автореферат диссертации по геодезии, 05.24.02, диссертация на тему:Методы анализа состояний природно-хозяйственных систем месторождений углеводородов Западной Сибири с использованием аэрокосмической информации

На правах рукописи

Попов Сергей Михайлович

МЕТОДЫ АНАЛИЗА СОСТОЯНИЙ ПРИГОДНО-ХОЗЯЙСТВЕННЫХ СИСТЕМ МЕСТОРОЖДЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ЗАПАДНОЙ СИБИГИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЭРОКОСМИЧЕСКОЯ ИНФОРМАЦИИ

Специальность 05. 24. 02. Аэрокосмические съемки, фотограмметрия, фототопография

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена на кафедре физической географии и ландшафтного дешифрирования Московского государственного университета геодезии и картографии

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты - доктор географических наук

СУДАКОВА Н. Г. - кандидат технических наук, профессор АЛМАЗОВ И. В.

Ведущая организация - Государственный институт прикладной

экологии Министерства природопользования России

^Защита диссертации состоится " " декабря 1995 г. в часов на заседании диссертационного совета К. 063.01.02 в Московском государственном университете геодезии и картографии по адресу: 103064, г.Москва, К-64, Гороховский переулок, 4, (МГУГиК, ауд. 321)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

СЛАДКОПЕВЦЕВ С. А.

Научный консультант - кандидат географических наук

КАРПУХИН С. С.

Автореферат разослан

II

ноября 1995 г.

Ученый серетарь диссертационного совета

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Разведка, обустройство и эксплуатация месторождений нефти и газа сопровождается интенсивным (прямым и косвенным) воздействием на состояние природных ресурсов: полезных ископаемых, грунтов, земельных (в том числе - почв, рельефа), водных, воздушных, животного мира, растительных, -что является причиной их значительных изменений и приводит к ухудшению как экологической обстановки, так и условий социально-экономического развития Западно-Сибирского региона

Обеспечение прироста запасов углеводородного сырья, комплексное исследование факторов воздействия на природную среду в результате строительства и эксплуатации технических сооружений, повышение уровня технологии освоения месторождений нефти и газа, обеспечение условий для наиболее рационального природопользования в регионе, организация системы экологического мониторинга - это лишь часть проблем, которая, как показывают проведенные исследования, в первую очередь требует привлечения для своего решения материалов аэрокосмических съемок. Однако анализ результатов использования аэрокосмической информации показывает, что эффект от применения данных дистанционного зондирования при решении перечисленных выше задач далек от желаемого уровня. Недостаточно используются материалы аэрокосмических съемок при составлении необходимых картографических произведений и организации/ баз географических данных. Особенно недостатки такого рода ощутимы при изучении воздействия различных комплексов технических сооружений на природную среду и при проведении работ, направленных на оптимизацию природопользования. Повышение эффективности использования аэрокосмической информации при анализе состояний природно-хозяйственных систем (ПХС) могло бы способствовать принятию мер по ослаблению сущесть/н,,,,,.; или предупреждению возможных конфликтных ситуаций разной остроты и сложности, в первую очередь в районах нефтегазодобычи Западной Сибири, а также и в других регионах Российской Федерации,

Цель и задачи исследований. Целью проведенных исследований являлась разработка методов анализа состояний природно-хо-зяйственных систем месторождений углеводородов Западной Сибири с использованием аэрокосмической информации.

В ходе исследований в интересах достижения общей цели работы решались следующие задачи:

1. Определение оптимального комплекса аэрокосмической информации, ориентированного на изучение и картографирование состояний природно-хозяйствейных систем.

2.Выявление и уточнение фотофизиономических характеристик различных состояний природно-хозяйственных систем на площадях месторождений углеводородов.

3. Анализ территории Самотлорского месторожр-ия углеводородов по условиям и последствиям взаимодействия природно-тер-риториальных комплексов и технических сооружений, в рамках природно-хоэяйственного районирования.

4. Создание экспериментального образца геоинформационной системы на Ямбургское газоконденсатное месторождение (ЯГКМ) для целей организации экологического мониторинга.

Исходная информация и методы исследований. Исходными материалами, положенными в основу диссертации, являются результаты исследований, полученные в ходе выполнения госбюджетных и хоздоговорных работ в период 1985-1995 г. г. В работе использовались материалы аэро- и космофотосъемки на территорию Среднего Приобья и Тазовского полуострова, а также результаты аэровизуальных наблюдений (175 летных часов). Автор принял участие в проведении полевых работ в составе полевых партий (1986-1991 г. г.) в различных районах Западной Сибири.

На территории тестовых участков в широтном течении р. Оби для оценки состояний ПХС заложены 5 ландшафтных профилей, общей длиной 17,3 км, проведена тахеометрическая съемка 7 участков Самотлорского, Северо-Покурского и Аганского месторождений. Помимо результатов собственных наблюдений и разработок в работе использованы материалы института "Гипротюменнефтегаз", ПО "Нижневартовскнефтегаз", ПО "Ямбурггаздобыча", лаборатории территориального кадастра Госцентра "Природа", топографические карты, фондовые и литературные источники.

В процессе выполнения работы привлекались, разрабатывались или совершенствовались методы и технологические приемы:

- дешифрирования материалов аэро- и космофотосъемки в целях картографирования природно-территориальных комплексов, антропогенных объектов и явлений, загрязнений и нарушений природной среды в различных районах Западной Сибири;

- составления специальных тематических карт в интересах анализа состояний ПХС по результатам дешифрирования и интерпретации;

- ввода космических цифровых изображений и их обработки с помощью программного продукта ERDAS в интересах создания экспериментальной базы данных на тестовый участок ЯГКМ;

- ввода комплексной картографической информации с преобразованием ее в векторную форму и посдедующэй обработкой с помощью программного продукта ARC/INFO на базе PC IBM;

- формирования экспериментального образца банка данных геоинформационной системы (ГИС) на тестовый участок ЯГКМ.

Научная новизна. В результате проведенных исследований на конкретных примерах впервые выявлены фотофизиономические характеристики различных состояний природно-хозяйственных систем месторождений углеводородов в целях реконструкции их предыдущих состояний, анализа и прогноза развития в зависимости от различных вариантов хозяйственного освоения при решении задач рационального природопользования.

Определены информационные возможности различных видов аэрокосмической информации, применяемых при дешифрировании состояний (современных, реконструируемых или прогнозных) основных компонентов природно-хозяйственных систем.

Проведено экологическое районирование территории Самот-лорского месторождения углеводородов с учетом техногенного воздействия и реакции на него природной среды.

Создан экспериментальный образец географического банка данных ГИС на территорию тестового участка Ямбургского ГКМ для целей анализа состояний природно-хозяйственных систем.

Практическая значимость работы. Проведенные исследования применимы при решении следующих проблем , возникших в регионе в сфере рацио;,, .льного природопользования:

- оптимизация размещения технических сооружений в пределах территорий, отличающихся различной уязвимостью в экологическом отношении; уменьшение площади земель, отводимых для организации промыслов;

- разработка мероприятий, направленных на уменьшение ущерба природной среде, в процессе выполнения строительных работ;

- разработка мер по контролю за воздействием промысловых

объектов на окружающую среду и формированию вариантов решений по ликвидации последствий возможных аварий;

- осуществление анализа динамики природно-хозяйственных систем месторождений углеводородов с целью организации экологического мониторинга.

Материалы диссертации использованы:

1. Государственным научно-исследовательским и проектным институтом нефтяной и газовой промышленности им. В. К Муравленко (г. Тюмень) при разработке проекта по дальнейшему освоению Са-мотлорского месторождения;

2. ПО "Нижневартовскнефтегаз" (г. Нижневартовск) при определении зон загрязнений и нарушений природной среды в результате нефтедобычи (Самотлорское месторождение);

3. ПО "Ямбурггаэдобыча" (г. Ямбург) для прогнозирования и планирования рационального природопользования в процессе эксплуатации Ямбургского месторождения;

4. СП "Дата +" при разработке технологических приемов создания банков данных ГИС с использованием программных продуктов фирм ESRI (ARC/INFO и ERDAS);

5. Госцентром "Природа" Роскартографии при разработке экспериментальной технологии создания банка данных ГИС - комплексный территориальный кадастр.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на конференциях молодых ученых Госцентра "Природа" (Москва, 1986,1987,1988,1989 г.г.); на семинарах в Госцентре "Природа" в 1990-1994 г.г. ; на всесоюзной конференции "Методы и средства ДЗЗ и обработка космической информации в интересах народного хозяйства" (Рязань, 1989 г.); на IV региональной конференции по тематической картографии (Иркутск, 1989); на 1-ой конференции пользователей ARC/INFO в Россини и странах СНГ "ARC/INF0-94" (п. Голицино, октябрь 1994); на конференции в Акдемии нефти и газа им. Губкина (1994 г. ).

Основные положения диссертационной работы были доложены на заседании кафедры физической географии и ландшафтного дешифрирования МГУГиК в апреле 1994 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Текст изложен на 156 страницах и иллюстрирован 7 таблицами и 35 рисунками. Список использованной литературы включает 204 названия, в том числе 27 на

иностранных языках.

Автор искренне признателен научному руководителю работы доктору технических наук С. А. Сладкопевцеву, научному консультанту работы кандидату географических наук С. С. Карпухину, кандидату технических наук Е. А. Бровко, кандидату геолого-минералогических наук В. Л. Василевскому, а также А. Н. Никишину за помощь в работе, предоставление необходимых материалов и оказанные консультации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ И КАРТОГРАФИРОВАНИЯ

ПРИГОДНО-ХОЗЯЙСТВЕННЫХ СИСТЕМ Проведенный обзор существующих методов изучения и картографирования природно-хозяйственных систем показал комплексность подхода в процессе изучения специфических природных (ландшафтных, геоморфологических, геологических и инженерно-геологических, растительных, почвенных и др.) характеристик территории и "результатов" наложенных на них антропогенных (техногенных) воздействий (Викторов,1986; Виноградов,1988; Востокова,1985; Карпухин, Приваловская, Романкевич, 1980; Козин, 1988; Исаев, Волков, Седых,1987 и др.).

Карты природно-хозяйственных систем, отражают современное состояние, динамику и характер использования природно-экономического потенциала территории. Причем, только использование материалов космических съемок, в частности, космических фотоснимков (Ж!) высокого разрешения позволяет оперативно получать данные о природных ресурсах, природных условиях и характере хозяйственной деятельности, их качественные и количественные характеристики. Дифференциация территории на основе выделения фотофизиономических единств превращают процесс разграничения ' лриридно-хозяйственной среды по К<ГС из традиционно субъективного в объективный (Карпухин,1983).

Под природно-хозяйственной системой понимается система активно взаимодействующих подсистем - природного и хозяйственного комплексов, расположенных в пределах конкретной территории и обеспечивающих возможность развития экономического потенциала региона, а также обуславливающих оптимальное состояние и качество окружающей среды. В качестве современных границ природно-хозяйственных систем может, в частности, приниматься

внешний контур максимального пространственного распространения ареалов различных видов антропогенных изменений природного комплекса со значениями параметров природных объектов, выходящих за пределы допустимых величин.

При таком подходе моделирование прогнозных границ ПХС возможно на основе анализа тенденций в динамике естественных природных процессов, контролирующих вероятное распространение антропогенных изменений по территории.

Впервые в явном виде понятие природнп -'озяйственной системы введено в географическую литературу Е Л. Чепурко (1981). По мнению автора, понятие "природно-хозяйственная система" близко по смыслу к понятию "геотехническая система", концепцию становления которого рассмотрел К Е Дьяконов (1975).

В общей системе тематических карт карты природно-хо-зяйственных систем являются одним из завершающих звеньев, они строятся на основе логического анализа карт природных условий, современного состояния и динамики природной среды с учетом основных тенденций и направлений развития природных ресурсов и среды при существующем или планируемом уровне антропогенного воздействия. Положение карт природно-хозяйственных систем в общем блоке тематических карт иллюстрируется блок-схемой (таблица 1), которая отражает последовательность этапов, реализующихся при составлении карт состояний природно-хозяйственных систем.

Таблица 1

Последовательность изучения и картографирования природно-хозяйственных систем

Содержание работ

I. Изучение природных условий, современного состояния природной среды и использования ее ресурсов

Исходные материалы

1. Аэрокосмическая фотоинформация

2.Топографические карты (в традиционом и цифровом виде)

3. Данные полевых наблюдений

Результаты работ в виде картографических произведений

1. Карты природных условий (гидрогеологическая геоморфологическая,четвертичных отложений, ландшафтная и др.)

2. Карты современного состояния природной

- 9 -

4. Фондовые материалы

среды (лесов, болот, использования земель и др.)

II. Изучение динамики природной среды

1. Разновременная аэро космическая фотоинформация

2. Тематические карты созданные ранее

1. Карты динамики природной среды

2. Карты динамики природных процессов

III. Изучение антропогенного воздействия

1. Аэрокосмическая фотоинформация

2. Фондовые материалы (Планы обустройства, маркшейдерские планы)

3. Данные полевых наблюдений

1. Карты антропогенных объектов

2. Карты загрязнений и нарушений природной среды

IV. Изучение устойчивости ПТК к антропогенному воздействию

1. Материалы по свойствам отдельных компонентов ПТК, их взаимосвязям и ответным реакциям на техногенное воздействие

2. Данные полевых наблюдений

3. Аэрокосмическая фотоинформация

1. Таблицы комплексных коэффициентов расчета интенсивности техногенной нарушенности ПТК

2. Карты устойчивости ПТК к антропогенному воздействию

V. Комплексное изучение сост^л ний ПХС

1. Аэрокосмическая фотоинформация

2. Данные полевых наблюдений

3. Фондовые материалы

1. Карта оценки экологического состояния при-родно-хозяйственных систем

В процессе дешифрирования космической информации с целью создания карт состояний природных и хозяйственных объектов решаются две задачи:

1) определение состояния объектов исследования на момент

съемки, их место в пространственно-временном ряду однотипных объектов, связи и взаимосвязи компонентов природных комплексов;

2) выявление изменений состояния окружающей среды и определение их направленности и' величины, осуществляемое путем сравнительного дешифрирования разновременной космической информации и анализа существующих картографических, графических и других материалов.

Глава 2. ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ В ЦЕЛЯХ ИЗУЧЕНИЯ И КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ПРИРОДНО-ХОЗЯЙСТЕЕННЫХ СИСТЕМ

Из всего многообразия средств и видов дистанционной информации, получаемой на современном этапе, наиболее приемлемыми для целей решения задач изучения и картографирования состояний ПХС являются материалы космических фотосъемок, получаемые с космических аппаратов "Ресурс Ф1" и "Ресурс Ф2". Существенным вспомогательным материалом при решении данной проблемы, как показали исследования, являются аэроснимки, получаемые многозональным фотоаппаратом МСК-4 и позволяющие проводить более тщательное изучение объектов природной среды, а также объектов обустройства месторождения.

Полнота и достоверность создаваемых (обновляемых) топографических, тематических карт, а также объективность и надежность получения качественных и количественных показателей объектов природно - ресурсного и социально - экономического комплексов в значительной мере предопределяется качеством выполнения дешифровочного процесса, которое в значительной степени зависит от свойств фотоснимков как источника информации. Подробная информация о свойствах снимков, их информационных возможностях для целей тематического картографирования дана в многочисленных работах (Виноградов,1981; Григорьев,1985; Киен-ко,1986,1987; Книжников, Кравцова, 1987; Лютый, Малахова,1987 и ДР.).

Анализ возможностей использования различных видов материалов в целях дешифрирования ПХС был апробирован на конкретном участке группы нефтяных месторождений, расположенных в широтном участке среднего течения р. Оби.

Рассмотрены три вида материалов:

- 11 -

- многозональные космофотоснимки (оригинальный масштаб 1: 1 100 ООО);

- спектрозональные космофотоснимки (оригинальный масштаб 1: 280 ООО);

- многозональные аэрофотоснимки (оригинальный масштаб 1:50 ООО), -

которые в системе дистанционных наблюдений могут быть использованы как в комплексе, так и самостоятельно на региональном, локальном и детальном уровнях решения задач по определению экологической обстановки районов интенсивного хозяйственного освоения Западной Сибири.

Результаты исследований служат основой для выявления ряда уровней аэрокосмического мониторинга, характерных для районов нефтегазодобычи Западной Сибири, а также определения видов и масштабов дистанционной информации, необходимой для наблюдения за природно-хозяйственными объектами и экологической обстановкой на каждом уровне мониторинга

Выделяются:

- региональный уровень мониторинга (изучению подлежит весь Западно-Сибирский нефтегазовый комплекс в целом), для которого целесообразно использовать КФС масштаба 1:1 ООО ООО, 1:500 ООО;

- локальный уровень (уровень нефтегазодобывающих объеде-нений, в ведении которых находится группа месторождений) -используются материалы космической съемки масштаба 1:200 ООО, 1:100 ООО;

- детальный уровень мониторинга (единичные месторождения и их отдельные части) - целесообразно использовать увеличенные КФС и АФС масштаба 1:50 ООО и крупнее.

В качестве средства получения дополнительной информации на эталонш.!" -частках был использован метод получения цветных синтезированных изображений (Романкевич, Резепов, Черногорский, 1985). Для обоснования выбора оптимальных вариантов синтеза были выбраны эталонные участки: Самотлорский, Севе-ро-Покурский, Аганский, расположенные в широтном течении р.Оби. Проведенные исследования позволили подобрать варианты синтеза для более надежного выделения ряда объектов экологической тематики, в частности, участков загрязнения территории нефтепродуктами, отдельных объектов обустройства месторожде-

ний, нарушений растительного покрова (вырубок, гарей) и пр.

В качестве дополнительных технических средств преобразования изображения, направленных на повышение качества и достоверности дешифрирования, была апробирована методика оптико-электронного преобразования исходного космофотоизображения на цифровой дисплейной системе "Периколор 1000".

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ СИСТЕМ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ

В качестве базовой основы для оценки существующего состояния ПХС является составление карты природно-территориальных комплексов, осуществляемое на основе аэрокосмофотоинформации. Однотипные природно-территориальные комплексы (ПГК) обладают близкими значениями устойчивости к антропогенным воздействиям, ответных реакций, на них и режимов восстановления нарушенных компонентов. Формирование хозяйственных (техногенных) нефтегазодобывающих систем обустройства месторождений требует знания объекта как в плане их функционирования, так и в плане их дальнейшего взаимодействия с ПГК (Востокова, Шевченко, Сутце-ня, 1982; Козин, 1984,1988 и др.).

Анализ выделяемых в исследуемом регионе природно-территориальных комплексов, проведенный с учетом их устойчивости по отношению к воздействиям объектов обустройства месторождения, позволил разделить их на группы с различной степенью устойчивости (благоприятные, сложные, неблагоприятные и крайне неблагоприятные). Степень устойчивости выделенных таким образом ПТК к основным видам техногенных воздействий были оценены в процессе наземного обследования на эталонных участках, что позволило районировать территорию Самотлорского месторождения по степени ее устойчивости к техногенному воздействию. Конечной задачей такого районирования является оптимизация размещения объектов обустройства при дальнейшем развитии процесса освоения терртории.

Освоение и обустройство нефтегазоносных территорий, предусмотренные существующими в настоящее время технологиями разработки, характеризуются следующими основными видами воздействия на природную среДУ (Козин,1982; Сладкопевцев, Кадетов, Кравцов, 1995 и др.):

1. Нарушение растительности и почво-грунтов;

2. Нарушение гидрологического режима и создание напряженного состояния грунтов в массиве;

3. Загрязнение нефтью и сточными водами;

4. Загрязнение атмосферы.

Процесс освоения нефтегазоносных территорий характеризуется тремя основными этапами, каждый из которых направлен на решение определенной задачи, характеризуется своим набором антропогенных объектов и факторов воздействия и, как следствие этого, отличается результатом воздействия на природную среду. К упомянутым этапам относятся:

1. Поиск и разведка месторождения;

2. Обустройство месторождения;

3. Непосредственная эксплуатация месторождения.

Опыт показывает, что наибольшие изменения природной среды характерны для этапов обустройства и эксплуатации месторождения. Они обусловлены как процессами, протетающими в результате сооружения указанных объектов (заболачивание или осушение территории вдоль дорог и т.п.), так и их эксплуатации (сжигание части попутного газа в факелах, создание амбаров для накопления нефти при её аварийных выбросах и утечка минерализованных вод и т. п.).

Для анализа состояния антропогенных объектов на всех этапах освоения нефтегазоносной территории и их динамики следует привлекать разновременную аэрокосмическую информацию с периодичностью не менее 3-5 лет. Аэро- и космические фотоснимки в этом случае могут расматриваться как своеобразная модель местности, на которой тоном или цветом (в зависимости от вида съемки) отражено суммарное на данный момент времени антропогенное изменение природной среды.

Имевшаяся в распоряжении аэрокосмическая информация позволила оперативно выделить участки и источники техногенно обусловленных загрязенний атмосферы. По прямым дешифровочным признакам были выделены источники загрязнения (факелы, участки сжигания и утилизации разливов нефтепродуктов и пр.), по косвенным, в частности на основе дешифрирования площадей распространения угнетенной растительности - участки, подверженные в различной степени загрязнению. Перспективным для выявления и дифференциации по типам загрязнения являемся использование комплекса многозональной (в том числе в ИК-диапазоне) дистан-

ционной съемки.

- Глава 4. МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ КАРТЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИТУАЦИИ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА СОСТОЯНИЯ ПРИГОДНО-ХОЗЯЙСТВЕННЫХ СИСТЕМ (на примере Самотлорского месторождения) Для решения экологических проблем и снижения негативных последствий нефтегазопромыслового освоения особое значение приобретает картографирование экологических ситуаций территории на основе анализа состояний природно-хозяйственных систем.

Оценка неблагоприятных воздействий на природную среду была проведена на территорию, вовлеченную в зону влияния Самотлорского месторождениия углеводородов.

Методические принципы составления карты основаны на комплексном использовании материалов аэрокосмофотосъемки, полученных за различные периоды времени, отражающих как природные условия, так и их современное состояние, зависящее от результатов промышленного освоения района.

Основные принципы, последовательность и порядок получения промежуточных и конечных результатов отражены в блок-схеме (таблица 2), иллюстрирующей методику составления представленной карты.

Таблиц

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА АНАЛИЗА СОТОЯНИЯ ПРИРОДНО-ХОЗЯЙСТВЕННЫХ СИСТЕМ ЗОНЫ ОСВОЕНИЯ САМОТЛОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ

Источники информации

|Топографическая |карта |м-ба

11:100 ООО

I.

|Аэрофото |снимки |м-ба |1:25 ООО

I.

.1.

Способ извлечения

|Перенос оро-|графической ¡обстановки с I карт

I_____

I.

| Космичес-|кие фото-| снимки |м-ба

|1:100 ООО

I.

.1

.1.

(Дешифрирование |по ландшафтно-|индикационным |признакам I____

.1.

[Результаты |проведения | полевых |работ

|0ОНДОВЫ1

(литерат; |ные дата

I.

.1

.1.

|Уточнение по| |результатам | |дешифрирова-| |ния |

I_I

_I

зуппы де-<фрируе-а и кар->графируе-сс объектов

Фма отоб-1ЖВНИЯ

|Линии водоразделов, водото-|ки,линии стока |уступы террас

ПТК

|Уточненные |геолого-гео-|морфологические объ-|ты

|Карта компонентов природной |среды (входит в содер-

|жание результирующей карты)

|Объекты обует-| |ройства и учас| |ки загрязнений!

|Карта техногенных! | объектов I

ализ природ-й и техноген-

й составля-их

IАнализ элементов природной! (Определение зон простран-|среды, выделение бассейнов! |ственного воздействия I стока и аккумуляции | |техногенных объектов

Совместный анализ природной и техногенной составляющих (с учетом бассейнов стока и аккумуляции и зон воздействия техногенных объектов)

|Карта обсчета техногенных воздействий |на природно-территориальные комплексы

I Анализ нарушенное™ природной среды на I основе комплексных коэффициентов в пределах выделенных природно-территориальных комплексов

IКарта расчетных значений техногенной на-| |рушенности природной среды в условных 1

- 16 -¡единицах

Результат I_

проведения

анализа _

природных | Карта экологических ситуаций ных состав- 1_

ляющих

В первую очередь на карте выделены природно-территориаль-ные комплексы (ПТК), контролирующие степень подверженности участков территории техногенному воздействию в процессе обустройства и эксплуатации месторождения.

Выделенные ПТК анализировались с точки зрения их устойчивости, как равновесных природных систем, к суммарному воздействию техногенных объектов. С учетом данных экспертного опроса, была произведена оценка интенсивности техногенной нарушенное™ природной среды.

Вся антропогенная нагрузка наносилась на промежуточную карту техногенных объектов по состоянию на 1977 и 1990 г. г., которая включила данные о наличии дорог, кустов скважин, ЛЭП, трубопроводов и площадок различных технологических объектов и сооружений (ДНС, КНС и пр.), факелов и др. Дополнительно дешифрировались участки разлива нефтепродуктов. В результате на представленной карте техногенных объектов выделено около 20 классов объектов, степень воздействия которых на природную среду в целом была определена исходя из их технологических особенностей. Наряду с самостоятельным использованием этой карты, она была применена в качестве карты-накладки при анализе экологической обстановки.

Для каждого природного контура с учетом принятых коэффициентов была расчитана интегральная удельная нагрузка от воздействий всех присутствующих в его пределах техногенных объектов. Осуществлялось это путем совместного анализа природной и техногенной ситуации. Каждый природный контур, обсчитывался методом суммирования раечитанных на основе комплексных козффи-циентоп техногенных воздействий всех действующих в нем объектов обустройства месторождения. При этом учитывалось загрязняющее влияние объектов, расположенных в смежных контурах, что осуществилось в случаях, когда зона их влияния или направления стока обеспечивали относительно стабильное поступление

загрязняющего материала в анализируемый природно-территориальный комплекс.

С учетом всего вышеизложенного были просчитаны и проанализированы все природно-территориальные контуры. Полученные данные, представленные в условных числовых значениях, характеризуют одновременно интенсивность техногенной нагругки на природную среду и ответную реакцию последней к действию факторов техногенеза. Максимальные числовые значения соответствуют участкам с наибольшими техногенно обусловленными изменениями природной среды и наиболее сложными экологическими ситуациями.

Результирующая карта предназначена для использования при проектировании схемы дальнейшего освоения Самотлорского нефтяного месторождения на принципах использования экологически безопасных технологий.

Учитывая экологическую направленность содержания карты, показанная на ней информация может быть использована при проведении различного рода экологических экспертиз и рекомендована в качестве одного из компонентов комплекта экологогических карт, необходимость в которых имеется во всем Западно-Сибирском нефтегазодобывающем регионе.

Основное преимущество карты в том, что она составлена оперативно с максимальным использованием материалов аэро- и космофотосъемки, с небольшим объемом полевых и заверочных работ, и отражает состояние природной среды, существующее на период проведения съемки.

Глава 5. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ГИС ДЛЯ ЦЕЛЕЙ АНАЛИЗА СОСТОЯНИЯ ПРИРОДНОХОЗЯЙСТВЕННЫХ СИСТЕМ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (на примере Ямбургского ГКМ)

В результате интенсивного освоения и эксплуатации Ямбургского ГКМ, очень остро стоят проблемы рационализации природопользования в направлении минимизации ущерба, наносимого природе, традиционным отраслям хозяйства и населению в процессе освоения и эксплуатации газокондейсатного месторождения.

1 Основная задача, реализуемая при разработке экспериментальной экологической ГИС - сформировать информационный базис для реальной оценки состояния территории (Гарелик,1989; Кошка-рев, КаракинД987; Кошкарев,1989 и др.) по следующим направле-

НИЯМ:

1. Земельные ресурсы;

2. Водные ресурсы;

3. Лесные ресурсы;

4. Минеральные ресурсы;

5. Ресурсы животного мира;

6. Экологическое состояние территории;

7. Охрана природы и рекреационные ресурсы и др.

Созданный банк экологических данных на территорию Ям-

бургского газоконденсатного месторождения, включая серию тематических карт, в процессе составления ряда разделов экологического паспорта ЯГКМ, послужил основой при разработке сотрудниками лаборатории территориального кадастра Госцентра "Природа" экспериментальной технологии создания ГИС и экспериментального образца банка данных.

Формирование предварительного варианта банка данных ГИС основывалось на обобщении комплекса материалов: картографических, справочной и статистической информации, а также данных наземных наблюдений, - подробно описывающих (в масштабе 1:100 ООО и, частично, 1:25 ООО) выбранный тестовый участок территории ЯГКМ, отличающийся максимальным разнообразием типов при-родно-территориальных комплексов и видов антропогенного воздействия на природную среду.

При отработке экспериментальной технологии создания экологической ГИС и экспериментального образца банка данных на примере Ямбургского ГКМ основное внимание уделялось:

- подготовке картографических и аэрокосмических данных;

- вводу исходной пространственной (аэрокосмической, картографической и др.) и кадастровой (в текстовой, табличной и др. формах) информации, в т. ч. цифровых топографических карт в базу данных ГИС;

- автоматизированной обработке исходной информации ;

- редактированию и обновлению информации;

- обработке запросов и выдаче информации в соответствии с требованиями.

Комплект картографических материалов был подготовлен к преобразованию в цифровую форму: отредактировано содержание, проведено согласование контурной нагрузки карт различной тематический направленности. Редактирование осуществлялось, как

правило, на основе дешифрирования аэрокосмической фотоинЛорма-ции.

Ввод графических данных осуществлялся двумя путями:

- путем дигитализации с планшета;

- путем дигитализации по растровому изображению.

Один из этапов обработки К<1С - получение цифровой записи снимков, был выполнен с помощью технологической линии разработанной совместно специалистами Госцентра "Природа" и фирмы Джебко. Цифрование снимка осуществлялось на сканере VEXCEL-3000, с разрешением 8 микрон.

На основе созданных графических файлов с помощью рабочего ключа ARC/INFO на базе персонального компьютера отработано создание топологических покрытий, индексация территориальных контуров, спроектирована базовая структура ГИС с целью накопления первичной информации и подготовлены к дальнейшему вводу данных информационные тематические слои.

Обработка цифрового КФС и изучение возможностей для создания и обновления цифровых картографических материалов осуществлялась с помощью программного продукта ERDAS IMAGINE версии 7.5.

В ходе исследования были рассмотрены следующие задачи:

- трансформирование растровых изображений;

- улучшение качества растровых изображений;

- классификация растровых изображений;

- редактирование векторных данных по растровому изображению.

В результате проведенной работы:

- сформулированы требования к экспериментальному банку данных ГИС на территорию месторождений углеводородного сырья Западной Сибири;

- выбраны и адаптированны пограммные средства (ARC/INFO, ERL/Ь и др), позволяющие провести ввод, систематизацию и обработку исходной информации (как картографической, так и азро-космической);

- разработан экспериментальный образец банка данных ГИС на тестовый участок территории месторождения;

- разработаны вопросы проектирования экологической ГИС и ее адаптация к существующим технологическим схемам проведения работ для месторождений углеводородов Западной Сибири на при-

мере Ямбургского ГКМ.

Создание подобных систем может дать всестороннее информационное обеспечение процессов инвентаризации, оценки и учета природных объектов, а также объектов государственной, частной и коллективной собствености и оптимального управления ими. Материалы проведенных исследований предназначены для использования в процессах:

- обеспечения комплексного анализа состояния территорий и прогнозирования их развития;

- комплексной оценки состояния природоресурсного, экологического, социально-экономического и имущественных комплексов в регионе;

- обеспечения контроля за использованием природных и иных материальных ресурсов, охраной природы и защитой окружающей среды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе проведенных методических и практических исследований получены следующие основные результаты:

1. Проведенная оценка информативности аэрокосмической информации при дешифрировании элементов природно-хозяйственных систем, позволила определить оптимальный комплекс аэрокосмической информации, предназначенный для изучения и картографирования состояний ПХС, в том числе в рамках экологического мониторинга Западно-Сибирского региона. Исследования по синтезированию многозональных АЗС выявили варианты более надежного выделения ряда объектов экологической тематики, в частности, участков загрязнения нефтепродуктами, элементов обустройства и нарушений растительного покрова (вырубок, гарей). Апробированная методика оптико-электронного преобразования исходных ШЗ на цифровой дисплейной системе "Периколор 1000" получила дальнейшее развитие и реализована в современных технологиях компьютерной обработки цифровых изображений.

2. На основе анализа выделяемых в исследуемом регионе природно-территориальных комплексов проведена их дифференциация на группы с различной степенью устойчивости и подвержен-

ности к изменениям в результате усиления техногенной погрузки (благоприятные, сложные, неблагоприятные и крайне н-плогопри-ятные). Степень подверженности выделенных таким обра::ом ПТК к основным видам техногенных воздействий были оценены в процессе наземного обследования на эталонных участках. Конечной задачей такого районирования является оптимизация размещения объектов обустройства при дальнейшем развитии процесса освоения террто-рии.

3. Разработана методика создания карты экологических ситуаций территории Самотлорского месторождения, основанная на комплексном использовании материалов аэрокосмофотосъемки, полученных за различные периоды времени, отражающих как исходные природные условия, так и их современное состояние, являющееся результатом промышленного освоения района. В качестве основы подобных карт выделяются природно-территориальные комплексы, контролирующие степень подверженности участков территории техногенному воздействию в процессе обустройства и эксплуатации месторождения. Антропогенная нагрузка наносилась на промежуточную карту техногенных объектов по состоянию на 1977 и 1990 г. г. Наряду с возможностью самостоятельного использования этой карты, она была применена при анализе экологической обстановки месторождения по условиям и последствиям взаимодействия при-родно-территориальных комплексов и технических сооружений, в рамках природно-хозяйственного районирования.

4.Создание экспериментального образца геоинформационной системы на Ямбургское газоконденсатное месторождение (ЯГКМ) для целей организации экологического мониторинга позволили:

- сформулировать требования к экспериментальному банку данных ГЙС на территорию месторождений углеводородного сырья Западной Сибири;

- выбрать и адаптировать пограммные средства (ARC/INF0, ERDAS и др), позволяющие провести ввод, систематизацию и обработку исходной информации (как картографической, так и аэрокосмической) ;

- разработать вопросы проектирования экологической ГИС и ее адаптации к существующим технологическим схемам проведения работ для месторождений углеводородов Западной Сибири на при-

мере Ямбургского ГЖ

5. Разработана экспериментальная технология создания ГИС и определены подходы к созданию специализированных геоинформа-вдонных систем месторождений углеводородов Западной Сибири. Впервые применено сочетание картографического и аэрокосмического методов для разработки и поддержания ГИС на современном уровне. Дальнейшее развитие геоинформационных технологий на основе использования материалов дистанционного зондирования Земли позволит обеспечить всестороннее информационное обеспечение процессов инвентаризации, оценки и учета природных объектов, а также объектов государственной, частной и коллективной собствености и оптимального управления ими.

Публикации. По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Опыт картографирования пастбищ Памира с использованием спектрозональных космических фотоснимков / Научно-технический сборник. N91. 1982 - М.: ЦНИИГАиК, с. 43-44 (совместно с Карпухиным С. С. , Ивановой Л. А. , Чесноковым С. А.)

2. Вопросы тематического картографирования на основе использования аэрокосмическй информации. / Экспресс-инф. Отечественный и производственный опыт. Вып. 4. , 1986 - Ы.: ЦНИИГАиК, с. 3-11 (совместно с Пастушенко Н. Ф. , Яковлевой Е. П. и др.)

3. Основные организационные и методические вопросы научно-технического проекта работ по КИКПР Западно-Сибирского региона на 1986-1990 г. г. / Экспресс-инф. Отечественный и производственный опыт. Вып. 8., 1986 - М.: ЦНИИГАиК, с. 3-9 (совместно с Карпухиным С. С.)

4. Проблемы комплексного изучения и картографирования природных ресурсов и динамики природной среды Западно-Сибирского региона/ Экспресс-инф. Отечественный и производственный опит. Вып. 4., 1986 - М.: ЦНИИГАиК, с. 7-12 (совместно с Карпухиным С. С.)

5. Вопросы методики природно-хозяйственного районирования Западно-Сибирского нефтегазового комплекса / Экспресс-инф. Отечественный и производственный опыт. Вып. 9-10. , 1987 - М : ЦНИИГАиК, с. 15-17 (совместно с Карпухиным С. С.)

6. Методические аспекты создания рабочих основ для целей КИКШ' Стадно-Сибирского региона (с использованием аэрокосми-

ческой информации) / Экспресс-инф. Отечественный и производственный опыт. Вып. 9-10. . 1987 - М.: ЦНИИГАиК. с. 11-12 (совместно с Бровко Е. А. , Исаевым В. А. )

7. Методические принципы природно-хозяйственного районирования Западной Сибири с использованием космической информации / Экспресс-инф. Отечественный и производственный опыт. Вып. 9-10. , 1987 - М.: ЦНИИГАиК, с. 7-9 (совместно с Карпухиным С. С. , Комиссаровым И. А.)

8. Основные положения научно-технического проекта КИКПР районов Западной Сибири / Использование материалов космических фотосъемок для целей КИКПР СССР: Междувед. тематич. сб. научн. тр. - М.: ЦНИИГАиК, 1988, с. 64-72 (совместно с Карпухиным С. С.)

9. Анализ возможностей использования космической фотоинформации, получаемой фотоаппаратом ПКФ-1к для решения научных, хозяйственных и учебно-методических задач. Изв. вузов. Геод. и аэросьемка, 1988, N3, с.31-35 (совместно с Стысловичем П. Б. , Язевым П. Е , Ворожейкиным А. П.

10. Предварительные результаты анализа перспектив применения в народном хозяйстве фотоинформации ПКФ-1к / Экспресс-инф. Отечественный и производственный опыт. Вып. 9-10. , 1987 - М.: ЦНИИГАиК, с. 14-15 (совместно с Ворожейкиным А. IL , Язевым IL Н.)

11. Изучение и картографирование природных ресурсов Земли на основе использования космической информации (рекомендательный указатель литературы) / 1988- М.: ЦНИИГАиК, с.3-71 (совместно с Макаровой М. Г. , Бровко Е. А. и др.)

12. Проблемы организации космического мониторинга экологической обстановки в районах нефтегазодобычи Западной Сибири. Всесоюзная конференция "Методы и средства дистанционного зондирования Земли и обработки космической информации в интересах народного хозяйства".: Тез. докл.. - Рязань, 1989, с. 112-114 (совместно с Василевским RJL, Карпухиным С. С.)

13. Методические аспекты космической фотоиндикации и моделирования природно-хозяйственных систем Западно-Сибирского региона / Эколого-географическое картографирование и оптимизация природопользования в Сибири: Материалы к IV Регион, научн. -техн. конф. по тематич. картографир. Вып. 2. - Иркутск: СО АН СССР, 1989. - с.183-185 (совместно с Карпухиным С. С.)

14, Многозональная аэрофотосъемка для картографирования техногенных нарушений природной среды районов нефтедобычи Западной Сибири / Нефтепромысловое дело / Экспресс-инф. Вып. 6. , 1993 - М., с. 30-37 (совместно с Василевским К Л, Семеновым

15. Анализ отечественного и зарубежного опыта в области создания кадастровой картографической информации с использованием материалов дистанционного зондирования / 1995- М.: ЦНШ-ГАиК, с. 1-68 (совместно с Бровко Е. А. , Будниковым Б. 0. , Карпухиным С. С. и др. )

Б. А.)

Подп. к печ.21.11.95 Формат бумаги 60x90 Бумага офсетная Печ.л. 1,5 Уч.-изд.л. 1,5 Тираж 80 экз. Заказ № 441 Цена договорная

МосГУГиК 103064, Москва К-64, Гороховский пер., 4