ГП-4 привело к повсеместному развитию криогенного пучения. В результате изменения мерзлотных и гидрогеологических условий и развития неблагоприятных инженерно-геологических процессов возникли многочисленные деформации сооружений промплощадки, в том числе и перекосы в системе трубопроводов, создав таким образом рисковую ситуацию, которая могла привести к нарушению технологического цикла и возникновению аварий на ГП-4 (этап 4). В целом, промплощадка находилась в неудовлетворительном состоянии. В связи с этим, для дальнейшего наблюдения за развитием геокриологических процессов и за деформациями зданий и сооружений было предложено установить режимную наблюдательную сеть, состоящую из гидрогеологических и термометрических скважин, глубинных реперов, стеновых и опорных марок и пучиномерных площадок (этап 5). Наблюдения, проводимые в 1991 г., показали, что эксплуатация сооружений в период 1986-1991 г.г. привела к повышению влажности талых грунтов техногенного комплекса, обладающих тиксотропными, а при промерзании - пучинистыми свойствами. Глубина залегания уровня грунтовых вод колебалась от 0,01 до 1,3 м, что было вызвано: растеплением ММГ; изменением подземного и поверхностного стока за счет уничтожения естественного растительного покрова и сооружения свайных полей, затрудняющих горизонтальную фильтрацию; повышением фильтрационных свойств грунтов в связи с их разуплотнением, вызванном проходкой траншей с обратной засыпкой; изменением положения водоупорного ложа при формировании ореолов протаивания и промерзания. В период эксплуатации производилась дополнительная подсыпка вокруг цехов, поэтому абсолютные отметки поверхности под зданиями значительно ниже, чем вне здания.

Вследствие этого, корытообразные углубления под цехами служили естественными дренами, в которых во время снеготаяния и дождей скапливалась вода, увеличивая после замерзания льдистость и пучинистость промерзающих грунтов. Кроме этого, для сохранения запроектированного теплового режима, открытое холодное подполье должно было находиться выше поверхности планировки. Однако была произведена подсыпка песчаного грунта, что привело к тому, что подполье оказалось в полуподвале, а площадь вентиляционных отверстий уменьшилась в 2-3 раза, что, в свою очередь, привело к повышению температуры и увеличению глубины СТС. Процесс криогенного пучения активизировался. Так как он проявлялся неравномерно по площади (от 60 до 255 мм), перекосы стен и абсорберов и изгибы трубопроводов превысили допустимые пределы, что привело к нарушению устойчивого режима эксплуатации ГП-4. Глубокое оттаивание ММГ и образование под одним из цехов озера размером около 3 м привели к уменьшению сопротивления свай выпучиванию и дополнительной осадке свайных опор. Наледи в подполье и прорывы воды под давлением привели к вспучиванию полов и резким поднятиям отдельных опор. В связи с этим, были предложены следующие управляющие рекомендации по сохранению и понижению температуры грунтов в основании (этап 6): уменьшение теплового потока в подполье за счет устройства дополнительной теплоизоляции полов; прекращение сброса воды и растворов при загрузке абсорберов и ремонте тепловых и водопроводных сетей; замена открытого подполья на закрытое с вентиляционными трубами высотой выше 2 м; организация системы сбора и отвода дождевых осадков и кольцевого дренажа вокруг цехов с заглублением его ниже уровня грунта в подполье; осушение песчаного техногенного грунта; замена пучинистого грунта на непучинистый на ширину 5 м и на глубину сезонного оттаивания с отсыпкой в основании слоя торфа мощностью 1,5-2,- м.

Разработка вероятных сценариев развития экстремальных ситуаций дает возможность проводить оперативные мероприятия по предотвращению проявлений негативных процессов. Следует отметить, что план мероприятий не должен приводиться в действие автоматически, а только предлагается лицу, принимающему управляющее решение, в качестве рекомендаций. Лишь после всестороннего изучения последствий реализации предлагаемого плана и учета логики развития событий принимается окончательное решение. Перманентный контроль реакции системы на введение в действие управляющих решений позволяет корректировать прогнозные математические модели.

Предложенная методика концепции раннего предупреждения развития негативных изменений компонентов окружающей среды в полной мере способствует достижению поставленной цели - обеспечению безопасного функционирования актуальной природно-технической геоэкологической системы.

2. Объективность оценки изменения состояния окружающей среды при взаимодействии с объектами транспорта газа в криолитозоне обеспечивается, в первую очередь, учетом теплового и механического влияния на грунты основания, а также изменения гидрогеологических и гидрологических условий; нарушения почвенно-растительного покрова и условий жизнеобитания животного мира; распределения загрязнителей на всех этапах эксплуатации.

В условиях криолитозоны Западной Сибири наиболее опасной ПТГЭС является транспортная инфраструктура, обеспечивающая магистральный транспорт газа и соединяющая между собой отдельные узлы газового комплекса, включая наземные и подземные трубопроводные системы, компрессорные и насосные станции, попутные линии электропередач и связи, электросиловые установки, дороги, хранилища углеводородного сырья, складские и бытовые помещения и другие. В процессе строительства и эксплуатации газотранспортной системы источником влияния на окружающую среду могут быть перекачиваемые продукты, продукты их сгорания, транспорт и строительно-монтажная техника, температура транспортируемой по трубопроводу среды, сами сооружения. Специфика загрязнения в том, что углеводороды не остаются на месте разлива, а интенсивно мигрируют и проникают в почву, грунты, попадают в водоемы и в атмосферу.

Совокупный уровень взаимного влияния инженерных сооружений и компонентов окружающей среды определяется не только масштабом сооружений, технологией и объемом передачи сырья, динамикой эксплуатации, энергетическими и транспортными коммуникациями, но и геологическими, гидрогеологическими, гидрологическими, мерзлотными и климатическими условиями.

Особенно сложное механическое и тепловое взаимодействие возникает между трубопроводами и геологической средой на многолетнемерзлых грунтах и заболоченных территориях.

Так, по степени проявления и динамике геоэкологических процессов Западная Сибирь характеризуется развитием геокриогенных процессов, заболоченности, эрозии и пучинистости грунтов, поэтому даже незначительные техногенные изменения могут привести к резкой активизации данных процессов, которые в свою очередь вызовут различные деформации сооружений. При эксплуатации объектов транспорта газа непосредственному влиянию будут подвергаться верхние горизонты литосферы: изменится мощность сезонно-талого и сезонно-мерзлого слоя. Снятие растительного покрова приведет к постепенному опусканию кровли многолетнемерзлых грунтов, например, глубина протаивания ММГ на территории Уренгойского месторождения через 10 лет после уничтожения растительного покрова увеличилась в 1,5 – 3 раза, особенно на участках мелкодисперсных пылеватых суглинков и супесей.

На участках болот наблюдается активизация сезонного пучения при сезонном промерзании, усиление подтопления. Одновременно с этим на участках с льдонасыщенными грунтами происходит увеличение глубины СТС и развитие термоэрозии. На участках, где происходит высачивание фильтрующихся вод из насыпи, обычно отмечается разрушение ее откосов. Впоследствии здесь начинаются процессы эрозии насыпного слоя и образование эрозионных промоин длиной в несколько десятков метров и шириной до 7-10 м. Выносимый из насыпи материал формируется в виде конуса в устье промоины. Размеры конусов в плане при этом достигают 50-100 м. Вымываемый материал в процессе своей аккумуляции изменяет условия на поверхности участка таким образом, что при наличии в его разрезе льдистых грунтов в сочетании с условиями повышенного снегонакопления вблизи насыпи, способствует активизации термокарста и дополнительному обводнению поверхности.

С процессом сезонного пучения связано наличие пятен медальонов, мелкобугристого рельефа и бугров пучения. В пределах низменных болот и хасыреев на участках газопровода-коллектора месторождения Медвежье встречаются сезонные бугры пучения высотой до 1,0 м. Процессы многолетнего пучения приводят к возникновению сегрегационных минеральных и торфяно-минеральных бугров, а также выпукло-бугристых и крупно-бугристых торфяников. Среди сегрегационных бугров пучения преобладают бугры высотой 2-5 м, реже 8-10 м.

Наблюдается осадка оттаивающего грунта и развитие термокарста. Особую опасность представляет нарушение растительного покрова на участках, сложенных пылевато-суглинистыми грунтами, включающими полигонально-жильные льды, когда даже при достаточно низкой температуре грунтов происходит активное развитие термокарста. Например, наблюдения за одним из тундровых участков вдоль трассы газопровода-коллектора «Медвежье» (tг = -10-110С) показали, что уже через два года после нарушения растительного покрова осадка протаявших грунтов составила 0,17-1,3 м, а на месте площадки образовался мелкий водоем шириной 0,45-2,8 и глубиной 0,1-0,5 м. Спустя 11 лет ширина водоема достигла 5 м, глубина 1,6 м, осадки более 2,1 м.

Одним из главных факторов, определяющих динамичность среднегодовой температуры грунтов, является изменение толщины снежного покрова (hсн). Наименее устойчивыми являются участки маломощного снежного покрова. Например, на участках магистрального газопровода Уренгой Надым увеличение мощности снега от 0,1-0,2 м до 0,3 м повышает tг на 1,0-1,20 С. При более мощном снежном покрове (1,0-1,2 м) увеличение мощности на 0,1 м повышает температуру на 0,1-0,20 С. Это, в свою очередь, привело к увеличению глубин сезонного оттаивания, уменьшению сил смерзания по боковым поверхностям сооружений и увеличению касательных сил, действующих на сооружения, что, в свою очередь, снизило несущую способность оснований и привело к развитию деформаций, обусловленных процессами термокарста и морозного пучения, и к переувлажнению участков с повышенным снегонакоплением.

В зависимости от температуры грунтов и температуры перекачиваемого продукта вокруг трубы образуются сезонные ореолы оттаивания или промерзания. На склонах, сложенных легко размываемыми грунтами, формируются суффозионные воронки диаметром до 10 м и глубиной до 4 м, активизируется процесс термоэрозии, приводящий к формированию оврагов, растущих со скоростью 20 м и более в год. Все эти негативные криогенные процессы вызывают неравномерные деформации газопроводов. На ровных заболоченных поверхностях наблюдается всплытие газопроводов. В зимние месяцы формируются замкнутые зоны промерзающих талых грунтов. Если грунты водонасыщены и пучиноопасны, происходит интенсивное морозное пучение и как следствие – выпучивание газопроводов.

Изменение геокриологических условий представляет потенциальную угрозу для существующих экосистем: происходит нарушение почвенно-растительного покрова и изменение его структуры с долговременной потерей мало способных к восстановлению сообществ с доминированием лишайников, кустарничков, мхов и увеличением роли травянистых сообществ. Это приводит к изменению кормовой базы и изменению условий обитания животных и их видового состава. Популяции оседлых видов животных могут быть уничтожены полностью, а плотность других значительно снизится под действием фактора беспокойства и изменения путей миграции.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.