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 ||

Развитие дистанционного тепловизионного метода при геоэкологических исследованиях природных и техногенных систем

-- [ Страница 2 ] --

Разработана методика изучения динамики природной среды на основе космической многоспектральной съемки. Предлагается новый индикатор состояния природно-ландшафтных систем IS (индекс «стресса» растительности). Он рассчитывается на основе трансформированного вегетационного индекса TVI и радиационной температуры TR (в градусах Цельсия) по данным спектральных диапазонов 0,63 – 0,69 мкм (3-й канал), 0,76 – 0,90 мкм (4-й канал) и 10,4 – 12,5 мкм (6-й канал) для разновременных космических снимков спутника «Landsat».

Индекс определяется по формуле где .

Индекс IS является универсальным, интегральным индикатором водно-теплового стресса растительных ландшафтов. Этот индекс более эффективен, чем применение по отдельности его составляющих TR и TVI, так как максимально полно отражает основные признаки угнетенного состояния фитоценозов – понижение значений вегетационного индекса и повышение температуры. Он позволяет учесть наличие на снимке растительности с неполным покрытием и исключить влияние почвенного фона. Теоретический диапазон значений IS лежит в пределах от 0 до 1, однако на практике максимальная величина не превышает 0,4. Повышенные величины индекса IS свидетельствуют о большей вероятности присутствия на исследуемой территории стрессового состояния растительности.

Диапазон значений индекса IS для участков ландшафта при разных датах съемки «Landsat» может существенно различаться, что обусловлено неодинаковыми температурными метеоусловиями и несовпадением фаз вегетации. В связи с этим используют нормализованный индекс «стресса», вычисляемый на основе линейной трансформации данных: где Me – медиана; – среднеквадратичное отклонение; q – коэффициент, зависящий от ширины гистограммы значений индекса IS.

Диапазон изменения индекса ISN для ландшафтно-растительных систем находится в пределах от 0 до 1 (за исключением воды, техногенных объектов, открытых горных пород), а значение медианы нормализованной гистограммы располагается в районе 0,5. Путем подбора коэффициентов q учитывается различная дисперсия гистограмм IS, вызванная разнообразием растительных ландшафтов и изменчивостью их состояний. Оценка пространственных и временных изменений природной среды проводится путем интерпретации разностного показателя индекса «стресса» (ISN) в увязке с глубинным строением геологической среды.

Тестирование выполнено на загрязненных нефтью землях южной части Самотлорского месторождения путем построения карты ISN для снимка «Landsat-7» и сравнительного анализа с данными российского отделения Гринпис, которые характеризуют экологическую обстановку региона. Выявленные аномалии индекса ISN хорошо совпадают с нефтяными разливами. Пиксели, имеющие значения ISN от 0,55 до 0,75, соответствуют зонам старых нефтяных загрязнений. Величины ISN > 0,75 достаточно точно отражают новые нефтяные разливы. Корреляция результатов составляет 82%, а по свежим загрязнениям достигает 90%. Этим подтверждается высокая эффективность методики при оценке экологического состояния разрабатываемого месторождения углеводородов.

В разделе 4 «Исследование геоэкологического состояния природной среды на основе авиационного тепловизионного комплекса высокого разрешения» анализируются результаты детальных съемок магистрального нефтепровода «Грозный – Баку» протяженностью 56 км (Республика Дагестан) и акватории Финского залива г. Санкт-Петербурга.

Показана эффективность применения дистанционного тепловизионного метода при оперативной оценке технического состояния магистрального нефтепровода, включая достоверность установления мест утечек нефти, местоположения и глубины залегания трубопровода, картирование гидрогеологического строения, оценку степени экологической опасности эксплуатации нефтепровода в результате тектонических деформаций и несанкционированных врезок. Проведенное обследование, несомненно, полезно с точки зрения устранения или предотвращения процессов, оказывающих вредное влияние на экологическое состояние среды. Детальная вертолетная съемка проводилась с разных высот полета (150, 300, 600 и 1000 метров) с последующей обработкой 1700 тепловизионных снимков.

Области обводнения верхней части осадочного чехла проявляются в ТП холодными участками, приобретая различную форму в плане в зависимости от геодинамики их развития. Вытянутая линейная зона указывает на направление миграции флюидов, а сферическая – на область концентрации обводнения в геологической среде.

Области остаточного поверхностного накопления нефти (разливы) отражаются теплыми аномальными участками в ИК диапазоне. Они приобретают неправильные формы, охватывая значительную площадь. При пересчете поля на глубину имеет место резкое затухание тепловой аномалии, что указывает на приповерхностный разлив нефти.

В результате установлен ряд признаков проявления врезок в нефтепровод: повреждения грунта на видимом снимке; концентрическая тепловая аномалия над трубопроводом и линейная аномалия, проходящая под углом к нему; изменение характера теплового излучения в объемной модели и проявление аномальных разрывов среды на схеме блоково-разломных структур на глубине 0,5 – 1,5 м.

Результаты подтверждены инструментальной наземной заверкой на местности состояния нефтепровода и экологии среды компанией ОАО «Черномортранснефть».

Проведено исследование и установлены места экологического загрязнения акватории Финского залива выпусками очищенных сточных вод объектов водоканала г. Санкт-Петербурга (Северная и Центральная станции аэрации). Несмотря на то, что рассеянный выпуск очищенных сточных вод в залив производится на большом расстоянии от берега, тем не менее, наблюдается экологическое нарушение прибрежной части. В процессе тепловизионной авиационной съемки установлены зональные тепловые аномалии, которые разделяют акваторию на ряд областей, отличающихся по степени загрязнения донных отложений биогенными и химическими элементами. Для Северной станции зона максимума предельно допустимой концентрации вредных веществ составила площадь 0,58 км2, а средней загрязненности – 0,82 км2. В районе Центральной станции наибольшее нарушение естественной водной среды приходится на площадь 0,25 км2, а умеренный уровень изменчивости акватории залива – 0,46 км2. Съемкой достоверно установлено, что станции аэрации г. Санкт-Петербурга проводят очистку сточных вод с высокой эффективностью, так как не обнаружены признаки загрязнения акватории вдали от береговой линии.

В разделе 5 «Исследование геоэкологического состояния природной среды на основе космической съемки» рассмотрено применение технологии при оценке экологического состояния зоны отдыха «Винновская роща» г. Ульяновска и в местах интенсивной разработки Самотлорского и Федоровского нефтегазовых месторождений Западной Сибири.

При оценке экологического риска зоны отдыха «Винновская роща» г. Ульяновска установлены скрытые места загрязнения нефтепродуктами. По особенностям изменения ТП выполнено картирование блоково-разломных структур Волжско-Свияжского водораздела с глубокой (до 40 м) эрозионной палеодолиной неогенного времени. Установлены три потенциально возможные зоны распространения флюидов в реальных условиях, проведено ранжирование по степени вероятности их принадлежности к источникам загрязнения нефтепродуктами. По данным ДТЗЗ пробурены скважины на участках предполагаемого распространения флюидов в среде, с отбором проб и геохимическим анализом грунта и воды. Они подтвердили простирание зоны глубинной миграции нефтепродуктов от промышленных объектов Куйбышевской железной дороги, в которой содержание дизельного топлива в пробах значительно превышало предельно допустимую концентрацию (до 55 000 мг/л).

Решение экологической проблемы по ликвидации очага загрязнения на территории природного комплекса памятника природы «Винновская роща» г. Ульяновска состоит из следующих этапов: картирование контуров погребенной долины и кровли слабопроницаемой толщи в зоне аэрации, а также размеров нефтяной линзы; выявление утечек нефтепродуктов из хранилищ и подземных нефтепродуктопроводов промышленных объектов, расположенных в пределах развития погребенной долины и водосборной площади; разработка мероприятий по ликвидации очага загрязнения и реабилитации природной среды по результатам новых исследований.

Новизной экологического мониторинга в труднодоступных регионах с интенсивной разработкой нефтяных и газовых месторождений является совместное изучение спектральных характеристик дневной поверхности и глубинного строения осадочного чехла. Для подтверждения эффективности метода рассмотрены два участка Среднеобской нефтегазоносной провинции в составе южной части Самотлорского месторождения и восточной части Федоровского месторождения.

Наглядно показаны разные ситуации, при которых легкие углеводороды по зонам латеральной трещиноватости среды и крупным разломам устремляются к дневной поверхности за счет перепада давления. При этом изменяется состав флюидов, заполняющих трещины горных пород, и плотность потока теплового излучения среды. Это отражается на характере развития растений, так как растворенные углеводороды оказывают негативное воздействие на их корни. В результате выделено три степени изменчивости растительного покрова за счет отсутствия (нормальная), незначительного и сильного (аномальная) влияний эндогенного процесса. Там, где флюиды не «заражены» различными фракциями углеводородов, растительность находится в нормальном, неугнетенном состоянии. В тех местах, где наблюдается высокая корреляция аномального поведения индекса ISN и выходов углеводородов, распространяющихся с глубин залегания продуктивных горизонтов до дневной поверхности, велика вероятность экологического нарушения природной среды.

Согласно полученным результатам исследований, становится очевидным, что в структуру построения геоинформационного обеспечения перечня нормативной картографической продукции, которая может быть привязана к электронному паспорту наблюдаемых объектов на разных этапах их экологического обследования, может входить комплексная система информации, получаемая по развиваемой технологии. Это позволит с единых позиций получать оперативные сведения на разных уровнях детализации информации в целом и отдельных участков исследуемой территории.

Целевыми задачами системы геоинформационного обеспечения экологического мониторинга являются: во-первых, определение фоновых параметров окружающей среды территории на момент начала разработки нефтегазовых месторождений (на региональном этапе исследований); во-вторых, оценка динамики изменения окружающей среды под воздействием создаваемых и эксплуатируемых объектов. Для этого могут быть использованы как архивные материалы космических съемок, позволяющие получать изображения различного пространственного разрешения, так и действующие системы спутниковых наблюдений.

В заключении приведены основные результаты работы.

1. Созданный тепловизионный дирижабельный комплекс высокого разрешения и методика авиационной съемки являются компонентами недорогой и мобильной технологии для оперативного экологического мониторинга природной среды.

2. Разработана и апробирована методика расчета объемной модели плотности потока теплового излучения геологической среды (эвристический подход к решению обратной задачи) для градиентных сред и техногенных объектов (трубопроводов) на основе тепловизионных снимков с космических и авиационных носителей, позволяющая получать новую геоинформационную продукцию в природно-техногенной сфере.

3. Разработанная технология авиационного тепловизионного зондирования дает возможность проводить диагностику нефтепроводов, объемное картирование гидрогеологического строения среды и обнаружение нефтяных разливов. Результаты обследования магистрального нефтепровода «Грозный – Баку» подтверждают эффективность использования нового подхода в изучении экологического состояния среды.

4. Комплексное использование ДТЗЗ на основе космической и авиационной съемок позволяет провести оперативную оценку экологического состояния геологической среды в городских условиях, которая подверглась техногенному воздействию в результате деятельности человека. Оценен экологический риск зоны отдыха «Винновская роща» г. Ульяновска, установлены зоны глубинной миграции и места загрязнения нефтепродуктами от промышленных объектов, которые подтверждены бурением скважин. Установлены места экологического загрязнения акватории Финского залива выпусками очищенных сточных вод объектов водоканала г. Санкт-Петербурга.

5. Разработана методика комплексного анализа многоспектральных данных космических снимков путем районирования состояния природно-ландшафтных систем по индексу «стресса» растительности (фитогеохимическая информация) и анализа глубинного строения геологической среды. Выполнен экологический мониторинг природной среды в труднодоступных местах интенсивной разработки нефтяных и газовых месторождений Западной Сибири.

Основные публикации по теме диссертации

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК:

  1. Дистанционное тепловизионное зондирование Земли при решении геологических задач / К.М. Каримов, В.Л. Онегов, С.Н. Кокутин, В.Н. Соколов, В.Ф. Васев // Георесурсы. 2009. № 1(29). С. 38–42.
  2. Авиационное тепловизионное зондирование геологической среды / К.М. Каримов, В.Л. Онегов, С.Н. Кокутин, В.Н. Соколов, Л.К. Каримова, В.Ф. Васев // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2009. № 5. С. 24–31.
  3. Космическое тепловизионное зондирование континентального шельфа морей / К.М. Каримов, В.Л. Онегов, С.Н. Кокутин, Р.Р. Назырова, В.Н. Соколов, Л.К. Каримова, В.Ф. Васев // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2010. № 2. С. 8–15.

Статьи, опубликованные в других изданиях:

  1. Мухамедяров Р.Д., Кокутин С.Н. Возможность оценки зеленой биомассы сельскохозяйственных культур системой дистанционного зондирования в видимой и ближней инфракрасной областях спектра // Оптический журнал. 1999. Т. 66. № 4. С. 43–46.
  2. Мухамедяров Р.Д., Кокутин С.Н. Алгоритмы оценки зеленой биомассы сельскохозяйственных посевов системами дистанционного зондирования // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 1999. № 2. С. 19–22.
  3. Опыт создания и результаты эксплуатации многоспектрального сканирующего устройства в составе космического аппарата «Океан-О» / Р.Д. Мухамедяров, А.С. Глушков, А.С. Михайлов, Р.Ш. Хисамов, С.Е. Захаров, Н.И. Горбунов, А.М. Газизулин, С.Н. Кокутин // Оптический журнал. 2002. Т. 69. № 4. С. 31–37.
  4. Современные спектрорадиометры для мониторинга природно-техногенных систем с низкоорбитальных космических аппаратов / Р.Д. Мухамедяров, Р.Ш. Хисамов, А.С. Глушков, Н.И. Горбунов, А.С. Михайлов, С.Н. Кокутин // Оптический журнал. 2002. Т. 69. № 12. С. 44–47.
  5. Опыт использования космических многоспектральных данных аппаратуры МСУ-В для мониторинга растительных ресурсов Республики Татарстан / Р.Д. Мухамедяров, Н.И. Горбунов, С.Н. Кокутин, Д.И. Файзрахманов, А.Т. Сабиров // Вестник Казанского ГАУ. 2006. № 3. С. 58–63.
  6. Экологическая оценка эрозионных ландшафтов с использованием космических снимков / А.Т. Сабиров, И.Р. Галиуллин, С.Н Кокутин, Е.Р. Колесникова // Вестник Казанского ГАУ. 2007. № 1(5). С. 74–79.
  7. Кокутин С.Н., Сабиров А.Т., Галиуллин И.Р. Применение космических снимков при оценке развития эрозии в природных ландшафтах Прикамья // Вестник Казанского ГАУ. 2008. № 1(7). С. 132–137.
  8. Оценка экологического риска зоны отдыха «Винновская роща» г. Ульяновска по данным дистанционного зондирования Земли / К.М. Каримов, В.Л. Онегов, В.Н. Соколов, С.Н. Кокутин, В.В. Бердник, Е.П. Бондарович // Российский геофизический журнал. 2009. № 47–48. С. 109–114.

Подписано в печать 28.10.2010 г. Формат 6084 1/16. Бумага офсетная.

Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники издательства УГГУ

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

Уральский государственный горный университет



Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.