Введение к работе
Актуальность. Железные дороги являются стержневой основой транспортной инфраструктуры осваиваемых месторождениіі нефти и газа на Севере Западной Сибири, без которой невозможно решение экономических, производственно-технических и социальных проблем, связанных с освоением месторождений, включающих в себя все вопросы подготовки, переработки, хранения и транспортировки углеводородного сырья. Эффективность выбора магистральных направлений и последующего проектирования железных дорог определяет систему освоения всего комплекса перспективных месторождений нефти и газа.
Уровень нарушенности природных ландшафтов в районах Севера Западной Сибири, в связи с высокой степенью техногенного воздействия, проявляющегося в чрезвычайно высоких объемах разработки полезных ископаемых и различных видов строительства, в том числе и транспортного, достиг такой фазы, когда дальнейшее хозяйственное освоение Северных территорий, без всестороннего учета экологических проблем, чревато опасными экономическими и социально-политическими последствиями глобального характера.
Очевидно, что дальнейшее, все более нарастающее освоение новых месторождений должно осуществляться на основе ресурсо-сберегающих технологий, минимизирующих потери природы и общества.
В настоящее время на территории Тюменского Севера функционирует более 1000 км железных дорог. Анализ условий их эксплуатации показал, что далеко не всегда их строительство осуществлялось с учетом реальных природных особенностей. В ряде случаев, в связи с недостатком информации о природных условиях местности, требуемой для обоснования проектных решений, допускались ошибки в размещении сооружений, в результате чего возникали аварийные ситуации, сопровождавшиеся негативными последствиями не только для состояния инженерных сооружений, но и природной среды, ликвидация которых была сопряжена со значительными затратами.
В последние годы принят ряд Государственных документов, регламенти-рующих проектирование и строительство железных дорог с учетом требований по охране окружающей среды. В новых СНиП 32-01-95 (железные дороги колеи 1520 мм) и СТН Ц-01-95 (технические нормы строительства железных дорог колеи 1520 мм) учитываются возможные последствия строительства на социально-экологические условия окружающей среды.
В 1997 году вступили в действие новый СНиП 11-02-96 (инженерные изыскания для строительства) и Свод правил по инженерно-экологическим изысканиям для строительства (СП 11-102-97). Согласно этим нормативным документам в качестве обязательной технологии обеспечения качества строительства и предупреждения критических ситуаций в состоянии инженерных сооружений и окружающей среды определен комплексный геотехнический и экологический мониторинг, получивший в научных трудах ряда Российских ученых название мониторинг природно-технических систем (ПТС).
Определено, что технологически мониторинг выполняется в составе инженерно-экологических изысканий и должен базироваться на рациональном сочетании методов аэрокосмического зондирования, наземных экспресс-методов опробования свойств природных компонентов, с последующей оценкой взаимовлияния природных и технических компонентов ПТС и обработкой информации с помощью современных геоинформационных технологий.
Вместе с тем, вышеупомянутые и другие нормативные документы, регламентирующие выполнение инженерных изысканий для строительства, а также существующая научная литература в данном направлении исследований не рассматривают вопросы структуры экологического мониторинга в системе строительства и эксплуатации железных дорог (и других линейных сооружений), выполняемого на базе вышеназванного методического комплекса. Не определена также содержательная часть документов, базирующихся на результатах исследований, проводимых в рамках системы мониторинга, с помощью комплекса аэрокосмических и наземных методов получения и обработки информации.
В этой связи, имеющиеся разработки различных авторов по организации и реализации мониторинга ПТС в зонах влияния инженерных сооружении (в том числе железнодорожных) на окружающую среду содержательно не стыкуются и технологически различны. Более того, в связи с отсутствием в настоящее время методических и технологических разработок на уровне руководств и пособий в развитии СНиП 11-02-96 и СП 11-102-97 по вопросам мониторинга ПТС вообще, и аэрокосмического зондирования в структуре инженерно-экологических изысканий в частности, практическая реализация положений вышеупомянутых документов трудновыполнима.
Таким образом, актуальность темы диссертации обусловлена современными требованиями практики инженерно-экологических изысканий и проектирования железных дорог, что подтверждается положениями новых государственных нормативных документов, регламентирующих проведение специальных изысканий по оценке воздействия железнодорожного строительства на окружающую среду на разных стадиях создания и эксплуатации сооружений.
Цель и задачи. Цель настоящих исследований - разработка структуры и методики инженерно-экологических изысканий железных дорог на Севере Западной Сибири с широким применением методов и материалов аэрокосмического зондирования Земли и геоннформационных технологий на примере зон освоения газоконденсатных месторождений (ГКМ) Тюменской области, то есть объектов, освоение которых в настоящий период состояния экономики страны осуществляется наиболее стабильно.
В соответствии с поставленной целью предстояло решить ряд следующих задач, в том числе:
проанализировать состояние проблемы, дать оценку уровня ее решения в трудах отечественных и зарубежных исследователей и определить нерешенные задачи;
определить структуру инженерно-экологических изысканий железнодорожных ПТС с широким применением методов аэрокосмического зондирования, наземных методов экологической
оценки свойств природных компонентов и геоинформационных технологий применительно к условиям объектов исследований;
разработать:
методические приемы решения экологических задач в рамках современных требований к информационному обеспечению проектов железных дорог на основе применения аэрокосмической информации;
систему автоматизированного картографирования экологических ситуаций на базе применения компьютерных технологий обработки исходной информации;
апробировать разработанные методические приемы при обосновании
проектных решений по созданию и инженерной защите железнодорожных
сооружений на Севере Западной Сибири.
Исходный материал. Диссертация написана по материалам работ, проведенных автором с 1988 по 1997 гг. в ДАО "ВНИПИгаздобыча" при разработке экологических разделов проектов транспортной инфраструктуры при обустройстве ряда ГКМ на территории Надым-Пур-Тазовского междуречья в пределах Тюменской области. В основу работ были положены результаты комплексного аэрокосмического зондирования по трассам проектируемых, строящихся и эксплуатируемых железных дорог в зонах освоения ГКМ, выполненного лабораторией аэрокосмических изысканий "ЦНИИС", с участием автора, по заданиям "ВНИПИгаздобыча", а также данные комплексных наземных изыскательских работ, полученные в процессе полевых исследований экспедициями "ВНИПИгаздобыча" под руководством и при участии автора. Инженерно-экологический анализ всех материалов осуществлялся соискателем совместно с сотрудниками ЦНИИС. При этом, для сравнения привлекались результаты работ ЦНИИС по строящимся и эксплуатируемым железнодорожным объектам в других районах Тюменской области, в частности, по линии железной дороги Обская-Паюта (полуостров Ямал).
Автоматизированная обработка данных выполнена соискателем на аппаратурной базе информационно-вычислительного центра ДАО "ВНИПИгаздобыча".
В качестве базовых объектов, на которых проводились экспериментальные работы, были определены различные участки железных дорог "Ягельная-Ямбург" и "Коротчаево-Пангоды-Надым" (на разных этапах их создания), что обеспечило возможность исследования динамики экологических ситуаций под влиянием строительства и эксплуатации железнодорожных сооружений, в зонах освоения и эксплуатации крупных ГКМ, в частности Уренгойского ГКМ, эксплуатирующегося более 20 лет.
Наряду с этими объектами, исследования выполнялись по намечаемым коридорам транспортной инфраструктуры зон освоения ряда перспективных ГКМ, в структуре которых предполагается строительство железнодорожных сооружений.
В частности, исследовались намечаемый транспортный коридор в зоне предполагаемого освоения крупного ГНКМ "Заполярное", зона активного освоения Западно-Таркосалинского ГКМ, в пределах которого идет строительство подъездных железнодорожных путей и автомобильных дорог.
В распоряжении автора были разнообразные материалы аэрокосмического зондирования, в том числе многозональные и тепловые инфракрасные аэроснимки, выполненные по ряду объектов повторно, с интервалом 4-5 лет (железнодорожные линии Ягельная-Ямбург, Обская-Паюта). Материалы космических фотосъемок с интервалом 7-10 лет (зона освоения Уренгойского месторождения). Материалы аэрокосмического зондирования разных лет позволили оценить динамику состояния природных и технических компонентов железнодорожных ПТС под влиянием их строительства и эксплуатации, обосновать прогнозные данные и рекомендовать мероприятия по инженерной защите сооружений и окружающей среды.
Научная новизна. В результате проведенных исследований по решению экологических задач в проектах создания и инженерной защиты железных
дорог в системе транспортной инфраструктуры ГКМ применительно к условиям Надым-Пур-Тазовского междуречья разработаны:
методические приемы оценки воздействия железнодорожного строитель
ства на окружающую среду, в том числе:
районирование территорий предполагаемого строительства по сложности ландшафтно-экологических условий;
оценка социально-экологического риска при проведении строительных работ;
оценка динамики ландшафтно-экологических условий под влиянием строительства;
прогнозирование устойчивости состояния ПТС.
Система автоматизированного картографирования экологических
ситуаций на базе применения компьютерных технологий обработки
исходной аэрокосмической и картографической информации:
организация геоинформационного обеспечения проектов создания и инженерной защиты железных дорог в системе транспортной инфраструктуры зон освоения ГКМ;
создание комплекса цифровых карт экологических ситуаций в зонах строительства и эксплуатации железнодорожных ПТС.
Структурно-технологическая схема инженерно-экологических изысканий
железных дорог на Севере Западной Сибири с широким применением ме
тодов аэрокосмического зондирования и геоинформационных
технологий.
« Практическая значимость. В настоящее время при полном отсутствии
методических руководств и пособий по организации и проведению инженерно-экологических изысканий железных дорог, в том числе экологического и геотехнического мониторинга состояния ПТС с широким применением методов аэрокосмического зондирования, наземных экспресс-определений свойств природных компонентов и геоинформационных технологий, научные разработки, выполненные в диссертации, заполняют своеобразный вакуум и обеспечивают возможность практической реализации 8
экологических требований государственных нормативных документов, регламентирующих инженерные изыскания для строительства. Разработки автора диссертации положены в основу:
экологического обоснования проектов инженерной защиты железных дорог "Ягельная-Ямбург" и "Коротчаево- Пангоды- Надым";
создания локальных геоинформационных систем природоохранных разделов транспортных проектов;
экологического мониторинга зон освоения ҐКМ на Севере Западной Сибири.
Диссертантом предложены и выносятся на защиту:
структурно-технологическая схема инженерно-экологических изысканий
железных дорог на Севере Западной Сибири;
методические решения в области оценки и картографирования:
сложности ландшафтно-экологических условий территорий предполагаемого строительства;
социально-экологического риска при проведении строительных работ;
динамики ландшафтно-экологических условий под влиянием строительства;
прогнозирования устойчивости состояния ПТС.
Система автоматизированного картографирования экологических
ситуаций в состоянии железнодорожных ПТС зон освоения ГКМ Надым-
Пур-Тазовского района на базе компьютерных технологий:
организация геоинформационного обеспечения проектов создания и инженерной защиты железных дорог;
комплекс цифровых карт экологических ситуаций в зонах строительства и эксплуатации транспортных сооружений.
Реализация работы. Результаты исследований, изложенные в диссертации, использованы при разработке экологических разделов проектов транспортного освоения и инженерной защиты сооружений ГКМ: Заполярное, Уренгойское, Западно-Таркосалинское, Юбилейное, Южно-
Русское, в составе которых вопросы создания и безопасного функционирования железных дорог имеют большое значение.
Генеральными заказчиками этих работ и потребителями разработок соискателя являлись Государственные производственные объединения: "Уренгой-газпром", "Сургутгазпром" и "Ямбурггаздобыча". В приложениях № VII - XI к диссертации приведены соответствующие документы, подтверждающие внедрение разработок соискателя.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались соискателем: на секции строительства железных дорог Ученого Совета "ОАО ЦНИИС" в 1998 г.; Российско-Американском симпозиуме по нормированию в транспорте и распределении газа в г. Саратове, в 1995 г.; научно-техническом Совете РАО "ГАЗПРОМ" по проблемам рекультивации земель на объектах газовой промышлености в г. Саратове, в 1995 г.; научно-практической конференции "Охрана окружающей среды в районах Тюменского Севера" в г. Тюмени, в 1996 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ.
Объем и структура работы. Диссертация включает в себя: введение, 5 глав, разбитых на 19 разделов, выводы, список использованной литературы и приложения. Работа изложена на 142 страницах текста, включает в себя 40 рисунков, 12 таблиц. Список литературы состоит из 81 наименования. В 11 приложениях помещены фрагменты цифровых карт экологических ситуаций, аннотированные фрагменты использованных аэрокосмических снимков, справки о внедрении результатов работ.
Похожие диссертации на Структура и методика инженерно-экологических изысканий железных дорог на Севере Западной Сибири с использованием аэрокосмического зондирования и геоинформационных технологий
