Виды и формы нарушений и загрязнений природной среды

В настоящее время разработано большое количество классификаций источников техногенного воздействия на ОС при проведении различного вида работ, обеспечивающих добычу углеводородов.

Прежде всего выделяют первичные источники техногенеза: транспортные средства в период проведения геолого-разведочных работ с целью определения перспектив нефтегазоносности. К ним же можно отнести базовые лагеря геологов и геофизиков, строительные машины и механизмы для возведения временных коммуникаций и жилых поселков, вертолетных площадок, складов ГСМ. Все эти объекты требуют временного отчуждения земель, а техногенные воздействия проявляются фрагментарно, могут быть рассредоточены по зна­чительным площадям, с большим трудом поддаются контролю и оценке воз­действия на ОС. Масштабы воздействия на ОС в период первичного техноге­неза могут увеличиваться в десятки и сотни раз по сравнению с начальным (незатронутым) этапом работ за счет ненормированных воздействий, напри­мер автотранспорта.

Вторичные источники техногенеза наиболее часто развиваются от первич­ных, но проявляются более локализованно и обусловлены стационарными воздействиями. Вторичный техногенез активно проявляется при строительстве более долговечных сооружений (буровых площадок, кустов скважин и других промышленных и хозяйственных объектов), которые в разной степени воздей­ствуют на все компоненты ПС. Однако спектр таких воздействий более разно­образен по сравнению с первичными, поскольку число механизмов, техноло­гий и используемых материалов резко возрастает, что, естественно, приводит к более разнообразным формам воздействия. Это же касается и начала образова­ния потоков ЗВ в ОС. В современном нефтедобывающем комплексе применя­ется более 2 тыс. разновидностей химических соединений, которые по генези­су чужды естественным потокам веществ в ландшафтах.

Из стационарных источников кроме буровых установок и технологических механизмов подготовки нефти к транспорту наибольшие по масштабам вторичные воздействия оказывают коммуникации (временные подъездные доро­ги, карьеры для выемки песчано-гравийных смесей, водоводы, ЛЭП, склады ГСМ, временные жилые поселки и др.). На этой стадии в нефтедобывающей отрасли доминируют такие нарушения, как загрязнение гидросферы, почв про­дуктами отходов бурения, нарушение почвенного покрова, сведение лесов, на­рушение теплового баланса в системе "атмосфера - грунт - мерзлота", появле­ние многих нежелательных экзогенных инженерно-геологических процессов.

И наконец, третичная стадия динамики техногенеза возникает при эксплуатации уже сложившейся инфраструктуры добывающего предприятия. Чаще для приповерхностной части литосферы она проявляется в виде развития не­желательных экзогенных процессов, связанных с эксплуатацией стационарных устройств. Это развитие просадок, оползней и других явлений под линейными сооружениями (дорогами, ЛЭП, нефтесборными коллекторами); загрязнения почвенного покрова, подземных и поверхностных вод добываемыми флюида­ми, бытовыми стоками, продуктами технологии подготовки нефти и газа, ГСМ и другими веществами.

Для биоты третичная стадия техногенеза выражается в замене традицион­но-типичных форм растительности восстановительной серией или принципиально новыми видами растительности, в изменении путей естественной миг­рации животных, в исчезновении особей и даже целых видов растительного и животного мира.

По мере эксплуатации залежей возникают глубинные индуцированные геодинамические эффекты, связанные с перемещением флюидов в глубоких эта­жах литосферы. Энергетика глубинной миграции контролируется большой совокупностью геодинамических факторов, которые при определенных масш­табах воздействия начинают менять характер, что приводит к эволюции гидро-геодинамического и гидрогеохимического полей. Возникают процессы интен­сивных сжимающих и растягивающих напряжений в породах, которые приводят к разгерметизации ранее существовавшей структуры нефтегазоносной зале­жи. Существовавшие ранее флюидоупоры в периоды интенсивных возмуще­ний не могут обеспечить своей функции и начинают пропускать флюиды в горизонтальном и вертикальном направлениях. Это приводит не только к про­явлению таких известных процессов, как заколонные перетоки нефти и газа, которые могут выходить на поверхность земли, но и к довольно значительным просадкам поверхности земли, достигающим нескольких метров. Геодинами­ческие эффекты проявляются и в других видах, например в возникновении на­веденной сейсмичности, активизации тектонических подвижек и др.

В отличие от первичных и вторичных источников техногенеза третичные чрезвычайно трудно поддаются изучению и прогнозу, поскольку их эффекты проявляются на более поздних стадиях освоения месторождений, когда интенсивно применяются вторичные и третичные методы повышения нефтеотдачи коллекторов. Не исключено их проявление после снятия производственных мощностей по добыче углеводородов, т.е. на стадиях после ликвидации инф­раструктуры месторождения. Например, оно может выразиться в засолении водоносных горизонтов, содержащих пресные подземные воды, в результате вертикальной миграции соленых вод по затрубному пространству некачествен­но заглушённых скважин при их ликвидации или при восходящей фильтрации через литологические "окна" в перекрывающих породах, которая может разви­ваться десятилетиями.

Подавляющее большинство воздействий на природную среду относится к целенаправленным, под которыми понимается весь комплекс сознательно осуществляемых действий, необходимых для обеспечения жизнедеятельности че­ловеческого общества и поддержания (улучшения) природной обстановки. Этот вид воздействий предусматривается проектами и контролируется как в период строительства, так и при эксплуатации сооружений. Целенаправленные воз­действия по природе могут быть механическими, физическими, химическими, биологическими и др. [3].

Другой тип воздействий отнесен к стихийным, или непроизвольным, он является следствием целенаправленных воздействий и не контролируется при стечении соответствующих обстоятельств.

Различают прямые воздействия на природу, связанные с непосредственным влиянием человека на те или иные природные ресурсы, и косвенные, являющиеся следствием прямых. Например, рубка леса (не затрагивая другие при­родные ресурсы) оказывает косвенное воздействие на водный режим почв, вод­ность рек, условия для ветровой и водной эрозии и др. Процессы при данном виде воздействия могут быть неизбежными, а также сопутствующими, обра­тимыми и необратимыми. Например, процессы осушения грунтов приводят к существенному их уплотнению; а нарушение мохового покрова в принципе процесс обратимый, как и многие механические повреждения почв. На рис. 5.1 приводится схема возможных процессов, влияющих на изменение природной обстановки в районах воздействия предприятий.

Источники воздействия также можно классифицировать следующим обра­зом:

- по объектам - компонентам ОПС: атмосфера, почвы, поверхностные и подземные воды, литосфера, животный и растительный мир, социум;

- передвижные, стационарные, рассредоточенные по площади и сосредоточенные, с ярко выраженной направленностью;

- по динамике во времени могут быть периодические и постоянные;

- по критериям восстановления среды - самовосстанавливающиеся и несамовосстанавливающиеся;

- по количественным параметрам - по площади нарушенности (%), по превышению нормативов (ПДК, ПДУ, ПДТН, ПДС и др.), фона, кларка, концентрации веществ, способности к комплексообразованию, миграции в сре­дах, токсичности, толерантности и др.

В общем виде разновидности источников и видов воздействия, формирую­щие целенаправленный антропогенез, могут быть сведены к следующей схеме рис. 5.1).

По аналогии с горным производством [83] под влиянием нефтегазодобыва­ющего предприятия на ОС будем понимать процесс обмена веществом, энергией или информацией с природными компонентами, в результате которого в ОС происходят количественные изменения, не превышающие предельно до­пустимых значений. Для оценки этих изменений их сравнивают с фоновыми i находящимися вне зоны влияния) количественными и качественными значе­ниями показателей в элементах литосферы, гидросферы, атмосферы, фито-, зоо- и микробиоценозах.

Под воздействием производства на ОС понимается тот же процесс обмена веществом и энергией, в результате которого в компонентах ОС происходят качественные и количественные изменения (нарушения или загрязнения), превышающие предельно допустимые нормативы (ПДВ, ПДС, ПДУ и др.).

Рис. 5.1. Принципиальная типизация антропогенных воздействий на природную среду

Показатели воздействия тех или иных технологических процессов определяют их необходимую регламентацию и количественно выражаются в виде интенсивности воздействия, степени воздействия и опасности воздействия.

Интенсивность воздействия характеризует величину нарушения (1_Н) или загрязнения (/,) ОС в единицу времени: г/с, кг/ч, т/год, м²/с, га/год, ед./год. По этим критериям нормируются выбросы предприятиями вредных веществ в атмосферу, сбросы в водный бассейн, площади нарушений, рекультивации земель и другие природоохранные показатели.

Показатель степени воздействия технологических процессов характеризу­ет относительную величину поступления загрязняющих веществ в ОС от об­щего количества выделившихся веществ в виде выброса, сброса (/V,), а также нарушенность компонента (N_H) от общей его площади или количества. На основании показателя степени воздействия (%) оценивается эффективность работы очистных и пылегазоулавливающих сооружений, площади отработанных земель и т.д.

Под опасностью воздействия на ОС понимается соотношение между реальной (фактической) интенсивностью воздействия и нормативной. Такими нормами при загрязнении являются предельно допустимые выбросы в атмос­феру (ПДВ), предельно допустимые сбросы в гидросферу (ПДС), при других видах воздействия - предельно допустимые нагрузки (ПДН) на природные ком­поненты. Опасность воздействия определяется по соотношениям 5.1-5.3:

; (5.1)

; (5.2)

; (5.3)

при j>1 опасность воздействия существует; при у < 1 технологический процесс воздействует на среду слабо или совсем не воздействует.

Различают также биоморфологические изменения, связанные с различны­ми формами угнетения или деградации растительности. Последствия таких нарушений - образование вторичных техногенных ценозов, снижение ценности угодий (продуктивности), изменение водно-физических свойств подстила­ющих грунтов.

Биохимические нарушения обусловлены привносом в почвы химически не свойственных соединений-загрязнителей, потерей почвой питательных веществ, изменением ее химического состава за счет вторичных техногенных изменений.

Довольно важным понятием является форма нарушения, под которой понимается оконтуренная границей (в виде контура или ареала) структурная едини­ца природно-технической системы, возникшая в результате воздействия неф­тедобывающего производства в каком-либо природном компоненте. Формы нарушения весьма разнообразны и объединяются в группы или типы (рис. 5.2).

Указанные группы возникают в результате следующих видов воздействий.

Деформации - изменение напряженного состояния грунтов или массивов, появление зон трещиноватости или уплотнения грунтов в зоне ведения работ, уплотнение и разрыхление поверхностного слоя, прогиб поверхности без разрыва сплошности, с разрывами, появлением трещин и др.

Провалы различных видов, зоны обрушения, промоины или размывы грун­тов.

Выемки - карьерные, котлованные, траншейные, резервы (придорожные).

Насыпи - отвальные, гидротехнические, кавальеры дорожные.

Застройка - отдельные здания и сооружения, промплощадки, транспорт­ные, энергетические и другие коммуникации, жилые поселки.

Гидродинамические типы нарушений делятся на следующие виды:

- для гидрологической группы выделяются затопления рельефа вследствие создания искусственных преград, истощение водотоков и водоемов за счет изменения компонентов водного баланса (например, искусственного осушения болотного массива, интенсивного отбора вод и др.);

Рис. 5.2. Типизация нарушений природной среды

- для гидрогеологической группы - подтопление грунтовыми водами вплоть до выхода на поверхность, образование депрессионной воронки, осушение:

- связанные с механическим разрушением, транспортировкой и переотложением частиц, выщелачиванием и растворением частиц.

Приземные аэродинамические изменения происходят за счет разряжения (зона аэродинамической тени за сооружением), возмущения (изменение направления и скорости потока в приземном слое), температурных инверсий.

Фитоценотические изменения: повреждения (угнетение доминант, уменьшение продуктивности и ареала распространения), уничтожение (полная за­мена доминанты в фитоценозе).

Зооценотические изменения связаны с распугиванием и уничтожением животных, интродукцией и изменением видового состава зооценоза.

Микробиологические изменения обусловлены угнетением, уничтожением, интродукцией.

По природным средам загрязнения можно также подразделить на типы, группы и виды (рис. 5.3).

Для литосферного загрязнения характерны следующие виды:

-загрязнение земной поверхности твердыми нерастворимыми веществами, запыление тонкодисперсной пылью, загрязнение нефтепродуктами;

-закисление растворимыми соединениями (рН < 6,5), раскисление (рН > 8,5);

-минерализация тяжелых металлов и радиоактивных веществ.

Для массива горных пород характерны следующие виды загрязнений:

- залипание глинистыми частицами;

- загрязнение растворами металлов, органических и других соединений; -тепловое, связанное с изменением геотермического режима грунтов и гор­ных пород; -акустическое, обусловленное проведением взрывов.

Рис. 5.3. Типизация загрязнений природной среды

В водотоках формы загрязнения подразделяются на: вызванные загрязнени­ем растворенными химическими веществами с последующим выделением нормальных, кисловатых, кислых, подщелочных и щелочных типов вод; по минерализации от пресных до рассолов с выделением различных категорий жест­кости; по мутности, вызванной взвесями, и загазованности (растворение SО₂, СО₂, СН₄, С„Н_т и др.). Для группы сапробных соединений выделяются автрофные виды и гипертрофные, возникающие за счет чрезмерного размножения мельчайших организмов в водоемах и водотоках. Обычно сопровождается па­дением содержания кислорода и ростом БПК.

Тепловое загрязнение гидросферы обусловлено локальными сбросами хозяйственно-бытовых, технических сточных вод в водоемы и подземные воды.

Атмосферные газообразные вещества представлены сернистым ангидридом, оксидом углерода, фенолами, органическими соединениями; жидкие загрязнители - масляным туманом, супертонкими, тонкодисперсными, грубодисперсными брызгами; твердые - пылью органической и неорганической, сажей, смолистыми веществами, в том числе канцерогенными.

Из физических разновидностей загрязнения атмосферы наиболее часто выделяют тепловые, возникающие при нагретых выбросах в атмосферу, акустические -при работе различных механизмов и взрывов, а также электромагнитные колеба­ния, обусловленные передачей электроэнергии и работой электроприводных механизмов.

Для фитоценозов свойственны загрязнения в форме самозарастания и некрозов; для зоо- и микробиоценозов загрязнение рассматривается как увеличе­ние численности определенного вида животных или микроорганизмов или привнесение новых видов (инвазия пришельцев).

Рассмотренные формы, виды, типы загрязнения природных компонентов имеют принципиальное значение при оценках воздействия нефтегазопромысловых предприятий, регламентации их деятельности, организации системы мониторинга и планирования реабилитации природных комплексов.

Оценка источников воздействия на ОС проводится с двух позиций: по источникам либо по средам. При этом применяются два принципиальных подхода:

- оценка возможного воздействия на каждый компонент ОС всех источников воздействия;

- оценка воздействия каждого источника на все компоненты ОС.

Считается, что при первом подходе появляется возможность выполнения интегральных оценок нагрузок и определения устойчивости экосистем в целом.

Под устойчивостью природных систем понимается их способность противостоять техногенным воздействиям, сохраняя свою структуру и функцио­нальные особенности, или способность возвращаться к исходным структуре и функциям после снятия техногенных нагрузок. Критериями количествен­ной оценки степени устойчивости систем или элементов является их способ­ность или неспособность к саморегенерации после снятия техногенных воз­действий.

Так, для ландшафтов (урочищ) криолитозоны системы считаются устойчивыми, если самовосстановление компонентов происходит за 1-2 года; относи­тельно устойчивыми, если самовосстановление компонентов происходит за 3-5 лет; слабоустойчивые системы регенерируются поэтапно со сменой рас­тительных сообществ; неустойчивые не способны к самовосстановлению, для регенерации требуется стабилизация и техническая биорекультивация; крайне неустойчивые системы не способны к реабилитации, не выдерживают малых кратковременных нагрузок, для регенерации требуется безотлагательное сня­тие техногенных нагрузок и комплексная рекультивация [80].

Особенно большой ущерб ОС наносят аварии, приводящие к залповым выбросам и сбросам поллютантов в природные среды, а также пожары. Аварий­ные сбросы, ведущие к резкому возрастанию интенсивности и опасности воз­действия, загрязняют большие пространства за короткие периоды (значительно меньшие, чем период самовосстановления экосистем). Пожары, связанные с авариями, сопровождаются горением нефтепродуктов в условиях высоких тем­ператур, наносят "стрессовые удары" не только водам и почвенно-растительному покрову, но и зоомикроценозам.

Значительную опасность для биоты представляют также длительные по времени превышения нормативов нагрузок (ПДН, ПДВ и ПДС), относимые к хроническим загрязнениям ОС. Эта разновидность загрязнений приводит к превышению пределов самоочищения природных компонентов, вследствие чего наступает деградация экосистем.

В свете вышесказанного принципиальной является классификация пространственно-временных масштабов источников воздействия (табл. 5.1).

Установление пространственно-временных масштабов воздействия сопряжено с определением его направлений и границ. В свою очередь установление границ воздействия и интенсивности необходимо при проведении регламента­ции деятельности предприятий и в проектных оценках при рассмотрении аль­тернативных вариантов производственной деятельности.

Таблица 5.1 Пространственные и временные масштабы воздействия, ПО [80]