Глава 8. Информационное обеспечение

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Особая роль в системе мониторинга ОС принадлежит информационному обеспечению, исходной документальной основой которого служат компьютерные карты геоэкологического содержания и цифровые банки и базы данных. А сама система мониторинга нами рассматривается как составная часть региональной информационной модели по геоэкологической оценке, прогнозу состояния территории. Такая модель, отображая результаты геоэкологических исследований, дает возможность осуществлять функциональный анализ различных влияющих факторов, качества и состояния эколого-геологической обстановки и установить причинно-следственные связи между влияющими факторами и изменениями ОС. Сопоставление фоновых характеристик с наблюдаемыми негативными отклонениями, своевременное прогнозирование изменений во времени и в пространстве неблагоприятных тенденций в развитии того или иного процесса или явления позволят своевременно принимать решения об изменении технологического режима производства, проведении необходимых природоохранных мероприятий, и тем самым регулировать качество среды.

8.1. Региональная информационная модель геоэкологических

исследований

По своей сути экологический мониторинг представляет информационную систему наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии ОС, созданную с целью выделения техногенной и антропогенной составляющих этих изменений на фоне природных процессов. Геоэкологические исследования направлены на получении количественных оценок этих изменений и выявление конкретных связей между воздействием человека на природную среду, вследствие его производственной деятельности, и ответной реакции биоты.

В качестве инструмента выполнения оценки и прогноза последствий освоения нефтегазовых ресурсов региона может быть использована территориальная геоинформационная модель. Она представляет собой информационно-компьютерную систему, которая, адекватно отображая результаты геоэкологических исследований, позволяет выполнить их системный анализ с целью оценки, прогноза состояния природной среды и обоснование мероприятий по ее защите при освоении минерально-сырьевых ресурсов территории. Структура региональной информационной модели по геоэкологической оценке состояния территории применительно к условиям Европейского Севера России представлена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Структура информационной модели геоэкологических

исследований

В ее основу положен блочный принцип. Такой подход позволяет независимо разрабатывать отдельные компоненты системы и использовать их сразу в нескольких целях как внутри системы, так и при решении других задач. Рассмотрим подробнее назначение и содержание блоков, а также принципы, по которым происходит взаимодействие между ними.

В процессе геоэкологического исследования происходит сбор и обработка информации о районе проведения работ и зоне потенциального воздействия объектов, проводятся различные лабораторные анализы. По их результатам заполняются информационные базы данных (ИБД). В них информация по анализам распределяется по тематическим группам (вода, почвы, донные отложения, экология, геохимия и пр.). Каждая группа в свою очередь разбивается на подгруппы (полный химический анализ, спектральный анализ сухого остатка, содержание нефтепродуктов, содержание фенолов, состав, плотность, пластичность, влажность, поэлементный анализ и др.).

Наряду с формированием ИБД, полученные результаты используются для создания типологических карт геологического и экологического содержания. На таких картах отображается, как правило, один-два, реже более, элемента геологической среды (например, данные об экзогенных геологических процессах, характеристики грунтов и горных пород, возможные пути миграции и участки аккумуляции нефтезагрязнений, геопатогенные зоны, модуль техногенной нагрузки и другие показатели). Эти сведения необходимы для получения расчетных характеристик, используемых при проектировании промысловых сооружений, оценке воздействия на ОС нефтяных и газовых комплексов и решения ряда других задач. Карты являются уникальным информационным документом, дающие полное представление о пространственных характеристиках природной среды и позволяющим на основе их ситуационного анализа проводить различного рода исследования для решения задач недропользования.

Математический аппарат, используемый при обработке первичных данных, обширен и включает в себя методы фильтрации, регуляризации, интерполяции, экстраполяции и другие стандартные технологии.

Информационные базы данных и типологические карты служат основой для построения цифровых моделей карт (ЦМК). Базовым инструментом для создания ЦМК являются географические информационные системы (ГИС). ГИС представляют собой информационные системы, предназначенные для сбора, хранения, обработки и графической визуализации данных, распределенных в пространстве и времени, и сопутствующей информации: промысловых объектах, источниках загрязнения, особо охраняемых природных территориях и т. д. Большим достоинством ГИС является возможность использования цифровых топооснов для создания тематических карт: вся информация точно привязывается к местности через систему географических координат.

Современные геоинформационные системы обладают не только встроенными языками программирования, но и дают возможность использовать и другие алгоритмические языки, такие как С++, Delphi, Visual Basic и др., а также конвертировать данные и результаты расчетов, в том числе и по математическим моделям, в другие программные продукты, например, электронные таблицы.

Поэтому ГИС также применяются при разработке приложений с целью обеспечения управления информационными ресурсами о минерально-сырьевой базе и организации доступа к геологическим данным.

Следующей важной составной частью информационной модели является блок геоэкологического районирования. Проведение районирования предполагает разработку методики оценки экологического состояния территории, а также формулирование принципов геоэкологического картографирования и геоэкологического районирования. Поскольку на экологическую ситуацию оказывает влияние одновременно множество факторов, то важнейшей проблемой является поиск единого интегрального показателя, позволяющего оценить состояние компонентов геологической среды территорий на региональном уровне. Одним из подходов по интегральной оценке экологического состояния среды являются классификации, основанные на балльных оценках: сумма показателей влияющих факторов, выраженная в баллах, позволяет легко сравнивать объекты и их участки. Недостатком балльных классификаций является постулирование равной значимости факторов, что приводит к искажению, иногда весьма значительному, суммарных оценок. Для преодоления этого недостатка предлагается использовать весовые коэффициенты влияющих факторов. Веса определяются при помощи экспертных опросов, с последующей их статистической обработкой.

Такой подход положен в основу районирования с использованием экспертно-аналитической системы (ЭАС) анализа и обработки факторов, влияющих на экологическое состояние геологической среды. Она является составной частью информационно-компьютерной системы обеспечения разработки недр и состоит из трех самостоятельных разделов – банков данных, аналитической и экспертной систем. ГИС-технологии являются той информационной средой, где осуществляется их взаимосвязь, пространственное совмещение комплексной геолого-экологической и другой информации, представленной в виде тематических слоев, баз и банков данных. Интегральная экологическая оценка территории и создание геоэкологических карт для ее районирования с применением ЭАС производится в следующей последовательности:

• выбор влияющих факторов;

• разработка показателей влияющих факторов;

• расчет балльных оценок показателей;

• расчет весовых коэффициентов влияющих факторов;

• расчет суммарных балльных оценок;

• разработка шкалы разграничения остроты экологической ситуации по сумме балльных оценок;

• проведение районирования территории.

Интегральная экологическая оценка, основанная на экспертных балльных классификациях с учетом весовых коэффициентов влияющих факторов, дает возможность исследовать не только существующую ситуацию, но и позволяет путем составления прогнозов показателей оценить потенциальную экологическую опасность воздействия на территорию в связи с усилением темпов разработки нефтяных и газовых месторождений.

Блок прогнозирования состояния геологической среды предназначен для выполнения исследований по оценке уязвимости, устойчивости и рисков, связанных с разработкой недр. Этот блок в практическом отношении имеет наибольшее значение. Выполненные на данном этапе исследования и анализ показывают, что наиболее важные природные факторы, которые существенным образом могут влиять на состояние геологической среды и определять ее устойчивость в условиях европейской части Севера России, следующие:

• многолетняя мерзлота;

• экзогенные геологические процессы;

• тип горных пород, грунтов и почв, их физико-механические и геохимические свойства, определяющие создание геохимических барьеров;

• характеристика растительного покрова;

• естественная защищенность подземных вод;

• рельеф земной поверхности;

• тектоническая нарушенность и неоднородность пород;

• геодинамическая активность, сейсмичность.

Создаваемая и развиваемая геоинформационная модель с применением современных ГИС-технологий для экологической оценки состояния геологической среды и влияния на него освоения минерально-сырьевых ресурсов территории послужит основой при разработке специальных предупреждающих систем, необходимых для осуществления регионального планирования. Она позволит поднять эффективность принятия управленческих решений в этой сфере и добиться недропользователям получения положительных экономических результатов с минимальным ущербом для ОС.