Обобщенная структура территориально-распределенной системы мониторинга нефтяных загрязнений водной поверхности

Целью развертывания системы мониторинга водной поверхности в районах нефтедобычи является обнаружение нефтяных загрязнений и определение их параметров для осуществления прогноза распространения нефтяного загрязнения.

Распространение разлитой на воде нефти и нефтепродуктов (НП) определяется основными их свойствами (плотность, вязкость и поверхностное натяжение). Плотность нефти в зависимости от условий ее формирования на каждом месторождении и даже на определенной стадии ее разработки может существенно различаться. Поэтому в прогностических расчетах используется, как правило, осредненная величина плотности нефти. Вязкость нефти и продуктов ее переработки — функция ее суммарного химического состава и зависит от температуры (значительно возрастает с ее понижением). Поверхностное натяжение НП зависит от количества присутствующих в них поверхностно-активных веществ (ПАВ). НП с малым содержанием ПАВ имеют наибольшее значение поверхностного натяжения у границы с водой. Поверхностное натяжение на определенных этапах позволяет до известной степени судить о скорости распространения и состояния нефтяного загрязнения на водной поверхности.

На чистой поверхности воды нефть способна к обширному растеканию. Сырая нефть теоретически может растекаться до образования мономолекулярного слоя, но в естественных условиях такое состояние никогда не достигается, хотя часто наблюдаемый типичный радужный отблеск на ее поверхности свидетельствует о способности НП к образованию очень тонких пленок. Одна капля нефти может образовывать на поверхности воды пленку размерами ~0,25 м². Один грамм НП образует на поверхности воды пятно, диаметр которого может достигать в зависимости от вида НП 1−2м2. Одна тонна нефти на поверхности воды способна образовывать сплошную пленку площадью до одной квадратной мили .

С первых же секунд контакта НП с водной средой в ней начинает развиваться сложная картина превращений, ход, длительность и результаты которых зависят от свойств и состава нефти и от конкретной ситуации и параметров среды. Главными чертами этой картины являются:

• · Динамизм (особенно на первых стадиях);
• · Тесное переплетение физических, химических и биологических процессов рассеяния и трансформации компонентов нефти вплоть до их полного исчезновения .

Выделяются следующие важнейшие процессы трансформации нефти при ее попадании в водную средуЛобковский Л.И. и др. Геоэкологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий. Ин-т океанологии им. П. П. Ширшова. — М.: Наука, 2005, — с.18: 1. Растекание и перенос;2. Испарение;3. Растворение;4.Эмульгирование и диспергирование;5. Агрегирование;6. Химическое окисление и деструкция;7. Микробиологическое разложение;8. Седиментация.

Принимая во внимание процессы трансформации нефтяного загрязнения в воде, основными принципами работы системы мониторинга водной поверхности должны быть оперативность и автоматизация обработки данных. Оперативность подразумевает поступление данных в режиме реального времени. Автоматизация обработки данных должна обеспечить средство поддержки принятия решений и подразумевает функционирование системы на промежуточных этапах обработки данных без вмешательства человека-оператора. Целью автоматизации является сокращение временных рамок принятия решения по классификации объекта наблюдения и выработке прогноза развития чрезвычайной экологической ситуации.

Обобщенная структура территориально-распределенной системы мониторинга нефтяных загрязнений водной поверхности представлена в приложении АЧернецова Е. А. Дистанционный мониторинг нефтяных загрязнений в водной среде. Монография. — Saarbruken, Deutschland: Lap Lambert Academic Publishing GmbH&Co.KG, 2011, — p. 22.

Территориально-распределенная системы мониторинга нефтяных загрязнений водной поверхностипозволяет решить следующие задачи:

• · Создать информационную базу водных экосистем;
• · Систематизировать экологическую информацию, используя структуру информационной базы;
• · Оперативно оценить причины развития экологических кризисов в водной среде, сузить зону их оперативного поиска, разработать научно обоснованные природоохранные мероприятия;
• · Оперативно оценить возможные экономические последствия экологической катастрофы;
• · Оценить остроту экологической ситуации в водоеме;
• · Разработать прогноз возможных экологических изменений в водной среде.

Геоинформационная система, являющаяся неотъемлемой частью системы дистанционного мониторинга водной среды, обеспечивает создание комплексной базы данных по гидрофизическим, гидрохимическим, геологическим, биологическим, атмосферным и социально-экономическим характеристикам районов акваторий и зоны сопряжения «суша-море». Она позволяет хранить, осуществлять поиск, анализировать и визуализировать информацию, служащую для поддержки принятия решений при экологическом мониторинге водной среды. На основе данных геоинформационной системы осуществляется также комплексное представление водной экологической информации в виде экологических карт водоемов, что является основой диагноза благополучия состояния водной среды. В настоящее время такие карты составляются только эпизодически. При функционировании комплексной системы мониторинга, имеющей в своем составе ГИС-систему, составление таких карт должно быть периодическим или непрерывным.

Существенным недостатком системы мониторинга водной поверхности, структура которой изображена в приложении, А, является ее дорогостоящее развертывание и эксплуатация при наблюдении за обширной зоной ответственности. Это объясняется наличием в ней большого количества разнородных средств мониторинга, а также подсистемы контактных датчиков, постоянно ведущих наблюдение за зоной ответственности системы мониторинга. Поэтому обычно для обнаружения сликов на водной поверхности, классификации их как природных или нефтяных и прогноза распространения нефтяного загрязнения используются только данные спутникового или наземного многочастотного зондирования. Однако достоверность классификации слика на водной поверхности, особенно в сложных метеоусловиях, производимая по данным, предоставляемым этими средствами, недостаточна.