Моделирование и пути устранения углеводородного загрязнения природно-технической системы цемесской бухты черного моря

На правах рукописи ПАНИНА ОЛЬГА ВЛАДИМИРОВНА МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПУТИ УСТРАНЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЦЕМЕССКОЙ БУХТЫ ЧЕРНОГО МОРЯ Специальность 25.00.36 – геоэкология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Ростов-на-Дону 2007 Работа выполнена на кафедре геофизических методов поиска и разведки Кубанского государственного университета Научный руководитель - зав. кафедрой геофизических методов поиска и разведки доктор технических наук, профессор Дембицкий Станислав Иосифович Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, зав. кафедрой геоэкологии и прикладной геохимии ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет», профессор Закруткин Владимир Евгеньевич кандидат геолого-минералогических наук, зам. главного геолога ГУП «Кубаньгеология» Кухарев Игорь Леонидович Ведущая организация: Государственный научный центр ФГУГП«Южморгеология», г. Геленджик Защита состоится 30 мая 2007 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212. 208. 15 при ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет» по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, геолого-географический факультет ЮФУ, ауд. 201. С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке ЮФУ по адресу: 344006, г.Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская 148. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по указанному выше адресу. Факс (863) 222-57-01 E-mail: kpirgu@rsu.ru Автореферат разослан « 27 » апреля 2007г. Ученый секретарь диссертационного совета, доцент В.Г. Рылов ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. При анализе влияния техногенного загрязнения на морскую и прибрежную зону Черноморского побережья особо выделяется район г. Новороссийска и Цемесской бухты, где экологической проблемой остается ликвидация последствий различных аварий, происходящих на суше и море в результате потерь нефти на магистральных нефтепроводах и транспортировке морским путем, а также рекультивация нефтезагрязненных грунтов территории порта. Нефть попадает в море со сточными водами промышленных предприятий, при авариях на буровых установках, расположенных на континентальном шельфе, при авариях танкеров и нефтеналивных терминалов, при транспортировке углеводородного сырья. В последние годы антропогенная нагрузка на акваторию и побережье Цемесской бухты многократно возросла в связи с действующими и строящимися нефтяными терминалами (нефтеналивной порт «Шесхарис», Туапсе и др.) и нефтегазопроводами (КТК, «Голубой поток »), проходящими по дну Черного моря, проектами бурения нефтегазовых скважин на морском шельфе. Все виды деятельности, связанные с поисками и разработкой месторождений на шельфе и транспортировкой нефти сопряжены с риском загрязнения морской среды сырой нефтью и продуктами ее переработки. В целом, экологическая безопасность акваторий и прибрежных зон внутренних морей давно стала международной проблемой. Существуют различные международные экологические программы по Черному морю - BSEP, MS Black, “Eros 2000 Черное море”, программа “Aral sea 00-1058” по Аральскому морю и др. Изучением экологического состояния Российского сектора Черного моря длительное время занимались различные научные и производственные организации РФ: Южное отделение Института океанологии РАН, ГНЦ ФГУГП «Южморгеология», Северо-Кавказский геоэкологический центр, ГУП «Кубаньгеология» и др. С середины восьмидесятых годов этой проблемой стал заниматься Кубанский государственный университет, выполнивший фундаментальные исследования по оценке уровня и динамики загрязнения сред вредными поллютантами и выяснению реакции различных экосистем на антропогенное загрязнение. Однако, несмотря на очевидные успехи в решении ряда задач обеспечения экологической безопасности региона, поиск высокоинформативных, экспрессных методов оценки углеводородного загрязнения акваторий и прибрежных зон внутренних морей и обоснование стратегии берегозащитных мероприятий и геоэкологического мониторинга нефтяных разливов остается до настоящего времени актуальной задачей. Целью работы является оценка техногенного загрязнения и путей ликвидации загрязнений углеводородами акватории и прибрежной зоны Цемесской бухты Черного моря. Достижение этой цели будет способствовать обеспечению экологической безопасности акватории и морского побережья при чрезвычайных ситуациях выбросов углеводородов, связанных с поисками, разведкой и разработкой нефтегазовых месторождений на шельфе и последующей транспортировкой углеводородного сырья. Основные задачи исследований. 1. Анализ состояния изученности техногенных загрязнений акватории и береговой линии Цемесской бухты Черного моря, выбор объектов и направления научных исследований по тематике диссертации. 2. Обоснование модели организации природно-технической системы Цемесской бухты Черного моря. 3. Исследование закономерностей распространения и деструкции нефтяных разливов на акватории Цемесской бухты в зависимости от типовых гидрометеорологических, гидрологических и геологических условий. 4. Оценка эколого-геологических особенностей природно-технической системы Цемесской бухты при углеводородных загрязнениях. 5. Разработка прогностических многомерных математических моделей деструкции биосорбентами нефтяных пятен на акватории и береговой линии Цемесской бухты 6. Определение ущерба природно-технической системе акватории при антропогенном загрязнении углеводородами и обоснование берегозащитных мероприятий при устранении углеводородных загрязнений на изучаемой территории. Научная новизна. 1. Обоснована комплексная модель организации природно-технической системы Цемесской бухты Черного моря. При оценке негативного воздействия на абиотическую составляющую природно-технической системы проведено исследование состояния лито- и гидрокомпонентов природной среды. 2. Оценена эколого-геологическая специфика природно-технической системы Цемесской бухты во взаимосвязи и влиянии морской и береговой составляющих. 3. Определен ущерб акватории Цемесской бухты при антропогенном загрязнении углеводородами, в которой бухта представлена в виде системы, состоящей из водной и береговой составляющей. 4. Обоснованы берегозащитные мероприятия нефтяных разливов на территории Цемесской бухты. Показано, что методы ликвидации антропогенного нефтяного загрязнения с помощью углеводородоокисляющих микроорганизмов способствуют снижению содержания углеводородов без какого-либо ущерба для окружающей среды. Защищаемые положения. 1. Закономерности пространственного распространения и деструкции углеводородного загрязнения в зависимости от координат и объемов УВ выбросов, состава нефтей, гидрологических, метеорологических и геолого-геоморфологических условий Цемесской бухты 2. Районирование береговой зоны Цемесской бухты по степени экологической опасности при углеводородном загрязнении акватории проведенное на основе комплексирования математического моделирования и геологического изучения природной среды. 3. Многомерная математическая модель деструкции УВ загрязнений акватории и береговой линии Цемесской бухты нефтеокисляющими микроорганизмами, позволяющая оптимизировать их численность в зависимости от объемов нефтяных выбросов. Практическая значимость и реализация результатов. Результаты выполненных автором исследований найдут применение при решении оперативных задач эффективного использования предлагаемых решений при разработке федеральными и региональными органами и заинтересованными организациями планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов на морских акваториях при транспортировке нефтепродуктов и проведении буровых работ на морском шельфе, оценке текущего и остаточного загрязнения углеводородами акваторий и прибрежных зон, оценке влияния таких загрязнений на объекты окружающей среды и социально-производственные объекты. Фактический материал. В основу работы положены результаты исследований автора за период с 2002 по 2006г. в Кубанском государственном университете. При разработке комплекса программно-алгоритмических средств экспрессного анализа и прогноза состояния загрязнения углеводородами акваторий использованы решения проектов РФФИ № 00-01-96026 и РФФИ № 03-01-96511, в которых осуществлено математическое моделирование динамического взаимодействия нефтяных разливов с экосистемой моря, проводимых автором в качестве соисполнителя. В работе использованы данные полевых наблюдений, проведенных автором в районе Цемесской бухты за период с 2003-2006г. Проанализированы геолого-геофизические данные по гидрологической, метеорологической, геологической характеристике района исследований, находящиеся в фондах КубГУ, ГНЦ ФГУГП «Южморгеология», в том числе данные из научных и технических источников, указанных в библиографии диссертации. Апробация работы. Основные положения диссертации прошли первичную апробацию на Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века», г. Саратов 25-27 марта 2002 г.; Международной школе «Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды», г. Новороссийск, сентябрь 2003; Международной конференции "Environmental Problems and Ecological Safety», Wiesbaden, December, 2004; Международной конференции «Проблемы геологии и освоения недр юга России», г. Ростов-на-Дону 5-8 сентября 2006г.; V Международной научно-практической конференции «Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии», г. Астрахань 27-29 сентября 2006г.; семинарах и научных конференциях геологического факультета и факультета прикладной математики Кубанского госуниверситета (2002-2006гг). Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 12 работах. Результаты работ по теме исследований изложены также в трех отчетах во Всероссийском фонде фундаментальных исследований (РФФИ №№ 00-01-96026 и 03-01-96511 ) Содержание работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, общим объемом 171 лист, в том числе 28 таблиц, 44 рисунка и списка литературы из 130 наименований. Автор выражает глубокую признательность за научное руководство и помощь на всех этапах постановки и написания работы д.т.н. профессору Дембицкому С.И., д.ф.-м.н. Уртенову М.Х., д.г.-м.н. профессору Соловьевой Л.П., д.г.-м.н. профессору Соловьеву В.А., д.г.-м.н. профессору Закруткину В.Е., д.т.н. Гуленко В.И., к.г.-м.н. Любимовой Т.В., Михеевой Л.М., всем сотрудникам геологического факультета КубГУ за помощь в реализации работы. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении сформулированы актуальность, научная новизна и основные задачи диссертационной работы, практическая ценность выбранной тематики. Глава 1. Состояние изученности техногенных загрязнений акватории Цемесской бухты. Обоснование методики исследований. В первом разделе главы приводится краткое физико-географическое описание территории исследования, где были рассмотрены особенности геоморфологического строения района Цемесской бухты, изучено литолого-стратиграфическое и тектоническое строение исследуемой территории. В геологическом отношении береговая зона и дно Цемесской бухты сложены флишевыми отложениями верхнего отдела меловой системы. В тектоническом отношении исследуемая территория относится к Новороссийско-Лазаревскому синклинорию подзоны флишевого унаследованного прогиба эпигерцинской орогенной зоны. Далее представлен обзор основных теоретических и практических разработок в области изучения проблемы углеводородного загрязнения морской и береговой составляющих акватории Цемесской бухты Черноморского бассейна. Целенаправленные исследования поступления загрязняющих веществ в акваторию проводили многочисленные научно-исследовательские и производственные организации РФ: Морское научно-информационное объединение Госкомгидромета России, Российский научный центр экологии моря, Морской гидрофизический институт, Институт биологии южных морей, научные подразделения ГНЦ ФГУГП «Южморгеология», «СевказТИСИЗ», высшие учебные заведения РФ (МГУ, РГУ, КубГУ) и др. Проблема углеводородного загрязнения морских акваторий рассматривается в работах Герлах С.А., Губанова Ю.Н., Чаленко В.А., Глебова Подозерской Е.А., Артюхина Ю.В., Архипкина В.С., Вялышева А.И., Грицай В.В., Гурвича Л.М., Дембицкого С.И, Уртенова М.Х., Егоровой Е.Н., Еремеевой С.В., Карасевой Э.В., Есина Н.В., Израэль Ю.А., Цыбань А.В., Комарова А.В., Шимкуса К.М., Миронова О.Г., Нельсон-Смита А., Получанкина Ж.П., Центаловича В. Т., Удодова А.И., Гвоздева Р.М. и других исследователей. Соискателем проанализирован фактический материал по изучению техногенного загрязнения Цемесской бухты за период с 1997 по 2006гг. Изучением биотического фактора, который представляет собой совокупность внутривидовых и межвидовых взаимоотношений живой природы водной части акватории бухты, занимаются экологический отдел морского порта г. Новороссийска, Южное отделение Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук, РГУ, Институт биологии южных морей, х/ц «Биотехнологии» и др. Изучение вещественного состава и потоков взвешенного материала акватории Цемесской бухты в разное время проводилось учеными Шимкусом К.М., Николаевым В.П., Зверяка А.Ф., Тихомировым А.А. в рамках геоэкологического мониторинга Новороссийско-Сочинского участка Прикавказской зоны Черного моря. Было установлено, что техногенное загрязнение акватории Цемесской бухты происходит вследствие поступления разнообразных загрязняющих веществ в различных формах. Огромные их потоки поступают в составе твердого стока, поэтому изучение потоков взвешенного материала имеет первостепенное значение для познания особенностей загрязнения прибрежной части акватории. Исследованием геологического строения бухты занимались ГНЦ ФГУГП «Южморгеология», МГУ, ученые Дьяконов А.И., Шеко А.И., Афанасьев С.Л., Борукаев Ч.Б., Сафьянов Г.А. и др. Было установлено, что береговая зона и дно Цемесской бухты сложены флишевыми отложениями меловой системы, которые принадлежат Новороссийскому синклинорию Северо-Западного Кавказа. В итоге проведенных исследований составлена детальная схема геологического строения района, уточнены структурно-фациальное районирование и положение разрывов, ограничивающих структурно-фациальные зоны, составлена схема инженерно-геологического районирования и геоморфологическая карта Цемесской бухты. Таким образом, за прошедший период накоплен значительный фактический материал по изучению техногенного загрязнения Цемесской бухты. Было выявлено, что основным источником поступления загрязняющих веществ является углеводородное загрязнение. Однако, в связи с многообразием подходов различных исследователей, до сих пор не сформирована единая комплексная информационная база данных по влиянию углеводородных загрязнений на акваторию, где особое внимание следовало бы уделить выделению факторов гидродинамической обстановки и ранжированию прибрежной составляющей Цемесской бухты по степени восприимчивости к углеводородному загрязнению. Далее соискателем определены природные и антропогенные факторы, определяющие динамику распространения и деструкции углеводородных загрязнений в Цемесской бухте. К природным факторам относятся: - особое географическое положение Цемесской бухты Черного моря, характеризующееся удаленностью от океана; - специфика гидрологического режима акватории Цемесской бухты Черного моря; - значительное расслоение вод по плотности, замедленный вертикальный обмен водных масс. Установлено, что основными источниками антропогенного загрязнения акватории являются хозяйственно-бытовые стоки населенных пунктов и промышленных предприятий, морские торговые суда, аварии танкеров и нефтеналивных терминалов, потери нефти на магистральных нефтепроводах. Выполненный анализ известных случаев техногенного загрязнения акватории Черного моря за последние десятилетия позволил соискателю ранжировать природные и антропогенные факторы по степени их влияния на морскую и береговую составляющие Цемесской бухты, определить объекты и направление дальнейших исследований. В заключении соискателем обосновываются приемы и методика научных исследований (рис.1). В настоящей работе для решения проблемы экологической безопасности акватории были использованы методы матмоделирования динамики распространения нефтяных разливов и эколого-геологическая интерпретация данных природной среды. Основной целью математического моделирования динамики распространения нефтяных разливов является анализ контакта нефти с линией берега, а также оценка последствий нефтяного загрязнения береговой зоны, для чего были определены граничные условия математической модели разлива УВ, изучена гидродинамическая обстановка среды, а также физико-химические свойства УВ. Целью эколого-геологической интерпретации данных природной среды являлось определение степени экологической опасности территории, для чего был произведены исследования геологических условий изучаемой территории, петрофизической и литологической характеристики верхней части литосферы. Рис. 1. Методика исследований по теме диссертации На основе комплексных результатов прогноза матмоделирования динамики распространения УВ загрязнения и эколого-геологических исследований природной среды обоснованы технико-методические решения при ликвидации последствий УВ загрязнения, которые включают в себя определение ущерба окружающей среде от данного типа разлива и выбор оптимальных методов ликвидации УВ.

Похожие:

	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Шарм-эль-Шейха, на роскошном песчаном пляже бухты Набк, в 8 км от международного аэропорта и 22 км от бухты Наама, с видом на залив...		«Экономические аспекты решения экологических проблем в странах Черноморского региона»* Данный доклад основан на документах Комиссии по Защите Черного Моря от Загрязнения, компетентных нпо, научных исследованиях и соответствующих...
	Концепция федерального закона «О предотвращении загрязнения моря нефтью» Заведующий лабораторией Законодательство, предотвращение загрязнения, разливы нефти, нормативная база, федеральный закон		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Городская викторина в рамках экологического мероприятия «День моря», посвященного Международному Дню Черного моря и закрытию Года...
	Вопросы к брейн-рингу Интеллектуальная игра "Умники и умницы" "Знатоки органического мира Черного моря"		Мечтаешь побывать в лучшем детском центре мира? Проект с 3 по 7 ноября2014 года проходит во вдц «орлёнок», в Краснодарском крае, на берегу Чёрного моря
	Проблемы бассейна Аральского моря и пути их решения Аральского моря из кризиса. Показана реальная возможность улучшения экологических, социальных и экономических условий до уровня,...		Доклад О. Атагельдыева Туркменистан обладает огромным потенциалом доказанных, вероятных, возможных запасов и ресурсов углеводородного сырья. Они распределены...
	Конкурс мастерства «Мой лучший урок» «Черное море моё» (внеклассное занятие ) Слайд 13-18. Дельфины самые крупные обитатели Черного моря, доброжелательны к человеку, легко		Конспект урока по кубановедению 5 класс тема урока: Греческие колонии... А. А. Вигасин, Г. И. Годер, И. С. Свенцицкая: История Древнего мира, Просвещение, 2008г
	Тема: «Тепловые двигатели и охрана окружающей среды» Установить отрицательные влияния применения тд на окружающую среду и пути их устранения		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Отель расположен в 17 км от аэропорта г Краби, на окруженном горами и доступном только с моря плато. Имеет выход в три бухты. Защищен...
	«Защита окружающей среды Черного моря: новые требования» * Пачэс постоянно уделяет внимание защите окружающей среды. Ее действия в этом направлении осуществляются в рамках концепции устойчивого...		Озеро Байкал Многие люди не обращают внимания на главную причину загрязнения зарождающегося моря. На всём свете нет такого озера, как Байкал
	Озеро Байкал Многие люди не обращают внимания на главную причину загрязнения зарождающегося моря. На всём свете нет такого озера, как Байкал		Реферат Алаева В. С. Расчет и моделирование системы электросвязи.... Целью курсовой работы является расчёт и моделирование системы электросвязи в системе схемотехнического моделирования micro-cap 9