Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Физико-географические предпосылки оптимизации геотехнических систем Севера

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Физико-географические предпосылки оптимизации геотехнических систем Севера"

ИНСТИТУТ ГЕОГРАФИИ АН СССР

На правах рукопнся

УЖ 911.2*551.34 (571.12)

АНТОНОВ-ДРУЖИНИН ВИТАЛИЙ ПАВЛОВИЧ

ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОПТИМИЗАЦИИ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ СЕВЕРА

(На примере газотранспортной системы Уренгойского месторождения)

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

ДИССЕРТАЦИИ Н

1ТОРЕФЕРАТ

УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ^ГРАФИЧЕСКИХ НАУК,

Москва 1991

Работа выполнена на теолого-геограсрческом факультете Харьковского государственного университета

Научные руководители:

доктор географических наук кандидат географических наук

В.И.Соломатин

В.М.Кравченко |

Официальные оппоненты: доктор географических наук,

профессор К.Н.Дьяконов

доктор геолого-минералогических наук,

профессор О.В.Макеев

Ведущая организация: Институт географии СО АНСССР

Защита диссертации состоится Сгс&лА^ хээх г.

в -/Ь часов на заседании Специализированного Совета Д.ООЗ.19.01 в Институте географии АНСССР, 109017, Москва, Ста; монетный пер., д. 29

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии АН СССР

Автореферат разослан

II

Ученый секретарь Совета, кандидат географических наук

Т.П.Куприянов!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 промышленности. 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 охраны 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 ВНЕСИ) "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 промысловых 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. систематизированы факторы антропогенного воздействия и антропогенно обусловленные процессы и явления, сопутствующие преобразованию природных геосистем на трассе газопровода в природою 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 - Табъяха).

Основные положения диссертации, составлявшие предает защиты:

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

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

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

3. Наиболее неблагоприятные экологические последствия строительства газопроводов в криолитозоне Западной Сибири связаны с геосистемами предтундровых лесов и редколесий, где происходит развитие зон дефгаруемых песков. Здесь необходимы первоочередные 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 несливающейся мерзлотой, 2) пред-тундровьк редколесий на супесчано-суглинистых многолетнемерзлых породах сливающегося типа, 3) ютнеральцых тундрах, 4) верховых

болотах с торфяной залежью мощность® более I м, 5) сильнооб-воднйнных низинных и переходкыг 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 физи-ко-г еографичес кого объекта;

3) сформулированное положение о необходимости дифференцированной (ландшафтными условиями на уровне групп урочищ) рекультивации (и мелиорации) антропогенно преобразованных геосистем криолитозоны.

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

- в раде рекомендаций по обеспечению безопасности и повышению надежности трубопроводной транспортировки газа в крио-литозоне;

- для обеспечения работ по обоснованию сети инженерно-геологического мониторинга в районах 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-11 Уренгойского месторождения) составит около 20 тыс.рублей в год. При внедрении на других объектах (например КС Цуровская, КС Ямбургская) он уве- 5 -

личится в несколько раз. Экологический и социальны! эффект от предотвращения возможных отказов,и аварий (повышения безопасности газотранспортной 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 конферёнцяи "Охрана геологической среда в районах Тюменской Субарктики" (1984, Н.Уренгой); 4) Всесоюзном совещании по экоинформатике 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 (ISB8, 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) Всесоюзно! научно-практической конференции "Проблемы ин-хенерно-геологичеекдх 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

км^) - центральной части Уренгойского газоконденсатного месторождения. Здесь представлен наиболее разнообразный комплекс лесных, тундрошх, 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 северной тайги, гак и севернее - в тундре.

В работе попользовались 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 основой исследования послужил комплекс полевых и лабораториях почвенных, микроклиматических, ботанических, мерзлотных, ландпафтннх исследований. Расчеты, приводимые в работе, производились на персональной ЭВМ "Искра 1256".

Структура и объем работы:

Диссертация, содержит 155 страниц машинописного текста, состоит из введения, четырехглав, заключения, вкпотает 28 таблиц , 41 рисунок . Библиография насчитывает 209 названий. Структура работы определяется последовательностью задач, которые необходимо решить для достижения поставленной цели, а такде требованиями методической целостности и обоснованности исследований.

Постановка и выполнение работ были поддержаны руководством НПО Тшенгазтехнология в лице Генерального директора, профессора Г.В.Крылова и треста иняенерпо-геологяческого мониторинга и изысканий в лице управляющего Г.И.Пушко.

Пользуясь случаем хочу выразить признательность всем ~ 7 -

коллегам, вместе с которыми проведены многие полевые и лабораторные исследования.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, заведующему проблемной лабораторией геоэкологии Севера МГУ, доктору географических наук В.И.Соломатину, под руководством которого была завершена настоящая работа после смерти кандидата географических наук, доцента кафедры рационального использования природных ресурсов и охраны природы геолого-географического факультета Харьковского университета, В.М.Кравченко.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ .

Глава I. АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДОЙ СРЕДЫ СЕВЕРА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОПРОВОДОВ

В главе приводятся результаты анализа и систематизации представлений по вопросам оптимизации, природенолъзоваиия и охраны природа Севера в районах добычи и транспортировки природного газа. Показано, что история проблемы насчитывает более трех десятилетий (первая нефтегазовая площадь в Западной Сибири - район с.Березово- открыта в 1953, а месторождение Кена1-Аляска - в 1957 году).

Региональные физико-географические разработки о кряоли-тозоне Западной Сибири представлены в работах Е.М.Сергеева, В.Т.Трофимова, В.В.Баулина, С.Е.Гречищева, Е.С.Мельникова,

Э.Д.Ершова и др.

Для правильного понимания процессов, происходящих в газотранспортных ГТС, в диссертации рассмотрены особенности лро-

странствепной организации существующих в криолитозоне газо-яефтетранспортных геотехнических систем л вопросы оптимизации эиергообмена между составляющими их подсистемам.

Рассмотрены подземные, наземные в насыпи и надземные на опорах трубопровода для транспортировки продукта с положительной или отрицательной температурой. Показано, что да технических подходов 70-х годов (период крупномасштабного промышленного выхода на север Западной Сибири), характерны предложения по сохранению многолетней мерзлоты в основании труб путем охлаздения температуры транспортируемого продукта до отрицательной или искусственного замораживания грунта около труб.

Однако, к концу 70-х - началу 80-х годов (в-процессе накопления опыта эксплуатации трубопроводов в криолитозоне) все чаще вместо глубокого охлаждения продукта предлагается создание температурного режима, не приводящего к значительному оттаивании многолетнемерзлых грунтов, но и не переохлаждающего последние; вместо перемораяивания лучинистшс грунтов на трассе - борьба с криогенным пучением путем их оттаивания; вместо создания "жестко*" системы "труба-мерзлый грунт" - создание "гибкой" системы "труба-зазор-мерзлый грунт".

Анализ проведенных исследований процессов энергообмена между подсистемами газо-нефгг етранспортных ГГО показал, что: I) крупномасштабных натурных экспериментов по изучению экологической безопасности трубопроводного транспортирования газа в криолитозоне проведено мало; 2) в мире получено небольшое количество данных об условиях яксплуагации трубопроводов (особенно в криолитозоне) по долгосрочным систематическим наблюдениям; 3) создание системы мониторинга газотранспортных геотехнических систем находится в зачаточном состоянии.

Рис. I. Антропогенное воздействие на окружающую природную среду при строительстве газопроводов (трубопроводов)

1 ® 2 ® 3 © А © 5 ®

7 — 8 — 9 ■1-ч-Г Ю — 11

<2

Условные обозначения к рис.1

Техническая подсистема ГТС - I. инженерное соорз^тение; природная подсистема ГТС - окружающая природная среда инкенерного сооружения и ее компоненты:

2. горные породы и рельеф (литогенная основа ландшафта),

3. почвы,

4. поверхностные и подземные воды,

5. растительность и животный мир,

6. воздух;

7. взаимосвязи между компонентами природной подсистемы ГТС; виды антропогенного воздействия:

В. механическое, 9. тепловое (косвенное),

10. воздействие, непосредственно не связенное с процессом строительства,

11. все виды воздействия отсутствуют или проявляются незначительно;

12. изменения состояния компонентов ОПС (процессы),

13. следствия техногенного воздействия (явления).

Именно эти направления и развиваются в настоящее время автором представляемой работы. Методической основой доя них являются раскрытые в диссертации положения о пространственно-временной организации газотранспортных геотехнических.систем как лриродно-антропогеннои физико-географическом объекте.

Б диссертации рассмотрен процесс образования и структура области антропогенной трансформации природной геосистемы, образующаяся при строительстве и эксплуатации газопровода.

На стадии строительства газопровода доминируют факторы механического воздействия (рис.1).

В процессе антропогенного преобразования природы, округащей газопровод, в сферу преобразовательной деятельности попадал? все компоненты окружающей природной среды: I) горные породы и рельеф (литогенная основа ландшафта), 2) почвы, 3) поверхностные и подземные воды, 4) растительность и животный мир и только на атмосферный воздух антропогенное воздействие пока практически не оказывается.

Дальнейшее формирование газотранспортной геотехнической системы, как прзродно-антр'опогенного физико-географического объекта продолжается при эксплуатации газопровода. На »той стадии формируется область антропогенной трансформации природной геосистемы, образующаяся при эксплуатации газопровода (область воздействия эксплуатируемого газопровода). В эту фазу развития газотранспортной геотехнической системы роль механических факторов воздействия сокращается. Доминирующее значение переходит к фактору прямого теплового воздействия на окрукаидув газопровод природную среду и, главным образом, на литогенную основу природной геосистемы (рис.2).

Рис. 2. Антропогенное воздействие на окружающую природную среду при эксплуатации газопроводов (трубопроводов)

'остальные обозначения те же, что и на рис. I.

Именно с тепловым загрязнением геологической среды газопровода связано образование ореолов оттаивания (или промерзания - з зависимости от температуры транспортируемого газа I! латогзннон основы), сопровождаемого термокарстом, термоэро-ззей, просадкой грунтов и т.д. или миграцией влаги к фронту промерзания, льдовыделснием на поверхности промерзания, пучение:.:, растрескиванием грунта. Эти процессы и явления в наибольшей степени влияют на экологическую безопасность газотранспортной ГГС.

Вместе область воздействия строящегося газопровода к область воздействия эксплуатируемого газопровода образуют область антропогенной трансформации природной геосистемы (ряс.З) - природную подсистему газотранспортной ГТС. В этой области зарогдается вся совокупность процессов, олределякщих экологическое влияние как газопровода, так и газотранспортной ГТС з целом.

В работе рассмотрены ландшафтные особенности области, показанной на рис.3.

Глава 2„ МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ОБЛАСТИ АНТРОПОГЕННОЙ ТРА11СФ0НЛАДИИ ПРИРОДНОЙ ГЕОСИСТЕМЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОПРОВОДОВ

Суть проблемы, рассматриваемой в диссертации, заключается в необходимости создания экологически безопасной газотранспортной системы дая транспортировки природного газа северных месторождений в условиях распространения многолетней мерзлоты.

Эта задача связана с оптимизацией взаимодействия "холодной" природной среды трубопровода, по которовд транспортиру-

Условные обозначения к рис.3.

*, %

х". к

II

ООО

о о

12

а

18 J ■•. • э

- 13 14

15

16

О

17

: 18

□

19

I. Область антропогенной трансформации геосистемы, образу ющаяся при строительстве газопровода (область воздействия строящегося газопровода), включающая: 2. зону полного механического разрушения поверхности, 3. зону частичного механического разрушения поверхности, 4. буферную зону, ' 5. зону косвенного теплового воздействия: с фазовым переходом "лед-вода" в грунте (6), без фазового перехода "лед-вода" в грунте (7); 8. Область антропогенной трансформации геосистемы, образующаяся при эксплуатации газопровода (область воздействия эксплуатируемого газопровода), включающая: 9. зону изменения ветрового режима, 10. зону изменения стока поверхностных вод,

11. ' , зону прямого теплового воздействия, состоящую из:

12. зоны (части) воздуха, подверженной прямому тепловому воздействию, ■ 13. зоны (части) поверхностных вод, подверженной прямому тепловому воздействию, 14. зоны (части) горных пород, подверженной круглогодичному тепловому воздействию с фазовым переходом "лед-вода" в грунте, 15. зоны (части) горных пород, подверженной круглогодичному тепловому воздействию без фазового перехода "лед-вода" в грунте, 16. зоны (части) горных пород, подверженной сезонному прямому тепловому воздействию

с фазовым переходом "лед-вода" в грунте; 17. труба газопровода; 18. поверхность грунта;19. граница зоны воздействия инженерного сооружения, обусловленная динамическим равновесием взаимосвязанных подсистем (бергштрих направлен в сторону природной (коренной) геосистемы).

ется "горячий" газ. Возникающие при этом противоречия между природной и технической подсястемаки газотранспортной ГТС выражаются в возникновении комплекса антропогенно обусловленных процессов, которые понижают ее экологическую безопасность. Решение подобных задач "заключается в устранении или по крайней мере максимальном ослаблении неблагоприятных последствии воздействия на окружаицую среду разнообразных технических сооружений и мероприятий" (Герасимов, 1985) и "реализуется в представлении о лриродно-техническкх и геотехнических системах, т.е. о системах, основными элементами которых выступают технические устройства и природа" (Преображенский, 1978).

В соответствии с целями и задачами исследований методика включает комплекс методов ландшафтоведения, почвоведения, инженерной геологии (грунтоведения), мерзлотоведения (мерзлот-нсй съемки, общего'и специального мерзлотного прогноза) и других дисциплин географического и геологического профиля.

Исследование природных геосистем проводилось нами на основе картографических результатов выполненной нами ландшафтной съемки Уренгойского месторождения (М 1:25000,1:10000, 1:5000) и обобщения обширного фондового материала.

Во П главе диссертации характеризуются примененные методы полевых и лабораторных исследований пространственно-временной организации области антропогенной трансформации геосистем.

Особое место в исследованиях зоны горных пород, подверженной круглогодичному тепловоз воздействию с фазовым переходом "лед-вода" в грунте, занимают расчетные методы. В диссертации показаны возможности использования аналитических ме-методов специального мерзлотного прогноза, основанных на применении формул И.АЛарно.го и Г.В.Порхаева; характеризуются - 17 -

параметры газотранспортной ГТС, необходимые дал использования этих методов.

Выбор именно этих формул объясняется известнш положением о том, чго результаты, полученные при их использовании, даш максимально возможный ореол оттаивания, исключается занижение прогнозной оценки. Кроме того, в процессе исследований, мы убедились, что по формулам И.АДарного и Г.В.Порхаева можно получать результаты весьма близкие к наблвдагацимся в натуре.

Глава 3. ПРИРОДШЕ УСЛОВИЯ ИВДУРШЯ ЕВАЯХА -ИГАРКА -ТАБЬЯХА - РАЙОНА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМ УРЕНГОЙСКОГО МЕСТОРСВДЕНИЯ

Дифференциация пространственно-временной организации газотранспортной ГТС в криолигозояе обусловлена природными условиям строительства и эксплуатации газопровода на уровне урочищ. В Ш главе диссертации кратко характеризуется природное районирование' севера Западной Сибири и подробно рассматриваются природные условия строительства и эксплуатации промысловых газопроводов Уренгойского месторождения.

В работе помещены карта-схемы физико-географического районирования севера Западной Сибири по Н.А.Гвоздецкому, ландшафтного районирования по Е.С.Мельникову и др., орографических влеменгов и геоморфологического районирования по В.Т. Трофимову, хриолитологического районирования по Баду и Трофимову, инженерно-геологического районирования по Трофимову и др.

В литогенной основе ландшафтов мездуречья Еваяха - Нгарка-Табыка представлены породы салехардской Ст.дт и2"4) , ялбнньинокой ( Ш ) каргинской (ой1 ) свит, голоценовнй

аллювий ( о. IV ) молодых террас в пойм в долинах рек.

Поверхностные вода представлены реками. Это - левые притоки Пура, расположенные между Еваяхой и Нгарка-Табъяхой (притоком Габьяхи); озерами, их в бассейне Цура 86230, из которых 73520 расположены на заболоченных пространствах, которые цред-ставлены древними болотами (торфяниками), современными травя-но-моховыми в комплексными (переходными) болотами.

В гидрогеологическом отношении характеризуемая территория расположена на севере Западно-Сибирского артезиаясого бассейна.

В почвенном покрове преобладают комплексы гидроморфяых почв,, среда которых выделены: тундровые болотные, торфяно-бо-догные глеевые, торфяно-болотнне, торфяники.

В процессе исследований наш изучены растительные ассоциации, наиболее характерные дня природных ландшафтов южной лесотундры Западной Сибири. Они могут встречаться как обосолен-но—, гаг и в различных сочетаниях. Это: I) лесные ассоциации лиственничных и березово-лиственничных редин, редколесий и редкостойных лесов; 2) кусгарвичково-мохово-лшпайниковые ассоциации торфяных болот; 3) травяно-кустарничково-мохово-ли-шайниковые ассоциации пятнистых и мелкобугристых тундр; осо-ково-яушицево-сфагяовые ассоциации современных травяно-моховых болот.

Наибольшее внимание в Ш главе диссертации уделено характеристике природных геосистем ранга урочищ.

В пределах приречного типа местности пятой прибрежно-ыор-ской равнины рассмотрена урочвда: I) пятнистые я малкобугрис-тые травяно-кустарничково-ыохово-дшайниковые тундры на тундровых глеевнх почвах пологих слабодренированных водораздельных равнин;

, 2) лиственничные реданы в комплексе с мелкобугристыми тундрами на тундровых глеевых почвах склонов слабодренирован-вых водораздельных равнин;

3) сырые мелкобугристые кустарничково-мохово-лишайнико-вые тундры с единичными деревьями на тундровых болотных почвах водосборных понижений водораздельных равнин.

В пределах приречного типа местности четвертой озерно-аллювиальной равнины рассмотрены урочища: 4) бере зово-лисгвен-ничные кустарничково-^литайниковые редкостойные леса на дерново-подзолистых доверхностнооглеенных почвах песчаных увалов;

6) лиственничные и березово-лиственничные кустарничково-мохово-^литайниковые редкостойные леса и редколесья на тундро^ вых глеевых почвах - слабодренированных вершин и склонов ува» лов;

7) лиственничные и березово-лиственничные кустарничково-мохово-ляшайниковне редины в комплексе с пятнистыми тундрами

на тундровых глеевых почвах слабодренированных срединных частей вершин увалов;

8) террасированные длины малых рек;

9) балкя;

10) лога и овраги;

11) лощины.

В пределах озерно-болотного типа местности четвертой озерно-аллювиальной равнины рассмотрены урочища: 12) травяно-сфагновые и травяные низинные болота на тундровых болотных почвах обмелевших участков озер;

13) травяные с кустаряичково-травянониоховшш кочками переходные болота на торфяно-бодотных глеевых почвах;

14) кустарничково-травяно-моховые кочковатые с единичными деревьями комплексные болота на тундровых болотных торфяно-болотных глееевых и торфяно-болотных почвах в зонах сочленения приречного

и озерно-болотного типов местности;

15) плоско-бугристые кустарничково-мохово-лишайниковые торфяники с травяно-сфагновыш мочажинами;

16) плоско-полигональные кустарничково-мохово-лишайниковые торфяники с травшо-сфагновыми мочажинами;

17) травяно-кустарничково-мохово-лшайниковые с единичными лиственницами мелкобугристые пятнисто-медальонные тундры на тундровых глеевых почвах поверхностей пучения;

18) долины водотоков среди современных и древних болот представлены четковидныш долинами, щелевидными оврагами, полосами стока.

Такая подробная характеристика урочищ центральной части Уренгойского месторождения, содержащая все параметры, предусмотренные методикой исследований (см.главу П), позволит в 1У главе работы охарактеризовать пространственно-временную организацию газотранспортной ГТС в различных природных геосистемах нриолитозоны Западной Сибири и раскрыть основные положения диссертации, составляющие предмет защиты.

Глава 4. Пространственно-временная организация области трансформации природных геосистем при строительстве и эксплуатации газопроводов Уренгойского месторождения

В 1У - заключительной главе диссертации - приведены данные о пространственно-временной организации газотранспортной ГТС (в пределах рассмотренных геосистем), ее динамике при разных температурных режимах транспортируемого газа, экзогенных процессах и явлениях в области антропогенной трансформации геосистем. Эти антропогенно обусловленные процессы и явления во многом определяют состояние окружающей человека природной среды на территории месторождения и изменение природных условий эксплуатации газопро-" водов. С последним тесно связана экологическая безопасность трубопроводной транспортировки газа в криолитозоне.

В познании этих процессов путь к их прогнозу и управлению ими в целях оптимизации газотранспортной ITC.

Пространственная организация газотранспортной ГТС (в плане) для условий природных геосистем (ранга урочищ), рассмотренных в диссертации, показана на рис.4. Изобразив в масштабе горизонтальную и вертикальную ось этого рисунка, можно получить прогнозную количественную характеристику трансформации природных геосистем на трассе газопровода, а , следовательно, предусмотреть необходимый объем рекультивационных, мелиоративных и других работ.

Информация о пространственной вертикальной и временной организации газотранспортной ITC в пределах рассмотренных ландшафтов представлена в таблице.

ЗАКЛОЧШИЕ

Таким образом в диссертации проанализирована пространст-венно-временнаа организация газотранспортной геотехнической системы в криолитозоне на уровне ландшафтных урочищ. Установлено, что динамика газотранспортной ГТС определяется на уровне групп урочищ. Наиболее неблагоприятные экологические последствия строительства газопроводов связаны с антропогенной трансформа-щей предтундровых лесов и редколесий. В пределах тундровых и болотных геосистем экологические последствия строительства газопроводов , как правило, менее деструктивны. Этими закономернОстями определяется очередность и потребность проведения ре* культивационных работ на трассах газопроводов.

Изучение особенностей тепло-массообмена между природной и технической подсистемами газотранспортной ГТС, которые во многом определяют экологическую безопасность газопроводов в крио-

Расстояние от оси газопроводе См)'

Рис. 4. Зоны механических разрушений ландаафта на трассе газопровода формирующиеся при его строительстве

Условные обозначения к рис. 4-,

"Ж I 2 3 4

ч 6 7 8 9

°о п 12

I. зона полного механического разрушения поверхности, 2. зона частичного механического разрушения поверхности (цифрами указана глубина проникновения зоны, измеренная от дневной поверхности), 3. буферная зоная, 4, границы зон механического разрушения (стрелкой указано направление развития зоны), 5-12, антропогенно обусловленные процессы и явления: 5. снежно-торфяные (торфяные) отвалы, 6. линейная эрозия, 7,солифлюкция. , 8. ветровая эрозия, приводящая к развитию зон дефлируемых песков, 9. изменение направления поверхностного стока, 10. образование вторичных водоемов и водотоков, II. термокарст, 12. вторичное торфообразование, 13. участки не претерпевшие антропогенных изменений при строительстве газопровода.

Таблица

динашка зона горние пород, подверженная отглогодачюму пряному БоадЕйсш® с «еовш переходи "Вд-адд*

Номера геосистемы (см.по тексту) Тепдофкзнческне характеристик}! горны* пород,принятые в расчетах и&ксиыа. оттаивал - «1 * Щ Время, необходимее доя формирования ореода оттаивания максимальной мощности т (год)* I Цодаость ореола отгви- 1 вания, форирущаяоя I Л ,„„ за X лет I —х100(7°} ' н А (И)« |

хЮОО^Ь Ор п Вт УЬ-мГС 0 Вт Лм ЕГ

диаметр диаметр' диаметр ! диаметр

1420 1020 426 1420 1020 426 1420 102) 426 | 1420 юга 426

X 98,5-103,8 1,76-1,86 1,87-2,00 -3,1 5.8-5,9 1,1 4.6 0,9 1.6-2.7 0,5 7-8 I 4 ' I 1,5 I

2 93,8-98,5 :,ео-1,еб 1,96-2,00 -2,7 6,7 1,23 5,3 I 3 0,5 8 I 5 I 2 I

3 95,5 ' 1,85 2,00 -1,0 18 3,6 15 2,8 9 1,8 65 10 54 6 21 2 II II 63,4 76,8

4 70,8-100,3 1,62-1,88 1,74-1,96 -0.8 24 4-5 19 И 120-160 80-100 30-40 12 11-12 :о-ю,7 18-52,6 56-65,3 88,2-99,3

3,5-3.6 2 14-18 6-И 3-4

7 119 1,99 2,22 -1,9 9.3 1,7 7.3 1.4 4.3 0,7 33 2 13 1.4 5 0,4

12 104,8-114,7 1,90-2,07 2,11-2,30 -1,0 10.4-18.1 8,2-14.3 4.8-8.5 53 60 6 23 2 II 10.5 60,8 И,4

2-3,5 | 1,5-2,7 0,8-1,5 10

13 119-142 1,91-1,99 2,05-2,22 -1.7 10.4-10.в 8,2-6.6 4.8-5.0 27-36 17-23 2-2,5 6-9

2 | 1,5-1,6 0,8-0, 3-4 I

И 77,6-114,4 1,62-2,00 1,74-2,22 -0,8 22.6-24,1 18-19' II 120-160 76-100 30-40 11,6-12,6 11,1-12,1 ¡0-1: 48-54 58-65 38-99

4,3-4,е 3,4-3,6 2 14-18| 6-11 3-4

15 105-109,4 1,71-1,79 1,83-1,92 -2,6 7 1,3 5.5 I Л>2- 0,5 1Р-11 I 6-7 X 2 1

16 86,1-119,7 1,72-2,05 1,87-2,26 -3,1 5.7-5.Е 4.5 0,8 2.6 0,4 5-6 I 3-4 I I

I I

17 109,4-121,0 1,77-2,00 1,92-2,22 -2,4 7.5 1.4 6 I 3.5 0,6 12-К 1,5 8-9 I 3 I

'для - ¿г =Ю°С МП tr - 1С°С

ТТТТс"

литозоне, должно проводиться минимум для пяти групп природных геосистем, в пределах которых осуществляется трубопроводная транспортировка газа. Это: I) предтундровые леса и редколесья на песчаных породах с несливащейся мерзлотой, 2) предтундровые редколесья на супесчано-суглинисткх 1.:ноголетне;.:ерзлых породах сливающегося типа, 3) минеральные тундры, 4) верховче болота с торфяной залежью мощностью более I м, 5) сильнообвод-ненные низинные и переходные болота.

Дальнейшие исследования по обеспечению экологической безопасности трубопроводной транспортировки газа в криолитозоне должны ориентироваться на крупномасштабные натурные эксперименты и анализ данных, получаемых при инженерно-геологическом мониторинге газотранспортных ГТС.

По теме диссертации автором опубликовано более 30 работ общим объемом около 20 печатных листов. Основные публикации приводятся в настоящем автореферате (список составлен в хронологической последовательности). I глава диссертации в полном объеме опубликована в работе 15 , расширенное содержание П главы - в работах , материал. Ш и 1У глав в сокра-

щенном виде обобщен в работе [ 17 ]. Некоторые результаты дальнейших исследований, основанные на подходе, изложенном в диссертации, но относящиеся к экспериментальному изучению обратной связи в ГТС (связи типа "измененная, в процессе строительства и эксплуатации, окружающая природная среда - инженерное сооружение") и практическому обеспечению экологической безопасности магистральных газопроводов в криолитозоне, изложены в работе {] 18 ] .

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. О развитии термокарста на трассах газопроводов Уренгойского месторождения. - В кн.: Вестник Харьковского университета Л 267. - Харьков, Вища школа, 1965, с.49-51.

2. Природао-техногенные факторы разрушения обваловки трубопроводов. - В кн.: Вестник Харьковского университета

й 267. - Харьков. Вища школа, 1985, с.65—67 (соавторы В.М.Кравченко, Ю.И.Кац и др.).

3. О зоне воздействия газопровода, эксплуатируемого в условиях севера Западной Сибири. - В кн.: Вестник Харьковского университета * 283. - Харьков, Вища школа, 1986, с.12-14.

4. Изменение инженерно-геологической среды газопроводов в условиях Крайнего Севера. - В кн.: Всесоюзная конференция "Пути развития научно-технического црогресса в нефтяной и газовой промышленности" Тезисы докладов. - M., 1986, с.149-150.

5. Геоинформационное содержание банка данных для целей рационального освоения ресурсов регионов Крайнего Севера..-

В кн.: Принципы и метода экоинформатики. - M., 1986, с.127-129 (соавторы В.М.Кравченко, И.М.Подоба).

6. Антропогенная трансформация геосистем южной лесотундры. - В кн.: Применение современных методов исследования в географии. - Иркутск, 1987, с.4-6.

7. Использование ЭВМ "Искра" 1256" В'учебном процессе. Методические указания к решению задач мерзлотного прогноза при хозяйственном освоении районов Севера СССР. - Харьков, НУ, 1987, 63 с (соавторы В.И.Денисов, В.М.Кравченко).

8. О природных ресурсах долин рек севера Западной Сибири. - В кн.: Проблемы освоения пойм северных рек. - М.,Агро-промиздат, 1987, с.242-247.

9. Мерзлотный прогноз в рациональном природопользовании. Кяев, УЖ ВО, 1986, 75 с. (соавторы В.И.Денисов, В.М.Кравчев-ко).

10. Трансформация лаадшафтов Севера щи строительстве газопроводов. - Газовая промышленность, 1989, № I, с.16-17.

11. Инженерно-геологический мониторинг трубопроводов в криолитозоне. - В кн.: Проблемы инженерно-геологических изысканий в криолитозоне. - Магадан, 1989, с.251-252.

12. Термодинамика газотранспортных геотехнических систем нриолитозоны. - В кн.: Всесоюзная научно-техническая конференция "Терыогазодинашческие процессы и системы их контроля при разведке,.транспортировке и добыче нефти и газа"/ "Гермогаз-89". - Харьков, 1989, с.235-239.

13. Концепция геотехнической системы в практике обеспечения экологической безопасности объектов газовой промышленности.-В кн.: Экология нефтегазового комплекса/ Материалы I Всесоюзной конференции. - Москва, 1989, с.39-49 (соавторы Г.А.Горностаев, Л.В.Олимпиева).

14. Оптимизация режимов функционирования газотранспортных геотехнических систем в рациональном природопользовании на Севере. - В кн.: Рациональное природопользование при разработке нефтегазоконденсатных месторождений Западной Сибири: Сб.науч. тр./ НПО "Тюменгазгехнология". - Тюмень, 1989, с.30-34.

15. Вопросы обоснования технологии и организации природоохранных работ при строительстве объектов нефтяной и газовой промышленности в арктических районах (часть 2). - М., №Ц, ВНИИПКтехоргнефтегазстроя, 1990, Збс (соавтор 1.В.Олимпиева).

16. Ecological monitoring of Geetechnical Systems of the Horth. - Ins Arctic Research/ Advances and Proapecta. Part 2, Moscow! "Hauia", 1990,p.111 (co-autbors Vilcfcek G.S., Bykova O.Yu. Ollmpiova L.V.)

17. Физико-географические предпосилкл охрая; прлродь-Севера при строительстве и эксплуатации газопроводов/Обз. информ. Сер. Природный газ и защита окружающей среди. - '1., ШЛЯЗгрзпром, 1£90, 45 с.

18. Совершенствование методов обеспечения и контроля устойчивости магистральных газопроводов в криолитозоне/Обз. информ. Сер. Экономика, организация и ¿'правление производством в газовой промышленности. - :.!., ВНИИЗгазпром, 1990 , 73 с (соавторы И.Я.Мазур, С.М.Щербаков, Г.А.Горностаев и др.).

Заказ 160 Тираж 80 экз. Ротапринт ВНИИЭгазпроиа