Огородов С.А., кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник (Государственный океанографический институт им. Н.Н. Зубова, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)
Носков А.И., аспирант Государственного океанографического института им. Н.Н. Зубова Белова Н.Г., аспирант Кокин О.В., аспирант (Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова) Марченко А.В., доктор физико-математических наук, руководитель факультета Университетского центра на Свальбарде (UNIS) (Норвегия)
ВОЗДЕЙСТВИЕ МОРСКИХ ЛЬДОВ НА БЕРЕГА, ДНО И ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ В ПРИБРЕЖНО-ШЕЛЬФОВОЙ ЗОНЕ РОССИЙСКОЙ АРКТИКИ
Проектирование и строительство гидротехнических сооружений в суровых условиях Российской Арктики не возможно без обеспечения соответствующего уровня геоэкологической безопасности. В статье обсуждаются вопросы оценки интенсивности воздействий ледяных образований на дно, берега и объекты обустройства шельфа, которые необходимо решить для приведения существующих методик и технологий в соответствие современным требованиям науки и практики.
Ключевые слова: геоэкологическая безопасность, экзарация, морские льды, эхолоты, водолазные исследования, глубина выпахивания.
THE SEA ICE EFFECT ON THE COASTS, BOTTOM AND ENGINEERING STRUCTURES IN THE COASTAL-SHELF ZONE OF RUSSIAN ARCTIC SEAS
Designing and building of hydraulic engineering constructions in severe conditions of the Russian Arctic regions is impossible without high level of geoecological safety. In the article we discuss problems an assessment of intensity effect on bottom, coast and shelf infrastructure objects by sea ice formations, which should be solved to make existing methods and technologies in conformity to modern requirements of science and practice.
Keywords: geological and ecological security, exaration, sea ice, sonar, diving research, plucking depth.
В настоящее время в связи с истощением запасов нефти и газа в обжитых и транспортно легко доступных районах России начинается новый этап освоения отдаленных месторождений на Крайнем Севере и арктическом шельфе. Обустройство этих месторождений и создание инженерных объектов, необходимых для транспортировки углеводородов в центральные районы России и на экспорт диктует необходимость полноценного учета природных факторов, определяющих геоэкологическую безопасность данных сооружений. Суровость природных условий является в условиях Арктики важнейшим фактором, лимитирующим применение тех или иных промышленных технологий, широко применяющихся в условиях умеренного климата. Игнорирование влияния природных факторов, в нашем случае, динамических воздействий морских льдов и айсбергов, может привести к возникновению чрезвычайных ситуаций, устранение последствий которых как технологических, так и экологических может свести на нет выгоды от добычи полезных ископаемых или резко снизить рентабельность добычи сырья.
На арктическом шельфе России сейчас реализуется несколько мегапроектов, связанных с добычей и транспортировкой углеводородов, среди них: (1) Проектирование системы добычи и транспортировки газа на Штокмановском ГКМ (Баренцево море); (2) Строительство терминалов по отгрузке нефти с Варандейского промышленного узла (Печорское море); (3) Проектирование и установка стационарных буровых нефтедобывающих платформ на При-разломном и Долгинском НМ (Печорское море; (4) Проектирование и строительство подводного перехода системой магистральных газопроводов через Байдарацкую губу Карского моря; (5) Проектирование и строительство стационарных буровых платформ и трубопроводов к ним на месторождениях газа в Обской губе Карского моря. Не менее масштабные проекты развиваются на Сахалине и Северном Каспии.
Проектирование и строительство инженерных сооружений на всех вышеперечисленных объектах не возможно без соответствующей оценки интенсивности воздействий ледяных образований на дно, берега и объекты обустройства шельфа. Все проекты сталкиваются с проблемами, связанными с полным или частичным отсутствием как официальных руководств по исследованию ледовых воздействий, так и норм по защите сооружений от таких воздействий. Имеющаяся в настоящее время нормативная база не удовлетворяет современным потребностям развития науки и техники. Так, например, при проектировании подводных трубопроводов и кабелей связи в арктических и других замерзающих морях необходимы достоверные оценки интенсивности воздействий ледяных торосистых образований на дно и глубины их внедрения в грунт. Недооценка величин экзарации дна может привести к повреждению инженерных сооружений, в тоже время излишнее заглубление объектов сильно удорожает их строительство. Уже известны примеры как излишнего, так и недостаточного заглубления в грунт трубопроводов.
Динамические воздействия ледяных образований (морских льдов и айсбергов) на берега и дно относятся к категории опасных морфодинамических процессов, среди которых к наиболее распространенному и опасному явлению следует отнести экзарацию. Экзарация (выпахивание) - деструктивное механическое воздействие льдов на подстилающую поверхность (рис. 1). Механическое воздействие на берега и дно замерзающих морей связано с динамикой и дрейфом морских льдов, их подвижностью, торошением и стамухообразованием под влиянием гидрометеорологических факторов и рельефа береговой зоны. Экзарация захватывает участки береговой зоны до 15-20 м выше уровня моря на суше и до глубин 15-30 м на дне, а в ряде регионов даже до глубин 50-65 м. Прямыми наблюдениями с подводных лодок зафиксированы кили крупных торосистых образований, достигающие глубины 50 м. Ледяные торосистые образования, сформировавшиеся из многолетних морских льдов высокой прочности способны, при своем движении под действием течений, ветра, нагрузок ледяных полей способны выпахивать дно на глубину до 4 м. Предельная глубина шельфа, на которую распространяется динамическое воздействие айсбергов документально не определена, но в условиях арктического бассейна, по-видимому, может достигать не мене 100-150 м. В районах разгрузки ледников и массового распространения айсбергов на дне обнаружены ямы, вмятины и борозды, глубиной до 10 м. Однако для объектов обустройства арктического шельфа айсберги представляют реальную опасность даже и в том случае, если они не достигают дна.
Рис. 1. Свежая борозда ледового выпахивания (съемка многолучевым эхолотом: трехмерная модель) пересекает частично засыпанную траншею перехода подводного газопровода «Бованенково-Ухта» Байдарацкой губы Карского моря
Актуальность рассматриваемого вопроса определяется, с одной стороны, слабой изученностью данной проблемы, с другой - потенциальной значимостью в связи необходимостью разработки технологий и нормативных документов с целью обеспечения геоэкологической безопасности при строительстве и эксплуатации промышленных и других объектов, прежде всего нефтегазового комплекса, в прибрежно-шельфовой зоне арктических и других замерзающих морей России. В условиях активизировавшейся в последние годы борьбы за раздел сфер влияния на арктическом шельфе разработка и последующее внедрение собственных отечественных технологий оценки интенсивности опасных природных процессов в связи с уже ведущимся и предстоящим обустройством шельфа представляется принципиально важным.
Морские льды как зональный фактор играют важную роль в динамике рельефа береговой зоны замерзающих морей. Режимно-климатические данные по морским льдам не дают полного представления о динамике рельефа и используются в основном для обеспечения судоходства в Арктике. Расширяющееся освоение месторождений и строительство различных объектов нефтегазовой отрасли (подходные каналы, резервуарные парки, терминалы, буровые платформы, подводные трубопроводы) как на берегах, так и на шельфе требуют нового уровня знаний о влиянии морских льдов на динамику рельефа берегов и дна. Имеющаяся в настоящее время отечественная нормативная база по методам исследований воздействий ледяных образований (торосов и стамух) ограничивается несколькими абзацами в СП 11-1142004 «Инженерные изыскания на континентальном шельфе для строительства морских неф-тегазопромысловых сооружений», где «воздействиям на дно торосов и стамух» посвящено несколько абзацев в разделе «Литодинамические исследования». Отечественных нормативных документов, рассматривающих воздействия на дно, берега и объекты обустройства шельфа айсбергов, а также определения вероятности их столкновения с судами и буровыми платформами в принципе еще не существует. Расширяющееся освоение месторождений и строительство различных объектов нефтегазовой отрасли как на берегах, так и на шельфе требуют как нового уровня знаний о воздействиях морских льдов и айсбергов на берега, дно и инженерные сооружения, так и современного фундаментально-методического обеспечения и наличия технологий оценки интенсивности этих воздействий.
Необходимо отметить, что в России вопросы взаимодействия ледяных образований с берегами и дном вплоть до последнего времени практически не исследовались, а за рубежом, особенно в США, Канаде и Норвегии это направление получило приоритетное развитие. Работы американских исследователей были начаты с выявления и систематизации донных эк-зарационных форм, образуемых стамухами и торосами. Первые исследования в этом направлении были проведены на шельфе Аляски. С помощью эхолотов и водолазных обследований на дне моря (глубины 20-30 м) выявлены борозды глубиной 1-2 м, шириной до 40 м и протяженностью до 2 км. Анализ скоростей придонных течений мористее 20-метровой изобаты позволил отклонить предположения о гидрогенном происхождении этих форм и трактовать их как формы ледовой экзарации. Систематические исследования всего комплекса процессов, связанных с прямым и косвенным воздействием морских льдов на дно и берега, ведутся начиная с 70-х годов XX в. Американской геологической службой в рамках работ по изучению морфо- и литодинамики береговой зоны морей Чукотского и Бофорта. Работы Норвежских и Канадских специалистов были сконцентрированы на исследовании айсберговой опасности, а также математического мо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.