Оценка и предупреждение опасных проявлений эрозионных процессов при хозяйственном освоении криолитозоны тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат географических наук Унанян, Константин Левонович

• Унанян, Константин Левонович
• кандидат географических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат географических наук Унанян, Константин Левонович

Списокпринятых в работе сокращений.и обозначений

Введение

Глава 1 Краткая физико-географическая характеристика п-ова Ямал

1.1 Климат

1.2 Геологическое строение и рельеф

1.2.1 Особенностигеологического строения, формированиярельефаи ландшафтов^

1.2.2 Полезные ископаемые

1.3 Шочвенно-растительный покров

1.3.1 Почвенный покров п-ова Ямал

1.3.2 Растительность п-ова Ямал

1.4 Речная сеть и гидрологический режим

Глава 2' Изученность опасных проявлений эрозионных процессов: при хозяйственном освоении криолитозоньг

Глава? 3 Методологическая! основа определения« устойчивости! почвенно-растительного покрова и опасности; разрушения инженерных объектов и сооружений на< склонах в условиях активизации?склоновых эрозионных процессовг в районах Крайнего Севера 84'

3:1; Основные виды нарушений почвенно-растительного покрова , 84 3:2'Методология оценки опасности разрушения инженерных объектов находящихся на склонах в районах,Крайнего Севера

3;2l 1 Определение эродирующей способности поверхностного стока- 99!

3.2.2 Определение показателей противоэрозионноЙ!стойкости почвогрунтов

3.1.3 Оценка опасности эрозии почвенно-растительного покрова тундр 108 3 .3 Оценка опасности разрушения инженерных сооружений находящихся на склонах на примере, освоения Бованенковского НГКМ

Глава' 4 Рекомендации по охране- почвенно-растительного покрова» осваиваемых, территорий месторождений углеводородов^криолитозоны 123 4ЛШриродоохранные мероприятияшо защите почвенно-растительного покровапри строительствеиэксплуатацииинженерныхобъектов

4.2 Рекультивация нарушенного почвенно-растительного покрова 128 4.2.1 Принципы и приемы рекультивации 128 4.2:2 Способы инженерной рекультивации 133 4;2.3 Способы биологическойфекультивации 137 4;2.4Практические.рекомендации по проведению биологической рекультивации нарушенных территорий

4.3 Передовой опыт по применению геосинтетических материалов для защиты почвенно-растительного покрова и инженерных сооружений

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка и предупреждение опасных проявлений эрозионных процессов при хозяйственном освоении криолитозоны»

Актуальность темы. Одной, из важных и нерешенных проблем, возникающих при хозяйственном освоении- криолитозоны, является- предотвращение развития" опасных проявлений водноэрозионных процессов, обусловленных техногенными воздействиями на почвенно-растительный покров.

Практическая реализация! проектов освоения и транспорта*углеводородов в районах Крайнего Севера свидетельствует, что хозяйственное освоение криолитозоны. неизбежно сопровождается активизацией водноэрозионных процессов.

В? процессе техногенного изменения, структуры ландшафтов* происходит уничтожение естественного растительного покрова; нарушение- инфильтрационной и водопоглащающей способности почв, а, также перераспределение стокам талых и дождевых вод. Стекая по склонам, они производят эрозионный размыв почвогрунта.

При этом, начальной" стадией эрозионной деятельности, является плоскостная и ручейковая эрозия, которая в, дальнейшем- трансформируется» в овражную, представляющую серьезную угрозу инженерным сооружениям, находящимся, вблизи очагов ее проявления.

Как правило, развитие эрозионных процессов сопровождается, изменениями ландшафта с преобладанием депрессивных форм. Такие изменения крайне опасны для объектов добычи и транспорта углеводородов.

В Западной Сибири* ежегодно- происходит около 35 тысяч* отказов и' аварий- на магистральных нефте- и газопроводах. Около, 21% всех аварий вызванымеханическими воздействиями, в том числе связанными с потерей устойчивости фундаментов и деформацией опор.

Поскольку сейчас ведется активное освоение месторождений углеводородов п-ова Ямал, для. успешного предотвращения этих проявлений необходима разработка методической основы, позволяющей не только оценить, но и предотвратить опасные последствия эрозионной деятельности.

Однако, до настоящего времени, методики по расчету интенсивности плоскостной» и ручейковой эрозии, .учитывающей специфику природно-климатических условий^ Крайнего Севера не существовало.

Как известно, в возникновении и распространении процессов линейной эрозии главенствующую роль играют геолого-геоморфологические факторы. Они создают, как бы энергетическую основу для развития эрозионных форм. При их сочетании с неблагоприятными природными и антропогенными факторами интенсивность эрозионных процессов усиливается в десятки раз.

Цель диссертационной работы заключается в установлении закономерностей проявления^ плоскостного и ручейкового смыва в условиях Крайнего1 Севера^ и разработке методической основы, позволяющей определить его интенсивность и обосновать применение соответствующих противоэрозионных мероприятий. В данной работе решались следующие задачи:

- выявление эрозионно-опасных склонов, на которых располагаются инженерные объекты.и сооружения газодобывающего комплекса Бованенковского НГКМ;

- разработка методики расчета интенсивности ручейкового и плоскостного смыва и на ее основе составление расчетной компьютерной программы;

- проведение расчетов, интенсивности плоскостного и ручейкового смыва и оценка ее опасности для выявленных инженерных объектов;

- сопоставление расчетных данных с экспериментальными, полученными с опытных полигонов на п-ове Ямал;

- оценка эффективности применения в условиях криолитозоны существующих противоэрозионных мероприятий.

Методы исследования

Для решения поставленных задач выполнен комплекс исследований, включающий оценку развития плоскостного и ручейкового смыва, в условиях п-ова*Ямал на основе материалов дешифрирования космоснимков, анализа топографических карт крупного масштаба с использованием геоинформационной системы АгсОК 9.3, данных экспедиционных и стационарных исследований. В качестве объекта исследования выбрано Бованенковское. нефтегазоконденсатное месторождение на п-ове Ямал, обладающее чертами большинства аналогичных объектов в криолитозоне.

Научная новизна заключается в том, что впервые для условий Крайнего Севера разработана методическая основа оценки и предупреждения развития плоскостного и ручейкового смыва при хозяйственном освоении территорий включающая в себя:

- оценку состояния' почвенно-растительного покрова и степени техногенного воздействия на него;

- количественные методы расчета плоскостного и ручейкового смыва с учетом специфики многолетнемерзлых грунтов;

- методику оценки опасности проявления эрозионных процессов и их предупреждения (в зависимости от их интенсивности).

Таким образом; в диссертационной; работе: решена важная научная проблема -обоснованы теоретические и методические основы, оценки, прогнозами: предупреждения; плоскостной и ручейковой эрозии при хозяйственном освоении криолитозоны'. Основные защищаемые научные положения::

- классификация видов нарушений почвенно-растительного покрова; возникающих при освоении газовых месторождений? Крайнего Севера, а также, сопутствующих: им процессов;:

- определены^закономерности развития эрозии почв в районах Крайнего Севера;

- разработаны, практические^ рекомендации! по расчету интенсивности, плоскостной- и, ручейковой эрозии: с учетом«: специфики? многолетнемерзлых грунтов и техногенных воздействий;, •

- предложена: методика оценки опасности эрозии в условиях криолитозоны.

Практическое значение работы

Выполненные автором научные исследования и научно-технические разработки рекомендованы- к использованию научными: и. проектными: организациями- группы I

Газпром и могут быть использованы в дальнейшемшршрешениифазличных прикладных задач;, связанных с. освоением: территорий- криолитозоны: Материалы исследований; выполненных, автором;, использовались, для- разработки! стандарта СТО «Газпром» «Количественные методы оценки: устойчивости, опасности разрушения и обоснования-' мер инженерной; защиты, почвенно-растительного покрова, и инженерных: объектов на склонах в условиях активизации негативных склоновых процессов, в районах освоения газовых месторождений Крайнего Севера». Все методические и технические разработки автора вошли в состав научно-технических отчетов ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в период с 2007 по 2010г.

Апробация и реализация результатов работы.

Основные результаты, работы докладывались на общероссийских^ и международных конференциях, в том числе:

2-ая молодежная конференция «Проблемы освоения Западной Сибири» (Тюмень,

2007), Научно-практический семинар молодых ученых и специалистов ООО «ВНИИГАЗ» - «Развитие новых технологий в газовой промышленности» (Москва 2008), 19 Международная морская и полярная конференция 1БОРЕ - 2009 (Япония, Осака, 2009);

Результаты диссертационной' работы использовались при разработке СТО «Газпром»-2-1.19-199-2008 «Количественные методы оценки устойчивости; опасности разрушениями обоснования мер инженерной-защиты почвенно-растительного покрова и инженерных объектов на! склонах-, в условиях активизации негативных склоновых процессов врайонах освоения газовых месторождений Крайнего Севера».

Личный вклад автора

Автором проведены экспериментальные работы по определению эрозионного размыва почв на экспериментальных полигонах Бованенковского НГКМ. Разработаны, графические номограммы по определению исходных характеристик, необходимых для. расчетов. Определены закономерности развития плоскостного и ручейкового смыва с учетом специфики многолетнемерзлых пород. Разработана методическая* основа* оценки и предупреждения интенсивности плоскостного и ручейкового смыва. На основе разработанной методики составлена компьютерная расчетная программа. Проведен расчет для объектов> Бованенковского НГКМ и оценена эрозионная опасность. Предложен комплекс мероприятий по предупреждению эрозии.

Структуру диссертации определили основные задачи исследования. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения.1

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Унанян, Константин Левонович

Заключение

Экологически ориентированная стратегия при освоении территорий Крайнего Севера в недрах которых располагаются крупнейшие месторождения нефти и газа основывается на детальной информации о существующем состоянии инженерно-геокриологической обстановке территории. Основные особенности инженерно-геокриологических условий территорий месторождений, осложняющие их освоение, заключаются в следующем:

- сплошное распространение многолетнемерзлых пород, верхние горизонты которых сложены сильнольдистыми грунтами, при протаивании дающими большие тепловые осадки;

- динамичность (естественная и техногенная) основных характеристик теплового состояния верхних горизонтов многолетнемерзлых грунтов;

- присутствие в многолетнемерзлых породах в зоне влияния инженерных сооружений гигантских залежей подземного льда;

- засоленность мерзлых грунтов, часто, содержащих линзы криопегов, которые обладают высокой коррозионной агрессивностью при взаимодействии с материалом фундамента;

- изменчивость физико-механических свойств грунтов оснований, связанная с разнообразием состава, льдистости, температуры и их засоленности.

При инженерно-геокриологической оценки осваиваемых территорий ведущая роль принадлежит анализу распространения и развития криогенных процессов, поскольку именно через криогенные процессы проявляется взаимодействие техногенных и природных систем в единой геотехнической системе. На территории месторождений газа полуострова Ямал доминирующими криогенными процессами, представляющими наибольшую потенциальную опасность при освоении являются процессы водной эрозии почвогрунтов, начальной стадией которых является плоскостная эрозия.

Анализ существующего географического размещения инженерных сооружений на территории Бованенковского месторождений п-ова Ямал являющегося наиболее репрезентативным из всех месторождений п-ова, выполненного на основе ГИС технологий показал, что основные сооружения располагаются на менее опасных участках, относящихся к пойме и плоским поверхностям терасс. Однако, часть объектов таких как автодороги, кусты скважин и некоторые площадные сооружения все же попадает на склоны, относящиеся к наиболее опасным участкам при освоении месторождения, где проявление водноэрозионных процессов наиболее активно. Выполненные автором исследования позволили:

- разработать классификацию видов нарушений почвенно-растительного покрова, возникающих при освоении газовых месторождений Крайнего Севера, а также сопутствующих им процессов;

- определить закономерности развития эрозии почв в районах Крайнего Севера;

- разработать методическую основу по расчету интенсивности плоскостной и ручейковой эрозии с учетом специфики многолетнемерзлых грунтов п-ова Ямал и техногенных воздействий;

- предложить методику оценки опасности эрозии в условиях криолитозоны и ее предупреждения;

- провести апробацию разработанной методической основы для территории Бованенковской группы месторождений.

- выполненить сопоставление расчетных и экспериментальных величин интенсивности эрозии почв, что показало их хорошую сходимость;

- оцененить необходимость применения противоэрозионных мероприятий исходя из критерия опасности водноэрозионных процессов;

- предложить рекомендации по предупреждению развития водноэрозионных процессов на осваиваемых территориях месторождений углеводородов Крайнего Севера;

- разработать стандарт группы «Газпром» позволяющий профильным НИИ и проектным организациям оценивать интенсивность эрозионных процессов и основываясь на этих данных выбирать места размещения инженерных сооружений, а также применять соответствующие противоэрозионные решения и мероприятия.

В дальнейшем освоение месторождений следует корректировать с учетом интенсивности эрозионных процессов, оценить которую возможно на основании выполненных автором разработок.

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Унанян, Константин Левонович, 2011 год

1. Прик З.М. Климатическое районирование // Атлас Арктики. М., 1985. С. 169 170.

2. Орлова В.В. Климат СССР. Вып. 4. Западная Сибирь. JL: Гидрометеоиздат, 1962. 359 е.; ШвареваЮ. Н. Климат // Западная Сибирь. М., 1963. С. 70—99.)

3. Дыдина JI.A. Типы синоптических процессов в Арктике и их повторяемость// Атлас Арктики. М., 1985. С. 172.).

4. Вангенгейм Г.Я. Основы, макроциркуляционного метода долгосрочных метеорологических прогнозов для Арктики. Л,: Изд-во Главсевморпути, 1952. 314 е.).

5. Гире A.A. Формы атмосферной циркуляции и многолетние изменения? их повторяемости// Атлас Арктики. М, 1985а. С. 170—171.

6. Гире A.A. Разновидности форм циркуляции и их характеристики в северном полушарии//Атлас Арктики. М., 1985, С. 171—172.).

7. Шварева Ю.Н. Климат // Западная Сибирь. М., 1963. С. 70 99.

8. Брязгин Н. Н. Солнечное сияние // Атлас Арктики. М, 1985. С. 69.

9. Полуостров Ямал (инженерно-геологический очерк) / Под ред. В.Т. Трофимова. М.: Изд-во МГУ, 1975. 216 с.

10. Природа Ямала //Под ред. Л.Н.Добринского. Екатеринбург: Наука. 1995. 435с.

11. Природные условия Западной Сибири / Под ред. А.И. Попова и В.Т. Трофимова. Вып. 5. М.: Изд-во МГУ, 1975. 184 с.

12. Шполянская Н. А. Западно-Сибирский район // Региональная криолитология. М, 1989. С. 62—88.

13. Чигир В. Т., Григорьева Н. Н. Устойчивость деятельного слоя почвогрунтов Западно-Сибирской равнины в связи со строительством магистральных трубопроводов // Экология нефтегазового комплекса: Тез. докл. 1 Всесоюз. конф. М., 1988. С. 43 45.

14. Мегапроект «Ямал» («Газпром») / http://gasforum.ru/knizhki/589/

15. Перспективы нефтегазовых месторождений Ямала / http://www.oilcapital.ru/analytics/2002/06/17131250388.shtml.

16. Тонконогов В.Д. О влиянии дефляции на почвообразование в тундре Западной Сибири //Почвоведение. 1975. №12. С.29-31., Тонконогов В.Д. Почвенный покров //В кн.: Ямало-Гыданская область. Л. 1977. С. 169-197.

17. Васильевская В.Д., Иванов В.В., Богатырев Л.Г. Почвы севера Западной Сибири. М.: Изд-во МГУ, 1986. 227с.

18. А.Г. Ишков, A.B. Баранов, В.Я. Григорьев, К.Л. Унанян «Деградация и охрана почвенно-растительного покрова при освоении месторождений углеводородов Крайнего Севера» М.: Изд-во ООО «Газпром экспо», 2009.

19. Обзорная информация «Диагностика, и охрана почвенно-растительного покрова в районах освоения газовых месторождений Крайнего Севера», М.: Изд-во «ИРЦ Газпром» 2005.

20. СимоновИ.М. Климат //В5кн.: Ямало-Гыданская область. Л; 1977. С. 27:50:.

21. Трофимов В:Т. Основные закономерности; строения рельефа! Западно-Сибирской плиты (анализ; с инженерно-геологических позиций) // Природные: условия; Западной Сибири. Вып.7. М. 1980: С. 13-36:

22. Шполянская H.A. Мерзлая зона; литосферы. Западной Сибири; и: тенденции? ее развития. М. 1981. 168с.

23. Afonina Olga Mi, Czemyadjeva I.V. «Mosses of Russian arctic: Check list and bibliography»//Arctoa. 1995. T.5. P. 99-142.

24. Андреев-М.П. «Лишайники полуострова Ямал // Новости систематики низш. Раст. 1984. Т. 21, С. 11-12.

25. Andreev М.Р. and other «Lichenological and Mycological Research in. the Russian Arctic: Review and: bibliography» // Arctic Centre Reports. V.13 . Rovaniemi;. 1996. 48 p.

26. Пристяжнюк C.A. «Лишайники среднего течения;реки Себаяха (Западный-Ямал) // Ботан. журн. 1994. Т. 79, №11. С. 12-23.

27. Пристяжнюк С.А. «Лишайники Ямала» Автореферат дисс. канд. биол. наук. 1997. Новосибирск. 20с.

28. Ребристая О.В. «Флора; Ямала: таксонометрическое. разнообразие» // Факторы, таксонометрического и бйохорологического разнообразия: программа, и тезисы докладов; Санкг-Петербург, 1995. С. 65.

29. Ребристая О.В., Хигун 0:В. «Восстановительный потенциал флоры Ямала» // Освоение Севера и проблемы рекультивации. 3 междунар. конференция. Тезисы докл. Сыктывкар, 1996, С. 165 167.

30. Полозова- Т.Г., Ребристая О.В. «Жизненные формы сосудистых растений п-ова

31. Ямал»//Ботан. журн: 1997. Т. 82.