Физико-географические предпосылки оптимизации геотехнических систем Севера : (На примере газотранспортной системы Уренгойского месторождения) Антонов-Дружинин, Виталий Павлович

Введение к работе

Постановка проблемы и ее актуальность. Ведущее значение среди факторов антропогенного воздействия на природу севера Западной Сибири принадлежит, в настоящее время, строительству и эксплуатации объектов газовой промьшшенности. Особое место среди них занимают трубопроводы - технические объекты, являющиеся мощными энергоносителями, при сооружении и эксплуатации которых антропогенному преобразованию подвергаются большие территории с разнообразными природными ландшафтами, представленными на трассе. Проблема анализа взаимодействия геосистем (литогенная ос-нвва которых находится в многолетнемерзлом состоянии) с инженерными сооружениями (в данном случае газопроводами, при строительстве которых происходит изменение поверхностных условий в геосистемах, а эксплуатация сопровождается значительными тепловыделениями) тесно евязана с проблемами охраны природы Севера.

Важность проблемы охраны природы Севера подчеркивалась в речах М.С.Горбачева на совещании партийно-хозяйственного актива Тюменской и Томской областей (1985), в Мурманске (октябрь 1987), Указе Президиума Верховного Совета СССР, 26 ноября 1984 г. "Об усилении охрани природы в районах Крайнего Севера и морских районах, прилегающих к Северному побережью СССР" и соответствующем законе СССР, в проекте 6-6 "Влияние деятельности человека на тундровые экосистемы" программы ЮНЕСКО "Человек и биосфера" МАБ). Проблема была в центре внимания конференции по координации международного сотрудничества в Арктике (Ленинград, декабрь 1988), I Всесоюзной конференции "Экология нефтегазового комплекса" (Надым, октябрь 1968), международном симпозиуме "Геокриологические исследования в Арктических районах" (Надым-Ямбург, 1989).

Изложенное обусловило цель наших исследований.

Основная цель работы заключается в разработке физико-географических основ оптимизации газотранспортных геотехнических систем Севера для обеспечения их экологической безопасности на базе проведенной геоэкологической оценки последствий строительства и эксплуатации газопроводов в криолитозоне Западной Сибири (на примере системы промысловик газопроводов Уренгойского месторождения) .

Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:

1. изучена антропогенная трансформация природных геосистем Севера при строительстве и эксплуатации газопроводов по результатам собственных полевых исследований, советским и зарубежным литературным источникам;

2. изучен и систематизирован процесс образования области антропогенной трансформации природных геосистем отдельно при строительстве и эксплуатации газопровода, т.е. систематизированіїГ факторы антропогенного воздействия я антропогенно обусловленньте процессы и явления, сопутствующие преобразованию природных геосистем на трассе газопровода в природнз'го подсистему геотехнической системы (ГТС);

3. разработана методика изучения области антропогенной трансформации природной геосистемы, как целостного природно-антропогенного физико-географического объекта, образующегося при строительстве и эксплуатации газопроводов;

4. проведена оценка современного состояния природных ландшафтов на уровне урочищ и их компонентов междуречья Еваяха-Нгарка - Табъяха - района функционирования газотранспортной геотехнической системы Уренгойского месторождения;

5) изучены области антропогенной трансформации природных геосистем, образующиеся при строительстве и эксплуатации газопроводов в пределах геосистем ранга урочищ, охарактеризованных для центральной части Уренгойского месторождения (междуречья Еваяха -Игарка - Табьяха).

Основные положения диссертации, составлящие предает защиты:

1. В работе сформулировано представление об области антропогенной трансформации природных геосистем крлолитозоны, при строительстве и эксплуатации газопроводов. Ее пространственно-временная структура определяется ландшафтным фактором на уровне группы урочищ.

2. Область антропогенної трансформации геосистемы, образующаяся при строительстве и эксплуатации газопровода, состоит

из двух взаимосвязанных процессами массо- и энергообмена областей: I) трансформации геосистемы при строительстве газопровода (области воздеіотвия строящегося газопровода); 2) трансформации геосистемы при эксплуатации газопровода (области воздействия эксплуатируемого газопровода). Каждая из'этих областей состоит из ряда зон, которые являются очагами зарождения лриродно-ан-тропогенных процессов, определяющих особенности функционирования и во многом экологическую безопасность целостной газотранспортної системы.

3. Наиболее неблагоприятные экологические последствия
строительства газопроводов в криолитозоне Западноі Сибири свя
заны с геосистемами предтундровых лесов и редколесий, где про
исходит развитие зон дефлируемых песков. Здесь необходимы пер
воочередные рекультивационные работы.

Строительство газопроводов в пределах тундровых и болотных - 3 -

геосистем, как правило, не сопровождается неблагоприятными экологическими последствиями. Рекультивационные работы здесь не требуются или требуются спорадически в ограниченном объеме. 4. Изучение экологической безопасности эксплуатации газопроводов в равнинных условиях криолитозоны Западной Сибири должно основываться на анализе особенностей взаимодействия подсистем газотранспортной ГТС, формирующейся при трубопроводной транспортировке газа в пределах: I) предтундровых лесов и редколесий на песчаных породах с несливагащейся мерзлотой, 2) пред-тундровых редколесий на супесчано-суглинистых многолетнемерзлых породах сливающегося типа, 3) минеральной тундрах, 4) верховых

болотах с торфяной залежью мощностью более I ы, 5) сильнооб-водненных низинных и переходных болотах.

Научная новизна работы. Основными новыми научными положениями работы являются:

1. впервые проведенная геоэкологическая оценка реального состояния трасе промысловых газопроводов Уренгойского месторождения;

2. разработанная концепция изучения и методика системного анализа газотранспортной ГТС как природно-антропогенного физико-географического объекта;

3) сформулированное положение о необходимости дифференци
рованной (ландшафтными условиями на уровне групп урочищ) рекуль
тивации (и мелиорации) антропогенно преобразованных геосистем
криолитозоны.

Практическая ценность работы. Теоретические и методические разработки, изложенные в диссертации, использованы:

- в ряде рекомендаций по обеспечению безопасности и повышению надежности трубопроводной транспортировки газа в крио-

литозоне;

для обеспечения работ по ойоснованию сети инженерно-геологического мониторинга в раЁонах добычи и трубопроводной транспортировки газа на севере Западной Сибири, выполняемого трестом инженерно-геологического мониторинга и изысканий;

при проведении экспериментов по изменению температурного режима газа, транспортируемого по газопроводам Уренгойского месторождения;

физико-географическом и геокриологическом обосновании репрезентативности полученных данных для других территорий добычи газа на севере Западной Сибири;

серии специальных карт оценки экологической безопасности транспортирования газа, охлажденного до отрицательных температур, после длительной транспортировки газа с положительными температурами.

Кроме этого, с использованием материалов диссертации изданы методические указания к решению задач мерзлотного прогноза при хозяйственном освоении районов Севера СССР и учебного пособил "Мерзлотный прогноз в рациональном природопользовании" для изучения курсов и спецкурсов "Инженерная геология","Мерзлотоведение", "Криолитология", "Рациональное использование природных ресурсов и охраны природы" студентами специальности "География" и "Инженерная геология и гидрогеология".

Результаты исследований переданы для внедрения в: ПО "Уренгойгазпром", ПО "Тюментрансгаз", Харьковский государственный университет.

Ожидаемый вкономический эффект от внедрения результатов исследования на одном объекте (УКПГ-ІІ Уренгойского месторождения) составит около 20 тыс.рублей в год. При внедрении на других объектах (например КС Цуровская, КС Ямбургская) он уве-

личится в несколько раз. Экологический и социальны! эффект от предотвращения возможных отказов,и аварий (повышения безопасности газотранспортної геотехнической системы) в конкретном денежной выражении не определялся.

Апробация работы. Основные положения диссертации изложены в докладах на: Г) П Всесоюзном сосвецании "Проблемы инженерной геологии городов в области строительства и защиты урбанизированных территорий от опасных геологических процессов" (1983, Харьков); 2) IX конференции молодых географов Сибири и Дальнего Востока (1984, Иркутск); 3) Всероссийской научно-практической конференции "Охрана геологической среды в районах Тюменской Субарктики" (1984, Н.Уренгой); 4) Всесоюзном совещании по экоинформатикё и »кологичеоким базам данных (1987, Москва); 5) 2 конференции молодых географов Сибири и Дальнего Востока (1987, Иркутск); 6) Всесоюзной конференции "Экологическое образование и воспитание" (1987, Таллин); 7) I Всесоюзной конференции "Экология нефтегазового комплекса" (1988, Надым); 8) I Всесоюзном съезде инженеров-геологов (IS68, Киев); 9) Международной конференции по координации научных исследований в Арктике (1988, Ленинград); 10) расширенном заседании Научного совета по криологии Земли АН СССР (1989, Москва); II) Международном симпозиуме "Геокриологические исследования в Арктических районах" (1989, Надым, Ямбург); 12) Всесоюзной научно-практической конференции "Проблемы ин-хенерно-ге алогических изысканий в криолитозоне" (1989, Магадан).

Объект и методы исследований. Натурные исследования выполнялись на уренгойской газотранспортной системе в меаду-речье Еваяха - Игарка - Габъяха (общая площадь порядка 250

км²) - центральной части Уренгойского газоконденсатного месторождения. Здесь представлен наиболее разнообразный комплекс лесннх, тундровых, болотных ландшафтов, составляющих лесотундровый природный комплекс. Исследования, проведенные на данной территории, позволяют судить об антропогенной трансформации геосистем Севера при добыче и транспортировке газа как в более шных областях ~ в пределах северно! тайги, гак и севернее - в тундре.

В работе использовались топографические карты масштаба 1:50000, 1:25000, аэрофотоснимки масштаба 1:100000, 1:10000, 1:7000 .ландшафтная карта масштаба 1:25000, карта грунтовых толщ масштаба 1:25000. Методической осново! исследования послужил комплекс полевых и лабораториях потаенных, микроклиматических, ботанических, мерзлотных, ландшафтных исследовали!. Расчеты, приводимые в работе, производились на персонально! ЭВМ "Искра 1256".

Структура и объем работы: