Система экологического мониторинга состояния окружающей среды

В системе природоохранных мероприятий мониторингу принадлежит важная роль. В прикладных системах наук о земле, в частности нефтегазовой отрасли наук, экологический мониторинг, как правило, включает следующие составные части:

1. мониторинг источников техногенного воздействия,

2. мониторинг природной среды,

3. инженерно-геологический мониторинг,

4. геодинамический мониторинг.

5. система мониторинга возможных чрезвычайных (аварийных) ситуаций

Первые три составляющие часто объединяют под названием геоэкологический мониторинг. В последние годы, в некоторых отраслях, например в газодобывающей отрасли, начала развиваться система мониторинга возможных чрезвычайных (аварийных) ситуаций.

Мониторинг – это комплексная система разнообразных мероприятий различного иерархического уровня. Он имеет

· научную основу

· нормативно-правовую основу,

· систему мер практической реализации

· систему средств практической реализации.

При этом просматривается разное понимание сущности мониторинга.

1) В научной литературе в последнее время в качестве объектов геоэкологического мониторинга рассматриваются единые природно-технические (геотехнические) системы, представляющие собой некий симбиоз природных экосистем и комплекса технологических сооружений в их взаимосвязи и взаимодействии.

2).В нормативно-правовых документах под экологическим мониторингом понимается, что это контроль, анализ и оценка состояния природной среды.

Практическая реализация мониторинга, особенно ведомственного, сводится к отслеживанию выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, сбросов в водоемы,. То есть экомониторинг непосредственно привязан к источниками техногенного воздействия и сводится к экологическому контролю над процессами производства. Система мониторинга работает в режиме «черного ящика». Процессы, происходящие в природно-технических системах игнорируются и реализуется фиксация входных и выходных данных. Таким образом, сущность взаимодействия техносферы и природы, по существу остается вне поля зрения мониторинга. Мониторинг приобретает описательный характер. В то же время в переводе с латинского слово «монитор» означает - тот, кто напоминает, предупреждает. Сущности мониторинга наиболее полно соответствует высказывание французского философа XIX века Огюста Канта: «Знать, чтобы предвидеть, предвидеть, чтобы избежать». Сложившаяся ситуация по-видимому, связана со следующими обстоятельствами. При определении понятия «мониторинг» зачастую проблемы прогноза, как его составной части, четко не оговариваются. Проблемы прогноза и его методологической основы – анализа, намного сложнее, чем наблюдение и оценка.

1) Прогноз необходим для оценки риска возникновения экстремальных ситуаций природно-технического генезиса и определения их экологических и социальных последствий.

2) Прогноз необходим для разработки системы превентивных мер по снижению экологических издержек производства в целом и по предотвращению экстремальных экологических ситуаций в частности.

Эти два аспекта (1.оценка риска возникновения экстремальных ситуаций, 2. разработка системы превентивных мер по их предотвращению и снижение экологических издержек) по существу, определяют концепцию экологической безопасности. Таким образом, необходимым условием реализации этой концепции является внедрение системы мониторинга в полном содержании: наблюдение, анализ, оценка и прогноз.

Очевидно, что научно обоснованное прогнозирование в такой сложной и много уровневой системе, как производство-природа чрезвычайно сложно. Эта система с точки зрения моделирования является трудно формализуемым объектом. Тем не менее, сегодняшний уровень развития фундаментальных наук и компьютерно-информационных технологий позволяет постановку этой проблемы.

Для реализации данной проблемы необходимо решить две задачи:

· Во- первых, разработать и реализовать концепцию фундаментального обеспечения системы мониторинга;

· во-вторых, усовершенствовать нормативно-правовое обеспечение и регламентирование системы мониторинга.

Фундаментальное обеспечение системы мониторинга может быть реализовано на основе использования достижений физики, биологии, наук о Земле, математического моделирования. Необходимость развития теории мониторинга (прежде всего анализа и прогноза) прослеживается в динамике развития самой системы мониторинга. В настоящее время наблюдается усиленное развитие первых двух составляющих – наблюдения и оценки. Это связанно с широким внедрением новых информационных технологий и геоинформационных систем. Отставание динамики анализа и интерпретации информации от динамики ее сбора и систематизации может привести к слабой востребованности информации, а в дальнейшем – к снижению темпов ее накопления. Известно, что наличие больших объемов информации в системе приводит к повышению ее энтропии. При этом снижается целенаправленный характер информации. Рост энтропии в сложных системах можно замедлить путем обобщения и анализа информации. Добывание последующей информации будет более эффективным, а ценность ее – более высокой, если предварительно реализуется анализ и использование имеющейся информации. Система экологического мониторинга нуждается не только в статистической, но и в целевой (смысловой) информации. Поэтому информационное программное обеспечение систем мониторинга непременно должно сопровождаться и интеллектуальным программным обеспечением, которое может быть достигнуто на основе развития фундаментальной теории мониторинга.

В статье 15 нового Закона об охране окружающей среды декларируется необходимость разработки федеральных программ экологического развития страны, причем оговаривается, что порядок разработки, финансирования устанавливается в соответствии с законодательством РФ с учетом предложений граждан и общественных организаций, там же говорится о необходимости государственных прогнозов социально-экономического развития. В связи с вышесказанным было бы целесообразно, посвятить одну из этих программ проблеме теоретико-фундаментального обеспечения систем мониторинга различных иерархических уровней.

Нормативно-правовое обеспечение и регламентирование системы мониторинга в настоящие время является реально разрешаемой задачей. Это связано с тем, что система мониторинга получила в 2001 году законодательную поддержку. В Земельном кодексе РФ (статья 67) в законе «Об охране окружающей среды» (статья 63) понятие мониторинга, его цели и задачи раскрыты достаточно полно практически соответствующие теоретическому определению. В прежнем законе РФ «Об охране окружающей природной среды» понятие мониторинга отсутствовало, хотя существовала единая государственная система мониторинга (ЕГСМ), принятая на правительственном уровне.

В нефтегазовой отрасли есть примеры комплексного развития системы мониторинга. Здесь можно указать новые разделы мониторинга, которые по своему содержанию предполагают использование фундаментальных подходов:

- геодинамический мониторинг;

- мониторинг возможных аварийных ситуаций.

Эти составляющие мониторинга входят в автоматизированную систему производственного экологического мониторинга АО «Газпром» (ПЭМ Газпром), создание и внедрение которой началось в 1996г.

В АО «Газпром» в частности в ООО «Газпромдобыча Ямбург» и др. накоплен определенный опыт реализации полной системы мониторинга (включающей наблюдение, оценку, анализ и прогноз) в рамках реализации программы создания геоинформационных (ГИС) систем.

На Ямбургском ГКМ в настоящее время формируется ГИС, которая представляет информационно-аналитическую систему, содержащую и аккумулирующую постоянно обновляемые сведения

· о компонентах экологического и природно-ресурсного комплексов,

· объектах производственной и социальной инфраструктуры, расположенных в пределах территории месторождения.

ГИС обеспечивает комплексный анализ поступающей информации на основе и с использованием структурированных данных. Ямбург-ГИС развивается в типовую функциональную структуру, рассчитанную на тиражирование в различных регионах нефтегазового комплекса Западной Сибири.

ГИС-технология обеспечивает:

- универсальный подход к интеграции разнородной исходной информации о территории по пространственному географическому принципу;

- эффективные способы 1.сбора, 2.накопления, 3.цифровой обработки, 4.поиска необходимой информации об объектах нефтегазового комплекса в базах данных;

- возможность оперативного обновления данных по различным источникам информации – 1.аэрокосмическим снимкам, 2. современным топографическим и тематическим картам, 3.данным наземных геодезических съемок, и др. в том числе с использованием спутниковой навигации (GPS), результатам работы специализированных систем обработки геологической, геофизической и других видов информации;

- оперативность анализа, обработки, моделирования геокодированной информации и подготовки результирующей документации (варианты управленческих решений, расчетно-аналитические задачи и др.) в картографической и текстовой формах (в цифровом виде или на бумажных носителях).

При формировании ГИС используют разработанные в Госцентре «Природа» Федеральной службы геодезии и картографии России следующие базовые технологии:

- получения, систематизации, обработки цифровой аэрокосмической информации и формирования банка данных ДЗЗ (аэроснимки и многозональная космическая фотоинформация высокого разрешения со спутников народнохозяйственного назначения, серия «Ресурс-Ф»);

- тематической обработки аэрокосмических изображений в аналоговом и цифровом виде для создания природно-ресурсной, экологической, кадастровой и других видов картографической информации и формирования баз данных (тематических слоев) ГИС;

- обновления топографических и тематических карт с помощью космической информации высокого разрешения;

- базового комплексного изучения и картографирования природных ресурсов (КИКПР) региона с целью их инвентаризации, экологического обоснования проектирования (на всех стадиях) и строительства объектов нефтегазового комплекса и экологического мониторинга в процессе эксплуатации.

При формировании базы данных Ямбург-ГИС используются следующие тематические карты:

· топографическая карта (разреженная);

· ландшафтная карта;

· карта антропогенной нарушенности природной среды;

· почвенная карта;

· геоботаническая карта;

· инженерно-гекриологическая карта;

· результаты натурных исследований,

· а также разнообразная фондовая картографическая, статистическая, проектная и другие виды информации на территорию исследования.

Внедрение информационно-аналитических систем на основе ГИС-технологий может позволить

· решать широкий круг задач территориально-кадастровогои экологического характера,

· проводить анализ современного состояния компонентов природной среды и оценку устойчивости природных комплексов к антропогенным нагрузкам.

Внедрение информационно-аналитических систем на основе ГИС-технологий направлено на подготовку управленческих решений, ориентированных на предотвращение деградации и восстановление природных комплексов, оздоровление экологической обстановки Ямбургского ГКМ и обеспечение надежной эксплуатации сооружений.

Другим примером комплексного подхода мониторинга является функционирующая на Ямбургском ГКМ система инженерно-геокриологического мониторинга.

Техносфера Ямбургского ГКМ включает инженерные сооружения различного назначения с различными типами оснований, свайных фундаментов и несущих конструкций:

- блок-понтоны, каркасно-панельные здания, резервуары с естественно проветриваемым подпольем;

- каркасно-панельные сооружения на принудительно вентилируемых и охлаждаемых грунтовых основаниях;

- трубопроводы и другие линейные сооружения на эстакадах;

- гидротехнические, подземные сооружения и т.д.

Функционирование их в сложных инженерно-геологических условиях, со сплошным распространением вечномерзлых грунтов, сопряжено с возможностью отказов оснований и фундаментов, связанных с выходом параметров геотехнических систем за пределы показателей, принятых в проектных решениях. В связи с этим в ООО «Ямбурггаздобыча» создана система обеспечения надежности оснований и фундаментов сооружений, включающая:

· Геоинформационный блок, - это мерзлотная и маркшейдерская службы;

· Производственно-технических блок - строительно-ремонтный трест

Функционирование этой системы позволяет своевременно обнаружить негативные процессы в техносфере и геосфере геотехнических систем, осуществить их типизацию, выполнить прогноз и реализацию управляющих решений по предотвращению и ликвидации техногенных изменений, доминирующих на территории месторождения, таких как:

- затопление промплощадок поверхностными водами;

- растепление и протаивание грунтов оснований;

- просадка перегруженных и выпучивание слабонагруженных фундаментов;

- термоэрозия, термоабразия грунтов окружающей среды и искусственных земляных сооружений, техногенное оврагообразование.

Основными составляющими инженерно-геокриологического мониторинга объектов газодобычи на территории Ямбургского ГКМ являются следующие виды деятельности:

1. Сбор и обобщение материалов инженерно-геологических изысканий, выполнявшихся на газопромысловых сооружения и объектах инфраструктуры в разные годы.

2. Инженерно-геологические исследования с опробованием грунтов для определения их физико-механических параметров.

3. Режимные термометрические наблюдения в скважинах, пробуренных в пределах промплощадок, в том числе внутри сооружений.

Всего на газопромысловых сооружения и объектах инфраструктуры оборудовано свыше 500 скважин глубиной 6-12 м, периодичность замеров по которым определяется как мерзлотно-грунтовыми условиями оснований, так и технологическими особенностями газопромысловых сооружений. По результатам термометрических наблюдений определяется температурный режим грунтов оснований, который является основным фактором, определяющим устойчивость фундаментов зданий и сооружений.

4. Режимное геодезическое нивелирование фундаментов сооружений. Проводятся 2-4 раза в год в зависимости от стабильности фундаментов по стационарным наблюдательным маркам, установленным на опорах каркасов зданий, технологического оборудования и трубопроводов. Всего установлено и ведутся наблюдения по 5690 наблюдательным маркам и 126 глубинным реперам. По результатам режимного нивелирования выделяются нестабильные сваи, блоки и сооружения.

5. Наблюдения за развитием термоэрозионных явлений проводятся на ключевых участках негативного развития процессов термоэрозии и термоабразии. Определение динамики термоэрозионных явлений позволяет принять привентивные мероприятия по защите газопромысловых сооружений, попавших в зону влияния этих природных и техногенных процессов.

6. Режимные снегомерные наблюдения проводятся на промплощадках и фоновых участках местности в естественных природных условиях. По результатам снегомерных наблюдений выполняются мероприятия по защите газопромысловых сооружений и объектов инфраструктуры в паводковый период года.

7. Прогнозные расчеты изменения температурного поля грунтов оснований и прогноз устойчивости фундаментов сооружений.

8. Обработка результатов наблюдений и ведение базы данных полученных параметров инженерно-геокриологического мониторинга на ПЭВМ.

Инженерно-геокриологический мониторинг территории Ямбургского ГКМ позволяет своевременно вести разработку управляющих решений, обеспечивающих стабильность и соответствие проектным решениям теплового режима грунтов оснований и эксплуатационную надежность фундаментов газопромысловых сооружений и объектов инфраструктуры.