МИНИСТЕРСТВО ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А. И. ГЕРЦЕНА»

Институт экономики и управления

Кафедра управления образованием и кадрового менеджмента

Направление подготовки «05.04.06 Экология и природопользование»

Магистерская программа "Геоэкология природной, антропогенной и социокультурной среды"

Выпускная работа

по учебной дисциплине «Геоинформационные системы в Науке о Земле»

Выполнила:

студентка 2 курса

дневного отделения

Гладышева Анна Юрьевна

Преподаватель:

доктор сельскохоз. наук, профессор

Любимов Александр Владимирович

Санкт-Петербург – 2020

Оглавление

Введение        2

Задачи        3

Тематические блоки ГИС        16

Мониторинг Арктической зоны        19

Описание Системы.        22

Описание ГИС-компоненты.        24

Заключение.        27

Вывод.        27

Список литературных источников:        28

Введение

В настоящее время, развитие нефтегазового комплекса, одного из локомотивов экономики России, происходит стремительными темпами. Среди регионов, где осуществляется нефтегазодобыча, можно назвать Западную Сибирь, Поволжье, Северо-Западный регион, Сахалин. Крупные объекты нефтегазового комплекса - магистральные трубопроводы, нефтеперерабатывающие комбинаты, морские терминалы, располагаются практически во всех экономических районах России. При разведке и освоении крупных нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений для добычи, очистки и транспортировки углеводородов создаются сложные природно-техногенные системы, включающие в себя сеть незакономерно расположенных по площади промысловых и линейных транспортных сооружений. Сложноорганизованными ПТС являются нефтеперерабатывающие предприятия.        

Интенсивное развитие нефтегазового комплекса обуславливает значительное его влияние на окружающую природную среду. Влияние объектов нефтегазовой отрасли на окружающую природную среду разнообразно и разнопланово. Помимо выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и сбросов сточных вод в водоемы, значительный ущерб окружающей среде наносится в результате порывов внутрипромысловых и магистральных трубопроводов. Полностью избежать влияние создаваемых природно-техногенных систем на окружающую природную среду нельзя. Задачи природоохранной деятельности состоят в минимизации влияния нефтегазодобычи, транспортировки и переработки на природную среду, своевременном выявлении негативных тенденций и изменений в состоянии окружающей среды.        

Задачи

Осуществление природоохранной деятельности, экологический мониторинг, принятие практических решений невозможно без картографического обеспечения, анализа данных, характеризующихся пространственной привязкой. Одной из основных задач при экологических исследованиях является определение характера взаимодействия, взаимосвязей и взаимовлияния трех основных факторов - окружающей природной среды, техногенного воздействия на нее при хозяйственной деятельности и человека. Поэтому картографическая информация, получаемая при экологических исследованиях в нефтегазовой отрасли, отличается многокомпонентностью, что обусловлено множественностью элементов, слагающих природно-техногенные системы, включающие:        

• различные компоненты окружающей природной среды (почвы, поверхностные и подземные воды, растительность и др.);
• многообразие источников и характеров техногенного воздействия;
• разносторонние связи между природными и техногенными элементами, присущие природно-техногенным системам.

Таким образом, картографические материалы, составляемые при экологических исследованиях на объектах нефтегазовой отрасли, представляют собой интегрированную картографическую оценку природных (геоэкологических геологических, инженерно-геологический, ландшафтно-геохимических, геоботанических и др.) условий в определенный временной отрезок в условиях сложившейся (или планируемой) системы хозяйствования. При этом, одновременное отражение и обработка всей имеющейся (или требуемой) информации, как правило, традиционными методами затруднены и применение геоинформационных систем становится необходимым. Формируется класс экологических приложений ГИС, представляющий собой одну из областей предметного приложения геоинформационных систем с характерными именно для нее задачами. Можно выделить несколько направлений применения ГИС в решении задач охране окружающей среды как в нефтегазовой отрасли, так и в других областях.
Одним из направлений использования геоинформационных систем при экологических и геоэкологических работах в районах нефтегазодобычи является применение ГИС, как средства накопления, хранения, отображения (экологических, геологических, геоэкологических и др.) данных для отражения фактографического материала, справочно-информационного и, реже, справочно-аналитического обеспечения. При этом геоинформационные системы применяются для создания электронных атласов, комплексно отражающих данные о природных условиях, техногенном воздействии при нефтегазодобыче для отдельных регионов и субъектов Российской Федерации, обобщающих результаты региональных исследований по оценке воздействия нефтегазового комплекса и служащие основой для повышения информационного обеспечения природоохранных органов, повышения эффективности деятельности природоохранных служб нефтяных компаний. В качестве примера можно привести ГИС «Природные условия Тюменской области» (базовый масштаб 1:4 000 000), созданную по заказу Ханты-Мансийского окружного комитета по охране окружающей среды в 1994-95 г.г. в формате РС ARC/INFO. ГИС включает в себя свыше 40 покрытий, содержащих более 70 тематических слоев.
Создание геоинформационных систем нередко проводится в комплексе с обработкой и интерпретацией данных дистанционного зондирования, результатов их цифровой обработки. В ГИС также могут включаться пространственные данные мониторинга, результатов полевых наблюдений, позиционированных с помощью систем спутниковой навигации (GPS). Комплексный технологический процесс создания геоинформационных систем на основе как картографических материалов, так и новых данных, получаемых на основании обработки ДДЗ, сбора, ввода и анализа пространственных данных с помощью GPS, использование расчетных компонентов ГИС-пакетов или дополнительных специализированных модулей позволяет говорить о геоинформационных технологиях (ГИС-технологиях).

Единое информационное пространство необходимо формировать на основе модели иерархически организованного единого информационного ресурса экологического мониторинга, включающего региональный, территориальный и локальный уровни генерализации.

В рамках единой системы экологического мониторинга, необходимо решать задачи оптимального планирования программ на основе методов геоинформатики и системного анализа.

В структуру информационного ресурса должны быть заложены эффективные методы управления единой системой аналитического контроля окружающей среды, учитывающие:

• показатели плановой и фактической обеспеченности мониторингом территорий;

• показатели точности результатов систем ведомственного и государственного аналитического контроля.

Периодически проводимые экологические оценки территорий на основе полученной информации дадут возможность корректировать объемы допустимых хозяйственных воздействий на природно-территориальные комплексы, заложенных в технических проектах, что позволит своевременно принимать меры по снижению ущерба, причиненного местным ландшафтам.

Для создания системы мониторинга природной среды, эффективно обеспечивающего решение проблемы охраны природы в районах нефтегазового комплекса края необходимо выполнить работы, имеющие целевое предназначение:

- Оценить фактическое состояние окружающей среды в зоне хозяйственной деятельности предприятий нефтегазовой отрасли края и дать прогноз её изменения;

- Создать информационную базу данных о состоянии окружающей среды и выявленных негативных воздействий работ, связанных с разведкой, добычей и транспортировкой углеводородного сырья;

- Разработать комплекс мер по предотвращению возникновения и развития негативных процессов и явлений, связанных с хозяйственной деятельностью предприятий нефтегазового комплекса.

Для выполнения этой работы по оценке состояния природной среды необходима обширная, всеобъемлющая информация о природной среде, которая должна стать базовой основой для выработки и принятия оптимальных решений по освоению месторождений нефти с минимальным ущербом для местных ландшафтов. После получения этой информации возникнет вопрос о том, как использовать её в системе действующего мониторинга природной среды в течение всего времени эксплуатации месторождений нефти.

Для выявления причин наблюдаемых изменений и выделения из них изменений антропогенного происхождения необходимо заранее знать проявление известных природных воздействий, а также состояние, возникающее в процессе естественного хода развития природной среды и её отдельных компонентов. Такой метод анализа по соотношению воздействий и реакции среды приведет к тому, что мониторинг леса или почвы становится неотделим от мониторинга геологической среды или от общеэкологического мониторинга, так как в каждом отдельном случае возникает необходимость идентификации всех возможных изменений в состоянии отдельного компонента при условии наличия сведений о состоянии других компонентов, связанных с первым. Эту работу можно выполнить только с использованием аэрокосмических снимков. Практически с помощью аэрокосмических снимков в сочетании с наземной оценкой имеется возможность организовать одновременное наблюдение за всеми компонентами природной среды и антропогенной деятельности на всей территории месторождений.

Слежение за изменениями среды в макропараметрах ландшафтов целесообразно проводить одновременно на территориях всех месторождений. Для решения этой задачи наиболее пригодными будут космические снимки масштаба 1: 200 000 - 1: 500 000. Слежение за территориями меньшего размера должно осуществляться на ключевых участках, размещенных в пределах каждого ландшафта. Если при слежении за макропараметрами получен сигнал о происшедших изменениях, то причину этих изменений можно установить на ключевых участках с помощью аэроснимков масштаба 1:50 000 и крупнее, аэровизуальных наблюдений в сочетании с наземными обследованиями. В связи с этим должна использоваться изначальная информация обо всех компонентах природной среды, которая содержала бы и дешифровочные признаки, позволяющие идентифицировать различные состояния природной среды дистанционными методами.

Для этого необходимо решить задачи:

1.4 На основе аэрокосмических снимков, фондовых материалов и наземных исследований охарактеризовать абиотическую среду природных экосистем в районах деятельности нефтегазового комплекса:

1.4.1 Климат и атмосфера;

1.4.2 Геолого-геоморфологическое строение территорий;

1.4.3 Структура почвенного покрова;

1.4.4 Гидрологические объекты;

1.5 На основе аэрокосмических снимков, фондовых материалов и наземных исследований оценить состояние биологических объектов:

1.5.1 Структура растительного покрова и растительные ресурсы;

1.5.2 Лесной покров;

1.5.3 Луга;

1.5.4 Технические ресурсы;

1.5.5 Пищевые ресурсы;

1.5.6 Доминирующие, редкие, эндемичные и исчезающие виды;

1.6 Животное население

1.6.1 Наземные позвоночные животные;

1.6.2 Охотничье-промысловые животные;

1.6.3 Водные позвоночные животные;

1.7 Естественный ход и прогноз развития природных экосистем

1.7.1 Региональные особенности лесо- и болотообразовательных процессов;

1.7.2 Восстановительно-возрастная динамика лесов после пожаров;

1.7.3Динамика растительных ресурсов в процессе восстановительновозрастной динамики лесов;

1.7.4 Динамика ресурсов охотничье-промысловых животных в процессе изменения кормовых ресурсов;

1.8 На основе связей аэрокосмических изображений, геоморфологического строения территорий и растительности разработать дешифровочные признаки для идентификации рельефа, почвообразующих пород и почв, растительности на аэрокосмических снимках различных масштабов

Эффективная деятельность мониторинга природной среды может осуществляться только с использованием современных систем управления базами данных (ГИС), содержащих в электронном виде информацию о природной среде и её реакции на воздействие нефтегазодобычи на электронных носителях. Эта информация может быть представлена в различных формах, но среди них тематические карты в виде цифровой модели объекта будут являться определяющими в деятельности мониторинга. Будучи повторяемым, картографирование позволит выявить пространственную и временную динамику природных объектов и тем самым построить или откорректировать модели прогноза развития негативных последствий, возникающих в процессе контакта техногенных объектов с окружающей средой.

В связи с этим, ГИС-мониторинг природной среды может эффективно функционировать только при наличии комплекса тематических карт и периодической регистрации в них техногенных изменений природной среды.

Для этого необходимо решить задачи:

На основе данных наземных исследований, анализа аэрокосмических и фондовых материалов составить карты в различных масштабах природных объектов, подлежащих наблюдению. Для районов нефтегазового комплекса масштаб карт предусмотреть 1:500 000 - 200 000, для ключевых участков - 1: 50 000 - 25 000.

1.1.1 Карты, характеризующие абиотическую среду:

1.1.1.1 Структурно-геологическое строение;

1.1.1.2 Геолого-геоморфологическое строение;

1.1.1.3 Структура почвенного покрова;

1.1.1.4 Гидрологическая среда;

1.1.1.5 Поверхностного и грунтового стоков

3.2. Карты состояния биологических объектов:

3.2.1. Потенциальная растительность - коренные типы леса;

3.2.2. Актуальное состояние растительности;

3.2.3. Современная структура лесного покрова с информацией о естественном ходе развития лесов;

3.2.4. Структура болотного покрова;

3.2.5. Луга - структура растительного покрова пойм рек.

1.3. Биологические ресурсы:

1.3.1. Технические ресурсы лесов;

1.3.2. Пищевые ресурсы;

1.3.3. Ресурсы лекарственных трав;

1.3.4. Ресурсы торфа;

1.3.5. Ресурсы охотничье-промысловых животных;

1.3.6. Рыбные ресурсы

1.4. Карты охраняемых территорий:

3.4.1. Водоохранные зоны;

3.4.2. Горючие материалы и пожарная опасность лесов;

3.4.3. Зоны экологической опасности;

3.4.4. Эндемичные, редкие и исчезающие виды и уникальные сообщества растений;

3.4.5. Родовые угодья и биологические ресурсы, необходимые для проживания коренного населения.

3.5. Ландшафтные карты районов деятельности нефтегазового комплекса, содержащие основные показатели состояния природной среды и объекты, подлежащие охране:

3.5.1. Описать все виды существующих и ожидаемых техногенных воздействий на природную среду и охарактеризовать последствия этих воздействий:

1.5.1.1. Химические факторы воздействия;

1.5.1.2. Разливы нефти;

1.5.1.3. Минерализованные воды;

1.5.1.4.Утечка отходов бурения из шламовых амбаров;

1.5.1.5. Факела.

1.6. Физико-механические факторы воздействия, частично разрушающие природные экосистемы:

3.6.1. Лесные пожары;

3.6.2. Вырубки;

3.6.3. Линии электропередач;

3.6.4. Вездеходные трассы и зимники;

3.6.5. Грунтовые дороги;

3.6.6. Сейсмопрофили;

3.6.7. Промороженные площадки;

3.6.8. Захламление лесов.

3.7. Физико-механические факторы, полностью разрушающие экосистемы:

3.7.1. Дороги насыпные и с твердым покрытием;

3.7.2. Кустовые основания;

3.7.3. Шламовые амбары;

3.7.4. Трубопроводы;

3.7.5. Карьеры;

3.7.6. Раздувы;

3.7.7. Площадные сооружения - днс, кнс, электростанции, населенные пункты и пр.

3.8. Разработать дешифровочные признаки последствий техногенного воздействия на природную среду для их идентификации на аэрокосмических снимках различных масштабов:

3.8.1. Аэрокосмические материалы, пригодные для идентификации последствий;

3.8.2. Электронный альбом дешифровочных признаков техногенных последствий;

3.8.3. Методы использования дешифровочных признаков последствий для составления прогноза техногенных изменений в развитии природных экосистем.

Исходя из вышеизложенных задач, мониторинг природной среды следует рассматривать как совокупность дистанционных и наземных средств и методов получения информации о состоянии природных экосистем, подверженных техногенному воздействию нефтегазового комплекса. Он нацелен на получение оперативной информации о негативных последствиях освоения нефтегазовых месторождений с целью предупреждения и локализации различных видов нарушения природной среды, не предусмотренных техническими проектами. Полученная информация также позволит на проектном этапе вносить изменения в размещение техногенных объектов с целью последующей минимизации ущерба природной среде, что станет основополагающим в решении задач охраны природы. Полученные данные о техногенных изменениях среды позволят постоянно корректировать прогноз развития негативных ситуаций и тем самым предупреждать возникновение и развитие нежелательных явлений. Наряду с этим, с помощью средств зондирования можно отслеживать появление нарушенных земель и сведения о них отправлять природопользователям для последующей их рекультивации.

Таким образом, наличие полученных знаний о природной среде позволит осуществлять тотальный контроль за всей хозяйственной деятельностью нефтегазового комплекса, акцентируя внимание на наиболее разрушительных видах воздействия, за которыми должен осуществляться постоянный контроль.

Для этого необходимо решить задачи:

4.1.На основе всех тематических карт разработать рекомендации по размещению техногенных объектов с минимальным ущербом для природной среды без нарушения технологических процессов освоения нефтегазовых месторождений:

4.1.1. На одном из лицензионных участков показать несколько вариантов размещения техногенных объектов и совместно со специалистами НГДУ выбрать наиболее оптимальный;

4.1.2. Раскрыть содержание карты зон экологической опасности и карты поверхностного и грунтового стоков для постоянного их использования во время проектирования и эксплуатации нефтегазовых мероприятий;

4.1.3. Разработать рекомендации по размещению техногенных объектов в различных природных экосистемах, снижающих риск возникновения ущерба на этапе проектирования освоения нефтегазовых месторождений.

4.2. Охрана лесов от пожаров.

4.2.1. Контроль пожарной обстановки. Составление экспресс-карт прогнозной опасности;

4.2.2. Обнаружение очагов лесных пожаров, оценка их параметров.

4.2.3. Прогнозирование распространения пожаров и контроль их динамики;

1.3.Слежение за состоянием природы в зоне прогнозируемых выбросов и загрязнений нефтепродуктами.

1.4. Слежение за состоянием природных объектов, подверженных механическим воздействиям.

1.5.Оценка ущерба экосистем, поврежденных химическими и механическими воздействиями, подтоплениями, ветровалами, пожарами и составление прогноза изменений в развитии природных экосистем.

1.6.Контроль за ликвидацией всех негативных последствий и проведение рекультивации нарушенных земель.

1.7. Мониторинг почв и почвообразующих пород. Разработка рекомендаций по выявлению деградации, загрязнения и масштабов отчуждения почв. Прогноз изменения почвенного покрова в результате техногенных воздействий.

1.8.Гидроэкологический мониторинг. Разработка рекомендаций по осуществлению ежедневного контроля за основными гидрологическими, гидротермическими, гидрохимическими и гидробиологическими параметрами.

1.9. Формирование сети мониторинга в различные сезоны года. Оценка районов химических загрязнений, связанных с атмосферой. Контроль за основными источниками загрязнения - ТЭЦ, котельные, нефтедобывающие объекты, крупные населенные пункты и дороги.

4.10. Охрана хозяйственной деятельности коренного населения. Контроль за состоянием биологических ресурсов, необходимых для проживания населения.

4.11. Разработка мероприятий по взаимодействию органов исполнительной власти районов нефтегазового комплекса с компаниями -недропользователями в части предоставления недропользователями материалов о результатах ведения локального использования природной среды и другой информации об изменениях экологической обстановки на их лицензионных участках (аварии, пожары, вырубки, разливы и др.).

4.12. Разработка рекомендаций по оценке ущерба, причиненного лесам, болотам, водным объектам, местообитаниям животного населения, условиям проживания местного населения.

4.13. Разработка прогноза развития природных экосистем с учетом различного уровня техногенного воздействия и установления общей стратегии освоения нефтегазовых месторождений с минимальным ущербом для окружающей среды.

4.14. Создание региональной электронной информационной системы с целью обобщения, анализа и хранения материалов комплексного исследования природной среды в нефтегазоносных районах.

5. Районы работ

Тематические блоки ГИС

В составе описываемых ГИС можно выделить несколько тематических блоков, состоящие из покомпонентных, комплексных, оценочных и прогнозных покрытий.        

Компонентные карты показывают в виде отдельных тематических слоев как отдельные компоненты среды - гидрологию, растительность, геологические и гидрогеологические условия и др., так и отдельные техногенные объекты - нефтепромыслы и отдельные их элементы (кустовые площадки, амбары и т.д.), трубопроводы, ДНС и т.д. По своей сути эти картографические материалы являются тематическими базовыми покрытиями, представляющими исходную картографическую информацию для составления всего спектра карт. Для подготовки компонентных карт в составе названных ГИС были использованы архивные и фондовые материалы, данные, полученные при обработке космоматериалов, а также данные, собранные при полевых работах.

Комплексные карты, по своей сути, являющиеся синтетическими покрытиями, получаемыми при комбинировании и интегрировании серий компонентных карт. Для обработки покомпонентных слоев, подготовленных с использованием дистанционных данных, при создании ГИС для детальных участков были использованы возможности РС ARC/INFO, позволившие осуществить операции слияния тематических покрытий для получения нового совмещенного покрытия и операции наложения тематических покрытий с сохранением либо всех областей исходных покрытий, либо части пространственных объектов по тому или иному критерию.
В полученных комплексных картах, с одной стороны, были отражены структура природных комплексов и взаимодействие отдельных компонентов среды в виде ландшафтно-геохимических карт, карт гидрогеологического районирования, карт структурно-тектонических условий. С другой стороны, на комплексных картах были показаны нефтедобывающие комплексы, их структура и взаимное сочетание объектов и сооружений, сливающихся на отдельных территориях в единое техногенное поле.
Оценочные и прогнозные карты (покрытия) представляют собой карты аналитического характера. На оценочных картах даются целевые оценки устойчивости природной среды к воздействию нефтедобывающего комплекса, отражаются особенности взаимодействия геологической среды и техногенной нагрузки, сложившихся к настоящему времени. В отличии от оценочных карт, прогнозные карты (покрытия) представляют картину ожидаемых изменений среды в течение определенного периода или при реализации планируемого воздействия. Подготовка прогнозных карт может осуществляться как в критериях развития того или иного процесса (загрязнение поверхностных вод и прибрежных акватории нефтепродуктами, мест разрыва нефтепроводов), так и в виде оценок риска возникновения негативных тенденций в экологическом состоянии территории.        

При создании ГИС с компонентными покрытиями геоинформационные системы рассматриваются, в значительной степени, в качестве баз пространственно распределенных данных. При подготовке геоинформационных систем, включающих комплексные, оценочные и прогнозные материалы, ГИС выступает в качестве инструмента решения прикладных задач - целевой обработки информации, интерпретации и анализа пространственных данных. Осуществляется получение новой информации - картографических материалов синтетического и аналитического характера. В этом случае, задачами создаваемой геоинформационной системы является интеграция, анализ и комплексная интерпретация разнотипных и разноплановых данных, картографическое моделирование и прогнозирование, представление результатов в геологических, геоэкологических, гидрогеологических терминах в картографической форме для информационного обеспечения принятия управленческих решений.
Решение различных задач при геоэкологических исследованиях в регионах с интенсивным развитием нефтегазовой отрасли требуют обработки значительных массивов информации, среди которых ведущую роль играют разнообразные тематические карты, а также материалы аэрокосмических наблюдений. Геоинформационные технологии как нельзя лучше отвечают требованиям, предъявляемым для управления, в первую очередь, пространственно распределенными данными, значительно улучшая качество информационного обеспечения принятия управленческих решений. В тоже время, обширный спектр универсальных ГИС не дает возможность полностью обеспечить решение задач, возникающих при геоэкологических работах, что требует создания специальных приложений. Разработка конкретных ГИС-приложений должна производится при участии как специалистов ГИС-технологий, так и специалистов нефтегазовой отрасли.

Мониторинг Арктической зоны

Обеспечение экологической безопасности и внедрение современных технологий мониторинга экологической обстановки в Арктической зоне является одним из актуальных направлений ввиду наращивания темпов освоения территории. Для эффективной работы в малонаселенных и труднодоступных областях с суровыми климатическими условиями крайне важно получать актуальную информацию о состоянии окружающей среды в кратчайшие сроки.

На сегодняшний день отсутствует модель, позволяющая в комплексе оценивать основные критерии и показатели эффективности при выборе стратегии освоения месторождений на арктическом шельфе и выбора подходов в рамке общей стратегии к освоению отдельных месторождений и их материально-техническому обеспечению.

Освоение нефтегазовых ресурсов шельфа Арктики осложняется многими природными явлениями, основные из которых связаны с низкими температурами окружающей среды: ледовая обстановка, айсберги, палеомерзлота на суше и в донных отложениях на море, отрицательные температуры водной толщи вблизи дна, скопления газов в придонных отложениях, сипы и газогидраты. В частности, в районе Штокмановского месторождения температуры придонных вод ниже –1 °C, что формирует условия образования газогидратов и осложняет процесс освоения залежей традиционных УВ.

При строительстве нефтегазопромыслов и их инфраструктуры возникают проблемы, связанные со слабыми донными грунтами, сложным рельефом дна и оползневыми явлениями, разрывными нарушениями, абразией берега, термокарстами. При разработке месторождений возможны проседания и техногенные землетрясения, способные разрушить скважины и инфраструктуру нефтегазовых промыслов.

Практически повсеместное распространение в Арктике имеют аномально высокие пластовые давления (АВПД), наличие которых неоднократно приводило к серьезным аварийным ситуациям на суше. Из-за возможности возникновения аварийных ситуаций под воздействием АВПД были снижены объемы бурения на триасовые и более глубокие отложения в Баренцевом море.

Инженерно-геокриологические условия также имеют важнейшее значение, поскольку криогенные процессы и связанные с ними образования широко распространены на всех геоморфологических уровнях. При эколого-геокриологической оценке и обеспечении мониторинга этим процессам принадлежит ведущая роль. Для обеспечения экологической безопасности в Арктическом регионе крайне важно уделять внимание специфике геологического строения и явлениям, которые протекают в данном районе:

• распространение, строение и мощность криогенных толщ;

• температура многолетнемерзлых пород;

• сезонное протаивание и промерзание грунтов;

• подземные льды (пластовые льды, повторножильные льды);

• засоленность мерзлых грунтов;

• различные криогенные процессы и образования (термокарстовые образования, криогенные оползни и сплывы).

Перечисленные выше проблемы и опасности освоения морских и сухопутных месторождений нефти и газа Арктики серьезно угрожают ее неустойчивой природной среде и значительно удорожают стоимость всех этапов работ.

Таким образом, одним из основных моментов при проведении геологоразведочных работ на нефть и газ на территории АЗ РФ является соблюдение экологических требований в части экологической безопасности.

Специалисты службы экологического мониторинга являются ответственными за контроль соблюдения экологических требований. Необходима полная, своевременная и непротиворечивая информация о текущем и прогнозируемом состоянии окружающей среды в зоне добычи и транспортировки нефти. Информация поступает из различных источников и в разных форматах, что затрудняет её обработку и ограничивает возможности доступа к ней в многопользовательском режиме без дополнительной обработки.

Задачи для реализации системы:

• разработка методологической базы для обеспечения комплекса задач контроля состояния природной среды и оценки воздействия в зонах производственных объектов;

• проектирование, реализация и внедрение компонентов системы;

• настройка, адаптация и информационное обеспечение системы;

• запуск решения в промышленную эксплуатацию.

Описание Системы. 

Система представляет собой распределенное решение, которое задействует региональные структуры Заказчика. Предназначена для автоматизации процессов экологического контроля промышленных объектов в штатном режиме и в нештатных/аварийных ситуациях, оценки экологической обстановки в зонах влияния промышленных объектов, формирования и ведения учетно-отчетной документации, предусмотренной требованиями природоохранного законодательства и нормативной базы РФ.

Реализованная функциональность системы позволяет решать следующие задачи:

• Контроль загрязнения почв, атмосферного воздуха, водных объектов и возникновения отходов производства.

• Мониторинг источников загрязнения и состояния компонентов природной среды.

• Регистрация и контроль показателей состояния окружающей среды. Разработка нефтяного месторождения на шельфе

• Регистрация гидрометеорологических показаний.

• Сбор, накопление и обработка информации об источниках воздействия на окружающую среду.

• Учет природопользования.

• Управление природоохранными мероприятиями.

• Обеспечение результатами Дистанционного Зондирования Земли.

• Анализ текущей экологической обстановки и прогнозирование динамики развития. Поддержка принятия плановых и экстренных решений в области охраны окружающей среды.

• Формирование государственной отчетности в области охраны окружающей среды и природопользования, контроль выполнения требований надзорных органов.

• Расчет платежей за негативное воздействие на окружающую среду и контроль за их осуществлением.

С учетом специфики района необходимо также внести в информационную систему экологического мониторинга наблюдение за следующими параметрами:

• Изменение толщины и температуры сезонноталого слоя на участках техногенного нарушения природной среды.

• Вытаивание залегающих на небольшой глубине пластовых льдов.

• Активизизация термокарста в связи с техногенным воздействием.

• Развитие техногенных деформационных процессов. Надежность инженерно-технических сооружений зависит от деформационной составляющей техногенной, а также природной геодинамической опасности.

Система осуществляет прием от диспетчерских систем текущих характеристик состояния природной среды в области мониторинга, включая климатические условия, влияющие на результаты моделирования загрязнений, загружает в автоматическом режиме данные дистанционного зондирования Земли из космоса и материалы тематического дешифрирования в виде растровых и векторных изображений. Применение геосервисов позволяет работать с пространственной составляющей экологической информации.

Описание ГИС-компоненты. 

Информация о состоянии окружающей среды имеет пространственную привязку (контрольные замеры производятся в строго определённых точках с заданными координатами, технологические объекты расположены в зоне лицензионных участков и т. п.), поэтому для работы с пространственной информацией необходима подсистема ввода, обработки и анализа пространственных данных. Такой подсистемой является ГИС-компонента, интегрированная в ИСЭМ и реализующая в ней базовую функциональность ГИС, расширенную средствами пространственного анализа.

В соответствии с требованиями к системе ГИСкомпонента решает следующие классы задач:

• ввод, хранение и обновление пространственных данных – загрузка общегеографических и специализированных карт, растровых данных, данных дистанционного зондирования;

• информационно-справочные задачи– получение атрибутивной информации об объектах на карте (с возможностью дополнительного запроса в другие компоненты ИСЭМ для получения расширенного списка атрибутов), пространственный и атрибутивный поиск, интерактивное уточнение координат объекта путём выбора на карте;

• аналитические задачи– анализ взаимного расположения объектов, построение электронных карт распределения контролируемых параметров, отображение результатов прогнозирования распространения загрязнений.

База пространственных (БПД) данных ИСЭМ проектируется с учётом потребностей специалистов Мексиканский залив, радиолокационная съемка со спутника TerraSAR-X Airbus Defence and Space службы экологического мониторинга и содержит следующие тематические наборы данных:

• общегеографические слои – границы государств, регионов, водные объекты, крупные города, растровые карты-подложки;

• специальные слои– точки контроля (станции мониторинга состояния окружающей среды), технологические объекты (нефтяные платформы, нефтепровод, плавучее нефтехранилище), области действия нормативных природоохранных и технических документов РФ, экологических требований (а также внутренних регламентов компаний), местоположение событий (автоматически регистрируемые в ИСЭМ и отображаемые на карте внештатные ситуации);

• аналитические данные– аналитические карты производственного экологического мониторинга, оперативного экологического мониторинга (построенные для определённой области на основании точечных замеров состояния окружающей среды характеристики распределения наблюдаемых загрязнений), данные прогнозирования нефтяного загрязнения (сформированные на основе параметров, передаваемых из расчетных компонент ИСЭМ);

• данные дистанционного зондирования с космических аппаратов дистанционного зондирования Земли, векторные данные о загрязнениях, сливах нефтепродуктов с транзитных судов, сформированные в результате тематического дешифрирования снимков, а также другие растровые данные, получаемые из различных источников.

При необходимости база пространственных данных может быть расширена любым необходимым набором данных.

На уровне операционной системы работают вспомогательные для ГИС-компоненты сервисы:

• сервис актуализации карт– служит для управления картографическими сервисами, публикуемыми с помощью ArcGIS Server. В процессе работы в ГИС появляются новые слои (например, карты распределения, создаваемые пользователем), функционирующий на уровне службы Windows сервис вносит изменения в mxd-проекты, перезапускает картографические сервисы ArcGIS Server;

• сервис загрузки ДДЗ– осуществляет загрузку данных в БПД по расписанию либо по запросу из ИСЭМ. Взаимодействует с сервисом актуализации карт для обновления проекта и перезапуска картографического сервиса после загрузки данных.

Использование серверной ГИС-платформы позволяет организовать многопользовательский доступ с разграничением прав (на уровне серверной логики) на просмотр и редактирование пространственных данных на основе заданных правил (например, пользователь может удалять только построенную им карту распределения параметров).

ИСЭМ по структуре состоит из двенадцати подсистем– блоков, в семи из которых присутствует ГИС компонента. Возможность перехода к работе с картографическим сервисом имеется в функциональных блоках «Точки контроля», «Документы», «Экологические требования», «События», «Производственный экомониторинг», «Оперативный экомониторинг», «Прогнозирование нефтяных загрязнений».

Заключение. 

В результате внедрения системы Заказчик получит инструмент для работы с массивом экологической информации, оперативного реагирования на изменения экологической обстановки и, соответственно, значительное сокращение затрат при ликвидации ЧС, согласовании разрешительной документации в контролирующих органах, а также за счет минимизации рисков, связанных с действиями третьих лиц (например, сливы нефти проходящими судами).

Вывод.

Лицензионные участки освоения нефтегазовых месторождений расположены в различных физико-географических районах. Районы отличаются резко климатическими условиями, геолого-геоморфологическим строением территорий и всеми остальными компонентами ландшафтов, связанными с климатом и геологией. В связи с этим, мониторинг природной среды в каждом из этих районов будет автономным, отражающим всю специфику физико-географических условий существования природных экосистем. Отсюда результаты проведенных исследований и рекомендации по ведению хозяйственной деятельности нефтегазодобывающих предприятий, направленной на минимизацию ущерба природной среде, будут экстраполироваться только в границах указанных районов. Наряду с этим, несмотря на примерно одинаковую технологическую схему проведения научно-технических работ, организация мониторинга в каждом районе будет сильно отличаться объемом и последовательностью выполнения работ. Эти ожидаемые различия вызывают необходимость, прежде всего, проведения во всех районах рекогносцировочных обследований территорий с целью составления развернутой программы работ по организации мониторинга, содержащих перечень, объемы и последовательность выполнения работ, а также уточнения методик их выполнения.

Список литературных источников:

1. Виноградов, Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем [Текст] / Б.В. Виноградов. - М.: Наука, 1984. - 320 с.
2. Виноградов, Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем [Текст] / Б.В.
3. Виноградов. - М.: Наука, 1984. - 320 с. Исаев, А.С. Использование аэрокосмических методов для изучения состояния лесов. - Комплексный глобальный мониторинг состояния биосферы // Труды 3-го Международного симпозиума, Ташкент, 14-19 октября 1986 года. -Т. 2. С. 47-52.
4. Киреев, Д.М. Структура таежных ландшафтов и методы её дистанционного изучения (на примере Западно-Сибирской лесоболотной равнины) [Текст]/ Д.М. Киреев. - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1977.-214 с.
5. Лаверов, Н.П. Фундаментальные аспекты освоения нефтегазовых ресурсов Арктического шельфа России / Н.П. Лаверов, А.Н. Дмитриевский, В.И. Богоявленский // Арктика: экология и экономика. – 2011. № 1. – С. 26–37.
6. Материалы первого семинара ГИС-Ассоциации Геоинформатика в нефтегазовой отрасли" (Москва, 13 17 апреля 1998 г.).
7.  Ракунов, С.В. Современный подход к проектированию единого геоинформационного пространства предприятия ТЭК / С.В. Ракунов, А.П. Поздняков // Нефтяное хозяйство. – 2012. – Май.
8. Любушкин, В.И. Программа повышения эффективности нефтегазодобывающего производства ОАО «НК «Роснефть»-Сахалинморнефтегаз» / В.И. Любушкин, А.П. Поздняков // Нефтяное хозяйство. – 2003. – Ноябрь.
9. Поздняков, А.П. Практические аспекты автоматизации бизнес-проектов нефтегазодобычи на шельфе Сахалина / А.П. Поздняков // Нефтяное хозяйство. – 2003. – Сентябрь.
10. Самойлович, Г.Г. Применение аэрофотосъёмки и авиации в лесном хозяйстве [Текст]/Г.Г. Самойлович. - М.: Гослесбумиздат, 1953. -476 с.
11. 5. Седых, В.Н. Аэрокосмический мониторинг лесного покрова [Текст] / В.Н Седых. - Новосибирск: Наука, СО РАН, 1991. -240 с.
12. 6. Седых, В.Н. Леса Западной Сибири и нефтегазовый комплекс [Текст] / В.Н. Седых. - М.: Экология, 1996. - 36 с.
13. 7. Седых, В.Н. Лесообразовательный процесс [Текст]/ В.Н. Седых. -Новосибирск: Наука, 2009. - 164 с.
14. 8. Сухих, В.И., Синицин, С.Г., Апостолов, Ю.С. и др. Аэрокосмические методы в охране природы и в лесном хозяйстве [Текст] / В.Н. Сухих и др. - М.: Лесная промышленность, 1979. - 287 с