Методы
экологмгескмх
исследований
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И СТРУКТУРА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
НЕФТЯНЫХ И НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
В. А. Моисеев, В. Г. Андриенко, И. В. Ефремов, Ю. Ф. Тимофеев
ЗАО «Компамаш-ТЭК»
На основе сформулированного определения области загрязнения как геологического объекта, имеющего сложную внутреннюю зональность и отличающегося интенсивной динамикой развития, предложены принципы и структура проведения комплексных исследований, направленные на получение результатов, необходимых для проведения проектных работ по локализации распространения нефтяного и нефтехимического загрязнений.
Long-term complex investigations of technogenic polluted areas allowed approaching those areas as complex geological bodies. Based on the definition of a polluted area as a complex geological body which has complex internal zoning and intensive development dynamics, the principles and structure of complex investigations were suggested needed for performing design works on pollution spreading prevention and complex cleaning of polluted areas.
Изучение факторов загрязнения поверхности земли, водоемов и других природных объектов нефтью и продуктами ее переработки представляет важную научно-техническую задачу. При этом приемы изучения природных объектов, подвергающихся периодическому загрязнению, структура, объемы, стадийность и методика проведения исследований в различных регионах остаются разными и определяются главным образом характером и масштабами решаемых задач, составом необходимой для их решения гидрогеологической информации, а также степенью изученности и сложности гидрогеологических условий. Однако не во всех случаях комплекс предусмотренных к проведению исследований обеспечивает достоверное изучение условий миграции и распространения загрязнений и создает основу для проведения обоснованных количественных оценок и прогнозов в соответствии со спецификой и требованиями решаемой задачи. В настоящей статье обсуждается новый подход к изучению области загрязнения. Область загрязнения рассматривается как природный объект, границы которого определяются концентрацией загрязняющих веществ, а процесс проектируемых исследований отвечает установленным для изучения геологических объектов общим принципам их проведения.
Понятие загрязнения. Под загрязнением в настоящей статье следует понимать пространственно ограниченную область, связанную с почвенно-водо-носной системой, в пределах которой под влиянием естественных и искусственных факторов создаются
неблагоприятные по сравнению с окружающими площадями экологические условия.
Границы загрязнения устанавливаются на основе учета кондиционных требований, предъявляемых к содержанию предельно допустимых концентраций (ПДК) в природных объектах (в том числе атмосфере, почвах, поверхностных и поземных водах, биологически активных объектах).
Специфические особенности загрязнений предопределяются их свойствами: подвижность, возобновляемость, динамичность, естественная реабилитация и др. Влияние внешней среды на области загрязнения воспринимается через границы фильтрации. Степень и характер такого воздействия на внешнюю среду зависят от границ области фильтрации и проявляющихся на них граничных условиях.
Геологические и структурные параметры нефтяных и нефтехимических загрязнений. Загрязнение подземных вод нефтью и нефтепродуктами встречается часто и представляет значительную опасность в связи с большой распространенностью потенциальных источников этого вида загрязнений.
При малом количестве разлившихся нефтепродуктов они остаются в зоне аэрации, обволакивая поверхность зерен и трещин в породе, а если достигают капиллярной каймы, то распространяются на некоторое расстояние и в горизонтальном направлении. При этом загрязнение грунтовых вод растворимыми углеводородами происходит в результате промывания пород зоны аэрации атмосферными осадками. Сезонные колебания грунтовых вод несколько изменяют положение нефтепродуктов, сосредоточенных в капиллярной кайме, что увеличивает размеры загрязнений пород зоны аэрации. Движение нефтепродуктов через зону аэрации сопровождается их частичным расслоением, адсорбцией в породах, биохимическим распадом и испарением.
При большом количестве разлившихся нефтепродуктов в процессе вертикальной инфильтрации они заполняют всю зону аэрации, капиллярную кайму и расплываются по поверхности грунтовых вод в виде слоя той или иной толщины. Ко-
лебания уровня грунтовых вод приводят к увеличению мощности загрязнений нефтепродуктами пород в водоносном горизонте.
При слоистом строении пород зоны аэрации и водовмещающей толщи форма залегания нефтепродуктов усложняется. На контакте подземных вод с линзой или слоем нефтепродуктов последние могут переходить в подземные воды в эмульгированном виде; на всей поверхности контакта нефтепродуктов с инфиль-трующимися подземными водами происходит вынос из них растворимых углеводородов. Эмульгированные и растворенные углеводороды вместе с потоком подземных вод мигрируют в водоносном горизонте в направлении движения подземных вод и увеличивают тем самым площадь загрязнения.
Формирование ореола загрязнения, вызванного длительно действующим источником, проходит в два этапа. Первый этап соответствует просачиванию нефти через зону аэрации под действием силы тяжести. Длительность его зависит от общего количества нефти, поступившего на земную поверхность, ее физических свойств и фракционного состава, мощности зоны аэрации, литолого-петрографи-ческого состава пород зоны аэрации.
Второй этап формирования ореола нефтяного загрязнения соответствует образованию геохимической аномалии в водоносном пласте. Техногенная геохимическая аномалия формируется в самой верхней части водоносного пласта, что обусловлено преобладающей плотностью нефти 0,97 г/см3. В пределах аномалии обычно выделяют три самостоятельные зоны. В первой нефть находится в виде пленки, толщина которой зависит от ее плотности и количественного поступления из зоны аэрации. Во второй зоне наблюдается образование эмульсии воды в нефти и далее по потоку — нефти в воде. В третьей зоне подземные воды содержат нефтяные углеводороды в растворенном состоянии. Формирование растворенных зон свидетельствует о дифференциации нефтяных углеводородов в водоносном пласте. Она происходит в результате различного количественного растворения углеводородов в воде, их сорбции водоносными породами и биохимической деструкции.
№1, 2006
Экологическая оценка и картографирование
31
В процессе формирования ореола загрязнения нефтяными углеводородами образуются абиотическая и биотическая зоны. В пределах биотической зоны протекают основные биохимические процессы деструкции нефтяных углеводородов. Последние здесь находятся как в эмульгированном, так и в растворенном состоянии. В эмульгированном слое преобладают восстановительные условия, которые сменяются окислительными в зоне миграции растворенных углеводородов. В связи с этим в эмульгированном слое преобладают микроорганизмы из числа анаэробов и факультативных анаэробов. В окислительных условиях биодеструкция углеводородов осуществляется аэробными микроорганизмами.
Как показали многочисленные детальные исследования [1—5] областей загрязнения на региональных и локальных уровнях, длительно действующие очаги загрязнения нефтью и нефтепродуктами формируют полностью выраженные зоны и области загрязнения, обладающие собственной внутренней структурой. Выбор пути их ликвидации должен основываться на тщательных геолого-, гидро-, геохимических исследованиях строения областей загрязнения, по определенным принципам и этапам.
Основные принципы и этапность исследований областей загрязнения. К числу общих принципов, отражающих основы проведения работ, относятся следующие:
1) полнота исследований;
2) последовательные приближения;
3) равномерность изучения области загрязнения;
4) наименьшие трудовые и материальные затраты;
5) наименьшихе затраты времени.
Принцип полноты исследования. Требует изучения с большей или меньшей степенью детальности всей области загрязнения, а не только отдельных ее участков. Специфические особенности подземных вод, грунтов области аэрации, проявляющиеся в их высокой динамичности, гидравлическом единстве и способности реагировать на изменения внешней среды, обуславливают необходимость изучения всей области фильтрации в ее естественных и искусственных границах. При этом в зависимости от предполагаемого метода количественной оценки об-
ласти загрязнения и сложности ее природных условий возможен дифференцированный подход к изучению области фильтрации и ее границ. Оптимальный объем необходимых исследований может быть установлен с помощью имитационного моделирования, обеспечивающего возможность оценки влияния погрешностей выполняемых изысканий на достоверность прогнозов и определения на этой основе целесообразных объемов исследований и их комплексирования.
Принцип последовательных приближений. Заключается в последовательном наращивании знаний об области загрязнения и техногенных процессах, ее порождающих, по мере ее последовательного изучения. Это принцип выражается в стадийности проведения работ:
1. Поиски областей загрязнения и выявление питающих их объектов основных техногенных нагрузок.
2. Определение границ и контуров развития области загрязнения, скорости распространения и предельных значений загрязняющих компонентов.
3. Выявление ключевых участков развития загрязнения и определение условий их локализации.
Принцип равномерности изучения области загрязнения. Следует из необходимости более или менее равномерного освещения исследуемой области загрязнения, без чего невозможно получить правильное представление о геолого-структурных и гидродинамических особенностях области загрязнения, гидрогеохимических, санитарных и технических условиях его изоляции, о характере неоднородности области фильтрации, условиях питания и других важнейших факторах, определяющих экологические последствия влияния загрязнения на окружающую среду. Принцип равномерности предусматривает более детальное исследование сложных частей области заг
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.