Авторизация

Логин:
Пароль:
Восстановить пароль
Регистрация
  • Форум
  • Блоги
  • Контакты
  • Новости
  • Продукты
  • Отрасли
  • Обучение
  • Поддержка
  • События
  • О компании
  • 1 (32) | 2005 ГИС в экологии подземного хранения газа

    Б.А. Ильичёв, С.Н. Жариков, Р.Б. Ильичёв, ООО «Подземгазпром», Москва,

    E-mail: ilyichev@velnet.ru

    Приступая к разработке природоохранной ГИС подземных хранилищ углеводородов в отложениях каменной соли - небольших, но интенсивно воздействующих на среду предприятий, - мы внимательно просмотрели подшивку ArcReview на предмет публикаций о природоохранных ГИС локального масштаба. Не о тех, что представляют собой оцифрованные карты мелких масштабов, а тех, что работают с пространством, в котором происходит трансформация среды на уровне реальных экосистем.

    Следует признать, что таких публикаций очень мало. И не потому, что журнал их избегает, а потому, что задачи геоинформационной поддержки экосистемно ориентированного мониторинга локального масштаба достаточно специфичны. В отличие от сравнительно простых - из-за скудости информации - схематизированных (стратиграфия) и математизированных (подземных воды) моделей геологической среды, отображение состояний «поверхностных сред» требует слишком много эмпирических знаний и навыков. Они частично реализуются в работе «по понятиям» (в хорошем профессиональном смысле) с большим весом «ручных» техник. Кроме того, в публикациях на природоохранные темы часто опускается средно-технологическая специфика промышленных объектов. Поэтому они представляют бoльший интерес для «чистых» геоинформатиков, чем для пользователя, имеющего дело с реальной «плотью» географического пространства-времени. Этот аспект уже обсуждался в кулуарных беседах на конференциях, которые проводит DATA+.


    Схема подземного хранилища.

    В связи с неизбежным началом широкого использования ГИС-технологий в практике ОАО «Газпром», наша организация, в соответствии со своей объектной ориентацией, подошла к необходимости создания Концепции природоохранной ГИС для подземных хранилищ углеводородов в каменной соли (ПХкс). В настоящей публикации мы поместили свои представления о содержании этой работы с рядом тематических иллюстраций, выполненных с помощью программных продуктов ESRI.

    Внедрение ГИС в практику нефтегазовых компаний, в том числе природоохранную, – актуальная и уже успешно решаемая задача сегодняшнего дня. ОАО «Газпром» тоже переходит от использования ограниченных статистических данных к информационной поддержке принятия управленческих решений в области природопользования. Начатая работа по формированию Корпоративного кадастра недвижимости (на начальном этапе – Корпоративного земельного кадастра) с неумолимой логикой ведет к созданию Корпоративной ГИС, ГИС субъектов Общества и отдельных предприятий. Актуальность природоохранных ГИС определена Концепцией современной системы управления природоохранной деятельностью ОАО “Газпром”. Однако на предприятиях Общества инициаторами внедрения ГИС являются, как правило, специалисты среднего – инженерного - звена, поэтому в VIP-эшелоне управленческие возможности ГИС осознаются достаточно слабо.


    Выделение областей выноса и аккумуляции потенциальных загрязнителей с поверхностным стоком в зоне возможного техногенного воздействия Волгоградского ПХГ. В равнинных условиях содержание загрязнителей в соседних не контрастных в рельефе местоположениях может различаться на порядки.

    Природоохранная ГИС - или ЭкоГИС - в оптимальном случае является модулем общей ГИС промышленных объектов разного уровня – от предприятия до корпорации – и представляет собой: а) инструмент многоаспектного управления природоохранной деятельностью; б) картографически достоверную документацию, сопрягаемую с любыми пространственно организованными данными предприятия и любых территориальных органов, и позволяющую определить зоны экологической ответственности и суммирования экологических эффектов, объемы и стоимость работ по охране окружающей среды (ООС) и т.д.; в) топологическую основу для пространственно-временного моделирования экосистемных и геологических процессов; г) базу данных производственных объектов предприятий и состояния окружающей среды. В силу комплексности и разнообразия экологической информации, формирование ЭкоГИС (особенно для задач территориального экосистемно ориентированного мониторинга) – достаточно сложно структурированная задача, требующая привлечения большой доли эвристического знания. Поэтому необходима разработка адаптированных концепций, технологий формирования, рабочих макетов и комплектов нормативно-методической документации для ЭкоГИС основных типов предприятий ОАО «Газпром» с выраженной спецификой средоизменяющего воздействия, обусловленной многообразием технологической специфики предприятий. Одним из таких высоко специфических объектов являются ПХкс.

    Средоизменяющее влияние ПХкс и ГИС-поддержка экологического мониторинга. Подземные хранилища в каменной соли – экономически эффективный способ депонирования многих продуктов. На глубине до 1800 м в резервуарах с единичным объемом от 25 тыс. до 2 млн.м3, построенных размывом соли через буровую скважину, хранятся газообразные и жидкие продукты, захораниваются высокотоксичные и радиоактивные отходы. Размыв сопровождается: отбором нескольких миллионов кубометров подземных вод с формированием депрессионной воронки в водоносном горизонте; закачкой строительного рассола с концентрацией выше 300 г/л в глубокие горизонты с формированием зоны репрессии; проседанием поверхности над каверной; потерей строительного рассола и жидких нефтепродуктов в водоносные горизонты и на поверхность с засолением почв, нарушением растительного покрова, загрязнением поверхностных и подземных вод. Типичными поллютантами на ПХкс являются хлоридно-натриевые рассолы и нефтепродукты. Их потеря в окружающую среду при строительстве одного резервуара превышает nx100 м3, регламентированные же утечки при эксплуатации - до 10 тонн в год. Размыв хранилища до суммарного объема, в среднем 4-10 млн.м3 в течение 10-20 лет, определяет длительное воздействие загрязнителей.


    Идентификация объекта (буровой скважины) и его атрибутивная характеристика.

    Засоление почв, сохраняющееся в зависимости от климата n - 100n лет, инициирует деструктивные процессы экосистемного уровня: вторичное засоление почв, их ощелачивание, осолонцевание, осолодение, усиление эрозии, заболачивание в гумидном климате и др. Для оценки и прогноза состояний среды в зоне техногенного воздействия ПХкс необходим мониторинг пространственно дифференцированных состояний экосистем и их компонентов, базирующийся на методологии ландшафтной геохимии. Такой экологический мониторинг (ЭМ) возможен при наличии эффективного инструмента его информационной поддержки - ГИС экологического сопровождения проекта, трансформирующейся в природоохранную ГИС (ЭкоГИС) объекта. То есть формирование ЭкоГИС по типовому проекту начинается на стадии проектных изысканий.

    Для ПХкс c зоной техногенного воздействия до 10 км2 уместен масштаб картографического представления 1:5 000 – 1:10 000. Основными аспектами применения ЭкоГИС при сопровождении инвестиционно-строительных проектов ПХ являются: а) создание документации проектных разработок на основе цифровой модели рельефа зоны техногенного влияния ПХ и производных покрытий, картографическое обеспечение проектных материалов; б) создание серии инвентаризационных картоидов с базой данных (БД) по всем компонентам экосистем и геосистем, в том числе по оценке природных ресурсов; в) создание картоидов устойчивости эко- и геосистем к видам антропогенного воздействия; г) поддержка управленческих решений - выбор стратегии проектирования, строительства и эксплуатации ПХ с учетом экономической и экологической составляющих; д) организация системы ЭМ на базе формирующейся ЭкоГИС с использованием материалов полевых наблюдений и, если это ситуационно оправдано, данных дистанционного зондирования. На работающем хранилище ЭкоГИС - инструмент информационной поддержки ЭМ, планирования и сопровождения природоохранной деятельности предприятия во всем ее объеме, экологического управления.


    Моделирование распространения аварийного выброса дизельного топлива при прорыве трубопровода для различных объемов выброса.

    Требования и информационные потребности БД ЭкоГИС ПХкс определяются Концепцией системы управления охраной окружающей среды ОАО «Газпром», требованиями подчиненных нормативных документов и ландшафтной геохимии как методологической основы ЭМ. Согласно им БД содержит 3 предметные области: 1) состояние Системы экологического управления на промышленном объекте; 2) экологические характеристики технологической системы объекта; 3) показатели состояния окружающей среды в зоне воздействия объекта. Организация информации подразумевает двух пользователей - экологическую службу предприятия и контролирующие органы, заинтересованные в фискальной отчетности. Принципиальная схема БД ЭкоГИС ПХкс приведена в табл. 1.

    Таблица 1. Структура предметной области БД ЭкоГИС ПХ

    Позиция

    Состав позиции

    А. Состояние системы экологического управления ПХ

    Руководящая документация

    Экологическая политика, программа, природоохранные задачи

    Мероприятия ООС

    Плановые и внеплановые мероприятия

    Статотчетность по природопользованию

    Фискальные формы: 2-ТП (воздух, водхоз, отходы, рекультивация), 4-ОС (затраты на охрану среды) и др.

    Аварийные ситуации

    Время, суть, экологические последствия, ущерб, реакция

    Экологические конфликты

    Контактеры, содержание контактов, реакция на инициативы контактеров

    Расходы на ООС

    Плановые, внеплановые, штрафные санкции (время, причина, размер)

    «Разрешительная» документация

    Лицензии на природопользование. Разрешения на применение, использование, хранение и транспортировку вредных и опасных веществ

    Нормативно-правовая документация

    Законодательная; нормативная; справочно-техническая; внутренняя природоохранная документация

    Экологическое страхование

    Сведения о договорах страхования и страховых событиях

    Экологический аудит

    Инициатор, время, результат, реакция

    Экологическая служба ПХ

    Структура, состав, распределение экологической ответственности

    Экологическое обучение

    Программы планового обучения: персоналии, тематика, сроки

    Б. Экологические характеристики технологической системы объекта

    Природопользование

    Горный и земельные отводы. Водопотребление и водоотведение

    Технологические установки

    Вредные и опасные для окружающей среды объекты и процессы

    Вредные и опасные в-ва

    Номенклатура и расход вредных и опасных веществ

    Выбросы, сбросы, отходы

    Источники загрязнения ОС. Расчетные нормы ПДВ и ПДС. Состав, объем, степень опасности выбросов, сбросов и отходов. Утилизация отходов.

    Организация сети производственного ЭМ

    Наблюдательная сеть на технологическом оборудовании. Метрологическое обеспечение ЭМ, лабораторная и приборная база, методическое обеспечение.

    В. Показатели состояния окружающей среды в зоне техногенного воздействия ПХ
    (собственно экологический мониторинг)

    Базовая инвентаризация - инициальный этап ЭМ зоны техногенного воздействия ПХ

    Хозяйственная оценка территории.

    Инвентаризационные характеристики окружающей среды (пополняются при очередном проведении Базовой инвентаризации): климатические данные; ландшафты; рельеф; геологическая среда (стратиграфия, подземные воды); газогеохимическое поле; поверхностные воды; почвы и почвенный покров; растительный покров; животный мир; ландшафтно-геохимическая обстановка.

    Сторонние воздействия на зону техногенного влияния ПХ.
    Идентифицированные экологические проблемы

    Текущий ЭМ зоны техногенного воздействия ПХ

    Значения фоновых параметров среды (вне зоны техногенного влияния ПХ).

    Текущее состояние компонентов окружающей среды: атмосферный воздух; газогеохимическое поле (в случае нештатных ситуаций); ландшафты; рельеф; поверхностные воды; почвы и почвенный покров; растительный покров; животный мир; подземные воды, ландшафтно-геохимическая ситуация.

    Сторонние воздействия. ЭМ рекультивированных территорий.

    Принципиальный набор основных покрытий ЭкоГИС ПХкс позволяет:

    • наглядно представить пространственную организацию природоохранной деятельности в зоне воздействия ПХ, результаты двух- и трехмерного моделирования текущих и прогнозных состояний и процессов в топологизированном пространстве;
    • наглядно показать пространственное распределение параметров текущих состояний компонентов окружающей среды и экосистемы в целом, развернуть их во времени для выявления экологических трендов, своевременного планирования природоохранных мероприятий;
    • получить топологическую основу для моделирования изменения состояний окружающей среды;
    • вычленять площади проведения тех или иных видов работ, планирования их очередности, расчета их стоимости;
    • обеспечить предприятие картографической основой для проектных и производственных работ;
    • формировать комплекты документации отчетов, аудитов, арбитража и пр.

    Набор основных покрытий ЭкоГИС ПХкс состоит из 4-х тематических групп, представленных в табл. 2.

    Разнообразие ландшафтных обстановок и их техногенная трансформация обусловливают широкое разнообразие покрытий-картоидов для инвентаризационных и процессных покрытий. Необходимость и логика тематики покрытий в каждом конкретном случае очевидна и не представляет сложности для специалиста-природоведа.


    Поле распределения коэффициента фильтрации на основе данных полевых опытов по точкам регулярной сетки.

    ЭкоГИС ПХ интегрируется с системой управления природоохранной деятельностью вышестоящей организации или Корпоративной ГИС, а также с территориальным отделением Единой государственной системы экологического мониторинга РФ при помощи ведомственных сетей или Internet.

    Актуальные вопросы внедрения ЭкоГИС в природоохранную практику ПХкс. Эффективное внедрение ЭкоГИС в природоохранную практику ПХ невозможно без решения двух задач.

    1. Создание концепции и рабочего типового макета ЭкоГИс для ПХ. Эта работа должна проводиться в русле разработки концепции ЭкоГИС ОАО «Газпром», желательно в рамках общей ГИС-концепции Общества. Это позволит обеспечить функциональную коммуникабельность ЭкоГИС различного уровня и принадлежности на основе непротиворечивости структуры баз данных и форматов представления информации. В качестве поддержки универсальной географической основы для ЭкоГИС в системе ОАО «Газпром» рекомендуется использовать программные продукты ESRI, изначально ориентированные на работу с географическим пространством. Именно они активно используются в нефтяных и газовых компаниях мира и Российской Федерации, в том числе в «Газпроме», и легли в основу сложившегося де-факто ГИС-стандарта нефтегазовых компаний. Минимизированный комплект программного обеспечения для поддержки пространственных данных ЭкоГИС включает настольные продукты ArcGIS с дополнительными модулями Spatial Analyst и 3D Analyst.

    2. Придание правового статуса ГИС-информации. ЭкоГИС не может служить инструментом эффективной и доказательной защиты объекта в экологических спорах и конфликтах без придания правового статуса содержащейся в ней пространственной и атрибутивной информации. Решение этой нормативно-правовой проблемы на федеральном и корпоративном уровнях позволят в полной мере воспользоваться управленческим потенциалом геоинформационных систем.

    Таблица 2. Набор основных покрытий ЭкоГИС ПХГ в каменной соли

    (пример для зоны техногенного воздействия Волгоградского ПХГ)

    Тематика

    Покрытия

    А. «Инвентаризационные» покрытия (исходные и этапные состояния природно-техногенных объектов)

    Цифровая матрица высот поверхности

    Высота поверхности, ее ориентация, крутизна, различные виды кривизны поверхности, водосборная и дисперсивная площади для точек поверхности

    Ландшафтная обстановка

    Распределение и состояние компонентов ландшафта в зоне техногенного воздействия промышленного объекта

    Ландшафтно-геохимическая обстановка

    Схема геохимической миграции. Система геохимических барьеров. Содержание потенциальных и реальных загрязнителей в почвах и водах.

    Поверхностные воды

    Объекты, гидрохимия, скорость течения, фауна.

    Растительность

    Геоботаническая карта. Охраняемые виды. Нарушения растительного покрова.

    Почвенная карта

    Почвенный покров. Мехсостав почвообразующих пород. Эродированность.

    Земельные угодья

    Карта землеустройства; Экологически значимые приемы землепользования.

    Грунтовые и подземные воды

    Пьезометрические уровни, дебиты, гидрохимия, направление тока. Пласт-коллектор: кровля, подошва.

    Стратиграфия породной толщи

    Стратиграфическая колонка, простирание, уровни кровли и подошвы, принципиальные профиля.

    Соляной массив

    Кровля массива, подошва массива, границы в плане, 3D-представление

    Тектоника

    Система блоков и разломов.

    Газогеохимическое поле

    Исходное и срочные состояния газогеохимического поля по 3-м уровням опробования (поверхность, почва, скважина)

    Б. «Объектные» покрытия (размещение и характеристика технологических объектов ПХ)

    Отводы и зоны

    Граница горного отвода. Граница промплощадки ПХ. Границы полигона водозабора. Границы селитьбы.

    Производственные объекты

    Скважины. Трубопроводы. ЛЭП. Производственные здания. Дороги.

    Система ЭМ

    Граница СЗЗ. Граница зоны техногенного воздействия объекта. Сеть точек наблюдения ЭМ: основные, вспомогательные, типизация по назначению.

    В. «Процессные» покрытия (динамика и прогноз экосистемных процессов состояний)

    Ареалы загрязнения

    Источники загрязнения, зоны миграции и аккумуляции. Площадь, концентрация, глубина проникновения загрязнителя. Динамика ареалов загрязнения.

    Газовая геохимия

    Точки опробования. Значения. Поля концентраций по уровням съемки. Поля прироста концентраций.

    Нарушения поверхности

    Вид воздействия, характеристика снятого-насыпанного слоя.

    Эрозия почв

    Ареалы, вид эрозии, ее интенсивность. Динамика эрозионных площадей.

    Засоление почв

    Ареалы засоления, характеристики засоления. Динамика ареалов засоления.

    Осолонцевание почв

    Ареалы осолонцевания с указанием его степени, динамика ареалов.

    Ощелачивание почв

    Пространственное распределение величины рН, временная динамика.

    Геодинамические процессы

    Локализация, амплитуда, скорость, ареалы опасных тенденций.

    Пласт-коллектор

    Модельная и реальная динамика напоров и состава вод.

    Г. «Инженерно-экологические» покрытия

    Г.1. Экологическая защита

    Реабилитационные мероприятия

    Планирование и проведение рекультивационных работ: типизация рекультивируемой территории, определение площади и очередности работ, сроки, объемы работ и их стоимость.

    Инженерные сооружения

    Моделирование размещения, оценка объема работ, материалоемкости и затрат.

    Отчетные материалы: размещение объектов, сроки, затраты.

    Г.2. Производственная безопасность (в т.ч. мероприятия ГО и ЧС)

    Прогнозирование аварийных ситуаций на ПХ

    Производственный риск при авариях на ПХ

    Последствия прогнозируемых и реальных аварий на ПХ

    Подписи (номеров рисунков не вставлять)

    (Рис. 1)




    Версия для печати