Физико-географические подходы к изучению русловых процессов на участках подводных переходов магистральных трубопроводов через реки таежной зоны: север и центр ЕТР

Актуальность темы

В России действует большое количество нефтеи газопроводов, многие из которых построены несколько десятилетий назад В настоящее время ведется прокладка новых трубопроводов, часто в тех же транспортных коридорах Трубопроводы относятся к объектам повышенной экологической опасности в случае их аварии Особо уязвимы подводные переходы, где на трубопровод действует водный поток Большой объем работ по прокладке магистральных трубопроводов осуществляется в северном и центральном районах Европейской территории России, где высока густота речной сети и где экологическая обстановка является достаточно напряженной Наиболее велика протяженность магистральных трубопроводов в ландшафтах средней и южной тайги, в частности, в Вологодской и Ярославской областях Российской Федерации.

Строительство трубопроводов влияет на состояние пересекаемых ими водных преград, строительство и эксплуатация оказывают максимальное воздействие на русла и поймы рек, на речной сток Наибольшие изменения приэтом характерны для русловых процессов, которые, в свою очередь, воздействуют на ландшафты прилегающих участков речных долин На природные процессы часто накладывается эффект от хозяйственной деятельности, что важно учитывать при оценке масштабов и направленности антропогенных преобразований речного стока, ландшафта водосбора и русел рек, прогнозировании будущего состояния русла в районах организации подводных переходах трубопроводов.

С другой стороны, русловые и гравитационные процессы на участках подводных переходов создают максимальную опасность для трубопроводов Как вертикальные, так и горизонтальные русловые деформации могут приводить к нарушению устойчивости трубопровода в пределах всей речной долины Для предотвращения риска повреждения трубопроводов и исключения возникновения аварийных ситуаций необходимо знать причины активизации этих процессов, закономерности их географического распространения и пространственно-временной изменчивости В настоящее время существуют рекомендации по размещению подводных переходов в виде ведомственных строительных норм (ВСН 163−83), выпущенные в 1985 г. («Учет деформаций.», 1985) Действующие рекомендации по размещению переходов и мониторингу окружающей среды при строительстве и эксплуатации подводных переходов (ВСН 163−83РД-51−2-95) при всей положительной роли, которую они сыграли в проектировании существующих подводных переходов, в значительной степени устарели и мало учитывают географическую специфику развития русел рек Прогноз размещения сооружений, основанный на знании естественных закономерностей развития речных русел в конкретном регионе, позволяет обосновать инженерные средства организации комплекса сооружений, избежать риска разрушения сооружений и нарушения природной среды.

С авариями на подводных переходах связано ухудшение экологического состояния рек Их ресел и пойм Для предотвращения возникновения аварийных ситуаций важна организация системы наблюдений за состоянием подводных переходов трубопроводов Структура и содержание мониторинга должны основываться на знании механизма природных процессов формирования речных русел, их специфики в разных природных условиях и влиянии на них хозяйственной деятельности База данных, полученная на основе натурных наблюдений, может служить основой для проектирования возможных смягчающих, реабилитационных мероприятий Важной ее частью является информация о масштабах и направленности русловых процессов на этапах строительства и эксплуатации подводных переходов трубопроводов.

В научной литературе практически отсутствуют публикации, посвященные анализу изменения физико-географических процессов при строительстве и эксплуатации подводных переходов трубопроводов Это затрудняет теоретическое и методологическое обобщение подходов к исследованию данной проблемы С другой стороны, относительно слабая изученность создает перспективы научных исследований в области обеспечения безопасности трубопроводов.

Целью настоящей работы является оценка физико-географических процессов и обоснование методов обеспечения экологической безопасности при строительстве и функционировании подводных переходов магистральных трубопроводов на основе современных представлений о механизме взаимодействия русловых процессов и инженерных сооружений в таежных ландшафтах на севере и в центре Европейской России. Основные задачи исследования заключались в следующем.

1) рассмотреть общие закономерности влияния строительства и эксплуатации подводных переходов магистральных трубопроводов на прилегающие ландшафты и на физико-географические процессы,.

2) рассмотреть общие закономерности русловых процессов, влияющих на устойчивость трубопроводов на подводных переходах;

3) выявить условия формирования русел, особенности их деформаций и функционирования переходов на реках севера и центра Европейской части России,.

4) разработать основные положения обеспечения экологической безопасности при строительстве и эксплуатации подводных переходов с учетом русловых процессов,.

5) разработать структуру и содержание экологического мониторинга речных русел на участках переходов.

В основу исследования положен анализ многолетних изысканий и наблюдений при обследовании подводных переходов различных реках России, проводившихся на протяжении ряда лет. В число этих рек входят реки севера Европейской части России, в частности, реки Вологодской и Ярославской областей Изучались все формы проявления русловых процессов, выполнялась оценка природных и антропогенных факторов, прогноз развития русла, разрабатывались предложения по обеспечению экологической безопасности при строительстве и эксплуатации трубопроводов.

Объектом исследования является динамика физико-географических процессов на участках строительства подводных переходов магистральных трубопроводов в ландшафтах средней и южной тайги на севере и в центре Европейской части России.

Предметом исследования являются техногенные нагрузки, возникающие при строительстве и эксплуатации подводных переходов магистральных тркбопроводов в долинах рек.

На защиту выносятся следующие положения.

1 Состояние речных русел и пойм в зонах строительства и функционирования подводных переходов магистральных трубопроводов на севере и в центре Европейской части России зависит от специфики физико-географических условий среднеи южно-таежных ландшафтов.

2 Безопасность строительства и эксплуатации подводных переходов определена сочетанием зональных и местных физико-географических условий, характерных для участка речных долин.

3 Структура и содержание экологического мониторинга речных русел является важной компонентой обеспечения природной и производственно-технологической безопасности подводных переходов магистральных трубопроводов.

Научная новизна работы В работе впервые дан подробный анализ изменения физико-географических процессов в долинах рек севера Европейской части России под влиянием подводных переходов магистральных нефтеи газопроводов, анализ влияния активизированных русловых процессов на экологическую безопасность трубопроводов, разработана методология учета русловых процессов для обеспечения на экологической безопасности прилегающей территорииразработаны структура и содержание экологического мониторинга гидрологического и руслового режима рек на подводных переходах трубопроводов.

Методы исследования Концептуальные положения работы основаны на методологии исследования рек и русловых процессов в различных природных условиях, разработанной в Научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов им НИМаккавеева географического факультета Московского государственного университета им. М В Ломоносова Достоверность выводов обеспечивается использованием первичной информации, содержащейся в материалах изысканий, полученных инструментальными наблюдениями и последующего камерального анализа Использовались также действующие в настоящее время рекомендации по размещению переходов и мониторингу окружающей среды при строительстве и эксплуатации подводных переходов (ВСН 163−83, Регламент РД 51−2-95).

Фактический материал и личный вклад автора В основу диссертации положены результаты научных исследований автора при выполнении инженерно-экологических изысканий и организации производственного экологического мониторинга на трассах магистральных газопроводов СРТО (Северные районы Тюменской области) — Торжок, Северо-Европейского газопровода (СЕГ) в 2003;2006 годах.

Практическая значимость результатов работы Результаты исследований постоянно использовались в практической деятельности по проектированию, строительству, обслуживанию и обследованию подводных переходов магистральных трубопроводов в пределах севера и центра европейской части России В процессе исследований вырабатывались рекомендации и предлагались схемы мероприятий по снижению негативных последствий изменения природной обстановки при данном виде природопользования.

Реализация и апробация работы Результаты работ, полученные автором, доложены на Всероссийских совещаниях и конференциях, региональных научных совещаниях и конференциях В частности, они докладывались годовом собрании секции «Ру-словедение» Академии проблем водохозяйственных наук (Санкт-Петербург 2005), на 3 и 4 всероссийских научных конференциях «Вузовская наука — региону» (Вологда, 2005, 2006), многочисленных ведомственных совещаниях.

Публикации По теме диссертации автором опубликовано 7 работ, в том числе в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации

Работа состоит и введения, 5 глав и заключения Общий объем составляет 119 страниц, в том числе 17 таблиц, 43 иллюстрации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В рамках проведенного исследования установлено, что.

1. Наряду с технологической и производственно-технологической безопасностью существует природная безопасность объекта — подводного перехода магистрального неф-теили газопровода Под ней понимается обоснованность выбора местоположения подводного перехода трубопровода, обеспечивающая отсутствие и минимальное воздействие природных процессов на надежность эксплуатации этого технического объекта Вместе с тем безопасность трубопровода является залогом безопасности окружающей среды.

2 Хотя физико-географические условия формирования русел рек Вологодской области достаточно однородны, морфологический облик речных долин и условия формирования стока рек изменяются по мере нарастания размеров водосборных бассейнов Русловые процессы при строительстве и эксплуатации подводных переходов наиболее активны по длине р Сухона, где отчетливо различаются верхнее, среднее и нижнее течение с присущими им особенностями русловых деформаций Специфические условия формирования русла рек и размещения подводных переходов складываются на реках Волге, Шексне, в низовьях рек в зоне влияния Рыбинского водохранилища Выделяется два вида подобных участков русла рек в нижних бьефах плотин и в зонах подпора водохранилища К первым относятся участки Волги в районе г Рыбинск и г Шексна ниже Шекснинского гидроузла Ко вторым — участки Волги у г. Мышкин Наиболее характерным для таких участков являются горизонтальные деформации, определяющие безопасность переходов трубопроводов.

3. Исследование и оценку опасных природных процессов важно производить на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации трубопроводов В первом случае проводятся комплексные исследования физико-географических процессов, выбирается оптимальное местоположение перехода На стадии строительства обеспечивается реализация комплекса защитных мероприятий и ликвидация негативных последствий сооружения трубопровода на природную среду. На стадии эксплуатации осуществляется мониторинг за динамикой природных процессов с целью выявления неблагоприятных тенденций их развития для безопасности трубопровода.

4. Основная задача мониторинга природных физико-географических процессов заключается в разработке прогноза русловых деформаций и осуществлении практических мер для минимизации негативных последствий современного руслоформирования. Для этого необходим целенаправленный сбор и систематизация информации о гидрологическом и русловом режиме рек на основе изысканий и компьютерного моделирования.

5 В целях минимизации негативного влияния на компоненты природной среды предлагается организовать непрерывный контроль над состоянием природной среды, опасными русловыми и гравитационными процессами в районе строящихся объектов, который гибко учитывает график производства строительно-монтажных работ и принимаемые в процессе строительства дополнительные проектные решения Несмотря на региональные особенности и различия в объеме и интенсивности работ на разных объектах, можно пользоваться единой классификацией возможных экологических нарушений и их основных признаков, что подразумевает унификацию структуры мониторинга.