ГИС в экологии подземного хранения газа

Б.А. Ильичёв, С.Н. Жариков, Р.Б. Ильичёв, ООО «Подземгазпром», Москва,

E-mail: ilyichev@velnet.ru

Приступая к разработке природоохранной ГИС подземных хранилищ углеводородов в отложениях каменной соли — небольших, но интенсивно воздействующих на среду предприятий, — мы внимательно просмотрели подшивку ArcReview на предмет публикаций о природоохранных ГИС локального масштаба. Не о тех, что представляют собой оцифрованные карты мелких масштабов, а тех, что работают с пространством, в котором происходит трансформация среды на уровне реальных экосистем.

Следует признать, что таких публикаций очень мало. И не потому, что журнал их избегает, а потому, что задачи геоинформационной поддержки экосистемно ориентированного мониторинга локального масштаба достаточно специфичны. В отличие от сравнительно простых — из-за скудости информации — схематизированных (стратиграфия) и математизированных (подземных воды) моделей геологической среды, отображение состояний «поверхностных сред» требует слишком много эмпирических знаний и навыков. Они частично реализуются в работе «по понятиям» (в хорошем профессиональном смысле) с большим весом «ручных» техник. Кроме того, в публикациях на природоохранные темы часто опускается средно-технологическая специфика промышленных объектов. Поэтому они представляют бoльший интерес для «чистых» геоинформатиков, чем для пользователя, имеющего дело с реальной «плотью» географического пространства-времени. Этот аспект уже обсуждался в кулуарных беседах на конференциях, которые проводит DATA+.

Схема подземного хранилища.

В связи с неизбежным началом широкого использования ГИС-технологий в практике ОАО «Газпром», наша организация, в соответствии со своей объектной ориентацией, подошла к необходимости создания Концепции природоохранной ГИС для подземных хранилищ углеводородов в каменной соли (ПХкс). В настоящей публикации мы поместили свои представления о содержании этой работы с рядом тематических иллюстраций, выполненных с помощью программных продуктов ESRI.

Внедрение ГИС в практику нефтегазовых компаний, в том числе природоохранную, – актуальная и уже успешно решаемая задача сегодняшнего дня. ОАО «Газпром» тоже переходит от использования ограниченных статистических данных к информационной поддержке принятия управленческих решений в области природопользования. Начатая работа по формированию Корпоративного кадастра недвижимости (на начальном этапе – Корпоративного земельного кадастра) с неумолимой логикой ведет к созданию Корпоративной ГИС, ГИС субъектов Общества и отдельных предприятий. Актуальность природоохранных ГИС определена Концепцией современной системы управления природоохранной деятельностью ОАО “Газпром”. Однако на предприятиях Общества инициаторами внедрения ГИС являются, как правило, специалисты среднего – инженерного — звена, поэтому в VIP-эшелоне управленческие возможности ГИС осознаются достаточно слабо.

Выделение областей выноса и аккумуляции потенциальных загрязнителей с поверхностным стоком в зоне возможного техногенного воздействия Волгоградского ПХГ. В равнинных условиях содержание загрязнителей в соседних не контрастных в рельефе местоположениях может различаться на порядки.

Природоохранная ГИС — или ЭкоГИС — в оптимальном случае является модулем общей ГИС промышленных объектов разного уровня – от предприятия до корпорации – и представляет собой: а) инструмент многоаспектного управления природоохранной деятельностью; б) картографически достоверную документацию, сопрягаемую с любыми пространственно организованными данными предприятия и любых территориальных органов, и позволяющую определить зоны экологической ответственности и суммирования экологических эффектов, объемы и стоимость работ по охране окружающей среды (ООС) и т.д.; в) топологическую основу для пространственно-временного моделирования экосистемных и геологических процессов; г) базу данных производственных объектов предприятий и состояния окружающей среды. В силу комплексности и разнообразия экологической информации, формирование ЭкоГИС (особенно для задач территориального экосистемно ориентированного мониторинга) – достаточно сложно структурированная задача, требующая привлечения большой доли эвристического знания. Поэтому необходима разработка адаптированных концепций, технологий формирования, рабочих макетов и комплектов нормативно-методической документации для ЭкоГИС основных типов предприятий ОАО «Газпром» с выраженной спецификой средоизменяющего воздействия, обусловленной многообразием технологической специфики предприятий. Одним из таких высоко специфических объектов являются ПХкс.

Средоизменяющее влияние ПХкс и ГИС-поддержка экологического мониторинга. Подземные хранилища в каменной соли – экономически эффективный способ депонирования многих продуктов. На глубине до 1800 м в резервуарах с единичным объемом от 25 тыс. до 2 млн.м³, построенных размывом соли через буровую скважину, хранятся газообразные и жидкие продукты, захораниваются высокотоксичные и радиоактивные отходы. Размыв сопровождается: отбором нескольких миллионов кубометров подземных вод с формированием депрессионной воронки в водоносном горизонте; закачкой строительного рассола с концентрацией выше 300 г/л в глубокие горизонты с формированием зоны репрессии; проседанием поверхности над каверной; потерей строительного рассола и жидких нефтепродуктов в водоносные горизонты и на поверхность с засолением почв, нарушением растительного покрова, загрязнением поверхностных и подземных вод. Типичными поллютантами на ПХкс являются хлоридно-натриевые рассолы и нефтепродукты. Их потеря в окружающую среду при строительстве одного резервуара превышает nx100 м³, регламентированные же утечки при эксплуатации — до 10 тонн в год.Размывхранилища до суммарного объема, в среднем 4-10 млн.м³ в течение 10-20 лет, определяет длительное воздействие загрязнителей.

Идентификация объекта (буровой скважины) и его атрибутивная характеристика.

Засоление почв, сохраняющееся в зависимости от климата n — 100n лет, инициирует деструктивные процессы экосистемного уровня: вторичное засоление почв, их ощелачивание, осолонцевание, осолодение, усиление эрозии, заболачивание в гумидном климате и др. Для оценки и прогноза состояний среды в зоне техногенного воздействия ПХкс необходим мониторинг пространственно дифференцированных состояний экосистем и их компонентов, базирующийся на методологии ландшафтной геохимии. Такой экологический мониторинг (ЭМ) возможен при наличии эффективного инструмента его информационной поддержки — ГИС экологического сопровождения проекта, трансформирующейся в природоохранную ГИС (ЭкоГИС) объекта. То есть формирование ЭкоГИС по типовому проекту начинается на стадии проектных изысканий.

Для ПХкс c зоной техногенного воздействия до 10 км² уместен масштаб картографического представления 1:5 000 – 1:10 000. Основными аспектами применения ЭкоГИС при сопровождении инвестиционно-строительных проектов ПХ являются: а) создание документации проектных разработок на основе цифровой модели рельефа зоны техногенного влияния ПХ и производных покрытий, картографическое обеспечение проектных материалов; б) создание серии инвентаризационных картоидов с базой данных (БД) по всем компонентам экосистем и геосистем, в том числе по оценке природных ресурсов; в) создание картоидов устойчивости эко- и геосистем к видам антропогенного воздействия; г) поддержка управленческих решений — выбор стратегии проектирования, строительства и эксплуатации ПХ с учетом экономической и экологической составляющих; д) организация системы ЭМ на базе формирующейся ЭкоГИС с использованием материалов полевых наблюдений и, если это ситуационно оправдано, данных дистанционного зондирования. На работающем хранилище ЭкоГИС — инструмент информационной поддержки ЭМ, планирования и сопровождения природоохранной деятельности предприятия во всем ее объеме, экологического управления.

Моделирование распространения аварийного выброса дизельного топлива при прорыве трубопровода для различных объемов выброса.

Требования и информационные потребности БД ЭкоГИС ПХкс определяются Концепцией системы управления охраной окружающей среды ОАО «Газпром», требованиями подчиненных нормативных документов и ландшафтной геохимии как методологической основы ЭМ. Согласно им БД содержит 3 предметные области: 1) состояние Системы экологического управления на промышленном объекте; 2) экологические характеристики технологической системы объекта; 3) показатели состояния окружающей среды в зоне воздействия объекта. Организация информации подразумевает двух пользователей — экологическую службу предприятия и контролирующие органы, заинтересованные в фискальной отчетности. Принципиальнаясхема БД ЭкоГИС ПХкс приведена в табл. 1.

Таблица 1. Структура предметной области БД ЭкоГИС ПХ

Принципиальный набор основных покрытий ЭкоГИС ПХкс позволяет:

• наглядно представить пространственную организацию природоохранной деятельности в зоне воздействия ПХ, результаты двух- и трехмерного моделирования текущих и прогнозных состояний и процессов в топологизированном пространстве;
• наглядно показать пространственное распределение параметров текущих состояний компонентов окружающей среды и экосистемы в целом, развернуть их во времени для выявления экологических трендов, своевременного планирования природоохранных мероприятий;
• получить топологическую основу для моделирования изменения состояний окружающей среды;
• вычленять площади проведения тех или иных видов работ, планирования их очередности, расчета их стоимости;
• обеспечить предприятие картографической основой для проектных и производственных работ;
• формировать комплекты документации отчетов, аудитов, арбитража и пр.

Набор основных покрытий ЭкоГИС ПХкс состоит из 4-х тематических групп, представленных в табл. 2.

Разнообразие ландшафтных обстановок и их техногенная трансформация обусловливают широкое разнообразие покрытий-картоидов для инвентаризационных и процессных покрытий. Необходимость и логика тематики покрытий в каждом конкретном случае очевидна и не представляет сложности для специалиста-природоведа.

Поле распределения коэффициента фильтрации на основе данных полевых опытов по точкам регулярной сетки.

ЭкоГИС ПХ интегрируется с системой управления природоохранной деятельностью вышестоящей организации или Корпоративной ГИС, а также с территориальным отделением Единой государственной системы экологического мониторинга РФ при помощи ведомственных сетей или Internet.

Актуальные вопросы внедрения ЭкоГИС в природоохранную практику ПХкс. Эффективное внедрение ЭкоГИС в природоохранную практику ПХ невозможно без решения двух задач.

1. Создание концепции и рабочего типового макета ЭкоГИс для ПХ. Эта работа должна проводиться в русле разработки концепции ЭкоГИС ОАО «Газпром», желательно в рамках общей ГИС-концепции Общества. Это позволит обеспечить функциональную коммуникабельность ЭкоГИС различного уровня и принадлежности на основе непротиворечивости структуры баз данных и форматов представления информации. В качестве поддержки универсальной географической основы для ЭкоГИС в системе ОАО «Газпром» рекомендуется использовать программные продукты ESRI, изначально ориентированные на работу с географическим пространством. Именно они активно используются в нефтяных и газовых компаниях мира и Российской Федерации, в том числе в «Газпроме», и легли в основу сложившегося де-факто ГИС-стандарта нефтегазовых компаний. Минимизированный комплект программного обеспечения для поддержки пространственных данных ЭкоГИС включает настольные продукты ArcGIS с дополнительными модулями Spatial Analyst и 3D Analyst.

2. Придание правового статуса ГИС-информации. ЭкоГИС не может служить инструментом эффективной и доказательной защиты объекта в экологических спорах и конфликтах без придания правового статуса содержащейся в ней пространственной и атрибутивной информации. Решение этой нормативно-правовой проблемы на федеральном и корпоративном уровнях позволят в полной мере воспользоваться управленческим потенциалом геоинформационных систем.

Таблица 2. Набор основных покрытий ЭкоГИС ПХГ в каменной соли

(пример для зоны техногенного воздействия Волгоградского ПХГ)

Подписи (номеров рисунков не вставлять)

(Рис. 1)