Аварийные разливы нефти

В настоящее время человечество переживает углеводородную эру. Нефтяная отрасль является главной для мировой экономики. В нашей стране эта зависимость особенно высока и сопровождается значительным загрязнением окружающей среды.

Одна из первых зарегистрированных из космоса крупных аварий связана с нефтяной скважиной Икцток-1 вблизи острова Юкатан в Мексиканском заливе, когда в июне 1979 г. ежедневно в акваторию выливалось более 4 тыс.т нефти и при этом удалось выявить особенности распространения нефтяных загрязнений. Нефть выливалась в залив в течение почти 10 месяцев. Комплексные исследования с самолётов и ИСЗ /GOES, Nimbus-7, Niros-N, Landsat-3/ показали, что для обнаружения разливов нефти наиболее удобны съёмки с помощью аппаратуры высокого пространственного разрешения в ультрафиолетовой и синей чаcти спектра и в меньшей степени в ближней ИК области длин волн ( что согласуется с приведенными выше рис. 8.5 - 8.9.).Нефтяные пятна распознаются также по температурному контрасту с фоном при съёмке в тепловой ИК-части спектра.

В 2000 г. объем танкерных перевозок сырой нефти и нефтепродуктов водным путем достиг 1 млрд т/год. Потери при разработке нефти на шельфе составляют 0,1 млн т/год. В настоящее время в России из 215 тыс. км магистральных трубопроводов пятая часть эксплуатируется более 40 лет, а более половины - свыше 30. Статистика закономерно связывает увеличение аварийных ситуаций на нефте-газо трубопроводах с их возрастом.

Поэтому среди многочисленных техногенных факторов негативного воздействия на природу нефть занимает одно из ведущих мест, попадая в окружающую среду как в процессе добычи, транспорта, переработки, хранения и ис­пользования нефтепродуктов, так и в результате аварийных разливов нефти. Нефть и природные горючие газы обеспечивают в настоящее время более 60% потребностей мировой энергетики.

Крупные аварии происходят не часто, в основном утечки нефти происходят при авариях на небольших внутри- или межпромысловых нефтепроводах.

По официальным данным Министерства топлива и энергетики Российской Федерации в среднем в России происходило 20тысяч порывов нефтепроводов в год, т. е. в среднем около 55 в день. Среди этих порывов в среднем ежегодно происходит несколько крупных. Самый крупный прорыв произошел в августе 1994 года в Республике Коми нефтепроводе Харьяга-Усинск (рис.8.11). При этом вылилось, по данным владельцев нефтепровода ОАО «Коминефть» — около 70тыс. тонн нефти, по данным Всемирного банка и экологических организаций типа Гринпис, около 100 тысяч тонн. Район аварии входил в бассейн реки Печоры и возникла угроза выноса громадных масс нефти в Печору и далее в Баренцево море. Снимки с ИСЗ SPOT , полученные смещением изображений в разных спектральных интервалах видимого и ближнего ИК областей спектра(Р+XS) , зафиксировали тёмные пятна разлившейся нефти в тундре в дельте рек Печоры, Колвы и Уса.

Рис. 8.10.

Рис.8.11 Изображение разлива нефти (чёрные пятна, светлые области соответствуют заснеженным местам) в тундре в республике Коми РФ, сделанное в сентябре 1994г с ИСЗ SPOT /с пространственным разрешением 10м / в дельте рек Печора, Колва и Уса.

Свежие разливы выделяются на снимке достаточно легко, так как они имеют открытую нефтяную поверхность, а глубина нефтяного слоя может достигать нескольких десятков сантиметров. Ситуация со старыми разливами существенно являются более сложными, так как они представлены на снимке контурами со сложной внутренней структурой и с различными значениями яркости в разных каналах. Это объясняется тем, что поверхность старых разливов формируется из участков битумной корки и возобновляющейся растительности, а также заболоченных участков и участков с открытой водной поверхностью. Работы по дешифрированию спектрозональных космических снимков LANDSAT-7 района месторождения Самотлор позволяют составить карты нефтяных разливов на этой территории. Для дешифрирования использовался программный пакет ERDAS IMAGINE Причем, наряду со старыми, частично рекультивированными и зарастающими разливами 10-20-летней давности, было выявлено огромное количество новых разливов нефти в окрестностях озер Самотлор, Белое и Кымыл. Микроволновые радиометрические методы широко используются при дистанционном зондировании суши атмосферы и океана. Важное достоинство спутниковых микроволновых методов перед оптическими и инфракрасными методами состоит в возможности проводить круглосуточные всепогодные измерения. Способность микроволновых методов получать информацию о природных объектах в любое время суток и при любой погоде объясняет значительное внимание, которое уделяется этим методам в программах исследования Земли из космоса, в том числе в космических программах изучения океана.Регистрироваться может собственное излучение объектов и отраженное излучение других источников. Этими источниками могут быть Солнце или сама съемочная аппаратура. В последнем случае используется когерентное излучение (радары, сонары и лазеры), что позволяет регистрировать не только интенсивность излучения, но также и его поляризацию, фазу и доплеровское смещение, что дает дополнительную информацию. Понятно, что работа самоизлучающих (активных) сенсоров не зависит от времени дня, но зато требует значительных затрат энергии.

Рис.8.12.Радарные снимки позволяют обнаруживать на поверхности воды нефть и нефтепродукты с толщиной пленки от 50 мкм.

Такого рода изображения, полученные с ИСЗ, позволяют определить площадь разливов нефти, оценить возможности их распространения по рельефу и риск попадания нефти в реку, облегчают принятие решений по локализации и ликвидации последствий подобных катастроф. Обнаружение нефтяных разливов на водной поверхности, более однородной по сравнению с сушей, проще и возможно даже с помощью радарных средств космического мониторинга, несмотря на их худшую разрешающую способность по сравнению со сканерами ИК или видимого диапазона электромагнитного спектра. Съемка высокого разрешения из космоса до недавнего времени велась почти исключительно в интересах военной разведки, а с воздуха – с целью топографического картографирования. Однако, сегодня уже есть несколько коммерчески доступных космических сенсоров высокого разрешения (КВР-1000, IRS, IKONOS), позволяющих проводить пространственный анализ с большей точностью или уточнять результаты анализа при среднем или низком разрешении. Сплошь и рядом загрязнение окружающей среды осуществляется непроизвольно, без определенного умысла. Большой вред природе наносится, например, от потери нефтепродуктов при их транспорти­ровке и наиболее крупно масштабные аварии могут быть зафиксированы из космоса. 1978 г. знаменуется самой крупной танкерной катастрофой у берегов Бретани. Американский супертанкер „Амоко Кадис" наско­чил на рифы, вылив в море 230 тыс.т нефти. Наиболее крупной аварией в 1979 г. явилось столкновение танке­ров „Этлэнтик эмпресс" и „Иджен Кэптэн" в Карибском заливе недалеко от Тринидада. В море вылилось 300 тыс. т нефти. В августе 1983 г. недалеко от европейского побережья Атлантики загорелся танкер „Кастилло де Бельвер". Судно затонуло, выпустив в воды океана 250 тыс.т нефти.В 1989 г. в арктических водах Аляски танкер „Экссон валдиз" по вине капитана напоролся на риф. Из пробоины вытекло более 40 тыс.т нефти. Образовалось нефтяное пятно площадью до 800 км². В 2002 г. у берегов Португалии потерпел танкер «Престиж» около 80 тыс. тонн нефти загрязнили побережье и Португалии и Испании. Список танкерных аварий можно было бы продолжить, но их доля в нефтяном загрязнении моря сравнительно невелика. В 3 раза больше поступает нефти в акватории за счет промывки цистерн танкеров и сброса этой воды; в 4 раза интенсивнее загрязняют моря и океаны отбросы нефтехимических заводов, почти столько же нефти поставляют и аварии морских буровых.

8.3.Мониторинг лесных пожаров средствами дистанционного зондирования. Леса - занимают 45% территории России, а пожары, давний бич российских лесов, в наиболее жаркие годы уничтожают в целом по России - около 2,0 млн. га в год. До 95% всей охватываемой огнем площади приходится на крупные лесные пожары, число которых не превышает 5% от общего количества загораний (около30тыс./год) в лесах. Если использовать отношение общей площади гарей к площади лесов - показатель, суммирующий последствия лесных пожаров за достаточно длительный ряд лет и сглаживающий годовую специфику, то в то время, как на большей части страны этот показатель колеблется в пределах 1 - 2%., то в таких крупных регионах Дальнего Востока как Якутия, Хабаровский край это отношение превышает 10%, достигая в Магаданской области почти 35%.[148-154 ].

В Сибири и Дальнем Востоке (c активно охраняемой площадью в 760 млн. га. ) нет лесных участков, не пройденных лесными пожарами за последние сто лет. Огромные площади и слабо развитая дорожная сеть делают последствия лесных пожаров особенно тяжелыми. Налаженная в последние десятилетия авиационная противопожарная служба в 90-х гг. снизила эффективность своей деятельности в силу финансовых трудностей, а спутниковый мониторинг крупных лесных пожаров и гарей на основе дистанционных методов тепловой съёмки (в области 3.5-4.0; 4.5-5.0 и 8-13 мкм / 10.3-11.3; 11.5-12.5мкм/ пригодны для обнаружения высокотемпературных объектов) ещё не доведён до уровня его оперативного использования [ 51,151 ].

Доминирующую роль в обнаружении и тушении лесных пожаров в течении нескольких десятилетий играла авиационная охрана лесов. Авиацией обнаруживалось до 70% всех пожаров, возникающих на всей обслуживаемой ею территории лесного фонда и до 95% пожаров в районах преимущественного применения авиационных сил и средств пожаротушения. С применением авиации ликвидировалось до 45% пожаров, возникающих на всей обслуживаемой авиацией территории, и до 95% пожаров в районах преимущественного применения авиационных сил и средств пожаротушения.

Рис. 8.11. ИК- снимки лесного пожара в районе озера(1) и реки(2).

При авиапатрулировании можно определить место, площадь и объект пожара, пути подхода к нему, а также силы и средства, которые необходимы для его тушения[ 51 ].

В случае поиска и обнаружения зарождающихся естественных лесных пожаров с помощью ИК-сканеров ,установленных на самолёте, проводится облет лесных массивов с высот до 2000-2500. ИК-съемки с летательных аппаратов на высотах до 200-500 м позволяет обнаруживать малые зарождающиеся очаги горения размером от 0.5 до 1м² .

Крупные леснык пожары сопровождаются интенсивным выделением дыма. Пелена дыма иногда тянется на десятки километров, достигая высоты от 200 до 1000 м, а над самим пожаром дымовое облако может распространяться до уровня 2000-3000 м. ИК -метод обнаружения лесных пожаров позволяет осуществлять картирования через пелену дыма и осуществлять его привязку на местности при наличии на борту таких спутниковых навигационных средств, как GPS. Так, на рис. 8.11 показано ИК-изображение лесного пожара, где четко выражены температурные контрасты между фоном, пожаром в целом и его отдельными очагами с более высокой температурой. В левой части рисунка хорошо видна фронтальная кромка в виде ярко-белого языка. Лесное озеро и река, не поражённые участки леса имеющие меньший температурный контраст по сравнению с выгоревшей территорией, окрашены в более темные тона. Яркими точками на фоне достаточно светлого пожарища выглядят вторичные очаги горения. На ИК-снимке хорошо видны фронт, тыл и фланги пожара. Использование современных компьютерных технологий позволяет выделить маску соответствующих участкам местности с температурой более 100 С и при знании высоты полёта, размера разрешения пиксела по поверхности сканирования, данные его географической привязки можно осуществлять картирование как зарождающихся, так и крупных лесных пожаров. При повторном пролёте над тем же пожаром можно оценить скорость прохождения пожара, динамику его развития. Полученная таким образом информация позволяет принимать соответствующие решения о способах тушения пожара в режиме реального времени.

В Сибири крупные лесные пожары практически тушатся либо обильными дождями, либо на их пути встают естественные преграды в виде рек и озер, которые препятствуют дальнейшему распространению огня. Для России с ее огромной площадью, занятой лесными массивами, особенно актуально использование космической информации для мониторинга лесных пожаров и прогнозирования опасности их возникновения. Космический мониторинг имеет преимущества, например, перед авиаразведкой в части более высокой оперативности и площади охвата земной поверхности, а также более низких операционных расходов, что особенно важно, если учесть экономические трудности, переживаемые Россией.

В МЧС России проблеме мониторинга и оценки последствий лесных пожаров с помощью космических средств придается исключительно важное значение, так как это позволяет, в конечном счете, свести к минимуму людские и материальные потери[149,150,153] . С 1997 года в системе МЧС России, во Всероссийском научно-исследовательском институте по проблемам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям (ВНИИ ГОЧС), проводятся работы с целью оценки возможности использования космической информации для решения ряда задач, возложенных на министерство. Созданное Агентство МЧС России по мониторингу и прогнозированию ЧС и специализированные Центры приема и анализа авиационно-космической информации. Одной из функций указанной системы является оперативный контроль возникновения, динамики и развития лесных (торфяных, степных) пожаров на территории Российской Федерации. Для решения данной задачи Агентством используются, во-первых, программно-аппаратные комплексы приема и предварительной обработки информации от ИСЗ NOAA, разработанные Информационно-технологиченским центром (ИТЦ) "СканЭкс" и установленные в гг. Москве и Владивостоке, а также станция приема космической информации Института леса СО РАН им. Сукачева в г. Красноярске. Для выделения очагов пожаров и подготовки данных для представления их в органы территориального управления используются пакеты программ ERDAS Imagine и ArcView, а также специальное программное обеспечение, разработанное ИТЦ "СканЭкс" и ВНИИ ГОЧС применительно к компьютерам типа Pentium. Наряду с использованием ИК-сканеров для обнаружения крупных пожаров можно использовать и спутниковую спектральную аппаратуру видимого диапазона для получения данных о координатах лесных гарей, площади выгоревшего леса и его типа с использованием методов цифровой обработки космических снимков и эвристического анализа их спектральных кривых. Известно, что спектральная кривая, соответствующая классу воды, имеет характерный вид - равномерно убывает с увеличением длины волны от видимого (0,5-0,6 мкм) к ближнему инфракрасному (ИК) диапазону (0,8-1,1 мкм). В то же время, спектральные кривые растительных объектов падают от зеленого (0,5-0,6 мкм) к красному (0,6-0,7 мкм) участку спектра и резко возрастают к ближнему ИК диапазону (0,8-1,1 мкм). Спектральные же кривые открытых от растительности почв, а также облаков, горных пород, асфальтовых покрытий и т.д. монотонно растут с увеличением длины волны и отличаются друг от друга разной интенсивностью отражения. После проведения идентификации классов, каждому классу, содержащему гари от лесных пожаров, присваивается определенный цвет9рис.8.12.), по которому визуально достаточно просто определить принадлежность данного участка местности к тому или иному "выгоревшему" классу, то есть создается так называемая "маска классов". [153]

С использованием полученной маски в программе ERDAS IMAGINE определяется площадь гари лесного пожара (рис. 8.12.). Далее, координаты и площадь гари используются как входные параметры в базу данных по лесоустройству в которой содержатся характеристики лесного покрова. Выходными данными являются: объем сгоревшей древесины и ее стоимость.